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ES3033477T3 - A driver for delivering current to a led load - Google Patents

A driver for delivering current to a led load

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Publication number
ES3033477T3
ES3033477T3 ES22753652T ES22753652T ES3033477T3 ES 3033477 T3 ES3033477 T3 ES 3033477T3 ES 22753652 T ES22753652 T ES 22753652T ES 22753652 T ES22753652 T ES 22753652T ES 3033477 T3 ES3033477 T3 ES 3033477T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
load
current
control loop
output
capacitor
Prior art date
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Active
Application number
ES22753652T
Other languages
English (en)
Inventor
Bing Guo
Honghao Zhong
Muhui Huang
Yefen Yu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Signify Holding BV
Original Assignee
Signify Holding BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Signify Holding BV filed Critical Signify Holding BV
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Active legal-status Critical Current
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Abstract

Un controlador cuenta con un bucle de control de corriente para regular la corriente de salida. Este bucle tiene una configuración controlable que incluye un valor eléctrico que influye en la función de conversión del convertidor. Un circuito de ajuste permite suministrar o no la corriente de salida del convertidor a la carga y ajustar eficazmente la carga, según la detecta el controlador, entre un primer y un segundo nivel. Este ajuste, por ejemplo, permite el control PWM de la corriente de salida, además de la regulación de la corriente de salida implementada por el bucle de control de corriente. El valor eléctrico del bucle de control de corriente se guarda antes de que el circuito de ajuste cambie la carga, según la detecta el controlador, del primer al segundo nivel. Este valor eléctrico se vuelve a aplicar al bucle de control de corriente cuando el circuito de ajuste cambia la carga, según la detecta el controlador, del segundo al primer nivel. El tiempo de respuesta del bucle de control de corriente al controlar el convertidor para que genere la corriente de salida deseada se reduce. El valor eléctrico es la tensión de un condensador en un circuito de compensación de un amplificador de error del bucle de control de corriente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un accionador para suministrar corriente a una carga de LED
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a un accionador para suministrar corriente a una carga de LED.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los accionadores de iluminación suelen usar convertidores de energía en modo de conmutación para suministrar corriente a una carga de iluminación. Es deseable poder controlar el nivel de corriente efectivo, por ejemplo, para implementar el control de atenuación.
Para algunas aplicaciones, es deseable tener un gran intervalo de atenuación posible. Por ejemplo, para aplicaciones de visualización de proyectores de luz, un amplio intervalo de atenuación permite mejorar la relación de contraste de la pantalla y permite una mejor fidelidad del color.
La atenuación se puede lograr ajustando una corriente de salida analógica, en otras palabras, ajustando una amplitud estable de una corriente de salida estable, entregada a una carga LED (atenuación analógica) o entregando una corriente de amplitud máxima constante, pero con un ciclo de trabajo basado en la modulación de ancho de pulso(Pulse Width Modulation,PWM). Esto proporciona atenuación digital. Una implementación del control PWM implica cortocircuitar la carga cuando se va a apagar, pero continuar emitiendo corriente por parte del accionador para un encendido futuro rápido de la carga cuando la carga ya no esté en cortocircuito.
También se sabe combinar estos dos enfoques para extender el intervalo de atenuación. Por lo tanto, la atenuación analógica se puede usar para un primer intervalo de niveles de atenuación, y este intervalo se puede ampliar utilizando el control PWM, sin aumentar el intervalo de ajuste que necesita ser habilitado por la atenuación analógica.
La presente solicitud se refiere principalmente al control de atenuación por PWM. Cuando la carga no está en cortocircuito, la carga vista por el accionador tiene un valor sustancial, pero cuando la carga está en cortocircuito, la carga vista por el accionador ya no está a un nivel sustancial y, en cambio, es casi cero. El uso del control PWM es que la carga vista por el convertidor de energía es diferente en los diferentes estados PWM. Como resultado, el bucle de control que regula la corriente de salida (para el control de atenuación analógica) ajustará el punto de operación del convertidor al cambiar entre los diferentes estados de PWM. Esto da lugar a retrasos para que el bucle de control se asiente en cada cambio en el estado PWM, y esto puede causar inexactitudes en el nivel de brillo. Este problema se describirá con más detalle a continuación.
Existe la necesidad de un accionador mejorado que pueda proporcionar una regulación de corriente rápida al hacer frente a los cambios de carga (por ejemplo, causados por el control PWM).
El documento US20090322234A1 describe un accionador LED con múltiples bucles de retroalimentación, donde el bucle de control de retroalimentación comprende un amplificador con una red de compensación de frecuencia formada por condensadores y una resistencia.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
La invención se define por medio de las reivindicaciones adjuntas.
