TW201111939A - Average current regulator and driver circuit thereof and method for regulating average current - Google Patents

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201111939 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種平均電流調節器及其驅動電路與平均 電流調節方法，特別是指一種偵測到達平均電流之時間以控 制導通時間之平均電流調節器及其驅動電路與平均電流調節 方法。 【先前技術】 第1圖顯示先前技術的電源調節器電路圖，其中PWM (pulse width modulation，脈寬調變)控制器n控制功率級12 中至少一個功率電晶體以將輸入電壓Vin轉換為輸出電流 lout，以供應給負載電路，負載電路例如為如本圖中所示之發 光二極體(light emitted diode，LED)電路14。回授電路13產生 與輸出電流lout相關之回授訊號並將此回授訊號輸入pwM控 制器11，使PWM控制器11可控制功率級12中功率電晶體= 調節輸出電流lout至設定之目標。功率級12可為但不限於同 步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型轉換電路， 如第2A-2I圖所示。 在先前技術中’電源調節器是調節輸出電流1〇饥的峰值 電流’使其穩定於設定值。但如此-來，就如第3圖所顯示 的，電流訊號310與電流訊號320雖然峰值電流相同，但1 平均電流’即平均電流1與平均電流2，卻不相同，這在某 些實際的應用中，例如第1圖所示控制LED電路14的應用 情況，有其缺失’因為LED電路14需要提供穩定控制的平 均電流，以使LED的亮度均勻穩定。 美國專利第7,388,359號揭露_種控制平均電流之電 201111939 路’如第4 _示；以及其控制平均電流之機制， 所示。然而，在此先前技術中，由於功率開關的輕合= 二極體電流，造成其功率開Η之操作雜訊，以致影^ 流的正確性。 《 T J电 有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出 平均電流調卽器及其驅動電路與平均電流調節方法。 【發明内容】 本發明目的之.-在提供一種平均電流調節器。 。本發_另-目的在提供—種平均電流調㈣的驅動電 路0 本發明的又-目的在提供一種平均電流的調節方法。 為達上述之目的’就其中一個觀點言，本發明提供 種平均電流靖H ’包含：功輪，其根據—PWM訊號， 切換至少-個功率電晶體以將輸人電壓轉換為輸出電流；回 授電路’與該功率_接，以產生—回授訊號，其中該回授 ，號具有-極值’所謂極㈣辨值或谷值；導通時間控制 器。，、拍授電路麵接，其接倾晴訊號，並根據該回授 Λ號和與平均電流相關的平均值參考訊號，產生一導通時 間訊號；以及PWM 根據該導通時間訊號，產生該 PWM磁，_節輸㈣叙平触至_平均電流目標值。 另個觀點5，本發明提供了-種平均電流調節器的 驅動電路’用以軸—功率級，該功率級根據一 PWM訊號， 切換至乂伽力率電晶體轉輸人電壓轉換為輸出電流，且 ^功f 接至—回授電路，以產生—回授訊號，該平均電 /m_調卽益驅動電路包含··導通時間㈣器，與該回授電路輕 201111939 接，其接收該回授訊號，並根據該回授訊號和一與平均電浐 相關的平均值參考訊號，產生-導通時間減；以及 控制器’根據該導通時間訊號，產生該PWM訊?虎，以 輸出電流之平均值至一平均電流目標值。 > 上述平均電流調節器或平均電流調節器驅動電路中， 通時間控制器獲取自該功率電晶體導通之初辦刻起、= 授訊號到達平均值參考喊之時間，作為一第_導通時間: 並根據該第-導通時間產生成比例之—第二導通時間，

中該PWM訊號之導通時度為該第—導通時間 塞 通時間之和。 、布一等 在-種實施㈣巾，該導科間控·包含：時 =，接收該回授訊號、該平均值參考訊號、與代表回授訊 號極值之極值訊號，並產生具有該第—導通時間㈣诵 時間訊號，與具有該第二導科_第 器’其比較第一導通時間訊號與第 =的脈波寬度，並輸出其比槪果；以及極 較器之比較結果，回授調整該極值訊號至= 3測電路’以使第二導通時間趨近於第—導通時間的目標 料通時财㈣，包含：第— =通n貞測電路，其紐該⑽_與該平均值參考訊 广輸出具有該第一導通時間之第-導通時間訊號.以及 器，與該第一導通時間偵測電‘以根據 稱間訊號，產生具有該第二導通時間之第二導通 就再另-織歸，本發狀供了—齡均t流的罐] 5 201111939 方法’包含··根據_ PWM職，切換—功率級十之至少一 晶體以將輪入電壓轉換為輸出電流;根據該輸出電 二:唬，其中該回授訊號具有一極值;接收該回 者:，據相授訊號和—與平均電流相關的平均值參 έ &生$通時間訊號；以及根據該導通時間訊號， 目==键訊號，_節輸出電紅平均值至-平均電流 底下藉由具體實施解加·, t更容祕解本發明之 目的、技術内容、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 本發明的基本技術思想是偵卿節^到達平均電流之時 間，並控制PWM職之導通咖，使其大致為到達平均電 ^兩倍時間’以使調節器之輸出電流之平均值可穩定於所 没定之值，並避免由於功率電晶體_合作用與反向二極體 電流，造成其功率電晶體之操作雜訊，進而影響平均電流的 正確性。