CN106300920B - 可控制负载开关的调整电路 - Google Patents

Abstract

一种可控制负载开关的调整电路，应用于一包含一负载开关与至少一操作元件的负载电路，可控制负载开关的调整电路包含第一比较器、第二比较器与第三比较器。第一比较器在电感电流达预设平均电流时导通所连接的第一开关。第二比较器在电感电流达预设涟波电流时导通所连接的第二开关。在第一开关与第二开关中的一者被导通时，负载开关被关闭。在负载开关关闭时，一变电压增加，第一开关导通时，受控电容的电压上升，关闭时间增加，第二开关导通时，受控电容的电压降低，关闭时间缩短，藉以调整负载开关的关闭时间。

Description

可控制负载开关的调整电路

技术领域

本发明涉及一种可控制负载开关的调整电路，尤其涉及一种利用三比较器与二开关调整平均电流的可控制负载开关的调整电路。

背景技术

请参阅图1，图1显示现有技术的发光二管体整合电路的电路示意图，如图1所示，现有的发光二管体整合电路PA1包含一负载电路PA11以及一驱动电路PA12，负载电路PA11为发光二管体电路，并包含一电压源PA111、一全桥式整流电路PA112、一电阻PA113、一二极管PA114、一电容PA115、至少一发光二管体PA116、一电感PA117、一第一开关PA118、一电阻PA119、一电容 PA120以及一电容PA121。

全桥式整流电路PA112耦接于电压源PA111，并耦接于电阻PA113、二极管PA114、电容PA115与发光二管体PA116，而电感PA117的一端耦接于二极管PA114与第一开关PA118的漏极，另一端则耦接于电容PA115与发光二管体 PA116。电阻PA119则耦接于第一开关PA118的源极，并耦接于驱动电路PA12 的CS端。电容PA120耦接于电阻PA113，并耦接于驱动电路PA12的VCC端，电容PA121则耦接于驱动电路PA12的COMP端，且第一开关PA118耦接于驱动电路PA12的OUT端。

其中，当第一开关PA118导通时，发光二管体PA116会产生一平均电流 Ia，电感PA117会产生一电感电流Ib，而一般来说，负载电路PA11的操作模式由第一开关PA118导通时间(控制电感电流Ib的上升与下降，且上升下降的锋值的平均即指平均电流Ia)所决定，进一步来说，上述的操作模式主要有连续电流导通模式(CCM)、不连续电流导通模式(DCM)以及边界导通模式 (BCM)，而其操作模式即是依据电感电流Ib的充放电来界定。

然而，上述的操作模式各有优缺点，其中，以连续电流导通模式来说，虽然输入和输出电流涟波(ripple)小(但仍有涟波，大约会增加20％)、总谐波失真(Total HarmonicDistortion,THD)和电磁干扰(Electro Magnetic Interference,EMI)小、滤波容易的优点，但现有的负载电路PA11受限于电路架构的设计，在连续电流导通模式下，一般需要设定频率或负载开关的关闭时间，当设定完成后，若电感PA117值变动大的话，会造成电流涟波过大，虽然平均电流Ia仍会稳定，但会增加发光二管体PA116的使用成本(需使用耐流较高的LED)，因此现有技术仍具有改善的空间。

发明内容

有鉴于受限于现有电路设计的架构，普遍具有电感值变动大而使涟波大，进而造成成本高的问题。缘此，本发明主要目的在于提供一种可控制负载开关的调整电路主要在连续导通模式下，利用三个比较器与二个开关来控制负载开关的导通与关闭，进而使上述的调整电路适应不同的电感而有效控制涟波，以解决上述的问题。