Los inventores encuentran que el bucle de control tiene al menos un valor eléctrico que está formado por el bucle de control cuando el convertidor proporciona una salida deseada en un cierto estado de carga, y este valor eléctrico puede ser recuperado por el bucle de control para controlar el convertidor para mantener la salida en el cierto estado de carga. El bucle de control debe cambiar el valor eléctrico cuando el estado de carga varía y este cambio da como resultado el retraso mencionado anteriormente. Por lo tanto, la idea básica de la invención es guardar el valor eléctrico cuando el accionador está cargado/la carga no está en cortocircuito; cambiar la carga para fines de control PWM; y volver a aplicar el valor eléctrico guardado al bucle de control directamente cuando se vuelve a cambiar la carga. Por lo tanto, el bucle de control recupera el valor eléctrico previamente guardado, que era adecuado en el estado cargado para proporcionar la salida deseada. El valor eléctrico se recupera así a una velocidad mucho más rápida (que la velocidad normal de regulación del bucle de control), por lo que el bucle de control puede controlar el accionador para emitir la salida deseada más rápidamente. Más específicamente, un concepto de la invención es proporcionar un accionador con un convertidor de regulación de corriente. Un bucle de control de corriente tiene una configuración controlable, proporcionando así diferentes opciones de control de corriente. Un circuito de ajuste ajusta una carga total según lo visto por el accionador entre un primer nivel y un segundo nivel, y esto se utiliza para implementar la regulación de corriente además del bucle de control de corriente. La configuración del bucle de control de corriente se guarda antes de que el circuito de ajuste cambie la carga según lo visto por el accionador desde el primer nivel al segundo nivel. La configuración guardada del bucle de control de corriente se vuelve a aplicar cuando el circuito de ajuste cambia la carga según lo visto por el accionador desde el segundo nivel al primer nivel. De esta manera, la velocidad de respuesta del bucle de control de corriente aumenta cuando se cambia entre los diferentes niveles de carga, por ejemplo, como resultado del control de atenuación PWM. Más específicamente, el valor eléctrico es un voltaje de un condensador en un circuito de compensación acoplado a una salida de un amplificador de error en el bucle de control.
Según ejemplos en base a un aspecto de la invención, se proporciona un accionador, comprendiendo:
una entrada para recibir energía de entrada,
un convertidor para convertir la energía de entrada en una corriente de salida;
un bucle de control de corriente para controlar el convertidor y regular la corriente de salida, teniendo el bucle de control de corriente un amplificador de error y un primer circuito de compensación proporcionado a una salida del amplificador de error, dicho primer circuito de compensación comprende un primer condensador;
una salida para emitir dicha corriente de salida a una carga;
un circuito de ajuste para suministrar o no suministrar, selectivamente, la corriente de salida a la carga y ajustar efectivamente la carga según lo ve el accionador entre un primer nivel y un segundo nivel, y
un controlador para controlar el circuito de ajuste y el bucle de control de corriente, donde el controlador está adaptado para:
guardar el voltaje del primer condensador desconectando el primer condensador de la salida del amplificador de error, antes de que el circuito de ajuste cambie la carga según lo visto por el accionador desde el primer nivel hasta el segundo nivel; y
volver a conectar el primer condensador con el voltaje guardado a la salida del amplificador de error del bucle de control de corriente, cuando el circuito de ajuste cambia la carga según lo visto por el accionador de nuevo desde el segundo nivel hasta el primer nivel.
Este accionador tiene un bucle de control de corriente para mantener una amplitud estable de la corriente de salida, dado el estado de carga variable. Además, se ajusta la carga vista por el accionador, por ejemplo, se puede cambiar a un cortocircuito para evitar que la corriente llegue a la carga. Esto permite el control de corriente de salida PWM en el sentido de que la corriente a la carga se puede reducir a cero. El primer nivel de la carga, por ejemplo, corresponde a un modo de carga en el control PWM y la corriente de salida que se suministra a la carga y el segundo nivel corresponde a un modo de carga en el control PWM y la corriente de salida, aunque es generada por el accionador, no se está suministrando a la carga. La salida del bucle de control es diferente para diferentes cargas: si el LED está presente, la salida del bucle de control debe generar una señal de control relativamente alta para controlar que el accionador trabaje, por ejemplo, a un ciclo de trabajo del 75 % del convertidor de energía en modo de conmutación para proporcionar una cierta corriente (deseada); mientras que si el LED está en cortocircuito, la salida del bucle de control debe generar una señal de control relativamente baja para controlar que el accionador trabaje solo, por ejemplo, a un ciclo de trabajo del 10 % para proporcionar la misma corriente.
El estado interno del bucle de control de corriente, por ejemplo, un voltaje a través de un amplificador operacional (opamp)/amplificador de error, depende de la carga e influye en la salida del bucle de control. Si la carga cambia, tradicionalmente el bucle de control cambiaría lentamente, por ejemplo, cambiando el estado interno para alcanzar la misma salida del amplificador operativo nuevamente, por lo que la velocidad de respuesta es lenta. La invención propone que el estado (en forma de un valor eléctrico) se guarde y se vuelva a aplicar directamente cuando la carga está de vuelta, evitando que el bucle de control sintonice su estado interno por sí mismo. Por lo tanto, el tiempo de respuesta es más rápido para volver al estado normal.
El bucle de control de corriente es, por ejemplo, para regular una amplitud de pico estable de la corriente de salida a un valor deseado, el amplificador de error está adaptado para comparar la corriente de salida con una corriente de referencia, y el circuito de ajuste es para ajustar una amplitud de corriente efectiva a la carga aplicando un ciclo de trabajo donde la corriente de salida con una amplitud de pico estable se suministra a la carga.
