直流转直流转换电路及其控制器的制作方法

专利名称：直流转直流转换电路及其控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流转直流转换器及其控制器，且特别涉及一种可同时 提供升压及降压功能的直流转直流转换器其控制器。
背景技术：
在现有的背光装置中，大多采用冷阴极萤光灯管作为光源。但是近年来 由于光电器件技术水准的提升，发光二极体具有小尺寸、低操作电压、寿命 长、色彩饱和度高等诸多优点。因此，使用发光二极体作为背光装置的光源， 已成为另一种新的选^^。发光二极体以直流电压加以驱动，而为了使每个发光二极体的亮度一致， 公知是以串联方式使每颗发光二极体的电流相同。图1为一种现有的利用升压电路的发光二极体驱动电路。请参照图1，该电路包含控制器110以及升 压转换电路；该升压转换电路包含电感121、开关122、 二极体123及电容 124。开关122受控制器110的控制信号于开路(turn off )、短路(turn on ) 两状态间切换。当开关122于短路状态时，电感121储存来自输入电压的电 力，于开路状态时，电感121将储存的能量透过二极体123传递给电容124。 该电容124储存来自电感121的能量而产生一输出电压，以驱动发光二极体 组130发光。 一电阻141,连接该发光二极体组130,以才全测流经该发光二极 体组130的电流大小，并产生一回授信号至控制器110。该控制器110根据 该回授信号来调整控制信号的脉宽，使发光二极体组130的电流受控在稳定 值上，使发光二极体组130稳定发光。该升压电路的升压倍率(输出电压/ 输入电压)为1/(1-D), D为控制信号的工作周期，因此，升压电路无法输出 低于输入电压的输出电压。图2为一种现有的利用降压电路的发光二极体驱动电路。请参照图2, 该电路包含控制器210以及降压转换电路；该降压转换电路包含电感221、 开关222、 二极体223及电容224。当开关222于短路状态时，输入电压将电 力输给电感221及电容224;于开路状态时，电感221将储存的能量透过二
极体223传递给电容224。该电容224产生一输出电压，以驱动发光二极体 组230发光。 一电阻241，连接该发光二极体组230,以检测流经该发光二极 体组230的电流大小，并产生一回授信号至控制器210。该控制器210根据 该回授信号来调整控制信号的脉宽，使发光二极体组230的电流受控在稳定 值上，使发光二极体组230稳定发光。该降压电路的降压倍率(输出电压/ 输入电压)为(1-D), D为控制信号的工作周期，因此，降压电路无法输出高于丰lr入电压的專lr出电压。由于升压电路与降压电路受限于其转换的倍率的限制，难满足一般常见的驱动需求。例如利用7.4V的锂电池作为输入电源，当用以驱动两颗串联 白光发光二极体时，需要产生6 7伏的驱动电压，此时需降压电路架构。而 当用以驱动三颗串联白光发光二极体时，需要产生10~11伏的驱动电压，此 时需升压电路架构。因此，实际的应用上，常需配合不同需求提供不同的转 换架构，相当的不便。鉴于上述问题，亦有以升降压(Sepic)电路来驱动发光二极体。参考图 3，为一种现有的利用升降压电路的发光二极体驱动电路。该电路包含控制器 310以及升降压转换电路；该升降压转换电路包含电感321、 325、开关322、 二极体323及电容324、 32(,。当开关322于短路状态时，电感321储存来自 输入电压的电力，于开路状态时，电感321将储存的能量经电感321及电容 324的降压并透过二极体323传递给电容326。该电容326储存来自电感321 的能量而产生一输出电压，以驱动发光二极体组330发光。 一电阻341,连 接该发光二极体组330,以检测流经该发光二极体组330的电流大小，并产 生一回授信号至控制器310.该控制器310根据该回授信号来调整控制信号 的脉宽，使发光二极体组330的电流受控在稳定值上，使发光二极体组330 稳定发光。该升降压电路的转换倍率(输出电压/输入电压)为D/(1-D), D 为控制信号的工作周期。当0>50%时，该升降压电路输出高于输入电压的输 出电压，而D〈50y。时，该升降压电路输出低于输入电压的输出电压。因此， 该升降压电路可配合不同的需求而提供升压或降压的输出，相当方便。然而，这种升降压电路，相较于升压或降压电路需增加一电感及一电容， 除成本较高外，其转换效率也较低。因此仍有其使用上的缺陷。

发明内容
鉴于现有的直流转直流转换器的缺点，本发明的目的为提供一种可升降 压的直流转直流转换器，该可升降压的直流转直流转换器使用较少的器件， 可降^氐电路成本。本发明的再一 目的是提供一种高效率的可升降压直流转直流转换器。本发明的又一目的是提供一种具有保护功能的发光二极体驱动电路，该 驱动电路可提供升降压功能，以配合不同驱动需求。本发明的另一目的是提供一种具有电平调整的控制器，可调整直流转直 流转换器的检测信号，以正确处理信号。本发明的另一目的是提供一种高效率的可升压直流转直流转换器，其为 利用本发明的可升降压直流转直流转换器的架构然改变负载的连接关系而4曰付。基于上述及其它目的，本发明提出一种直流转直流转换器，用以驱动一 负载。该直流转直流转换器包含开关、电感、电容以及控制器。该开关具有 第一端、第二端以及控制端，该第一端耦合一直流输入电源，该控制端耦合 一控制信号使该开关根据该控制信号而于开路或短路状态之间切换。该电感 的一端耦接该开关的该第二端，另 一端耦接地。该整流器件的负端耦接于该 开关与该电感的耦接点。该电容的一端耦接该整流器件的正端并提供一输出 电压以驱动该负载，另一端耦合该直流输入电源或耦接地。该控制器用以输 出该控制信号。本发明也提出另一种直流转直流转换器，用以驱动一负载。