CN101860212B

CN101860212B - 直流转直流变换系统

Info

Publication number: CN101860212B
Application number: CN2010101964114A
Authority: CN
Inventors: 吴昶辉; 陈世轩; 李建辉; 杨智涵; 熊国佑
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-06-03
Also published as: CN101860212A

Abstract

本发明公开一种直流转直流变换系统，包括：脉冲宽度调变单元接收爆发信号，其具有一个动作周期与一个不动作周期，其中，在动作周期时脉冲宽度调变单元输出栅控信号，且脉冲宽度调变单元比较补偿信号与感测信号以控制栅控信号的占空比；功率级电路接收输入电压，在动作周期时，功率级电路根据栅控信号的占空比来调整输出电流并产生相对应的感测信号；负载电路接收输出电流；以及控制单元接收补偿信号，其中，在爆发信号的不动作周期时降低补偿信号，且在爆发信号的动作周期的初始时段利用降低的补偿信号来降低栅控信号的占空比。

Description

直流转直流变换系统

技术领域

本发明涉及一种直流转直流变换系统，且特别是有关于一种脉冲宽度调变(Pulse width modulation，PWM)电路的直流转直流变换系统。

背景技术

请参照图1，其所绘示为公知直流转直流变换系统的示意图。直流转直流变换系统应用于显示面板(display panel)的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)背光模块，其包括：一PWM单元110、一功率级电路(power stagecircuit)120、以及一负载电路130。其中，PWM单元110中包括一PWM逻辑电路112以及一比较器114；功率级电路120包括一电感器L、整流二极管D、一功率晶体管M1、以及一电阻R；负载电路130则包括多个串接的发光二极管LED1、LED2、LED3连接于功率级电路120的输出端OUT与接地端GND之间。

由图1可知，功率级电路120的电感器L连接于输入电压Vin以及节点n之间，整流二极管的阳极连接至节点n，整流二极管的阴极连接至功率级电路120的输出端OUT，功率晶体管M1的栅极接收一栅控信号G，功率晶体管M1的漏极连接至节点n，并且功率晶体管M1的源极与接地端GND之间连接一电阻R，而电阻R可产生一感测信号S。

再者，PWM单元110的PWM逻辑电路112可接收一爆发信号Burst，并且根据爆发信号Burst来产生一致能信号En以控制功率级电路120的动作。而PWM逻辑电路112更可产生一补偿信号COMP至比较器114的正输入端，而比较器114的负输入端接收感测信号S，比较器114的输出端则产生一比较结果信号O至PWM逻辑电路112，进而使得PWM逻辑电路根据比较结果信号O来控制栅控信号G。

另外，公知的PWM单元110整合于一IC电路中，而IC电路具有一压点输出补偿信号COMP。而利用外部的一电容器C连接于此压点与接地端GND 之间可以维持补偿信号COMP的稳定。

请参照图2，其所绘示为公知直流转直流变换系统的信号示意图。由图中可知，由于电容器C提供的稳压作用，补偿信号COMP维持在一定值。再者，爆发信号Burst的高电位(T1)可视为动作周期，使得致能信号En致能(enable)功率级电路120，因而产生电感电流IL。反之，爆发信号Burst的低电位(T2)可视为不动作周期，使得致能信号En禁能(disable)功率级电路120，因而停止产生电感电流IL。

由更进一步分析可知，在爆发信号Burst的动作周期(T1)之间，在时间点t0时，栅控信号G产生高电位使得功率晶体管M1开启(turn on)，因此电感电流IL全部流经开关晶体管M1与电阻R，并且电感电流IL持续增加。此时，输出电流Iout为0，电感电流IL等于第一电流I1。由于第一电流I1持续增加，因而使得感测信号S也持续增加。

再者，在时间点t1时，感测信号S电位增加至补偿信号COMP的电位，因此比较器114的比较结果信号O产生一个负脉冲(negative pulse)至PWM逻辑电路112，使得栅控信号G产生低电位使得功率晶体管M1关闭(turn off)，因此电感电流IL全部流至负载电路130，并且电感电流IL持续减少。此时，第一电流I1为0，电感电流IL等于输出电流Iout。

而上述的动作流程会在爆发信号Burst的动作周期(T1)内周而复始的运作，因此电感电流IL会根据栅控信号G的高电位与低电位变化不断地上升下降。一般来说，爆发信号Burst的频率约在数百Hz，而栅控信号G的频率约在数百KHz。

然而，公知直流转直流变换系统在爆发信号Burst的动作周期开始瞬间，由于电感电流IL急遽增加，因此电感L内的铁芯与线圈会互相撞击产生噪音(audible noise)造成使用者的困扰。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种直流转直流变换系统，在爆发信号Burst的动作周期开始瞬间不会造成电感L的铁芯与线圈会互相撞，并有效地解决噪音的发生。