基于上述目的，本发明所采用的主要技术手段是提供一种可控制负载开关的调整电路，应用于一负载电路，负载电路包含一负载电感、一负载开关以及至少一操作元件，负载电感电性连接于负载开关与操作元件，并在负载开关导通时具有一电感电流，可控制负载开关的调整电路用以于一连续电流导通模式 (CCM)下控制负载开关，并包含一第一比较器、一第二比较器、一第一开关、一第二开关、一第一受控电容、一第三比较器以及一处理模块。第一比较器具有一第一比较输入端、一第二比较输入端以及一第一比较输出端，第一比较输入端电性连接于负载电感，用以接收电感电流，第二比较输入端用以接收一预设平均电流，第一比较输出端在电感电流达预设平均电流时，传送出一第一导通信号。第二比较器具有一第三比较输入端、一第四比较输入端以及一第二比较输出端，第三比较输入端电性连接于负载电感，用以接收电感电流，第四比较输入端用以接收一预设涟波(ripple)电流，预设涟波电流大于预设平均电流，第二比较输出端在电感电流达预设涟波电流时，传送出一第二导通信号。第一开关栅极电性连接于第一比较输出端，第一开关的漏极电性连接于一第一定电流源，并在接收第一导通信号时被导通。第二开关栅极电性连接于第二比较输出端，第二开关的源极电性连接于一第二定电流源，第二开关的漏极电性连接于第一开关的源极，并接收第二导通信号时被导通。第一受控电容一端电性连接于第一开关的源极与第二开关的漏极，另一端接地，第一受控电容具有一电容电压。第三比较器具有一第五比较输入端、一第六比较输入端以及一第三比较输出端，第五比较输入端用以接收一变电压，变电压在负载开关关闭时渐渐上升，第六比较输入端电性连接于第一开关的源极与第二开关的漏极，用以接收电容电压，第三比较输出端在变电压达电容电压时，传送出一重新导通信号。处理模块电性连接于第一比较输出端与第二比较输出端，用以在接收到第一导通信号与第二导通信号中的一者时关闭负载开关，处理模块并用以在接收到重新导通信号时导通负载开关。

其中，在第一开关导通时，第一定电流源对第一受控电容充电，在第二开关导通时，第二定电流源对第一受控电容放电；在负载开关导通时，电感电流渐渐上升，在达预设涟波电流后触发导通第二开关，并使处理模块关闭负载开关，藉以触发变电压上升，在变电压达电容电压时，处理模块接收重新导通信号而重新导通负载开关，藉以调整出适当的负载开关的关闭时间。

其中，上述可控制负载开关的调整电路的附属技术手段的较佳实施例中，处理模块包含一或非门(nor gate)、一第一反相器、一SR闩锁器(SR latch) 以及一第二反相器，或非门具有一第一反或输入端、一第二反或输入端以及一反或输出端，第一反或输入端电性连接于第一比较输出端，第二反或输入端电性连接于第二比较输出端，反或输出端用以在第一反或输入端接收到第一导通信号与第二反或输入端接收到第二导通信号中的一者时，传送出一确认关闭信号。第一反相器电性连接于第三比较输出端，用以反相重新导通信号，藉以产生并传送出一反相重新导通信号。SR闩锁器电性连接于反或输出端与第一反相器，用以在接收到确认关闭信号时传送出一闩锁关闭信号，并用以在接收到反相重新导通信号时传送出一闩锁导通信号。第二反相器电性连接于SR闩锁器与负载开关，用以反相闩锁关闭信号与闩锁导通信号，藉以分别产生并传送出一反相闩锁关闭信号与一反相闩锁导通信号，使负载开关接收到反相闩锁关闭信号时被关闭，并使负载开关接收到反相闩锁导通信号时被导通。

其中，上述可控制负载开关的调整电路的附属技术手段的较佳实施例中，更包含一第二受控电容、一受控开关以及一第三定电流源，第二受控电容电性连接于第五比较输入端，并具有变电压，受控开关电性连接于第五比较输入端，并在负载开关导通时被触发导通。第三定电流源电性连接于第二受控电容，在受控开关导通时对第二受控电容充电，藉以使变电压上升。此外，负载电路为一发光二管体电路，操作元件为一发光二管体。