以上基本技術思想尚可作各種變化，將在【實施方 的最後作說明。 请參閱第6圖，調節器制功率電晶體導通時之電流， 得到如騎示_授簡V麵波形，錢測料例如可參 閱第10, 12, 14-19 ®，其中回授訊號VlSNS係取節點Visns 上的電壓。圖中顯示為單-個脈波的波形圖，具有梯形的形 狀’而其時間中點’也就是第-時刻u，為當輸出電流工⑽ 達到目“值，也就是平均值之時刻。而由初始時刻t〇到第一 時刻tl之時間，則為第一導通時間τ卜因此，本發明提出， 利用偵測此時間中點，也就是第一時刻tl，並控制第二導通時 201111939 間Τ2，使得Τ2=Τ1 ;其中，第二導通時間T2係自第一時刻tl 起，至功率電晶體截止導通，也就是第二時刻t2，的時間，由 此可知，導通時間(〇N-time) Τοη=Τ1+Τ2 ;並且，在t2時刻輸 出電流lout與回授訊號Visns亦達到局部最大值，也就是峰 值。本發明係控制功率電晶體在導通狀態的時間，也就是導通 時間Ton ’使其大致為2倍的T1，則輸出電流I〇ut可被正確 地控制在設定的平均電流。 請參閱第7圖，顯示本發明基本架構的一個實施例。如 # 圖所示之平均電流調節器與習知技術相較，本實施例提供導通 時間控制器15，與回授電路13祕，導通時間控制器15接 收回授訊號Visns ’並根據該回授訊號VlSNS產生導通時間訊 號；且PWM控制器U根據導通時間訊號，產生pWM訊號 並控制PWM訊號的導通時間，用以調節輸出電流 均值至穩定之平均電流。其巾’該導通咖訊號可以是第6 圖中的t2、Ton、或分為兩個訊號的T1與T2，或其他可供 決定PWM峨導通時間的喊，例如代鱗值的訊號。 • 導通時間控制器15至少有兩種實施方式，如第8Α圖與 帛8Β圖所示。第8Α圖顯示導通時間控制器15的其中一種 閉迴路實施方式，如圖所示，時間偵測電路151接收回授訊 號vISNS、與平均電流相關的參考訊號Vref (以下稱平均值 參考訊號爾）、騎值訊號Vpeak，以輸出第一導通時間訊 號與第二導科間訊號。其中，第—導通_訊號與第二導 通時間訊號為脈波訊號，其導通時間分別為第一導通時間耵 與第二導通時間T2。脈波寬度比較器152比較第一導通 訊號與第二導通時間訊號，並輸出其比較結果，其目: 到第一導通時f曰m與第二導通時間Τ2的差異。峰值調整= 7 201111939 153根據脈波寬度比較器152之 訊號Vpeak至該時_ :叫調整該峰值 趨近於第-料_T1 (奸目通時間η 第紐圖顯示導通時間最後詳述）。 式，如制 的—種開迴路實施方 V_、平均二導通時㈣測電路154接收回授訊號 Γ第^^訊號*_第，日_號。其 時門Γ3Γ訊號為脈波訊號，其導通時間為第-導通 時^卜脈波寬度複製器155複製第—導通時間訊號產生第 -導通時間訊號，其目的為使第二導通時間T2 Γ=相等(或與第-導通時間τι的某比;列值大3 等’谷於最後詳述）。 或^上f種導通時間控制器15的實施方式中，初始時刻to 、、 5孔號中導通時間開始的時刻，此時刻在電路中有各種 方式可以取得，其例如可由但不限定由伽 上升緣時刻來取得；初始_ tG的其他取得方式將在後文中 再舉例。 、請同時參閱第9A-9B圖與第10圖，S 1〇圖顯示具有 閉迴路導通時間控制||之調節器的更具體實施例，其以第 21圖之非同步降壓型功率級12為例，功率級12中之二極體 電流ΠΜ、功率電晶體電流ILX、與電感電壓VLX之訊號波 形如第9A圖所示；另外，led電路14中之LED電流ILED、 以及回授電路13中之回授訊號¥1观3之訊號波形亦顯示於第 9A圖。 詳言之，第10圖顯示回授訊號％伽8輸入時間偵測電路 151中之第一比較器1511與第二比較器1512，第一比較器 1511比較回授訊號Visns與平均值參考訊號Vref，根據比較 201111939 結果產生第一時刻訊號，如第10圖所示，此第一時刻訊號於 第一時刻tl轉態；第二比較器1512比較回授訊號VISNS與 峰值訊號Vpeak，根據比較結果產生第二時刻訊號，如第10 圖所示，此第二時刻訊號於第二時刻t2轉態。脈波寬度產生 器1513接收相關於初始時刻t0之初始時刻訊號、相關於第 一時刻tl之第一時刻訊號、與相關於第二時刻t2之第二時 刻訊號，如第10圖中右下方所示，根據t〇, tl，與t2，脈波

寬度產生器1513產生脈波寬度為第一導通時間τΐ之第一導 通時間訊號與脈波寬度為第二導通時間T2之第二導通時間 訊號。接著，脈波寬度比較器152比較第一導通時間訊號與 第二導通時間訊號，並將結果輸入缘值調整器153，岭值調 整器153根據脈波寬度比較器152之比較結果，回授調整峰 值訊號Vpeak至時間偵測電路⑸，藉此閉迴路控制，以使 第一導通時間T2趨近於第一導通時間τι。 如刚所述，初始時刻to可由許多方式取得，參閱第1〇

