CN101039066A - 开关调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目标是提供一种开关调节器电源设备，其能够实现多个发光输出而不增加其结构元件的总数，其中这种结构元件总数的增加会阻碍需要多个发光量输出的各类便携装置中的成本降低与面积节约效应。根据本发明的开关调节器电源设备包括：开关型功率转换电路；电流检测电路，用于响应于负载电流而产生反馈信号；以及SWR控制电路，用于驱动该功率转换电路。在该开关调节器电源设备中，SWR控制电路设有控制信号输入端子和参考电压电路，该参考电压电路能够基于输入到该控制信号输入端子的控制信号而输出多个参考电压。

Description

开关调节器
技术领域
本发明涉及一种升压型开关调节器(switching regulator)，用于供给恒定电流以驱动发光二极管(下文称为“LED”)。
背景技术
在采用LED作为光源的各种便携装置例如便携电话中，要求将供给到LED的电流控制在恒定数值，从而使LED的发光量、亮度、或色度保持恒定。使用升压型开关调节器作为用于控制LED驱动电流的电源，从而向上述负载供给稳定和恒定的电流。
驱动LED所需的开关调节器电源设备产生提供用户需要的LED的发光量、亮度、或色度所要求的恒定电流。在大多数便携装置中，该恒定电流是固定的。即使在这些电流改变时，仅仅改变精细调整中所需的电流。通常，示例性地，在用于驱动作为便携电话等的LCD面板显示背光的LED的开关调节器电源设备中，LCD驱动电流设置为能够获得显示操作所需的足够发光量的电流，且这些电流设置为固定数值。
在开关调节器电源设备中，由图2的检测电路5确定用于驱动LED的恒定电流。在正常情况下，检测电路5由电阻元件组成，且通过改变该电阻元件的电阻值设置该恒定电流。为了如上所述地将LED的发光量设置为恒定的，检测电路5的阻抗(电阻值)可连接成为预定阻抗。
此外，开关调节器电源设备的驱动电流ILED与检测电路5的电阻值RLED可由以下等式表述：
ILED＝VREF/RLED
这种情况下，ILED为供给到负载6的电流，对应于用于驱动该LED的恒定电流。VREF为SWR控制电路4中提供的参考电压电路的输出电压值。另外，电阻值RLED为检测电路5的阻抗(电阻值)。按以下方式操作开关调节器电源设备，使得由流过检测电路5的阻抗的电流(＝ILED)所产生的电压差等于SWR控制电路4中提供的参考电压电路的参考电压值VREF。换而言之，通过驱动信号导通/截止开关晶体管，使负载电流稳定为上述电流ILED，其中该驱动信号的占空比由响应于负载电流的反馈信号决定。
图3为示出了传统开关调节器的SWR控制电路4的方框图。SWR控制电路4包括输入端子11、参考电压电路19、误差放大电路13、三角波振荡电路14、比较器15、以及缓冲电路16。输入端子11用于从检测电路5输入反馈信号。参考电压电路19输出参考电压。误差放大电路13放大参考电压和反馈信号之间的电压差。三角波振荡电路14输出三角波信号。比较器15将三角波信号与从误差放大电路13输出的信号比较，以产生输出信号。缓冲电路16将比较器15的输出信号转换成驱动信号，这使得可以驱动电源转换电路3内提供的开关晶体管Q1。
SWR控制电路4以这样的方式控制开关晶体管Q1，使得反馈信号等于参考电压。参考电压电路的输出为预定的恒定电压电平，因此流过负载6的电流基于检测电路5和SWR控制电路4中提供的参考电压电路19的电压而被控制为恒定电流。
最近，由于越来越多的便携装置需要多个LED，连接单个阻抗的检测电路5或其他这种技术不足以将LED的发光量设为恒定，因此需要一种具有与多个发光量输出相对应的多个阻抗的检测电路。
图4为示出了用于驱动LED的传统升压型开关调节器电源设备的方框图，其对应于多个发光量输出(例如，见JP-A-2004-194448)。当需要两个输出电平时，对应于多个发光量输出的检测电路7包括例如第一电阻元件和第二电阻元件以及开关晶体管，其中该第一和第二电阻元件彼此并联。开关晶体管使用从端子8输入的控制信号控制切换输出电平。类似地，当需要两个或更多电平的输出时，必要时检测电路7可另外提供电阻元件和开关晶体管。