Por lo tanto, el accionador tiene una regulación de amplitud de pico estable (por ejemplo, nivel de corriente analógica) y, además, una regulación de amplitud efectiva mediante el control del ciclo de trabajo PWM. Esto se puede usar para ampliar el intervalo de ajuste de corriente, por ejemplo, el intervalo de atenuación en el caso de un accionador LED. Durante el control del ciclo de trabajo<p>W<m>, cuando la salida del accionador está en cortocircuito, se necesitan diferentes características del bucle de control de corriente en comparación con cuando la salida del accionador está conectada a la carga.
El controlador está adaptado, por ejemplo, para aplicar una señal de control PWM al circuito de ajuste. Esto proporciona un control de corriente pW m digital, como la atenuación digital PWM de una carga de LED.
El circuito de ajuste puede comprender un circuito para selectivamente:
abrir para permitir que la corriente de salida pase a través de la carga, para establecer una carga como la ve el accionador en el primer nivel; y
cortocircuitar para conducir la corriente de salida y desviar la carga, para establecer la carga vista por el accionador en el segundo nivel, por ejemplo, un nivel de carga cero.
Al desviar la carga, la carga se apaga y esto proporciona un control del ciclo de trabajo PWM del control de corriente.
El circuito de ajuste comprende, por ejemplo, un FET para conexión en paralelo con la carga.
El bucle de control puede adaptarse para recuperar un nivel de voltaje o nivel de carga como el valor eléctrico para controlar el convertidor para regular la corriente de salida, el controlador está adaptado para:
configurar el bucle de control de corriente para incluir un primer condensador cuando la carga del LED no está en cortocircuito y el bucle de control recupera la carga o el nivel de voltaje del primer condensador para controlar el convertidor; desacoplar el primer condensador del bucle de control de corriente antes de que la carga se cortocircuite, ahorrando así el valor del nivel de carga o el nivel de voltaje del primer condensador; cortocircuitar la carga; y
volver a configurar el bucle de control de corriente para acoplar el primer condensador al bucle de control de corriente y volver a conectar la carga de nuevo de manera sustancialmente simultánea, de modo que el bucle de control de corriente pueda recuperar la carga o el nivel de voltaje ahorrado del primer condensador instantáneamente.
El primer condensador determina las características del bucle de control de corriente cuando está en el modo de carga (sin desviación). Al desconectar el primer condensador del circuito, no hay una ruta para que el componente cambie su carga/voltaje, por lo que retiene inherentemente su carga o voltaje durante el tiempo que el bucle de control de corriente está configurado en el modo de desviación de carga. Y al volver a conectarlo al bucle de control, el bucle de control puede recuperar el mismo valor anterior de la carga/voltaje y puede controlar rápidamente el accionador para generar una corriente igual a la emitida anteriormente en el último período cargado.
El bucle de control está adaptado, por ejemplo, para emitir una salida de control dependiendo del voltaje del primer circuito de compensación para ajustar la energía convertida del convertidor, donde el bucle de control está adaptado para:
formar y recuperar un voltaje del primer condensador como el valor eléctrico para emitir una salida alta para controlar el convertidor para emitir alta energía cuando la carga está en el primer nivel, y
formar y recuperar un valor eléctrico cambiado para emitir una salida baja inferior a la salida alta para controlar el convertidor para emitir baja energía cuando la carga está en el segundo nivel.
El controlador puede configurar el bucle de control de corriente para reemplazar el primer condensador con un segundo condensador cuando la carga está en cortocircuito, y para desacoplar el segundo condensador del bucle de control de corriente y reemplazarlo con el primer condensador cuando la carga se vuelve a conectar.
El segundo condensador determina las características del bucle de control de corriente cuando está en el modo de desviación.
El bucle de control de corriente puede comprender un componente de detección de corriente adaptado para detectar la corriente de salida del accionador, el primer circuito de compensación está entre la salida y una entrada inversora del amplificador de error, donde el segundo condensador en un segundo circuito de compensación del amplificador de error, y donde el controlador está adaptado para controlar un interruptor que selecciona uno del primer y segundo circuitos de compensación.
El bucle de control de corriente establece así el tiempo de integración y la ganancia de un amplificador integrador en un circuito sensor de corriente. En dicha topología, la salida del opamp depende del voltaje en el primer o segundo condensador del circuito de retroalimentación. Por lo tanto, al guardar y volver a aplicar un voltaje del primer condensador, el bucle de control puede recuperarse rápidamente a su estado anterior que era para el estado cargado anterior, por lo que el bucle de control puede controlar rápidamente el accionador para emitir la misma corriente de salida en el mismo estado cargado.
Los circuitos de compensación primero y segundo, por ejemplo, comprenden además una resistencia para formar un circuito de resistencia-condensador en serie, donde los circuitos de retroalimentación primero y segundo están conectados alternativamente. Esto implementa un control digital PWM de la corriente de salida.
El amplificador de error puede adaptarse para recibir la corriente de salida detectada en la entrada inversora del amplificador de error, y para recibir una corriente de referencia en una entrada no inversora del amplificador de error, y está adaptado para emitir un voltaje sustancialmente igual a la suma del voltaje de la entrada inversora y el voltaje en el condensador en el primer o el segundo circuito de compensación.