该直流转直 流转换器包括开关、电感、电容以及控制器。该开关具有第一端、第二端以 及控制端，该第二端耦接地，该控制端耦合一控制信号使该开关根据该控制 信号而于开路或短路状态之间切换。该电感的一端耦接该开关的该第一端， 另一端耦合一直流输入电源。该整流器件的正端耦接于该开关与该电感的耦 接点。该电容的一端耦接该整流器件的负端并提供一输出电压，另一端耦合 该直流输入电源或耦接地。该控制器用以输出该控制信号。其中，该负载的 一端耦接该整流器件的负端，另 一端耦合于该直流输入电源。本发明亦提出一种直流转直流转换电路，用以驱动一负载。该直流转直 流转换电路包括电感、开关.电容以及整流器件。该开关具有第一端、第二 端及控制端，该开关与该电感以串联方式耦接于一第一共同电位及一第二共 同电位之间，其中，该开关的该第一端耦接该电感的一端。该电容的一第一
端与该负载的一第一端相互耦接，而该电容的一第二端与该负载的一第二端 分别耦接于该第一共同电位及该第二共同电位，而该电容的该第一端提供一 输出电压。该整流器件的一端耦接于该电感的该端及另一端耦接该电容的该 第一端。其中，该开关的该控制端根据一控制信号而于开路或短路状态之间 切换。本发明又提出另一种直流转直流转换电路，用以驱动一负载。该直流转 直流转换电路包括电感、开关、电容以及整流器件。该开关具有第一端、第 二端及控制端，该开关与该电感以串联方式耦接于一第一共同电位及一第二 共同电位之间，其中，该开关的该第一端耦接该电感的一端。该电容的一第 一端与该负载的一第一端耦接，该电容的一第二端与该负载的一第二端耦接， 该电容的该第二端耦接于该第一共同电位及该第二共同电位之一。该整流器 件的一端耦接于该电感的该端及另一端耦接该电容的该第一端。其中，该开 关的该控制端根据一控制信号而于开路或短路状态之间切换。本发明也提出一种控制器，用以控制直流转直流转换电路。该控制器包 含电平调整装置、误差生成器、振荡器、脉宽调制器以及驱动电路。该电平 调整装置接收指示该直流转直流转换电路操作状态的 一检测信号，并调整该 检测信号的电平。该误差生成器根据调整电平后的该检测信号及一参考电压 产生一误差信号。该振荡器产生一振荡信号。该脉宽调制器根据该误差信号 及该振荡信号产生一脉宽调变信号。该驱动电路根据该脉宽调变信号产生一 控制信号以控制该直流转直流转换电路。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优 选实施例，并配合附图，作详细说明如下。


图1为一种现有的利用升压电路的发光二极体驱动电路示意图。图2为一种现有的利用降压电路的发光二极体驱动电路示意图。 图3为一种现有的利用升降压电路的发光二极体驱动电路示意图。 图4为根据本发明的一优选实施例的直流转直流转换器示意图。 图5为根据本发明的另一优选实施例的直流转直流转换器示意图。 图6为根据本发明的又一优选实施例的直流转直流转换器示意图。 图7为根据本发明的再一优选实施例的直流转直流转换器示意图。
图8Af)j 8D分别为根据图4到图7而修改的直流转直流转换器的示意图。 图9A及9B分别为图4及图6中的控制器的输入电压(VDD)引脚由耦合 输入电压改为耦合输出电压的直流转直流转换器的示意图。主要组件符号说明
控制器110、 210、 310、 410、 510、 610、 710、 810、 910 误差生成器411、 511、 611、 711、 911 基准电压生成器412、 512、 612、 712、 912 脉宽调制器413、 513、 613、 713、 913 振荡器414、 514、 614、 714、 914 驱动电路 调光单元 保护电路 分压装置电平调整器419a、 419b、 619a、 619b电感121、 221、 321、 325、 421、 521、 621、 721、 821、 921 开关122、 222、 322、 422、 522、 622、 722、 822、 922 二极体123、 223、 323、 423、 523、 623、 723、 823、 923 电容124、 224、 324、 326、 424、 524、 624、 724、 824、 924 负载:130、 230、 330、 430、 530、 630、 730、 830、 930 电流检测电路141、 241、 341、 441、 541、 641、 741、 841、 941 电压4企测电^各442、 542、 642、 742、 842、 942 车命入电压Vin 丰俞出电压Vout415、515、615、715、915416、516、616、716、916417、517、617、717、917418、618具体实施方式
图1的升压电路的转换倍率(Vo/Vi)大于1 (1/(1-D), D=0~1)，因 此若能将原输出电压Vo减去Vi,即可创造出转换倍率的范围由0到oo，使 升压及降压均成为可能。即，Vo，/Vi = 0~w,其中Vo、Vo-Vi。参考图4,其为根据上述本发明的精神的一优选实施例。图4所示的直 流转直流转换器包括一控制器410、 一电感421、 一开关422、一整流器件423、 一电容424以及一检测装置，其中检测装置可包含电流检测单元441及电压