然而，对于构成对应于多个发光量输出的用于驱动LED的开关调节器电源设备的情形，需要用于设置发光量的电阻元件与由开关控制信号控制的开关晶体管。结果，电源设备所需的元件的总数增加，伴随的是其安装面积的增大，这阻碍了成本降低与面积节约效应(即，高密度安装效应)。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种开关调节器电源设备，其能够实现多个发光量输出而不增加其结构元件的总数，其中这种结构元件总数的增加会阻碍需要多个发光量输出的各类便携装置中的成本降低与面积节约效应。
为了实现上述目标，根据本发明一个方面的开关调节器电源设备配备有：开关型功率转换电路；电流检测电路，用于响应于负载电流而产生反馈信号；以及SWR控制电路，用于驱动该功率转换电路。在开关调节器电源设备中，SWR控制电路设有控制信号输入端子和参考电压电路，该参考电压电路能够基于输入到该控制信号输入端子的控制信号而输出多个参考电压。
根据本发明的开关调节器电源设备，参考电压电路通过输入到该控制信号输入端子的控制信号切换该多个参考电压，从而输出切换的参考电压。其结果为，可以在需要多个发光量的便携装置内提供能够输出多个发光量的具有单一电阻器的开关调节器电源设备，而无需在检测电路中提供例如电阻器和开关晶体管的多个外部元件。因此可以实现低成本和面积节约。
附图说明
附图中：
图1为示出了根据本发明的开关调节器的SWR控制电路的方框图；
图2为示出了升压型开关调节器电源设备的方框图；
图3为示出了传统开关调节器的SWR控制电路的方框图；以及
图4为示出了对应于多个发光量输出的传统升压型开关调节器电源设备的方框图。
具体实施方式
图2的方框图示出了升压型开关调节器电源设备。该升压型开关调节器电源设备包括电池功率输入端子1、功率转换电路3、用于控制功率转换电路3的SWR控制电路4、以及负载电流检测电路5。功率转换电路3将电池的电功率转换为能够驱动负载6(即，LED)的电功率。
扼流线圈(choke coil)L1的一端连接到输入端子1，而开关晶体管Q1和整流肖特基二极管D1连接到扼流线圈L1的另一端。此外，整流肖特基二极管D1的阴极连接到输出端子2a和平滑电容器C1。检测电路5连接于另一个输出端子2b和作为该电路参考电势点的地之间。检测电路5检测流过负载6的负载电流，从而响应于检测到的负载电流而产生反馈信号。用于驱动功率转换电路3的SWR控制电路4连接到输出端子2b。
接着描述图2所示的开关调节器电源设备的操作。SWR控制电路4通过驱动信号导通/截止开关晶体管Q1，其中该驱动信号的占空比对应于来自检测电路5的反馈信号。应该注意，上述反馈信号并不具有与正常开关调节器电源设备内的输出电压相对应的信号量，而是具有与作为负载电流的输出电流相对应的信号量。结果，开关晶体管Q1基于其占空比对应于负载电流的驱动信号而执行导通/截止操作，这导致该负载电流的稳定。
对于负载电流低于稳定电流的情形，平滑电容器C1的端子之间的电压被升压，从而增大该负载电流。另一方面，对于负载电流高于稳定电流的情形，平滑电容器C1的电荷被负载电流消耗，从而降低平滑电容器C1端子两侧的电压，由此导致该负载电流降低。
图1的方框图示出了本发明的开关调节器电源设备的SWR控制电路4。图1的方框图所示的SWR控制电路4包括端子11、参考电压电路12、误差放大电路13、三角波振荡电路14、比较器15、缓冲电路16以及控制信号输入端子18。端子11用于输入反馈信号，该反馈信号对应于检测电路5检测到的且流过负载6的负载电流。参考电压电路12输出参考电压。误差放大电路13放大参考电压和反馈信号之间的电压差。三角波振荡电路14输出三角波信号。比较器15将三角波信号与从误差放大电路13输出的信号比较，从而产生输出信号。缓冲电路16将比较器15的输出信号转换成驱动信号，通过该驱动信号可以驱动功率转换电路3中提供的开关晶体管Q1。控制信号输入端子18用于输入来自外部源的控制信号。在SWR控制电路4中，参考电压电路12具有基于输入到控制信号输入端子18的控制信号而输出多个参考电压的功能。