圖可知’除取自回授訊號Visns外，亦可但不限於由pwM 訊遽功率電晶體電流ILX訊號、或電感電壓VLX訊號等 =號取得。如初始時刻t〇取自回授訊號v娜的上升緣，則 宜過遽其雜訊’細節將在後文參考第I3圖時再作說明。 ，同時參閱第11A_11B圖與第12圖，與第ig圖不同， :圖T具有開迴路導通時間控制器之調節器的更具體 =’其亦以第21圖之非同步_功率級Η為例，功 雷 之一極體電流ID1、功率電晶體電流ILX、與電咸 電壓VLX之訊號波形如第lu 电“與电』 中夕咖+ “ 圖所7^ ;另外，LED電路14 中之LED電流ILED、以及回授雷敗^ 之訊號波形亦顯示於第11A圖。 之回授訊號V廳 201111939 詳言之，第12圖顯示回授訊號Visns輸入第一導通時間 偵測電路154中之第一比較器1511，第一比較器1511比較 回授訊號Visns與平均值參考訊號Vref，根據比較結果產生 第一時刻訊號，如第12圖所示，此第一時刻訊號於第一時刻 tl轉態；至於初始時刻t0則如前所述可由許多方式取得。接 著將相關於初始時刻to之初始時刻訊號、與相關於第一時刻 tl之第一時刻訊號輸入脈波寬度產生器ι513,脈波寬度產生 器1513根據tO與tl，產生脈波寬度為第一導通時間T1之第 一導通時間訊號。接著，脈波寬度複製器155複製第一導通 時間訊號的脈波寬度而產生第二導通時間訊號，並將結果輸 入PWM控制器11，以使PWM訊號導通時間趨近於兩倍的 第一導通時間T1。 以下針對第8A圖、第9A-9B圖與第1〇圖所示的閉迴 路控制方式’再舉幾個電路說明其細節，但需說明的是，相 同概念有多種可能的實施方式，無法一一全數列舉，以下僅 係舉例’用以顯示本發明確屬可具體實現，但不應認為本發 明僅能侷限於所舉例的實施方式。 第13圖舉例顯示第1〇圖電路的其中一個更具體實施 例，本實施例顯示回授訊號Visns輸入時間偵測電路151中 之第一比較器1511、第二比較器1512、與第三比較器151〇， 第一比較器1511比較回授訊號Visns與平均值參考訊號 Vref’根據比較結果產生第一時刻訊號，如第π圖所示，第 一時刻訊號於第一時刻tl轉態；第二比較器1512比較回授 訊號Visns與峰值訊號Vpeak，根據比較結果產生第二時刻 訊號，如第13圖所示，第二時刻訊號於第二時刻t2轉態； 另外，第三比較器1510則係用以偵測回授訊號visns的上升 201111939 緣以獲知初始時刻to，為避免回授訊號ViSNS的波動影響對 其上升緣的偵測’第三比較器1510比較回授訊號yISNS與一 略咼於零的臨界電壓Vrefl，以過濾低於該臨界電壓的波動， 此臨界電壓Vrefl可為大於零而小於谷值(vvaliey，請參閱第 6 9B、ΠΒ、20等圖）的任何電壓值’例如可為但不限於為 10%Vref。接著將相關於初始時刻t〇之初始時刻訊號、相關 於第一時刻ti之第一時刻訊號、與相關於第二時刻t2之第 二時刻訊號輸入脈波寬度產生器1513,脈波寬度產生器1513 • 根據t0,扎與口，產生脈波寬度為第一導通時間T1之第一 導通時間訊號與脈波寬度為第二導通時間T2之第二導通時 間訊號。 ^ 本實施例中’脈波寬度比較器152包含第一平均電路 1521與第二平均電路1522，其利用電阻電容(Rc)電路，將第 一導通時間訊號與第二導通時間訊號個別平均化後轉換為第 一平均訊號與第二平均訊號；脈波寬度比較器152還包含運 算放大器1523，比較第一平均訊號與第二平均訊號，並將結 • 果輸入峰值調整器153，峰值調整器153例如為但不限制^ 如圖所示之電阻電容電路’根據脈波寬度比較器152之比較 結果，平均化後作為峰值訊號Vpeak回授調整至時間偵測電 路151 ’藉此閉迴路控制，以使第二導通時間T2趨近於第一 導通時間Τ1。 第14圖顯示又一具有閉迴路導通時間控制器之調節器 的更具體實施例。本實施例顯示回授訊號VlSNS輸入時間偵 測電路151中，產生脈波寬度為第一導通時間τι之第一導 通時間訊號與脈波寬度為第二導通時間T2之第二導通時間 訊號，時間偵測電路151的電路細節與前一實施例相同，兩5 11 201111939 再贅予說明。本實施例中，脈波寬度比較器152包含第一電 容M24、第一開關電路b25、第二開關電路1526、第三開 關電路1527、比較器1528、第一電流源1621、以及第二電 流源1622，藉由開關電路1525〜1527的操作，改變第一電容 1524上方節點的電壓Vx，以控制比較器1528的輸出。 詳言之，請參見右下方波形圖，於第一導通時間T1，第 一開關電路1525導通，第一電流源1621以第一電流10對第 一電容1524充電；於第二導通時間T2，第二開關電路1526 導通，第二電流源1622以第一電流1〇使第一電容1524放 電；於PWM訊號不導通的時間Τ3，第三開關電路1527導 通，使第一電容1524之電壓Vx恢復至基準參考電壓Vref2。 若第二導通時間T2短於第一導通時間T1，則在第二導通時 間結束時，電壓Vx將高於基準參考電壓Vref2 (如圖所 例示）’若第二導通時間T2等於或長於第一導通時間τ卜則 在第二導通時間T2結束時’電壓νχ將等於或低於基準參考 ，壓Vref2。比較器1528比較基準參考電壓Vref2與第一電 容1524之電壓Vx，輸出其比較結果至峰值調整器153。 峰值調整器！53包含上下計數器咖與數位類比轉換器 153^上下計數器在第二時刻t2受致能（在本實施例 中是受第二導通_訊號之下降緣所致能）;在第二導通時間 Ί束時比較器丨528當時的輸出，表示電壓與基準 參考電壓\^ef2 _係’亦即第二導猶間η和第—導通時 夕的關係。因此’上下計數器1531可根據比較器1528 -道、果，進行上下計數’以調整第二導通時間T2和第 、間T1間的差距。數位類比轉換器1532將上下計數 請1輪出的數位計數值轉換為類比之♦值訊號二3 12 201111939 回授至時間偵測電路151。 第15圖顯示再一具有閉迴路導通時間控制器之調節器 的更具體實施例。本實施例與第14圖實施例不同之處在於°， 本實施例之峰侧整H 153包含：單發脈波產生器1533、第 二電容1534、細開關電路1535、第三電流源1536、第五 開關電路1537、以及第四電流源！538，其整體作用有如一類 比計數器，可分段調整第二電容1534的電壓。