Por lo tanto, al guardar y volver a aplicar el voltaje del primer condensador al bucle de control, la salida del amplificador de error puede recuperarse rápidamente a su valor anterior para el estado cargado anterior, por lo que el bucle de control puede controlar rápidamente el accionador para emitir la misma corriente de salida en el mismo estado cargado.
El accionador puede comprender un accionador de iluminación, donde el controlador tiene una entrada de señal de atenuación para establecer una corriente de salida de atenuación del accionador, donde el circuito de ajuste y en la configuración del bucle de control de corriente se seleccionan según la entrada de señal de atenuación.
La invención también proporciona un sistema de iluminación comprendiendo:
el accionador como se define anteriormente; y
una carga de iluminación accionada por el accionador.
La carga de iluminación comprende, por ejemplo, una disposición de LED. La invención también proporciona un proyector LED comprendiendo el sistema de iluminación definido anteriormente.
Estos y otros aspectos de la invención resultarán evidentes y se esclarecerán en referencia a las realizaciones que se describen a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para una mejor comprensión de la invención, y para mostrar más claramente cómo se puede llevar a cabo, ahora se hará referencia, solo a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Fig. 1 muestra un accionador conocido que implementa la regulación de corriente analógica, así como el control de atenuación PWM;
La Fig. 2 muestra un ejemplo de configuración de circuito según la invención;
La Fig. 3 muestra un ejemplo del bucle de control de corriente que utiliza una configuración de opamp tipo I en un estado que conecta el primer circuito de compensación;
La Fig. 4 muestra el circuito de la Figura 3 en un estado que conecta el segundo circuito de compensación; La Fig. 5 muestra una señal de atenuación y corrientes de salida para un solo circuito de compensación de la Figura 1 y para los dos circuitos de compensación de la Figura 2;
La Fig. 6 muestra un ejemplo de configuración de circuito según la invención utilizando una configuración de opamp de tipo II; y
La Fig. 7 muestra un ejemplo de configuración de circuito según la invención utilizando una configuración de opamp de tipo III.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
La invención se describirá con referencia a las Figuras.
Se debe entender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, si bien indican realizaciones ejemplares del aparato, los sistemas y los procedimientos, solo tienen fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la invención. Estas y otras características, aspectos, y ventajas del aparato, sistemas y procedimientos de la presente invención se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción, reivindicaciones adjuntas, y dibujos adjuntos. Debe entenderse que las Figuras son meramente esquemáticas y no están dibujadas a escala. También debe entenderse que se usan los mismos números de referencia a lo largo de las Figuras para indicar partes iguales o similares.
La invención proporciona un accionador que tiene un bucle de control de corriente para regular una corriente de salida, teniendo el bucle de control de corriente una configuración controlable que incluye un valor eléctrico que influye en la función de conversión del convertidor. Se proporciona un circuito de ajuste para suministrar selectivamente o no la corriente de salida a la carga, y para ajustar eficazmente una carga vista por el accionador entre un primer nivel y un segundo nivel. Este ajuste, por ejemplo, permite el control PWM de la corriente de salida, además de la regulación de la corriente de salida implementada por el bucle de control de corriente. El valor eléctrico del bucle de control de corriente se guarda antes de que el circuito de ajuste cambie la carga vista por el accionador desde el primer nivel al segundo nivel y el valor eléctrico guardado se vuelva a aplicar al bucle de control de corriente, cuando el circuito de ajuste cambia la carga vista por el accionador de nuevo desde el segundo nivel al primer nivel.
La Figura 1 muestra un accionador conocido 10 que implementa la regulación de corriente analógica, así como el control de atenuación PWM.
El accionador 10 comprende una entrada "entrada de CC" para recibir energía de entrada. Un convertidor 20 convierte la energía de entrada en una corriente de salida. El convertidor es, por ejemplo, un convertidor de energía en modo de conmutación, como un convertidor reductor o un convertidor reductor elevador. Puede usarse cualquier topología de convertidor adecuada. El convertidor de modo de conmutación tiene un interruptor de alimentación principal que controla si la energía de entrada se suministra a la carga o si la energía reciclada se suministra a la carga (generalmente desde un inductor). Por lo tanto, el interruptor principal del convertidor de energía se controla utilizando una señal de conmutación de alta frecuencia y el ciclo de trabajo de conmutación determina el punto de funcionamiento, a saber, la corriente de salida, del convertidor 20.
La corriente de salida se suministra a una carga 12 en forma de una disposición de LED. La corriente de salida es detectada por un sensor de corriente, en particular una resistencia de detección de corriente 21.
La corriente detectada se proporciona a un amplificador de error 24 donde la corriente detectada se compara con una corriente de referencia. Dentro del bucle de control, la salida del amplificador de error 24 se proporciona a un circuito de compensación 26. En combinación, el amplificador de error y el circuito de compensación 26 implementan un bucle de control de corriente para controlar el convertidor 20 y regular la corriente de salida.