在配备了前述SWR控制电路4的用于驱动LED的开关调节器电源设备中，仅使用一个电阻元件构造该检测电路，可以实现传统开关调节器电源设备尚无法实现的多个发光量输出。
接着将通过示例详细地描述本发明中实现多个发光量输出的方法。例如，假设参考电压电路12的参考电压可设置为0.5V和1.0V。可以基于输入到控制信号输入端子18的控制信号设置该参考电压。例如，假设当输入低电平的控制信号时将参考电压设置为0.5V，而当输入高电平的控制信号时将参考电压设置为1.0V。还假设将电阻值为5欧姆的电阻器连接到检测电路5。将被连接到检测电路5的电阻元件为单一电阻元件，因此无需多个电阻元件或开关晶体管。
以如下方式操作上述开关调节器电源设备，使得由流过检测电路5的电阻器的电流(＝ILED)产生的电压差变为等于参考电压电路12的参考电压VREF，且驱动信号导通/截止开关晶体管Q1，其中该驱动信号具有的占空比对应于响应于负载电流而产生的反馈信号，导致将负载电流稳定为电流ILED。
根据参考电压VREF和检测电路5中提供的电阻器的电阻值，该负载电流ILED可由以下等式表述：
ILED＝VREF/RLED
对于控制信号输入端子18的输入为低电平的情形，参考电压VREF设置为0.5V，因此100mA的恒定电流流过构成负载6的LED。此外，对于控制信号输入端子18的输入为高电平的情形，参考电压VREF设置为1.0V，因此200mA的恒定电流流过构成负载6的LED。由于LED的发光量与流过该LED的电流成正比，因此控制信号输入端子18的输入设置为高电平，使得该LED可发射亮光。
如前所述，通过控制控制信号输入端子18的输入，可以实现需要不同发光量的LED开启模式，例如正常的LED开启和闪烁发光(flashemission)LED开启。上述的闪烁发光LED开启模式是这样一种模式，其中LED以闪烁方式发光，发光的亮度高于正常的LED开启模式。
在本实施方案中，LED亮度设置为两级。然而，通过允许将参考电压电路12的参考电压设置为多个级别，则可以使开关调节器电源设备对应于多级的LED亮度，而不增加检测电路5的结构元件的数目。

Claims (5)

1.一种开关调节器控制电路，包括：
反馈信号端子，用于将响应于流过负载的电流所产生的反馈信号输入到该反馈信号端子；
参考电压电路，用于输出多个参考电压；
误差放大电路，用于将所述反馈信号和参考电压输入到该误差放大电路以放大其间差值；
三角波振荡电路，用于振荡产生三角波；以及
比较器，用于比较所述误差放大电路的输出信号与所述三角波以输出开关信号，
其中所述参考电压电路包括基于控制信号切换所述多个参考电压以输出切换的参考电压的装置。
2.根据权利要求1所述的开关调节器控制电路，进一步包括用于从外部源输入所述控制信号的端子。
3.一种开关调节器电源设备，包括：
电源输入端子，用于将电源的电功率输入到该电源输入端子；
开关型功率转换电路，用于将所述电功率转换为能够驱动负载的电功率；
负载，由所述功率转换电路的电功率驱动；
电流检测电路，用于响应于流过所述负载的电流产生反馈信号；以及
根据权利要求1所述的开关调节器控制电路，用于响应于所述反馈信号驱动所述功率转换电路。
4.根据权利要求3所述的开关调节器电源设备，其中：
所述负载包括LED；以及
供给到所述LED的电流被切换以改变亮度。
5.根据权利要求4所述的开关调节器电源设备，其中所述发光二极管通过至少在发光二极管正常发光条件和发光二极管闪烁发光条件之间切换而发光。
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