詳言之，在第 二導通時間T2結束時’若基準參考電壓Vref2大於第一電容 • 1524之電壓Vx，則單發脈波產生器1533產生一單發脈波充 電訊號’使第四開關電路1535導通一段瞬間；於基準參考電 壓Vref2小於第-電容1524之電壓時，單發脈波產生器伽 產生一單發脈波放電訊號，使第五開關電路1537導通—段瞬 間。於單發脈波充電訊號產生時，第三電流源1536以第二電 々il II充電第一電容1534，於單發脈波放電訊號產生時，第 四電流源1538以第二電流η對第二電容1534放電。第二電 谷1534上之電壓’即為峰值訊號Vpeak。對照本實施例與第 _ 14圖實施例可看出，本實施例與第14圖實施例的工作方式 十分相似，但本實施例是以類比方式分段調整第二電容1534 的電壓，因此不需要再作數位類比轉換。 第16圖顯示又另一具有閉迴路導通時間控制器之調節 器更具體的實施例。本實施例與第14圖所顯示之實施例不 同之處在於，本實施例之脈波寬度比較器152包含震盪器 1623、第一及(AND)閘1624、第二及閘1625、及上下計數器 1626 ;而峰值調整器153中包含栓鎖電路1539、及數位類比 轉換器1532。震盪器1623用以產生時脈訊號CLK ;第一及 (AND)閘1624將第一導通時間訊號與時脈訊號CLK作及蘇 13 201111939 輯運算’以輸出上數(up count)訊號；第二及閘1625將第二 導通時間訊號與時脈訊號CLK作及邏輯運算，以輸出下數 (/own count)訊號；上下計數器ι626根據上數訊號與下數訊 號對應地上下s十數後，輸出數位計數值至峰值調整器153 。中之栓鎖電路1539。也就是，脈波寬度比較器152以時脈訊 號CLK分別計算第一導通時間T1與第二導通時間丁2的時 間長度，並於上下計數器1626中根據第一導通時間τι與第 二導通時間T2的時間長度進行上下計數，且輸出計數值至 峰值調整器153。峰值調整器ί53中之栓鎖電路1539在第二 時刻t2文致能（在本實施例中是受第二導通時間訊號之下降 緣所致能）；在第二導通時間T2結束時，接收脈波寬度比較 器152輸出的計數結果並儲存在其内。數位類比轉換器 將栓鎖電路1539内儲存的數位計數值轉換為類比型態之峰 值訊號Vpeak，以回授至時間偵測電路151。 第17圖顯示再另—具有閉迴路導通時間控制器之調節 器更具體的實闕。本實侧鮮14 _顯故實施例不 同之處在於，本實施例之脈波寬度比較器152包含震盪器 1623、第-計數器1627、第二計數$ 1628、及編碼比較器 1629,而峰值調整器153包含栓鎖電路1539、上下計數器 1626、及數位類比轉換器1532。震盪器用以產生時脈 訊號CLK;第一計數器1627根據時脈訊號CLK計數第一導 通時間Ή ’產生第一計數訊號Q!;第二計數器1628根據時 脈訊號CLK計數第二導通時間T2，產生第二計數訊號Q2 ; 編碼比較器1629比較第一計數訊號Q1與第二計數訊號從 後，編碼其比較結果以輸出編碼數值至峰值調整器中之 栓鎖電路1539。峰值調整器153中，栓鎖電路1539在第二 201111939 時刻t2受致能（在本實施例中是受第二導通時間訊號之下降 ，所致I)，在第二導通時間Τ2結束時，接收脈波寬度比較 器輸出之編碼數值，並儲存在其内。上下計數器根據該 編碼數值’上下计數後’輸出數位計數值至數位類比轉換器 1532 ’將餘龍鋪換為_之峰值職卩喊，以回授 至時間偵測電路151。 以下針對第8B圖、第11A-11B圖與第12圖所示的開 迴路控制方式，再舉幾個電路說明其細節，但需說明的是， • 相同概念有多種可能的實施方式，無法一一全數列舉，以下 僅係舉例，用以顯示本發明確屬可具體實現，但不應認為本 發明僅能侷限於所舉例的實施方式。 第18圖顯示具有開迴路導通時間控制器之調節器的一 個更具體的實施例。本實施例顯示回授訊號¥1聊8輸入第一 導通時間偵測電路154中之第一比較器1511、與第三比較器 1510,第一比較器1511比較回授訊號乂18奶與平均值參考訊 號Vref ’根據比較結果產生第一時刻訊號，如第18圖所示， φ 第一時刻訊號為於第一時刻tl轉態；另外，第三比較器1510 比較回授訊號VISNS與臨界電壓Vrefl以產生初始時刻訊 號，其中臨界電壓例如可為但不限於為10%vref以過濾回授 訊號VISNS中的波動，且初始時刻訊號於初始時刻t〇轉態。 接著將相關於初始時刻to之初始時刻訊號、與相關於第一時 刻tl之第一時刻訊號輸入脈波寬度產生器1513，脈波寬度 產生器1513根據初始時刻訊號、與第一時刻訊號，產生脈波 覓度為第一導通時間T1之第一導通時間訊號，輸入脈波寬 度複製器155。 脈波寬度複製器155包含第一電容1524、第一電流 15 201111939 1621、第二電流源1622、第一開關電路1525、第二開 !526、第三開關電路1527、及比較器1528，藉^關電路 I525〜I527的操作，改變第一電容測上方節點的電壓I 以控制比較器1528的輸出，使其高位準的時間長度於 的T1 (亦即T1+T2)。 ^ ' 倍 詳言之，於第-導通時間Τ卜第一開關電路助導通， 第-電流源1621以第-電流10對第一電容1524充電；於 T1的反相期間，第二開關電路導通，第二電流源/必 以第-電流10使第-電容1524放電，直至電壓％ 準參考電壓VreG，此時比較器的輪出轉態，使㈣二 訊號轉為不導通，且在PWM訊號不導通的時間丁3， 門 關電路1527導通，使第-電容之電壓νχ維持於^ 參考電壓。自第-電容開始放電，直至電壓W 到達基準參考電壓Vref2的時間，作為第二導通時間τ2，因 第了電容1524的充放電速率相同，因此第二導通時間τ2等 於第-導通時間n，而pwm訊號的導通咖即為Τ1+Τ2， 等於兩倍的Τ1。 ’ 第19圖顯示又-具有’路導通時間控制器之調節器 更具體的實施例。本實施例與第18圖所顯示之實施例不同 之處在於，本實施例之脈波寬度複製器155 1623、計㈣腦、及脈波複製器收。震盪器應肋 產生時脈訊號CLK ;計數器1551根_脈訊號clk計數第 二導通時間Ή，產生-計數訊號；脈波複製器1552根據計 數訊號與第-時刻訊號，複製第—導通時間τι成為第二導 通時間T2。PWM控制H U可將第一導通時間Ή *第二導 通時間T2合併成為PWM訊號的導通時間，或是根據初始時 201111939 刻to與第二時刻t2(第二導通時間_下降緣)，來決定顺 訊號的導通時間。 以上所有實施例中，係取回授訊號V麵到達平均值參 考efl號Vref的時點作為第一時刻，以初始時刻至第一 時刻tl間的時間為T1，並使第一時刻tl至第二時刻t2間的 時間Τ2^Γ1。但雜，铜—概念τ，亦謂平均值參考訊 號Vref設為其他數值’並對應改變Τ2與τι間的比例，仍應 屬於本發明的範圍。例如，可令平均值參考訊號㈣對應於 _ 平均值的90/〇’並令T2=(11/9)*T1·，或令平均值參考訊號Vref 對應於平均值的110%，並令Τ2=(9/11)*Τ1等等，這些等效 1化田然皆屬於本發明的範圍。換言之，如以自該功率電晶 體導通之初始時刻to起、至回授訊號到達平均值參考訊號 Vref之時間作為第—導通時間T1，則視平均值參考訊號Vref 的a又疋而疋，第二導通時間T2可為第一導通時間的某一比 例值Τ2=α · Τ1 ’其中α為正實數，而α=1僅是其中的一個 較佳實施例。對應於〇^值的不同，各實施例中可對應修改電 鲁 流源的電流值、比較器的輸入端設定、第16、17圖中可使用 不同的時脈CLK來計數Τ1與Τ2、第19圖中可設計脈波複 製器1552使其產生的Τ2為α倍Τ1，等等。而「平均值參考 訊號Vref」此名稱僅表示其與平均值相關，不表示其必須對 應於平均值的100%。 此外，請參閱第20圖，在某些應用情況下，回授訊號 Visns可能成如圖所示的下斜波形，同樣可應用以上所述的 方法來控制使T2=T1，而使PWM訊號的導通時間等於 Τ1+Τ2 ’以將輸出電流平均值調節穩定於所設定之目標值。此 時’前述各實施例中之「峰值調整器」或峰值訊號Vpeak應} 17 201111939 對應改為「谷值調整器」或谷值訊號Vvalley。本發明中以「極 值」這一用詞來表示「峰值」或「谷值」。 與先前技術相較’除了可將輸出電流平均值調節穩定於所 設定之目標值外，與美國專利第7,388,359號相較，請對照第 9B、11B圖與第5圖’訊號切換初期所產生的突波㈣k雜 訊並不會影響本發明對於平均值的偵測，但卻會影響美國專 利第7,388,359號中對於輸出電流平均值的計算，因二本發明 中’對於PWM訊號導通時間的計算會比美 7,388,359號更為精確。· 第 以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者， 僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的内容而已，並非用 來限定本發明之制棚。在本發明之相職神下熟悉本 技術者可以思及各種等效變化。例如，在所示各實施^路 中’可插入不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等；數位 訊號尚低辦所麵的意義可以互換，例如第-與第二導通時 間τι和T2可改為以訊號的低位準來表示，此時第二時刻u ，應，根據第二導通時間T2的上升緣來歧，又例如比較 。10、1511、1512的輸入端正負可以互換，而及閘1624、 5也可⑽為其他賴電路，僅需聰修正電路的訊號處 式即可。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得， 因此’本發__應涵蓋上述及其他所有等效變化。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示先前技術的調節器電路圖。 、反壓型、或 第2八-21圖示出同步或非同步之降壓型、 升降壓型調節器。 201111939 第3圖顯錢顧術之錢訊_解值錢朗，但其平 均電流卻不相同。 第圖員示種先前技術之控制平均電流之電路。 第5圖顯示一種先前技術之控制平均電流之機制。 第圖顯示顯示調節器之回授訊號_一個脈波的波开)圖 第7圖顯示本發明基本架構的-個實施例。 f8A圖示導通時間控制以5的其中-種閉迴路實施方式。 $ =，導通時間控制器15的其中—種開迴路實施方式。 • 帛與9B圖顯示調節器各點訊號波形的其中-個例子。 第10圖顯示具有閉迴路導通時間控制器之調節器的實施 例。 第11A與11B圖顯示調節器各點訊號波形的其中一侧子。 顯示具有開迴路導通時間控制器之調節器的實施例。 圖顯示具有閉迴路導通時間控制器之調節器的更具 • 圖齡具有開迴料通咖㈣11之調節11的更具 第20圖說明本發明亦可應用於回授訊號呈下斜波形的情況。 