Más específicamente, la salida del bucle de control de corriente se proporciona a un circuito de control principal 28 del convertidor de energía 20. El convertidor 20 es controlado, por ejemplo, por el circuito de control principal 28 controlando el tiempo de conmutación del interruptor de energía principal del convertidor de energía en modo de conmutación como se mencionó anteriormente, de manera conocida. Más específicamente, existe un control de retroalimentación para regular un ciclo de trabajo de la conmutación de alta frecuencia y, por lo tanto, regular la corriente de salida, en particular para regular una amplitud de pico estable de la corriente de salida en el valor de referencia deseado.
El sistema de retroalimentación descrito anteriormente proporciona la regulación de la corriente máxima, es decir, el control de corriente analógica. Además, se proporciona un circuito de ajuste 22 para un control PWM de la carga, en otras palabras, control de carga de entrada y carga de salida para regular una corriente efectiva a la carga. Al ajustar las configuraciones de carga de entrada y carga de salida, el circuito de ajuste 22 ajusta efectivamente una carga según lo ve el accionador entre un primer nivel y un segundo nivel. En el ejemplo que se muestra, el circuito de ajuste 22 es un transistor de cortocircuito (un FET). Cuando se enciende, la corriente de salida a la carga se desvía y la carga vista por el accionamiento está cerca de cero, mientras que cuando se apaga, la corriente de salida fluye a través de la carga, y la carga vista por el accionador es la carga de la disposición de LED 12. Cuando está encendido, la corriente a la carga del LED cae a cero, de modo que se implementa la atenuación basada en el ciclo de trabajo PWM de la carga del LED.
El circuito de control recibe una señal de atenuación ("Señal de atenuación") como entrada e implementa el control del circuito de ajuste 22. La señal de atenuación, por ejemplo, determina la atenuación lograda por el control PWM.
El control del circuito de ajuste 22 se implementa, por ejemplo, utilizando una señal de atenuación PWM. Cuando la señal de atenuación PWM controla el circuito de ajuste para crear un cortocircuito, esto puede considerarse como un modo de carga. Cuando la señal de atenuación pW m controla el circuito de ajuste para crear un circuito abierto, esto puede considerarse como un modo de carga. La alternancia de los modos de carga de salida y carga de entrada determina una corriente efectiva a la carga a lo largo del tiempo, por lo que se logra un nivel de atenuación deseado.
Cuando la carga cambia debido a la atenuación de PWM, el bucle de control de corriente cambia lentamente su estado interno para alcanzar la salida deseada del amplificador de error nuevamente, y la velocidad de respuesta es lenta.
Por lo tanto, surge un problema con este circuito porque se utiliza el mismo bucle de control de corriente para el modo de carga de entrada y el modo de carga de salida. Cuando el circuito cambia entre estos modos, especialmente cuando el circuito cambia del modo de carga de salida al modo de carga de entrada, la regulación de corriente adaptará la configuración del convertidor 20, ya que se necesitarán diferentes configuraciones del convertidor para mantener la misma corriente analógica debido a las diferentes cargas aplicadas. Esto significa que, cuando se inicia el modo de carga, el convertidor 20 no puede emitir la misma corriente de salida/deseada instantáneamente, pero necesita un período de tiempo para emitir esta corriente, este retraso influye en la respuesta de la carga del LED y puede ser problemático en aplicaciones de alta frecuencia como proyectores.
Para describir este problema con más detalle, desde una perspectiva de voltaje, en condiciones sin pérdidas, el ciclo de trabajo para el control del interruptor principal de un convertidor de energía en modo interruptor es proporcional al voltaje de salida y al voltaje de entrada (por ejemplo, para un convertidor reductor, el ciclo de trabajo D=Vo/- Vin, para un convertidor elevador D=(Vo-Vin)/Vo). Por lo tanto, cuando el voltaje de salida cambia, el ciclo de trabajo cambiará en consecuencia. A medida que la carga se cortocircuita, el voltaje de salida se vuelve muy pequeño y el ciclo de trabajo necesario se vuelve muy bajo.
Un generador PWM típico es un comparador para comparar la señal de salida del amplificador de error con la señal en diente de sierra. Un voltaje de retroalimentación bajo generará una señal PWM de ciclo de trabajo baja y viceversa. Esta tecnología de generador PWM es bien conocida en la técnica, por lo que la descripción no dará más detalles.
Cuando está en el modo de carga, cuando el FET de atenuación 22 conduce, la salida actúa como un cortocircuito. La ganancia de voltaje cae a un nivel muy bajo y el interruptor principal del convertidor 20 necesita una señal de ciclo de trabajo bajo para mantener la corriente de salida en el mismo nivel. Esto requiere que el amplificador de error 24 pase su salida a un valor bajo. Un retardo de tiempo RC surge en el circuito de compensación 26, por lo que el amplificador de error 24 tarda en cargar la capacitancia del circuito de compensación antes de que su voltaje de salida caiga en consecuencia.
Cuando el FET de atenuación 22 está apagado, el convertidor funciona al voltaje de salida de carga, por lo que la ganancia de voltaje se recupera de un nivel muy bajo. Por lo tanto, el interruptor principal del convertidor de energía en modo de conmutación 20 necesita una señal de ciclo de trabajo alto para que se corresponda con su funcionamiento, y la salida del amplificador de error 24 aumenta gradualmente a un valor alto. De manera similar, la capacitancia del circuito de compensación 26 debe descargarse para hacer que el voltaje de salida del amplificador de error aumente a un valor alto.