藉由本发明所采用的可控制负载开关的调整电路的主要技术手段后，由于可确实控制负载开关关闭的时间，进而可稳定地控制涟波，进而自我调整出对应于前述所设定涟波的稳定的频率，使得可适应于不同的电感，因此可降低操作元件的使用成本，因而有效解决现有技术的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1显示现有技术的发光二管体整合电路的电路示意图；

图2显示本发明较佳实施例的可控制负载开关的调整电路的电路示意图；

图3显示本发明较佳实施例的电感电流、预设平均电流、预设涟波电流与负载开关的波形示意图；以及

图4显示本发明较佳实施例的变电压与电容电压的波形示意图。

其中，附图标记

PA1 发光二管体整合电路

PA11 负载电路

PA111 电压源

PA112 全桥式整流电路

PA113 电阻

PA114 二极管

PA115 电容

PA116 发光二管体

PA117 电感

PA118 第一开关

PA119 电阻

PA120、PA121 电容

PA12 驱动电路

1 可控制负载开关的调整电路

11 第一比较器

111 第一比较输入端

112 第二比较输入端

113 第一比较输出端

12 第二比较输入端

121 第三比较输入端

122 第四比较输入端

123 第二比较输出端

13 第一开关

14 第二开关

15 第一受控电容

16 第三比较器

161 第五比较输入端

162 第六比较输入端

163 第三比较输出端

17 处理模块

171 或非门

1711 第一反或输入端

1712 第二反或输入端

1713 反或输出端

172 第一反相器

173 SR闩锁器

174 第二反相器

18 电压控制模块

181 第二受控电容

182 受控开关

183 第三定电流源

2 负载电路

21 负载电感

22 负载开关

23 操作元件

3 第一定电流源

4 第二定电流源

100 波形

A、B 标记点

Ia 平均电流

IL 电感电流

Ir1 预设平均电流

Ir2 预设涟波电流

Vc 电容电压

Vr 变电压

S1 第一导通信号

S2 第二导通信号

S3 重新导通信号

S4 确认关闭信号

S5 反相重新导通信号

S6 闩锁关闭信号

S7 闩锁导通信号

S8 反相闩锁关闭信号

S9 反相闩锁导通信号

T1、T2、T3、T4、 区间

Ta、Tb、Tc、Td、Te、

Tf

具体实施方式

由于本发明所提供的可控制负载开关的调整电路中，其组合实施方式不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举一较佳实施例加以具体说明。

请一并参阅图2与图3，图2显示本发明较佳实施例的可控制负载开关的调整电路的电路示意图，图3显示本发明较佳实施例的电感电流、预设平均电流、预设涟波电流与负载开关的波形示意图。

如图所示，本发明较佳实施例的可控制负载开关的调整电路1应用于一负载电路2，负载电路2包含一负载电感21、一负载开关22以及至少一操作元件23(图中仅标示一个)，负载电感21电性连接于负载开关22与操作元件 23，并在负载开关22导通时具有一电感电流IL，可控制负载开关的调整电路 1用以于一连续电流导通模式(CCM)下控制负载开关22的关闭时间，藉以依据电感电流IL调整出流经操作元件23的一平均电流Ia，而本发明较佳实施例中，负载电路2为发光二管体电路，但其他实施例中不限于此，操作元件 23则为发光二管体，此外，平均电流Ia为电感电流IL最高值与最低值的平均，而负载电路2还可包含现有技术的电压源、全桥式整流电路、电阻、二极管、一电容等元件。

可控制负载开关的调整电路1包含一第一比较器11、一第二比较器12、一第一开关13、一第二开关14、一第一受控电容15、一第三比较器16、一处理模块17以及一电压控制模块18。

第一比较器11具有一第一比较输入端111、一第二比较输入端112以及一第一比较输出端113，第一比较输入端111电性连接于负载电感21，用以接收电感电流IL，第二比较输入端112用以接收一预设平均电流Ir1具体来说，预设平均电流Ir1为预设值，其视实务上的设计而定，以本发明较佳实施例而言，例如可设置为10mA。