【主要元件符號說明】 11 PWM控制器 12功率級 13回授電路 14 LED電路 15導通時間控制器 151時間偵測電路 1510第三比較器 1511第一比較器 1512第二比較器 1513脈波寬度產生器 152脈波寬度比較器 1521第一平均電路 201111939 1522第二平均電路 1523運算放大器 1524第一電容 1525第一開關電路 1526第二開關電路 1527第三開關電路 1528比較器 1621第一電流源 1622第二電流源· 1623震盪器 1624第一及閘 1625第二及閘 1626上下計數器 1627第一計數器 1628第二計數器 1629編碼比較器 153峰值調整器 1531上下計數器 1532數位類比轉換器 1533單發脈波產生器 1534第二電容 1535第四開關電路 1536第三電流源 1537第五開關電路 1538第四電流源 1539栓鎖電路 154第一導通時間偵測電路 155脈波寬度複製器 CLK時脈訊號 lout輸出電流 10第一電流 11第二電流 ID1二極體電流 IL1電感電流 ILED LED 電流 ILX功率電晶體電流 Q1第一計數訊號 Q2第二計數訊號 to初始時刻 T1第一導通時間 tl第一時刻 T2第二導通時間 t2第二時刻 T3 PW1V[訊號不導通時間 Ton導通時間(〇N-time) Toff不導通時間(〇FF-time) Vin輸入電壓 Vout輸出電壓 VISNS回授訊號 Vpeak峰值訊號 Vref平均值參考訊號 Vrefl臨界電塵 201111939

VreG基準參考電壓 Vvalley谷值訊號

21

Claims (1)

1. 201111939 七、申請專利範圍： L 一種平均電流調節器，包含： ’、根據脈寬調變(pulse width modulation，PWM) 二:切換至少-個功率電晶體以將輸入電壓轉換為輸出電 回二=功率_接，以產生-回授訊號’綱 =通時間控制器’與該回授電路麵接，其接收該回授訊 並根制賴喊和—與平均電流相_平均值參考訊 唬，產生一導通時間訊號；以及 、^WM㈣n ’減該導通時間訊號，產生該p蘭訊號， 以調節輸出電流之平均值至一平均電流目標值。 2.如申請專利範圍第1項所述之平均電流調節器，JL中該導 通時間控制器獲取自該功率電晶體導通之初始時刻起、至回授 訊號到達平均值參考職之賴，作為—第-導通時間，並根 據該第導通時間產生成比例之一第二導通時間，且其中該 PWM訊號之導通_長度為糾—導鱗間與第二導通時間 之和。 3.如申睛專利範圍第2項所述之平均電流調節器，其中該導 通時間控制器，包含： 時間偵測電路，接收該回授訊號、該平均值參考訊號、與 代表回授訊號極值之極值訊號，並產生具有該第一導通時間的 第一導通時間訊號，與具有該第二導通時間的第二導通時間訊 號； 脈波寬度比較器，其比較第一導通時間訊號與第二導通時 間訊號的脈波寬度，並輸出其比較結果；以及 201111939 極值調整器’其根據脈波寬度比較器之比較結果，回授調 整該極值訊號至該時間偵測電路，以使第二導通時間趨近於第 一導通時間的目標比例。 4. 如申請專利範圍第3項所述之平均電流調節器，其中該時 間偵測電路包含： 第一比較器，比較該回授訊號與該平均值參考訊號，以決 定-時刻’其係代表第一導通時間訊號之結束時刻； 第二比較器，比較該回授訊號與該極值訊號，以決定一第 • 二時刻，其係代表第二導通時間訊號之結束時刻.；以及 脈波寬度產生器，根據該初始時刻、第一時刻、與第二時 刻，產生6亥第一導通時間訊號與該第二導通時間訊號。 5. 如申清專利範圍第4項所述之平均電流調節器，其中該時 間债測電路更包含：第三比較器，比較該回授訊號與一臨界電 壓，以決定该初始時刻，其中，該臨界電壓大於零而小於該回 授訊號之谷值。 6. 如申请專利範圍第3項所述之平均電流調節器’其中該脈 鲁 波寬度比較器，包含： 第一平均電路’將第一導通時間訊號平均化後轉換為一第 一平均訊號； 第二平均電路，將第二導通時間訊號平均化後轉換為一第 二平均訊號；以及 平均訊號比較器，比較第一平均訊號與第二平均訊號後， 輪出其比較結果。 7. 如申請專利範圍第ό項所述之平均電流調節器，其中該極 值調整器包含-電阻電容電路，將該脈波寬度比較器之比較結 果，平均化後轉換為該極值訊號，以回授至該時間偵測電嵴灼 23 201111939 8*如申請專利範圍第3項所述之平均電流調節器’其中該脈 波寬度比較器包含： 第一電容’於第一導通時間，以一第一電流充電’於第二 導通時間’以該第一電流放電，於所述pwM訊號不導通時， 恢復至一基準參考電壓；以及 比較器’比較該基準參考電壓與該第一電容之電壓後，輪 出其比較結果。 ' 9.如申請專利範圍第8項所述之平均電流調節器，其中該極 值調整器包含：·

   上下計數器，根據該脈波寬度比較器之比較結果，上下計 數後，輸出一數位計數值；以及 數位類比轉換器’將該數位計數值轉換為類比之該極值訊 號，以回授至該時間偵測電路。 π 器’其中該極 10.如申請專利範圍第8項所述之平均電流調節 值調整器包含：

   單發脈波產生器，於基準參考電壓大於第一電容之電壓 時’產生一單發脈波充電訊號，於基準參考電壓小於第一 之電壓時，產生一單發脈波放電訊號； ‘ 第二電容，於單發脈波充電訊號產生時，以一第二電流 電，於單發脈波放電訊號產生時，以該第二電流放電，其^ 該極值訊號係根據該第二電容上之電壓而產生。 U·如申請專利範圍第3項所述之平均電流調節器， 波寬度比較H，包含： 〜中該舰 震盪器，用以產生一時脈訊號； 導通時間的長度， 第一邏輯閘’根據該時脈訊號計算第一 以輪出一上數訊號； 24 201111939 一導通時間的長度， 第二邏輯閘，根據該時脈訊號計算第 以輸出一下數訊號；以及