El tiempo para cargar y descargar la capacitancia del circuito de compensación durante la atenuación de PWM dará como resultado tiempos de asentamiento/retraso no deseados.
La invención proporciona un circuito de compensación adaptativo para este tipo de aplicación de atenuación PWM. El circuito de la invención proporciona parámetros de compensación apropiados para los modos de carga de entrada y carga de salida como se explicó anteriormente, para proporcionar una respuesta de bucle independiente mejorada.
La Figura 2 muestra un ejemplo de configuración de circuito según la invención.
Los mismos componentes reciben los mismos números de referencia que en la Figura 1.
El circuito de compensación 26 se reemplaza con un primer circuito de compensación 30 y un segundo circuito de compensación 32, y un interruptor 25 para seleccionar uno u otro de los circuitos de compensación.
El bucle de control de corriente puede incluir a continuación uno u otro de los circuitos 30, 32 de compensación. De esta manera, el bucle de control de corriente tiene una configuración controlable que incluye un valor eléctrico (por ejemplo, un voltaje, carga o corriente asociada con los componentes de los circuitos de compensación) que influye en la función de conversión del convertidor 20.
El valor eléctrico del bucle de control de corriente se guarda, antes de que el circuito de ajuste 22 cambie la carga según lo visto por el accionador del primer nivel al segundo nivel (es decir, cuando se cambia del modo de carga de circuito abierto al modo de carga de cortocircuito). Por lo tanto, se guarda el punto de ajuste eléctrico (voltajes o corrientes o cargas) del primer circuito de compensación. El valor eléctrico guardado se devuelve al bucle de control de corriente cuando el circuito de ajuste cambia la carga según lo visto por el accionador desde el segundo nivel al primer nivel. Lo más importante es que la operación de guardar y devolver el valor eléctrico significa que el valor eléctrico se mantiene y se vuelve a aplicar directamente al bucle de control de corriente, a diferencia de la variación gradual de la carga almacenada en la capacitancia del bucle de control del circuito de compensación cuando se cambia entre los modos de carga de entrada y carga de salida como en la técnica anterior como se describió anteriormente.
La Figura 3 muestra un ejemplo del bucle de control de corriente. El amplificador de error 24 comprende un amplificador operativo, que recibe una corriente de referencia Iref en la entrada no inversora. Cada uno de los circuitos de compensación 30, 32 comprende una trayectoria de retroalimentación negativa del amplificador operativo. En el ejemplo que se muestra, cada ruta de retroalimentación negativa comprende un circuito RC en serie. El primer circuito de compensación comprende la resistencia R1 y el condensador C1 y el segundo circuito de compensación comprende la resistencia R2 y el condensador C2.
El circuito opamp recibe la corriente detectada Isen en la entrada inversora del opamp, y recibe la corriente de referencia Iref en la entrada no inversora del opamp. La salida del amplificador operacional es un voltaje sustancialmente igual a la suma del voltaje en la entrada de inversión y el voltaje en el condensador C1, C2 en el primer o el segundo circuito de retroalimentación (cuando es estable no fluye corriente, por lo que no hay caída de voltaje a través de las resistencias R1, R2). Cabe señalar que la polaridad del voltaje en los condensadores C1/C2 puede resultar en un valor negativo al calcular la suma.
Por lo tanto, el voltaje almacenado a través del condensador que está en la trayectoria de retroalimentación influye y establece el control implementado por el controlador principal 28.
El interruptor 25 selecciona cuál de los dos circuitos de compensación está conectado en la ruta de retroalimentación. Cuando se desconecta un circuito, se convierte en un circuito abierto, con el resultado de que la carga almacenada en el condensador (y, por lo tanto, el voltaje) es fija (es decir, se guarda o se mantiene). De esta manera, en este estado de circuito abierto, un valor eléctrico del bucle de control de corriente (en este caso, la carga y, por lo tanto, el voltaje almacenado en el condensador) se fija cuando el interruptor 25 conecta el segundo circuito de compensación 32 (y, por lo tanto, cambia la carga según lo visto por el accionador desde el primer nivel al segundo nivel). De manera similar, el valor eléctrico guardado (es decir, la carga y el voltaje fijos en C1) se devuelve al bucle de control de corriente cuando el interruptor 25 vuelve a conectar el primer circuito de compensación 30 (y, por lo tanto, cambia la carga según lo visto por el accionador desde el segundo nivel al primer nivel).
El bucle de control de corriente normal del accionador tiene, por lo tanto, un bucle de control de corriente para el control de corriente de salida analógica. Además, el control del transistor de cortocircuito 22 proporciona control de corriente de salida PWM. El uso de dos circuitos de compensación (y, por lo tanto, un bucle de control de corriente general con configuración ajustable) significa que el bucle de control sintoniza su estado interno por sí mismo instantáneamente en lugar de tener que depender del ajuste lento por el bucle de regulación de corriente analógico. Por lo tanto, el tiempo de respuesta es más rápido para volver al estado normal.