检测单元442。开关422具有一第一端、 一第二端以及一控制端，该第二端 耦接地，该控制端耦合控制器410的控制信号使该开关根据该控制信号而于 开路(turn off)或短路(turn on)状态之间切换。电感421的一端耦接开 关422的第一端，另一端耦合一直流输入电源Vin。整流器件423的正端耦 接于开关422与电感421的耦接点(即，耦接开关422的第一端)。电容424 的一端耦接整流器件423的负端并提供一输出电压，另一端耦接地。负载430 (在此负载为发光二极体组)的一端耦接整流器件423的负端，另一端耦合 于直流输入电源Vin。当开关422于短路状态时，电感421储存来自输入电压的电力，于开路 状态时，电感421将储存的能量透过整流器件423传递给电容424及负载430。 电容424于开关422处于开路状态时储存来自电感421的能量，于开关422 处于短路状态时，释放储存的电力至发光二极体组430，藉由储存及释放能 量而输出一稳定的输出电压，以驱动发光二极体组430持续发光。控制器410 根据电流检测单元441的检测信号，得知发光二极体组430的操作状态(即 流经的电流大小)，并根据该检测信号调整输出的控制信号的工作周期，藉此 使发光二极体的流经电流稳定于一预定值而稳定发光。图4所示直流转直流 转换器的转换倍率为(Vout-Vin)/Vin=D/(l-D),其中D=0~1,所以其倍率 范围为0~ w。由于输入电压Vin在实际操作上也同时提供电力使控制器410运作，而 电流检测单元441的一端耦合至输入电压Vin,故其检测信号高于输入电压 Vin。如此，现有的控制器无法直接处理该检测信号。在此实施例中，将检测 信号先经分压单元分压后再处理。而该分压装置可以内建于控制器内(如图 4)或于电流检测单元内(参考图6)。对控制器410内部的详细操作进行如下说明。检测信号耦合至电平调整器419a的第一输入端，而第二输入端则接收经 分压装置418的分压参考信号，其中分压装置418耦合该输入电压Vin以产 生该分压参考信号。藉此，电平调整器419a将检测信号进行电平调整，使检 测信号内的输入电压Vin的成分滤除并输出给误差生成器411。电平调整器 419a可以是类比的加/减法器。误差生成器411根据该误差比较信号及基准 电压生成器412的一参考电压产生一误差信号，该误差信号指示出流经发光 二极体组430的电流与预定值的差值大小。脉宽调制器413根据误差信号及 振荡器414的斜坡振荡信号而产生一脉宽调变信号，该脉宽调变信号的脉宽 会随着误差信号的大小调整。驱动电路415根据该脉宽调变信号而调整该控 制信号的脉宽。当发光二极体组430的电流小于预定值，则控制信号的脉宽 增大，使开关(在本实施例为N型金属氧化半导体场效应晶体管，NM0SFET) 的短路(turn on)的时间比例增加，传送更多的能量至发光二极体组430; 当发光二极体组430的电流大于预定值，则控制信号的脉宽变小，使开关的 短路的时间比例减小，而减少传送至至发光二极体组430的能量。藉由上述 过程，发光二极体组430的电流可约略维持在预定值附近。控制器410可还包含调光单元416，以接收一调光控制信号，并根据调 光控制信号控制驱动电路4t5所输出的该控制信号，而达到PWM调光功能。 其中调光控制信号可以是直流信号或脉冲信号。另外，为了避免转换电路因短路、发光二极体烧毁或其它异常原因，造 成输出电压不当地升高或降低。在控制器410内可还包含一保护电路417。 保护电路417耦合电压检测单元442的电压检测信号，并判断输出电压Vout 是否低于一第一预设电压或高于一第二预设电压，其中该一第一预设电压及 第二预设电压可由基准电压生成器提供。当判断输出电压Vout低于一第一预 设电压(过低压状态)或高于一第二预设电压(过高压状态)时，输出保护 信号至驱动电路415以调整该控制信号，使422开关停止切换动作。由于发 光二极体组430耦合于输出电压Vout及输入电压Vin之间，电压检测单元 442的电压检测信号除了发光二极体组430的驱动电压外，还如同电流检测 单元441的检测信号般，包含输入电压Vin的成分，故仍需要进行电平调整， 以滤除输入电压Vin的成分。电平调整器419b的第一输入端接收该电压检测 信号，第二输入端接收分压装置418的分压参考信号，以输出滤除输入电压 V i n成分的电压检测信号至保护电路417 。图5为本发明的另一优选实施例，其相较于图4的转换电路将输出电压 转成负电压。图5所示的直流转直流转换器包括一控制器510、 一电感521、 一开关(本实施例为P型金属氧化半导体场效应晶体管，PM0SFET) 522、 一 整流器件523、 一电容524以及一检测装置，其中检测装置可包含电流检测 单元541及电压检测单元542。开关522具有一第一端、 一第二端以及一控 制端，该第一端耦接直流输入电源Vin，该控制端耦合控制器510的控制信 号使该开关522根据该控制信号而于开路(turn off)或短路(turn on)状
态之间切换。电感521的一端耦接开关522的第二端，另一端耦接地。整流 器件523的负端耦接于开关522与电感521的耦接点(即，耦接开关522的 第二端)。电容524的一端耦接整流器件523的正端并提供一输出电压，另一 端4禺合该直流输入电源Vin。负栽的发光二极体组530 —端耦4妄整流器件523 的正端，另一端耦接地。当开关522于短路状态时，电感521储存来自输入电压的电力，于开路 状态时，电感521将储存的能量透过整流器件523传递给电容524及发光二 极体组530。电容524于开关522处于开路状态时储存来自电感521的能量， 于开关522处于短路状态时，释放储存的电力至发光二极体组530,藉由储 存及释放能量而输出一稳定的输出电压，以驱动发光二极体组530持续发光。 根据伏-秒平衡(volt-second balance): D*Vin= (1-D) * (-Vout)，所以图5 所示直流转直流转换器的转换倍率(-Vout/Vin)为D/ (1-D),其范围为0 ~ °° 。由于图5所示的控制器510的接地引脚(GND pin)耦接于-Vout,故可 正确地直接处理电流检测单元541的检测信号以及电压检测单元542的电压 检测信号，而不需要如图4的控制器410般需要电平调整器来调整检测信号 及电压检测信号。