第二比较器12具有一第三比较输入端121、一第四比较输入端122以及一第二比较输出端123，第三比较输入端121电性连接于负载电感21，用以接收电感电流IL，第四比较输入端122用以接收一预设涟波(ripple)电流Ir2，预设涟波电流Ir2大于预设平均电流Ir1，而一般可多20％，举例来说，本发明较佳实施例的预设涟波电流Ir2为12mA。

第一开关13的栅极电性连接于第一比较输出端113，漏极电性连接于一第一定电流源3。第二开关14的栅极电性连接于第二比较输出端123，源极电性连接于一第二定电流源4，第二开关14的漏极电性连接于第一开关13的源极。

第一受控电容15的一端电性连接于第一开关13的源极与第二开关14的漏极，另一端接地，且第一受控电容15具有一电容电压Vc。

第三比较器16具有一第五比较输入端161、一第六比较输入端162以及一第三比较输出端163，第五比较输入端161用以接收一变电压Vr，第六比较输入端162电性连接于第一开关13的源极与第二开关14的漏极，用以接收电容电压Vc。

处理模块17电性连接于第一比较输出端113与第二比较输出端123，具体来说，处理模块17包含一或非门(nor gate)171、一第一反相器172、一 SR闩锁器(SR latch)173以及一第二反相器174。

或非门171具有一第一反或输入端1711、一第二反或输入端1712以及一反或输出端1713，第一反或输入端1711电性连接于第一比较输出端113，第二反或输入端1712电性连接于第二比较输出端123。

第一反相器172电性连接于第三比较输出端163。SR闩锁器173电性连接于反或输出端1713与第一反相器172，具体来说，SR闩锁器173的SB端电性连接于反或输出端1713，RB端则电性连接于第一反相器172。第二反相器174电性连接于SR闩锁器173与负载开关22。

电压控制模块18包含一第二受控电容181、一受控开关182以及一第三定电流源183，第二受控电容181电性连接于第五比较输入端161，并具有变电压Vr，也就是说，变电压Vr即为第二受控电容181的电容电压。受控开关 182电性连接于第五比较输入端161，具体来说，受控开关182的栅极还电性连接于第二反相器174，第三定电流源183电性连接于第二受控电容181。

第一比较输出端113在电感电流IL达预设平均电流Ir1时，传送出一第一导通信号S1(例如为数字信号的「1」)，第二比较输出端123在电感电流 IL达预设涟波电流Ir2时传送出一第二导通信号S2(例如为数字信号的「1」)，第一开关13在接收第一导通信号S1时被导通，第二开关14在接收第二导通信号S2时被导通。第五比较输入端161所接收的变电压Vr在负载开关22关闭时渐渐上升，第三比较输出端163在变电压Vr达电容电压Vc时，传送出一重新导通信号S3。

反或输出端1713在第一反或输入端1711接收到第一导通信号S1与第二反或输入端1712接收到第二导通信号S2中的一者时，传送出一确认关闭信号 S4。第一反相器172用以反相重新导通信号S3，藉以产生并传送出一反相重新导通信号S5，SR闩锁器173用以在接收到确认关闭信号S4时传送出一闩锁关闭信号S6，并用以在接收到反相重新导通信号S5时传送出一闩锁导通信号S7。第二反相器174用以反相闩锁关闭信号S6与闩锁导通信号S7，藉以分别产生并传送出一反相闩锁关闭信号S8与一反相闩锁导通信号S9，使负载开关22接收到反相闩锁关闭信号S8时被关闭，并使负载开关22接收到反相闩锁导通信号S9时被导通。

受控开关182同样也接收反相闩锁导通信号S9，因此在负载开关22导通时同样被触发导通，第三定电流源183在受控开关182导通时对第二受控电容 181充电，藉以使变电压Vr上升。