La Figura 3 muestra el interruptor 25 en un estado que conecta el primer circuito de compensación.
La Figura 4 muestra el circuito con el interruptor 25 en el estado que conecta el segundo circuito de compensación.
La conmutación del interruptor 25 es controlada por una "señal de atenuación" que es la misma señal utilizada para la conmutación PWM del transistor de cortocircuito 22. Esta señal, por ejemplo, proviene de una placa base de un proyector LED y está conectada al accionador de la fuente de luz para controlar su comportamiento de atenuación.
Cuando la señal de atenuación es baja, el transistor de cortocircuito 22 está apagado y se selecciona el primer circuito de compensación 30, y el bucle de control emite una señal de control alta para controlar el interruptor del accionador con un ciclo de trabajo alto para el modo de regulación de corriente de carga. Cuando la señal de atenuación es alta, el transistor de cortocircuito 22 está encendido, y la corriente de salida es desviada por el transistor de cortocircuito inmediatamente, y los bucles de control emiten una señal de control baja para controlar el interruptor del accionador con un ciclo de trabajo bajo para el modo de regulación de corriente de carga. Se selecciona el segundo circuito de compensación 32, para que coincida mejor con el modo de atenuación (es decir, el cortocircuito). Debido a que el primer circuito de compensación se deja en circuito abierto, la carga del condensador se mantiene casi sin cambios. Cuando la señal de atenuación es baja nuevamente, el transistor de cortocircuito se apaga, se selecciona el primer circuito de compensación 30 (mientras que el segundo circuito de compensación 32 está desconectado), y el bucle de control salta para emitir la señal de control alta anterior rápidamente, por lo que puede controlar el accionador para saltar para conmutar rápidamente con el ciclo de trabajo alto para el modo de regulación de corriente de carga y, por lo tanto, se logra un tiempo de estabilización reducido.
La Figura 5 muestra la señal de atenuación como el gráfico superior, y muestra la corriente de salida Iout1 con un solo circuito de compensación como en la Figura 1 y la corriente de salida Iout2 con dos circuitos de compensación como en la Figura 2. El tiempo de subida reducido de la corriente de salida a la corriente deseada se puede ver claramente.
El ejemplo anterior se basa en un nivel de voltaje almacenado en el condensador de una ruta de retroalimentación negativa del amplificador de error. Sin embargo, la invención requiere más generalmente que se almacene cualquier valor eléctrico, y este valor eléctrico es el que influye en la función del convertidor en la regulación de la corriente de salida. El ejemplo de un condensador es solo un ejemplo posible. Por ejemplo, si se trata de un accionador digitalizado, el valor eléctrico se puede almacenar en una memoria digital y leer en el bucle de control de corriente para hacer que el bucle de control de corriente salte al estado anterior que controla el convertidor para emitir la corriente deseada en estado cargado.
El accionador es, por ejemplo, un accionador de iluminación como se explicó anteriormente. La entrada de señal de atenuación al controlador se utiliza para implementar un modo de atenuación PWM.
La invención también proporciona un sistema de iluminación tal como un proyector LED comprendiendo el accionador y la carga de iluminación 12 accionada por el accionador. Un proyector LED, por ejemplo, tiene una fuente de luz de proyección LED y un módulo de visualización LCD.
La descripción anterior describe las realizaciones de la invención mediante el uso de una topología de tipo I de opamp. Debe entenderse que la idea de la invención también puede aplicarse a la topología de tipo II y tipo III del opamp, que se ilustran en la Figura 6 y la Figura 7, respectivamente.
En la configuración de tipo II, la ruta de retroalimentación negativa comprende un circuito RC serie en paralelo con un segundo condensador. Por lo tanto, una ruta de retroalimentación es R1, C1 en paralelo con C3 y la otra ruta de retroalimentación es R2, C2 en paralelo con C4.
En la configuración tipo III, existe adicionalmente un circuito reactivo (RC) en la entrada inversora al opamp.
Las operaciones de las realizaciones de la invención en el amplificador operacional de tipo II y tipo III son similares a las del amplificador operacional de tipo I como se describió anteriormente. Por lo tanto, la especificación no da más detalles.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un accionador, comprendiendo:
una entrada (entrada de CC) para recibir energía de entrada, un convertidor (20) para convertir la energía de entrada en una corriente de salida;
un bucle de control de corriente (24, 25, 30, 32) para controlar el convertidor y regular la corriente de salida, teniendo el bucle de control de corriente un amplificador de error (24) y un primer circuito de compensación (30) proporcionado a una salida del amplificador de error (24), comprendiendo dicho primer circuito de compensación (30) un primer condensador (C1);
una salida para emitir dicha corriente de salida a una carga (LED);
un circuito de ajuste (22) para suministrar o no suministrar, selectivamente, la corriente de salida a la carga y ajustar efectivamente la carga según lo visto por el accionador entre un primer nivel y un segundo nivel, y un controlador (28) para controlar el circuito de ajuste (22) y el bucle de control de corriente (24,25,30,32), donde el controlador está adaptado para:
guardar el voltaje del primer condensador (C1) del bucle de control de corriente desconectando el primer condensador (C1) de la salida del amplificador de error (24), antes de que el circuito de ajuste cambie la carga según lo visto por el accionador desde el primer nivel hasta el segundo nivel;
y
volver a conectar el primer condensador (C1) con el voltaje guardado a la salida del amplificador de error (24) del bucle de control de corriente, cuando el circuito de ajuste cambie la carga según lo visto por el accionador desde el segundo nivel al primer nivel.