   上下計數 12·如申請專利範圍第U項所述之平均電流調節器 ，其中該 極值調整器包含： 栓鎖電路，在第二_受致能而儲存該脈波寬度比較器輸 出之計數結果，並輸出一數位計數值；以及 】 。數位類比轉換器，將該數位計數值轉換為類比之該極值訊 號，以回授至該時間偵測電路。 D A如申請專利範圍第3項所述之平均電流調節器，A中該脈 波寬度比較器，包含： '、^ 震盪器，用以產生一時脈訊號； 第一計數器，根據該時脈訊號計數第一導通時間訊號，產 生一第一計數訊號； 第二計數器，根據該時脈訊號計數第二導通時間訊號，產 生一第·一计數訊號；以及 編碼比較器，比較該第一計數訊號與該第二計數訊號後， 編碼其比較結果以輸出其編碼結果。 14.如申請專利範圍第13項所述之平均電流調節器，其中該 極值調整器包含： 栓鎖電路’在第二時刻受致能而儲存該脈波寬度比較器輸 出之編碼結果’並輸出一編碼訊號； 上下計數器，根據該編碼訊號，上下計數後，輸出一數位 計數值；以及 數位類比轉換器，將該數位計數值轉換為類比之該極锋尊】 25 201111939 號，以回授至該時間偵測電路。 ==利範包:第2項所述之平均電流調節器，其中該導 第一 考訊號， 以及 導通時間_電路，其魏細授峨_平均值來 以輸出具有該第-導通時間之第—導通時間訊號； 脈波寬度複製器，與該第-導通時間偵測電路麵接，以根 據該第一導通時間訊號，產生具有該第二導通時間之第二導 通時間訊號。 16. 如申請專利範圍第15項所述之平均電流調節器其中該 第一導通時間偵測電路包含： 第一比較器，比較該回授訊號與該平均值參考訊號，以決 定一第一時刻，其係代表第一導通時間訊號之結束時刻；以及 脈波寬度產生器，根據該初始時刻與第一時刻，產生該第 一導通時間訊號。 17. 如申請專利範圍第16項所述之平均電流調節器，其中該 第一導通時間偵測電路更包含：第二比較器，比較該回授訊號 與一臨界電壓，以決定該初始時刻，其中，該臨界電壓大於零 而小於該回授訊號之谷值。 如申請專利範圍第15項所述之平均電流調節器，其中該 脈波寬度複製器，包含： 電容，於第一導通時間，以一第一電流充電，於第一導通 時間的反相時間，以該第一電流放電，於PWM訊號不導通 時，恢復至一基準參考電壓；以及 比較器，比較該基準參考電壓與該電容之電壓後，輸出該 導通時間訊號。 26 201111939 19. 如申請專利範圍第15項所述之平均電流調節器，其中該 脈波寬度複製器，包含： 震盪器，用以產生一時脈訊號； 計數器，根據該時脈訊號計數第一導通時間，產生一計數 訊號；以及 Γ . 脈波複製器，根據該計數訊號與該第一時刻訊號，複製輸 出該第二導通時間訊號。 20. —種平均電流調節器驅動電路，用以驅動一功率級，該功

   率級根據一脈寬調變(pulse width modulation, PWM)訊號，切換 至少一個功率電晶體以將輸入電壓轉換為輸出電流，且該功率 級耦接至一回授電路，以產生一回授訊號，該平均電流調節器 驅動電路包含： 導通時間控制器，與該回授電路耦接，其接收該回授訊 號，並根據該回授訊號和一與平均電流相關的平均值參考訊 號’產生一導通時間訊號；以及 PWM控制器’根據該導通時間訊號’產生該pwM訊號 以調節輸出電流之平均值至一平均電流目標值。 =·，如申請專利範圍第20項所述之平均電流調節器驅⑻ 矣，其中該導通時間控制器獲取自該功率電晶體導通之初始日 d起、至回授訊號到達平均值參考訊號之時間，作為一第一 4 、夺間’並根據该第一導通時間產生成比例之一^二導通日 其中該PWM訊號之導通時間長度為該第-導通時^ 一"等通時間之和。 請專魏圍第21韻狀平均f流調節器驅動, 含：中該回授訊號具有-極值，且其中該導通時間控制㈤ 201111939 時間偵測電路，接收該回授訊號、該平均值參考訊號、 代表回授辦修狀極值減，並產生具有該第—導通時門的 第了導通時間峨，與具有該第二導通_的第二導通時&訊 號； 。n* 脈波寬度比較器，其比較第-導通時間訊號與第二導通 間訊號的脈波寬度，並輸出其比較結果；以及 、 極值調整器，其根據脈波寬度比較器之比較結果，回授調 整該極值訊號至該時間偵測電路，以使第二導通時間趨近於第 一導通時間的目標比例。 23. 如申請專利範圍第22項所述之平均電流調節器驅動電 路’其中該時間偵測電路包含： 第一比較器，比較該回授訊號與該平均值參考訊號，以決 定一第一時刻，其係代表第一導通時間訊號之結束時刻； 弟一比較器，比較該回授訊號與該極值訊號，以決定—第 一時刻’其係代表第二導通時間訊號之結束時刻；以及 脈波寬度產生器，根據s亥初始時刻、第·一時刻、與第二時 刻’產生該第一導通時間訊號與該第二導通時間訊號。 24. 如申請專利範圍第23項所述之平均電流調節器驅動電 路，其中該時間偵測電路更包含：第三比較器，比較該回授訊 號與一臨界電壓，以決定該初始時刻，其中，該臨界電壓大於 零而小於該回授訊號之谷值。 25. 如申請專利範圍第22項所述之平均電流調節器驅動電 路，其中該脈波寬度比較器，包含： 第一平均電路，將第一導通時間訊號平均化後轉換為一第 一平均訊號； 第二平均電路，將第二導通時間訊號平均化後轉換為一第 201111939 二平均訊號；以及 平均訊號比較器’比較第一平均訊號與第二平均訊號後， 輸出其比較結果。 26·如申請專利範圍第25項所述之平均電流調節器驅動電 路’其中該極值調整器包含一電阻電容電路，將該脈波寬度比 較器之比較結果’平均化後轉換為該極值訊號，以回授至該時 間4貞測電路。 27·如申請專利範圍第22項所述之平均電流調節器驅動電 路’其中該脈波寬度比較器包含： 第一電容’於第一導通時間’以一第一電流充電’於第二 導通時間’以該第一電流放電，於所述PWM訊號不導通時， 恢復至一基準參考電壓；以及 比較器’比較該基準參考電壓與該第一電容之電壓後，輸 出其比較結果。 28.