然而，若实际上控制器510的GND引脚耦接地，而因为检 测信号及电压检测信号低于接地端的电压，控制器510仍会面临无法检测信 号及电压检测信号超出可处理范围，依然需要以电平调整器调整检测信号及 电压检测信号后，再分别提供给误差放大器511及保护电路517进行处理。图5所示的控制器510主要包含误差生成器511、基准电压生成器512、 脉宽调制器513、振荡器514及驱动电路515;另可包含调光电路516用以调 光的用，以及可还包含保护电路517用以保护输出电压的过高压或过低压的 异常状态。图5中的调光电路516接收一调光控制信号，并根据调光控制信 号控制误差放大器511的一输入端的电平，进而控制该驱动电路所输出的该 控制信号而达到P醫调光功能。当然除图4或图5的接法外，调光电路516 也可以耦接到其它组件，如脉宽调制器等，来达到P丽.调光，此为本技术 领域者所熟知。而控制器510的一般操作及保护操作的原理均与图4的控制 器410相同，在此不再累述。对于图2的降压电路的转换倍率(Vo/Vi)为D， D = 0~1,若能将原输 入电源Vi减去Vo, Vo/Vi， = D/(l-D)，则其转换倍率范围即为G~ w,其中 Vi，-Vi-Vo。如此，即可使—升压及降压均成为可能。 参考图6,为根据上述发明的精神的优选实施例。在本实施例中的输入电压Vin即为上述说明中的Vi，，输出电压Vout即为上述说明中的Vo。图6 所示的直流转直流转换器包括一控制器610、 一电感621、 一开关622、 一整 流器件623、 一电容624以及一;f金测装置，其中^^测装置可包含电流^r测单 元641及电压检测单元642。各组件间的连接关系如下说明。开关622具有 一第一端、 一第二端以及一控制端，该第二端耦接地，该控制端耦合控制器 610的控制信号使该开关根据该控制信号而于开路(turn off )或短路(turn on)状态之间切换。电感621的一端耦接开关622的第一端，另一端耦合一 直流输入电源Vin。整流器件623的正端耦接于开关622与电感621的耦接 点(即，耦接开关622的第一端)。电容624的一端耦接整流器件623的负端 并提供一输出电压，另一端耦合于输入电压Vin。负载的发光二极体组630 与电容624并联于输入电压Vout(耦接整流器件623的负端)与输入电源Vin 之间。当开关622于短路状态时，电感621储存来自输入电压的电力，于开路 状态时，电感621将储存的能量透过整流器件623传递给电容624及负载630。 电容624于开关622处于开路状态时储存来自电感621的能量，于开关622 处于短路状态时，释放储存的电力至发光二极体组630,藉由储存及释放能 量而输出一稳定的输出电压，以驱动发光二极体组630持续发光。图6所示 直流转直流转换器的转换倍率为(Vout-Vin)/Vin=D/(l-D),其中D=0~1， 所以其倍率范围为0~ c 。由于图6所示的控制器610的输入电压引脚(VDDpin)耦接于输入电压 Vin，而电流检测单元641的检测信号以及电压检测单元642的电压检测信号 均高于输入电压Vin,故需要经电平调整器来调整检测信号及电压检测信号 的电平后，再分别提供给误差放大器611及保护电路617进行处理。关于电 平调整的描述，请参考图4的说明，在此不再累述。图6所示的控制器610主要包含误差生成器611、基准电压生成器612、 脉宽调制器613、振荡器614及驱动电路615;另可包含调光电路616用以调 光的用，以及可还包含 保护电路617用以保护输出电压的过高压或过低压的 异常状态。控制器610的一般操作、调光操作及保护操作的原理均与上述实 施例中的控制器相同，在此不再累述。图7为本发明的另一优选实施例，其相较于图6的转换电路将输出电压
转成负电压。图7所示的直流转直流转换器包括一控制器710、 一电感721、 一开关722 (本实施例为P型金属氧化半导体场效应晶体管，PM0SFET)、 一 整流器件723、 一电容724以及一检测装置，其中检测装置可包含电流检测 单元741及电压^:测单元7"。各组件间的连4妾关系iJL明如下。开关722具有一第一端、 一第二端以及一控制端，该第一端耦接直流输 入电源Vin,该控制端耦合控制器710的控制信号使该开关722根据该控制 信号而于开路(turn off)或短路(turn on)状态之间切换。电感721的一 端耦接开关722的第二端，另一端耦接地。整流器件723的负端耦接于开关 722与电感721的耦接点(:印，耦接开关722的第二端)。电容724的一端耦 接整流器件723的正端并提供一输出电压，另一端耦接地。负载的发光二极 体组730 —端耦接整流器件723的正端，另一端耦接地。当开关722于短路状态时，电感721储存来自输入电压的电力，于开路 状态时，电感721将储存的能量透过整流器件723传递给电容724及发光二 极体组730。电容724于开关722处于开路状态时储存来自电感721的能量， 于开关722处于短路状态时，释放储存的电力至发光二极体组730,藉由储 存及释放能量而输出一稳定的输出电压，以驱动发光二极体组730持续发光。 根据伏-秒平衡(volt-second balance): D*Vin= (1-D) * (-Vout),所以图7 所示直流转直流转换器的转换倍率(-Vout/Vin)为D/(l-D),其范围为0~ w。由于图7所示的控制器710的GND引脚耦接于-Vout,故可正确地直接处 理电流检测单元741的检测信号以及电压检测单元742的电压检测信号，而 不需要如图6的控制器610般需要电平调整器来调整检测信号及电压检测信 号。然，若实际上控制器7:10的GND引脚耦接地，而因为检测信号及电压检 测信号低于接地端的电压，控制器710仍会面临无法检测信号及电压检测信 号超出可处理范围，依然需要以电平调整器调整检测信号及电压检测信号后， 再分别提供给误差放大器7] 1及保护电路717进行处理。图7所示的控制器710主要包含误差生成器711、基准电压生成器712、 脉宽调制器713、振荡器714及驱动电路715;另可包含调光电路716用以调 光的用，以及可还包含保护电路717用以保护输出电压的过高压或过低压的 异常状态。控制器710的一般操作、调光操作及保护操作的原理均与上述实 施例的控制器相同，在此不再累述。根据上述说明可知，本发明的直流转直流转换电路基于现有的升压电路