2. El accionador según la reivindicación 1, donde el bucle de control de corriente es para regular una amplitud de pico estable de la corriente de salida a un valor deseado, el amplificador de error (24) está adaptado para comparar la corriente de salida con una corriente de referencia y
el circuito de ajuste (22) es para ajustar una amplitud de corriente efectiva a la carga aplicando un ciclo de trabajo donde la corriente de salida con una amplitud de pico estable se suministra a la carga.
3. El accionador según la reivindicación 2, donde el controlador (28) está adaptado para aplicar una señal de control PWM al circuito de ajuste.
4. El accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el circuito de ajuste (22) comprende un circuito para, selectivamente:
abrir para permitir que la corriente de salida pase a través de la carga (LED), para establecer una carga vista por el accionador en el primer nivel; y
cortocircuitar para conducir la corriente de salida y desviar la carga (LED), para establecer la carga como la ve el accionador en el segundo nivel, por ejemplo, un nivel de carga cero.
5. El accionador según la reivindicación 4, donde el circuito de ajuste (22) comprende un FET para conexión en paralelo con la carga.
6. El accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el bucle de control está adaptado para recuperar un nivel de voltaje o nivel de carga del primer condensador para controlar el convertidor para regular la corriente de salida, donde el controlador está adaptado para:
configurar el bucle de control de corriente para incluir el primer condensador (C1) cuando la carga del LED no está en cortocircuito y el bucle de control recupera el nivel de carga o voltaje del primer condensador (C1) para controlar el convertidor;
desacoplar el primer condensador (C1) del bucle de control de corriente antes de que la carga se cortocircuite, ahorrando así el valor del nivel de carga o el nivel de voltaje del primer condensador; cortocircuitar la carga; y volver a configurar el bucle de control de corriente para acoplar el primer condensador (C1) al bucle de control de corriente y volver a conectar la carga de manera sustancialmente simultánea de nuevo, de modo que el bucle de control de corriente pueda recuperar la carga o el nivel de voltaje ahorrado del primer condensador (C1) instantáneamente cuando la carga se vuelva a conectar.
7. El accionador según la reivindicación 6, donde el bucle de control está adaptado para emitir una salida de control dependiendo del voltaje del primer circuito de compensación para ajustar la energía convertida del convertidor, donde el bucle de control está adaptado para:
formar y recuperar un voltaje del primer condensador (C1) para emitir una salida alta para controlar el convertidor para emitir alta energía cuando la carga está en el primer nivel, y
formar y recuperar un voltaje cambiado para emitir una salida baja para controlar el convertidor para que genere una energía baja cuando la carga está en el segundo nivel.
8. El accionador según la reivindicación 6 o 7, donde el controlador está adaptado para configurar el bucle de control de corriente para reemplazar el primer condensador (C1) con un segundo condensador (C2) cuando la carga está en cortocircuito, y para desacoplar el segundo condensador (C2) del bucle de control de corriente y reemplazarlo con el primer condensador (C1) cuando la carga se vuelve a conectar.
9. El accionador según la reivindicación 8, donde el bucle de control de corriente comprende un componente de detección de corriente (Rs) adaptado para detectar la corriente de salida del accionador, y el primer circuito de compensación está entre la salida y una entrada inversora del amplificador de error, donde el segundo condensador (C2) en un segundo circuito de compensación del amplificador de error, y donde el controlador está adaptado para controlar un interruptor que selecciona uno del primer y segundo circuitos de compensación.
10. El accionador según la reivindicación 9, donde cada uno de los circuitos de compensación primero y segundo comprende además una resistencia para formar un circuito de resistencia-condensador en serie (R1, C1; R2, C2), donde los circuitos de compensación primero y segundo están conectados alternativamente, y donde opcionalmente el amplificador de error está en una topología de tipo I, tipo II o tipo III.
11. El accionador según la reivindicación 9 o 10, donde el amplificador de error está adaptado para recibir la corriente de salida detectada en la entrada inversora del amplificador de error, y para recibir la corriente de referencia en una entrada no inversora del amplificador de error, y está adaptado para emitir un voltaje sustancialmente igual a la suma del voltaje de la entrada inversora y el voltaje en el condensador en el primer o el segundo circuito de compensación.
12. El accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, comprendiendo un accionador de iluminación, donde el controlador tiene una entrada de señal de atenuación para establecer una corriente de salida de atenuación del accionador, donde el circuito de ajuste y una configuración del bucle de control de corriente se seleccionan dependiendo de la entrada de señal de atenuación.
13. Un sistema de iluminación comprendiendo:
el accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12; y
una carga de iluminación accionada por el accionador.
14. El sistema de iluminación según la reivindicación 13, donde la carga de iluminación comprende una disposición de LED.
15. Un proyector LED comprendiendo el sistema de iluminación según la reivindicación 14.
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