请进一步参阅图2至图4，图4显示本发明较佳实施例的变电压与电容电压的波形示意图。如图所示，在初始，负载开关22被触发导通时进入区间T1，电感电流IL会逐渐上升而增加，并在到达预设涟波电流Ir2时，触发第二比较输出端123传送出第二导通信号S2而使得第二开关14被导通，并同时触发反或输出端1713传送出确认关闭信号S4，使负载开关22接收到反相闩锁关闭信号S8而被关闭(进入区间Ta)，此时第三定电流源183对第二受控电容181 充电而使变电压Vr渐渐上升，并在变电压Vr达电容电压Vc时(例如图4所示的区间Te，且在此需要一提的是，区间Te并未与区间Ta、Tb、Tc、Td相搭配，图4仅为示意)，触发第三比较输出端163传送出重新导通信号S3，使得负载开关22接收到反相闩锁导通信号S8后重新被导通而进入区间T2，另外，区间T3也与区间T1相同(区间Tb、Tc、Td亦同)，不再赘述。

而在此需要一提的是，本发明较佳实施例所指的预设平均电流Ir1指电感电流IL最低值与最高值的平均，以区间T1来说，由于本发明较佳实施例的预设平均电流Ir1都是10mA，但在区间T1中的电感电流IL自0mA上升，因此需上升至20mA才会到达预设平均电流Ir1，但电感电流IL在上升至12mA时即已达预设涟波电流Ir2而使负载开关22被关闭，进而让电感电流IL逐渐下降而不会到达预设平均电流Ir1。

此外，在电感电流IL逐渐上升达预设涟波电流Ir2而使第二开关14被导通时，第二定电流源4会使第一受控电容15放电，使得电容电压Vc会下降 (如图4中所示的波形100，波形100为电容电压Vc的波形，在区间Tf后下降，使得负载开关22关闭时间较前一区间短)，特此叙明。

而在此值得一提的是，区间T4中，电感电流IL自标记点A上升至标记点B，此时标记点A与标记点B的电流平均值即为预设平均电流Ir1，进而触发第一比较输出端113传送出第一导通信号S1而导通第一开关13，藉以使第一定电流源3对第一受控电容15充电而使电容电压Vc上升(如图4中所示的波形100，波形100为电容电压Vc的波形，在区间Te后上升，使得所需充电时间较长，使得负载开关22关闭时间较前一区间长，区间Tf>区间Te)。

此外，反或输出端1713在第一反或输入端1711接收到第一导通信号S1 后传送出确认关闭信号S4，使负载开关22接收到反相闩锁关闭信号S8而被关闭，其余均与区间T1相同，因此不再赘述。

另外，由图中可知区间T4小于区间T3小于区间T2小于区间T1，本发明的精神在于初始负载开关22被导通后，系统可依据负载开关22由何种机制 (电感电流IL达预设平均电流Ir1或达预设涟波电流Ir2)所关闭来调整负载开关22关闭时间的长短，也就是说，系统可自动调整负载开关22的关闭时间，举例来说，如图3与图4可知区间Ta小于区间Tb小于区间Tc小于区间Td，且区间Te还可大于区间Td，区间Tf还大于区间Te，藉由自动调整负载开关22较适当的关闭时间后可调整出平均电流Ia，进而使操作元件23稳定地输出。

而上述可调整区间大小的关键在于本发明利用第一受控电容15的充放电，由于电容电压Vc较大时，变电压Vr到达电容电压Vc所需的时间较长，使得负载开关22被关闭的时间较长，相反的，当电容电压Vc较小时，变电压Vr到达电容电压Vc所需的时间较短，使得负载开关22被关闭的时间较短 (如图4 所示，区间Te小于区间Tf)，进而调整出区间的大小。

综合以上所述，在采用本发明所提供的可控制负载开关的调整电路后，由于可确实控制负载开关关闭的时间，进而可稳定地控制涟波，使得可适应于不同的电感，因此可降低操作元件的使用成本，且也由于涟波可受到稳定的控制，因而有效解决现有技术的问题。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种可控制负载开关的调整电路，应用于一负载电路，该负载电路包含一负载电感、一负载开关以及至少一操作元件，该负载电感电性连接于该负载开关与该操作元件，并在该负载开关导通时具有一电感电流，该可控制负载开关的调整电路用以于一连续电流导通模式下控制该负载开关，其特征在于，该可控制负载开关的调整电路包含：