及降压电路的基本架构改变各组件与输出电压、输入电压及接地的连接关系， 而得到具有升降压功能的直流转直流转换电路。相对于现有的升降压电路， 不仅所需组件数较少，而且转换效率相近于现有的升压电路或降压电路，高 于现有的升降压电路。相輕-于现有的升压电路或降压电路，本发明的直流转 直流转换电路具有升压及降压功能，其实际的应用可配合更多种的驱动需求， 而无仅能使用于升压或降压的限制。对于以发光二极体作为手持装置液晶萤 幕的背光源而言，尤为适合。请参考图4及图6的转换电路，及图5及图7的转换电路，虽然是分别 基于现有的升压电路及降压电路而来，然其差异点却仅在于电容是耦合到输 入电压Vin或耦接地。这是由于不论是基于升压电路及降压电路，其电容的 作用在于稳定输出电压，故其一端必须与负载的一端耦接，而电容的另一端 则必须耦接于一个稳定的电压，也是输入电压Vin (第一个共同电位)或耦 接地(第二个共同电位)。在图4到图7的实施例中的共通点在于电感与开关以串联方式耦接于 输入电压与接地间，也就是第一个共同电位及第二个共同电位之间。而差异 点在于在图4及图5的实施例中，负载与电容也以串联方式耦接于输入电 压与接地间(也就是第一个共同电位及第二个共同电位之间)，电感与开关的 连接点与负载与电容的连接点透过整流器件相互耦接，而且电感的另一端与 负载的另一端耦接，而电容的另一端与开关的另一端耦接。在图6及图7的 实施例中，负载与电容以并联方式耦接，电容(与负载并联结构的)第一端 透过整流器件耦接至电感与开关的连接点，电容的第二端耦接至电感的另一 端，即耦接至输入电压或接地(也就是第一个共同电位及第二个共同电位其 中之一)。倘若图4与图5中的电容的另一端由耦接该开关另一端改为耦接电感的 另一端(负载的另一端改为耦接开关的另一端耦接)，参考图8A及8B，则转 换电路的转换倍率成为1/(1-D)，而成为升压电路。在图8A中，该控制器810 的输入电压(VDD)引脚耦合至该输出电压，接地(GND)引脚耦接地；而在 图8B中，该控制器810的输入电压(VDD)引脚耦合至该输入电压，而接地 (GND)引脚耦合至该输出电压。而由于图8A及图8B中的控制器的接地(GND) 引脚及输入电压(VDD)引脚的一耦合至该输出电压，该电流检测电路841， 不论耦接于电容824与负载830之间(如图8A)或负载830与开关822之间 (如图8B),控制器810均可正确处理电流才企测电路841的4企测信号而不需 要电平处理器来调整检测信号的电平，所以可增加电路设计的便利性。另夕卜， 参考图8A,相较于图l，将控制器810的VDD引脚改接Vout，如此，控制器 必须先藉由电容的能量来启动。若电容仍如图1所示般接地，则电容的电压 将比输入电压减去整流器件823的顺向偏压，将可能使控制器无法正常启动。 因此，图8A所示的电容824的一端由接地改为耦接输入电压的接法，将可避 免现有技术上述的问题。而电压检测电路842的两端可如图8A般耦接至该电容824的两端，或如 图8B般耦接至该负载830的两端。不过，图8B的电压检测电路842非直接 量测负载830的跨压，所以其电压检测信号将多了输入电压Vin的成分，而 在控制器810的内部需如图4的控制器410或图6的控制器610所示般具有 电平调整器，以调整电压检测信号的电平滤除输入电压Vin的成分。而图8A 的电压检测电路842直接量测负载830的跨压，则控制器810的内部不需电 平调整器。另外，如果图8A及图8B的控制器810的VDD引脚及GND引脚改 为分别耦接输入电压及耦接地，则控制器必须包含一电平调整器，用以调整 电压检测电路842的电压检测信号的电平以滤除输入电压Vin的成分，其中 电流检测电路841仅能耦接负载830与开关822之间，使控制器810能正确 地处理电流检测电路841的检测信号。相同地，倘若图6与图7中的电容的另一端由耦接该电感另一端改为耦 接开关的另一端，参考图8C及图8D,则转换电路的转换倍率成为1/(l-D)， 而成为升压电路。在图8C中，该控制器810的输入电压(VDD)引脚耦合至 该输出电压，接地(GND)引脚耦接地；而在图8D中，该控制器810的输入 电压(VDD)引脚耦合至该输入电压，而接地(GND)引脚耦合至该输出电压。 而由于图8C及图8D中的控制器的接地(GND)引脚及输入电压(VDD)引脚 的一耦合至该输出电压，该电流检测电路841，不论耦接于输出电压与负载 830之间(如图8C)或负载830与输入电压Vin之间(如图8D ),控制器810 均可正确处理电流检测电路841的检测信号而不需要电平处理器来调整检测 信号的电平，所以可增加电路设计的便利性。而电压#全测电路842的两端可如图8C般耦接至该负载830的两端，或如 图8D般耦接至该输出电压(负载830的一端)及电感另一端。不过，图8D 的电压检测电路842非直接量测负载830的跨压，所以其电压检测信号将多