如申請專利範圍第27項所述之平均電流調節器驅動電 路’其中該極值調整器包含： 上下計數器，根據該脈波寬度比較器之比較結果，上下計 數後，輸出一數位計數值；以及 數位類比轉換器’將該數位計數值轉換為類比之該極值訊 號，以回授至該時間偵測電路。 29·如申請專利範圍第27項所述之平均電流調節器驅動電 路，其中該極值調整器包含： 單發脈波產生器，於基準參考電壓大於第一電容之電壓 時’產生一單發脈波充電訊號，於基準參考電壓小於第一電容 之電壓時’產生—單發脈波放電訊號； 第二電容’於單發脈波充電訊號產生時，以一第二電流苑 29 201111939 電，於單發脈波放電訊號產生時，以該第二電流放電，其中， 該極值訊號係根據該第二電容上之電壓而產生。 30.如申請專利範圍第22項所述之平均電流調節器驅動 路，其中該脈波寬度比較器，包含： 震盪器’用以產生一時脈訊號； 第一邏輯閘，根據該時脈訊號計算第一導通時間的長度， 以輪出一上數訊號； 人 、第二邏輯閘，根據該時脈訊號計算第二導通時間的長度， 以輪出一下數訊號；以及 ^ ^上下計數器，根據該上數訊號與該下數訊號，上下計數 後’輸出其計數結果。 31.如申請專利範圍帛3〇顿述之平均電流調節器驅動電 路’其中該極值調整器包含： ，鎖電路，在第二時刻纽能而儲存職波寬度比較器輸 之計數結果，並輸出一數位計數值；以及 數位類比轉換器，將該數位計數值轉換為類比之該極值訊 琥，以回授至該時間偵測電路。 如申吻專利範圍第22項所述之平均電流調節器驅動電 ’其中該脈波寬度比較器，包含： 震盪器，用以產生一時脈訊號； 第一计數器，根據該時脈訊號計數第一導通時間訊號，產 生一第一計數訊號； 第二計數器，根據該時脈訊號計數第二導通時間訊號，產 生一第二計數訊號；以及 編碼比較器’比較該第一計數訊號與該第二計數訊號後， 、、竭其比較結果以輸丨其編碼結果。 201111939 第包3:項所述〜調節器_ 出之 電 計數ilt’ _編鄕號’上下計紐，輸出-數位 3路4.如其申中=:二=之平均電流調節_ 第-導通時間偵測電路，其接收該回授訊號與 考訊號，以輸出具有兮笛 ^ 以及 、，” _畀有該第一導通時間之第一導通時間訊號； 脈波寬度複製器，與該第一導通時間價測電路輕接，以; 據該第-導通時間訊號，產生具有該第二導通時間 通時間訊號。 5.如申明專利範圍第34項所述之平均電流調節器驅動; 路，其中該第一導通時間偵測電路包含·· ^第一比較器，比較該回授訊號與該平均值參考訊號，以为 定-第-_，其係代表第—導猶間職之結束時刻；似 脈波寬度產生器，根據該初始時刻與第一時刻，產生該驾 一導通時間訊號。 ° 36.如申請專利範圍第35項所述之平均電流調節器，其中錢 第一導通時間侧電路更包含··第二比較器，比較該回授訊號 與臨界電壓，以決定該初始時刻，其中，該臨界電壓大於零 而小於該回授訊號之谷值。 E S 31 201111939 37. 如申请專利範圍第34項所述之平均電流調節器盆中該 脈波寬度複製器，包含： 、** 電容，於第-導通時間，以一第一電流充電，於第一導通 時間的反相時間’以該第一電流放電，於pwM訊號不導通 時，恢復至一基準參考電壓；以及 比較器，比較該基準參考電壓與該電容之電壓後，輸 導通時間訊號。 38. 如申μ專利範圍第34項所述之平均電流調節器，其中該 脈波寬度複製器，包含： 、° 震盪器，用以產生一時脈訊號； 計數器，根據該時脈訊號計數第一導通時間，產生一計數 訊號；以及 脈波複製器，根據該計數訊號與該第一時刻訊號，複製輸 出該第一導通時間訊號。 39. —種平均電流調節方法，包含： 根據一脈寬調變(pulse width modulation，PWM)訊號，切 換一功率級中之至少一個功率電晶體以將輸入電壓轉換為輸 出電流； 根據該輸出電流產生一回授訊號，其中該回授訊號具有 一極值； 接收該回授訊號，並根據該回授訊號和一與平均電流相 關的平均值參考訊號’產生一導通時間訊號；以及 根據該導通時間訊號，產生該PWM訊號，以調節輸出 電流之平均值至一平均電流目標值。 40. 如申睛專利範圍第39項所述之平均電流調節方法，其中 該產生導通時間訊號之步驟，包含： 201111939 、，獲取自該功率電晶體導通之初始時刻起、至回授訊號到達 平均值參考訊號之時間，作為一第一導通時間；以及 根據該第一導通時間產生成比例之一第二導通時間， 其中該PWM親之導稱職度為該第—導通時間斑第二 導通時間之和。 札如申請專利範圍第39項所述之平均電流調節方法，其中 該產生導通時間訊號之步驟，包含： 以該功率電晶體導通為初始時刻；

   將5亥回授訊號與該平均值參考訊號比.較以決定第一時刻； 將該回授訊雜代表賴訊雜值之極值職 ^ 定第二時刻； ' 根據初始時刻與第-時刻，產生具有第—導通時間一 導通時間訊號； 根據第-時刻與第二時刻，產生具有第二導通時間的第二 導通時間訊號； — 产第-導通時間訊號與第二導通時間訊號的脈波寬 #根據脈波寬度比較結果，回授機雜值訊號，以使第二 導通時間趨近於第-導通時_目標比例。 — 牡如申請專利範圍帛39項所述之平均電流調節方法， 該產生導通時間訊號之步驟，包含： 、 以該功率電晶體導通為初始時刻； 將該回授訊號與該平均值參考訊號比較以決定第一時刻； 根據初始時刻與第一時刻，產生具有第一導通時間的第二 導通時間訊號；以及 成比例地複製該第一導通時間訊號的脈寬，以產生具有条 33 201111939 二導通時間之第二導通時間訊號，其中該第二導通時間與第 一導通時間成比例。 43.如申請專利範圍第41或42項所述之平均電流調節方法， 其中該初始時刻係由以下步驟決定：將該回授訊號與一臨界電 壓相比較，其中該臨界電壓大於零而小於該回授訊號之谷值。