一第一比较器，具有一第一比较输入端、一第二比较输入端以及一第一比较输出端，该第一比较输入端电性连接于该负载电感，用以接收该电感电流，该第二比较输入端用以接收一预设平均电流，该第一比较输出端在该电感电流达该预设平均电流时，传送出一第一导通信号；

一第二比较器，具有一第三比较输入端、一第四比较输入端以及一第二比较输出端，该第三比较输入端电性连接于该负载电感，用以接收该电感电流，该第四比较输入端用以接收一预设涟波电流，该预设涟波电流大于该预设平均电流，该第二比较输出端在该电感电流达该预设涟波电流时，传送出一第二导通信号；

一第一开关，该第一开关的栅极电性连接于该第一比较输出端，该第一开关的漏极电性连接于一第一定电流源，并在接收该第一导通信号时被导通；

一第二开关，该第二开关的栅极电性连接于该第二比较输出端，该第二开关的源极电性连接于一第二定电流源，该第二开关的漏极电性连接于该第一开关的源极，并该接收该第二导通信号时被导通；

一第一受控电容，一端电性连接于该第一开关的源极与该第二开关的漏极，另一端接地，该第一受控电容具有一电容电压；

一第三比较器，具有一第五比较输入端、一第六比较输入端以及一第三比较输出端，该第五比较输入端用以接收一变电压，该变电压在该负载开关关闭时渐渐上升，该第六比较输入端电性连接于该第一开关的源极与该第二开关的漏极，用以接收该电容电压，该第三比较输出端在该变电压达该电容电压时，传送出一重新导通信号；以及

一处理模块，电性连接于该第一比较输出端与该第二比较输出端，用以在接收到该第一导通信号与该第二导通信号中的一者时关闭该负载开关，该处理模块并用以在接收到该重新导通信号时导通该负载开关；

其中，在该第一开关导通时，该第一定电流源对该第一受控电容充电，在该第二开关导通时，该第二定电流源对该第一受控电容放电；在该负载开关导通时，该电感电流渐渐上升，在达该预设涟波电流后触发导通该第二开关，并使该处理模块关闭该负载开关，藉以触发该变电压上升，在该变电压达该电容电压时，该处理模块接收该重新导通信号而重新导通该负载开关，藉以控制该负载开关。

2.根据权利要求1所述的可控制负载开关的调整电路，其特征在于，该处理模块包含：

一或非门，具有一第一反或输入端、一第二反或输入端以及一反或输出端，该第一反或输入端电性连接于该第一比较输出端，该第二反或输入端电性连接于该第二比较输出端，该反或输出端用以在该第一反或输入端接收到该第一导通信号与该第二反或输入端接收到该第二导通信号中的一者时，传送出一确认关闭信号；

一第一反相器，电性连接于该第三比较输出端，用以反相该重新导通信号，藉以产生并传送出一反相重新导通信号；

一SR闩锁器，电性连接于该反或输出端与该第一反相器，用以在接收到该确认关闭信号时传送出一闩锁关闭信号，并用以在接收到该反相重新导通信号时传送出一闩锁导通信号；以及

一第二反相器，电性连接于该SR闩锁器与该负载开关，用以反相该闩锁关闭信号与该闩锁导通信号，藉以分别产生并传送出一反相闩锁关闭信号与一反相闩锁导通信号，使该负载开关接收到该反相闩锁关闭信号时被关闭，并使该负载开关接收到该反相闩锁导通信号时被导通。

3.根据权利要求1所述的可控制负载开关的调整电路，其特征在于，更包含：

一第二受控电容，电性连接于该第五比较输入端，并具有该变电压；

一受控开关，电性连接于该第五比较输入端，并在该负载开关导通时被触发导通；以及

一第三定电流源，电性连接于该第二受控电容，在该受控开关导通时对该第二受控电容充电，藉以使该变电压上升。

4.根据权利要求1所述的可控制负载开关的调整电路，其特征在于，该负载电路为一发光二管体电路，该操作元件为一发光二管体。