了输入电压Vin的成分，而在控制器810的内部需如图4的控制器410或图 6的控制器610所示般具有电平调整器，以调整电压检测信号的电平滤除输 入电压Vin的成分。而图8C的电压检测电路842直接量测负载830的跨压， 则控制器810的内部不需电平调整器。另外，如果图8C及图8D的控制器810 的VDD引脚及GND引脚改为分别耦接输入电压及耦接地，则控制器必须包含 一电平调整器，用以调整电压检测电路842的电压检测信号的电平以滤除输 入电压Vin的成分，其中电流检测电路841仅能耦接负载830与开关822之 间，使控制器810能正确地处理电流检测电路841的检测信号。如同图5及图7,将控制器的GND耦合至输出电压，即可正确处理检测 装置的信号般，图4及图6中的控制器的VDD引脚由耦合该输入电压改为耦 合该输出电压后(参考图9A及图9B),控制器即可正确地处理检测装置的信 号而不需要电平调整器。在图9A及图9B中，电容924的一端提供该输出电 压，负载930的一端耦接该输入电压Vin。而电流检测电路941的一端耦接 于电容924的该端，电流检测电路941的另一端耦接负栽930的另一端之间。 此时，由于控制器910的信号处理范围为0V到输出电压Vout，故可正确处 理电流检测电路941的检测信号而不需要电平调整器。相反地，图4及图6 中的的VDD引脚耦合该输入电压，为了电流检测电路与控制器间有一共同的 电位，电流检测电路的一端需要耦接该输入电压(即该电感的一端)，另一端 耦接至负载，造成检测信号超过控制器的信号处理范围而需要以电平调整器 调整信号电平。而电压检测电路942的两端，可分別耦接该负载930的两端 而与负载930并联，以量测负载930的真正跨压而不若图4般多了输入电压 的成分。当然，正确地i兑电压检测电路942会多量测到电流;f全测电路941所 造成的压降，然实际上该压降相当低而可忽略。由于本发明的负载的低电平端(即发光二极体组的负端)与控制器的GND 引脚不一定等电位(例如图4及图5的实施例为非等电位)或负载的高电 平端(即发光二极体组的负端)与控制器的VDD引脚不一定等电位，造成电 流检测电路的检测信号有可能超过控制器可处理的信号电平范围而需要电平 调整。另外，电压检测电路用以检测跨于负载上的驱动电压是否过高或过低， 原则上电压检测电路与负载应为并联关系，然而在电压检测电路的一端需要 与控制器的VDD引脚或GND引脚等电位使控制器与电压检测信号有共同的参 考电位的条件下，会造成电压检测信号多了输入电压Vin的成分而需要加以
补偿(如图4、图6、图8B、图8D或图5及图7的控制器的GND引脚耦接 地的情况)。以下说明电流检测电路、电压检测电路、控制器及负载间的耦接 关系，使^r测装置可适当地检测所需信号及控制器可正确地处理检测装置的 信号。为了使其产生的信号能被控制器适当的处理，则电流检测单元及电压检 测单元必须有一端耦合至控制器的VDD引脚及GND引脚所连接电位。如此， 信号和控制器间有一共同电平，而使控制器可基于该共同电平来处理信号。 对于电流检测电路，为了检测输出负载的电流而与负载串联。当电流检测电 路的一端耦接至负载的负端(即低电位端)时，而另一端耦接至控制器的GND 引脚(如图5及图7中控制器的GND引脚与电流检测电路的另一端均耦合输 出电压、或图8A控制器的GND引脚与电流检测电路的另一端均耦接地)，或 者电流检测电路的一端耦接至负载的正端(即高电位端)时，而另一端耦接 至控制器的VDD引脚时(如图8B中控制器的VDD引脚与电流检测电路的另一 端均耦合输入电压、或图9中控制器的VDD引脚与电流检测电路的另一端均 耦合输出电压)，电流检测电路的检测信号未包含有输入电压的成分而不需要 电平调整。然而，当电流检测电路的一端耦接至负栽的负端时，而另一端耦 接至控制器的VDD引脚(如图4、图6,电流检测电路的另一端与控制器的 VDD引脚均耦合输入电压)，或者电流检测电路的一端耦接至负载的正端时， 而另一端耦接至控制器的GM)引脚时(如图5、图7所示的控制器的GND引 脚耦接地时，电流检测电路需要改成一端耦接至负载的正端，另一端耦接地)， 电流检测电路的检测信号将包含有输入电压的成分而需要电平调整。而电压检测电路为了检测输出电压过高或过低，故一端需要耦接该输出 电压。当控制器也耦合至该输出电压时，控制器、负载与电压检测电路有共 同的电位下，电压检测电路可与(串联的电流检测电路和)负栽以并联方式 连接，此时，电压检测信号可正确检测负载上的跨压而不需要电平调整(如 图5、图7中控制器的GND引脚耦合该输出电压、或图9A及图9B中控制器 的VDD引脚耦合该输出电压》;然若电压^r测电路未与(串联的电流检测电路 和)负载并联而是电压检测电路的两端分别耦接至电容的两端，则电压检测 信号将多了输入电压成分而需要加以电平调整(如图5或图7的电压检测电 路另一端改耦接至输入电压Vin、或图4及图6的电压检测电路另一端耦接 地)。当控制器未耦合至该输出电压时，而是VDD引脚耦接输入电压而GND引 脚耦接地时，则电压检测电路的另 一端可耦接输入电压或耦接地，然电压检 测信号必然有输入电压成分而需要加以电平调整。虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领 城的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因 此，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种直流转直流转换电路，用以驱动一负载，包括电感，具有一第一端及一第二端；开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，该开关与该电感以串联方式耦接于一第一共同电位及一第二共同电位之间，其中该开关的该第一端耦接该电感的该第一端；电容，该电容的一第一端与该负载的一第一端相互耦接，而该电容的一第二端与该负载的一第二端分别耦接于该第一共同电位及该第二共同电位，而该电容的该第一端提供一输出电压；以及整流器件，一端耦接于该电感的该第一端及另一端耦接该电容的该第一端；其中，该开关的该控制端根据一控制信号而于开路或短路状态之间切换。
2. 如权利要求1所述的直流转直流转换电路，其中该电容的该第二端 耦接该开关的该第二端。
3. 如权利要求2所述的直流转直流转换电路，还包含电流检测电路以 提供一检测信号，该电流检测电路的一端耦接该负载的该第一端，另一端耦 ^接该电容的该第一端。
4. 如权利要求3所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供该 控制信号，该控制器的一接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚的一耦合至该llr出电压。
5. 如权利要求2所述的直流转直流转换电路，还包含电流检测电路以 提供一检测信号，该电流检测电路的一端耦接该负载的该第二端，另一端耦 接该电感的该第二端。
6. 如权利要求5所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供该 控制信号，该控制器的一接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚分别耦 接于该第一共同电位及该笫二共同电位，其中该控制器包含电平调整器以调 整该检测信号的电平。
7. 如权利要求4或6所述的直流转直流转换器，其中该控制器包括 误差生成器，根据该检测信号及一参考电压产生一误差信号； 振荡器，产生一振荡信号；脉宽调制器，根据该误差信号及该振荡信号产生一脉宽调变信号；以及 驱动电路，根据该脉宽调变信号产生该控制信号。
8. 如权利要求7所述的直流转直流转换器，其中该控制器还包含调光 单元，用以接收一调光控制信号，并根据该调光控制信号控制该控制信号的 输出与否。
9. 如权利要求2所述的直流转直流转换电路，还包含电压检测电路以 提供一电压检测信号，该电压检测电路的一端耦接该负载的该第一端，该电 压检测电路的另 一端耦接该负载的该第二端。
10. 如权利要求9所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供该 控制信号，该控制器的一接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚的一耦 合至该l命出电压。
11. 如权利要求10所述的直流转直流转换器，其中该控制器包含保护 电路，当该电压检测信号低于一第一预设电压或高于一第二预设电压时，停 止该开关的切换动作。
12. 如权利要求2所述的直流转直流转换电路，还包含电压检测电路以 提供一电压检测信号，该电压检测电路的一端耦接该电容的该第一端，该电 压检测电路的另 一端耦接该电容的该第二端。
13. 如权利要求2所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供该 控制信号，该控制器的一接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚的一耦 合至该车叙出电压。
14. 如权利要求1所述的直流转直流转换电路，其中该电容的该第二端 耦接该电感的该第二端。
15. 如权利要求14所迷的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供 该控制信号，该控制器的一接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚的一 耦合至该输出电压。
16. 如权利要求14所迷的直流转直流转换电路，还包含电压检测电路 以提供一电压检测信号，该电压检测电路的一端耦接该负载的该第一端，该 电压检测电路的另 一端耦接该负载的该第二端。
17. 如权利要求14所述的直流转直流转换电路，还包含电压检测电路 以提供一电压检测信号，该电压检测电路的一端耦接该电容的该第一端，该 电压检测电路的另 一端耦接该电容的该第二端。
18.如权利要求17所迷的直流转直流转换电路，其中该控制器包含电 平调整器，以调整该电压检测信号的电平。
19. 如权利要求14所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供 该控制信号，该控制器的一输入电压(VDD)及一接地(GND)引脚分别耦接 至第一共同电位及一第二共同电位，其中该控制器包含电平调整器。
20. 如权利要求17所述的直流转直流转换电路，还包含电流检测电路 以提供一检测信号，该电流检测电路一端耦接该负载的该第二端，另一端耦 接该开关的该第二端。
21. —种直流转直流转换电路，用以驱动一负载，包括 电感，具有一第一端及一第二端；开关，具有一第一端、 一第二端及一控制端，该开关与该电感以串联方 式耦接于一第一共同电位及一第二共同电位之间，其中，该开关的该第一端 耦接该电感的该第一端；电容，该电容的一第一端与该负载的一第一端耦接，该电容的一第二端 与该负载的一第二端耦接，该电容的该第二端耦接于该第一共同电位及该第 二共同电位之一；以及整流器件， 一端耦接于该电感的该第一端及另一端耦接该电容的该第一端；其中，该开关的该控制端根据一控制信号而于开路或短路状态之间切换。
22. 如权利要求21所述的直流转直流转换电路，其中该电容的该第二 端耦接该电感的该第二端。
23. 如权利要求22所述的直流转直流转换电路，还包含电流检测电路 以提供一检测信号，该电流检测电路的一端耦接该负载的该第一端，另一端 耦接该电容的该第一端。
24. 如权利要求23所迷的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供 该控制信号，该控制器的一接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚的一 耦合至该输出电压。
25. 如权利要求22所述的直流转直流转换电路，还包含电流检测电路 以提供一检测信号，该电流检测电路的一端耦接该负载的该第二端，另一端 耦接该电感的该第二端。
26. 如权利要求25所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供 该控制信号，该控制器的--接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚分别 耦接于该第一共同电位及该第二共同电位，其中该控制器包含电平调整器以 调整该检测信号的电平。
27. 如权利要求24或26所述的直流转直流转换器，其中该控制器包括 误差生成器，根据该检测信号及一参考电压产生一误差信号； 振荡器，产生一振荡信号；脉宽调制器，根据该误差信号及该振荡信号产生一脉宽调变信号；以及 驱动电路，根据该脉宽调变信号产生该控制信号。
28. 如权利要求27所述的直流转直流转换器，其中该控制器还包含调 光单元，用以接收一调光控制信号，并根据该调光控制信号控制该控制信号 的输出与否。
29. 如权利要求22所述的直流转直流转换电路，还包含电压检测电路 以提供一电压检测信号，该电压检测电路的一端耦接该负载的该第一端，该 电压^r测电路的另 一端耦接该负载的该第二端。
30. 如权利要求29所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供 该控制信号，该控制器的一接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚的一 耦合至该输出电压。
31. 如权利要求21所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供 该控制信号，该控制器的一接地(GND)引脚及一输入电压(VDD)引脚的一 耦合至该输出电压，其中该电容的该第二端耦接该开关的该第二端。
32. 如权利要求31所述的直流转直流转换电路，还包含电压检测电路 以提供一电压检测信号，该电压检测电路的一端耦接该负载的该第一端，该 电压4企测电路的另 一端耦接该负载的该第二端。
33. 如权利要求31所迷的直流转直流转换电路，还包含电压检测电路 以提供一电压检测信号，该电压检测电路的一端耦接该负载的该第一端，该 电压检测电路的另 一端耦接该电感的该第二端。
34. 如权利要求33所述的直流转直流转换电路，其中该控制器包含电平 调整器，以调整该电压检测信号的电平。
35. 如权利要求30至？4中的一个所述的直流转直流转换器，其中该控制器包含保护电路，当该电压检测信号低于一第一预设电压或高于一第二预 设电压时，停止该开关的切换动作。
36. 如权利要求21所述的直流转直流转换电路，还包含控制器以提供 该控制信号，该控制器的一输入电压(VDD)及一接地(GND)引脚分别耦接 至第一共同电位及一第二共同电位，而该控制器包含电平调整器，其中该电 容的该第二端耦接该开关的该第二端。
37. —种控制器，用以控制直流转直流转换电路，该控制器包含电平调整装置，接收指示该直流转直流转换电路操作状态的 一检测信 号，并调整该检测信号的电平；误差生成器，根据调整电平后的该检测信号及一参考电压产生一误差信号；振荡器，产生一振荡信号；脉宽调制器，冲艮据该误差信号及该振荡信号产生一脉宽调变信号；以及 驱动电路，根据该脉宽调变信号产生一控制信号以控制该直流转直流转 换电路。
38. 如权利要求37所迷的控制器，其中该电平调整器根据一直流输入 电压以调整该检测信号的电平，其中该直流输入电压为该直流转直流转换电路的豸lr入电压。
39. 如权利要求37所述的控制器，还包含保护电路，该保护电路指示 该直流转直流转换电路的输出电压的一电压检测信号，并根据该电压检测信 号控制该驱动电路是否停止该开关的切换动作。
40. 如权利要求39所述的控制器，其中该电压检测信号低于一第一预 定值或高于一第二预定值时，驱动电路停止该开关的切换动作。
41. 如权利要求39所迷的控制器，其中该电压检测信号经该电平调整 装置调整电平后输出给该保护电路。
42. 如权利要求39所述的控制器，其中该电平调整器根据一直流输入 电压以调整该电压检测信号的电平，其中该直流输入电压为该直流转直流转 换电路的输入电压。
全文摘要
一种直流转直流转换电路用以驱动一负载，包括一电感、具有一第一端、一第二端及一控制端的一开关、一电容及一整流器件。该开关与该电感以串联方式耦接于一第一共同电位及一第二共同电位之间，其中该开关的该第一端耦接该电感的一第一端。该电容的一第一端与该负载的一第一端相互耦接，而该电容的一第二端与该负载的一第二端分别耦接于该第一共同电位及该第二共同电位，而该电容的该第一端提供一输出电压。该整流器件的一端耦接于该电感的该第一端，以及另一端耦接该电容的该第一端。其中，该开关的该控制端根据一控制信号而于开路或短路状态之间切换。
文档编号H02M3/10GK101154886SQ200610141579
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月30日 优先权日2006年9月30日
发明者余仲哲, 李立民, 洪建邦 申请人:硕颉科技股份有限公司