本发明提出一种直流转直流变换系统，包括：功率级电路，此功率级电路接收输入电压以及致能信号，在致能信号动作时，功率级电路根据栅控信号的占空比来调整输出电流并产生相对应的感测信号；一负载电路，接收输出电流；一脉冲宽度调变单元，具有脉冲宽度调变逻辑电路与比较器，其中，脉冲宽度调变逻辑电路接收爆发信号，其具有动作周期与不动作周期，在动作周期时脉冲宽度调变逻辑电路产生补偿信号至比较器并且产生致能信号至功率级电路，使得比较器比较补偿信号与感测信号并产生比较结果信号至脉冲宽度调变逻辑电路用以控制栅控信号的占空比；以及控制单元，接收补偿信号，其中，在爆发信号的不动作周期降低补偿信号，并且在爆发信号的动作周期的初始时段利用降低的补偿信号来降低栅控信号的占空比。

本发明提出一种直流转直流变换系统，包括：脉冲宽度调变单元接收爆发信号，其具有一个动作周期与一个不动作周期，其中，在动作周期时脉冲宽度调变单元输出栅控信号，且脉冲宽度调变单元比较补偿信号与感测信号以控制栅控信号的占空比；功率级电路接收输入电压，在动作周期时，功率级电路根据栅控信号的占空比来调整输出电流并产生相对应的感测信号；负载电路接收输出电流；以及控制单元接收补偿信号，其中，在爆发信号的不动作周期时降低补偿信号，且在爆发信号的动作周期的初始时段利用降低的补偿信号来降低栅控信号的占空比。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所绘示为公知直流转直流变换系统的示意图；

图2所绘示为公知直流转直流变换系统的信号示意图；

图3所绘示为本发明直流转直流变换系统的示意图；

图4所绘示为本发明直流转直流变换系统的信号示意图。

其中，附图标记

110：PWM单元 112：PWM逻辑电路

114：比较器 120：功率级电路

130：负载电路 210：PWM单元

212：PWM逻辑电路 214：比较器

220：功率级电路 230：负载电路

250：控制单元 252：反相器

具体实施方式

请参照图3，其所绘示为本发明直流转直流变换系统的示意图。直流转直流变换系统应用于显示面板的LED背光模块，其包括：一PWM单元210、一功率级电路220、一负载电路230、以及一控制单元250。其中，PWM单元210中包括一PWM逻辑电路212以及一比较器214；功率级电路220包括一电感器L、整流二极管D、一功率晶体管M1、以及一第一电阻R1；负载电路230则包括多个串接的发光二极管LED1、LED2、LED3连接于功率级电路220的输出端OUT与接地端GND之间；控制单元250包括：一反相器252、一开关晶体管M2、一电容器C、以及一第二电阻R2。

由图3可知，功率级电路220的电感器L连接于输入电压Vin以及节点n之间，整流二极管的阳极连接至节点n，整流二极管的阴极连接至功率级电路220的输出端OUT，功率晶体管M1的栅极接收一栅控信号G，功率晶体管M1的漏极连接至节点n，并且功率晶体管M1的源极与接地端GND之间连接第一电阻R1，而第一电阻R1可产生一感测信号S。

再者，PWM单元210的PWM逻辑电路212可接收一爆发信号Burst，并且根据爆发信号Burst来产生一致能信号En以控制功率级电路220的动作。而PWM逻辑电路212更可产生一补偿信号COMP至比较器214的正输入端，而比较器214的负输入端接收感测信号S，比较器214的输出端则产生一比较结果信号O至PWM逻辑电路212，进而使得PWM逻辑电路根据比较结果信号O来控制栅控信号G。

根据本发明的实施例，为了要达成爆发信号Burst的动作周期开始瞬间不会造成电感L的铁芯与线圈互相撞击产生噪音。本发明的控制单元250用来控制PWM单元210产生的补偿信号COMP电位，使得爆发信号Burst的动作周期开始瞬间利用降低的补偿信号COMP电位，并且达成降低电感电流IL以及减少噪音的目的。

而本发明实施例的控制单元250中，反相器252的输入端接收爆发信号 Burst；开关晶体管M2的栅极连接至反相器252的输出端，开关晶体管M2的漏极接收补偿信号COMP；第二电阻R2连接于开关晶体管M2的源极与接地端GND之间；电容器C连接于开关晶体管M2的漏极与接地端GND之间。

请参照图4，其所绘示为本发明直流转直流变换系统的信号示意图。由图中可知，爆发信号Burst的高电位(T1)可视为动作周期，使得致能信号En致能(enable)功率级电路220，因而产生电感电流IL。反之，爆发信号Burst的低电位(T2)可视为不动作周期，使得致能信号En禁能(disable)功率级电路220，因而停止产生电感电流IL。

由更进一步分析可知，在爆发信号Burst的不动作周期(T2)时，由于爆发信号Burst为低电位，使得反相器252输出高电位并且开启(turn on)开关晶体管M2。此时，开关晶体管M2与第二电阻R2形成一放电路径(discharge path)，造成电容器C上的补偿信号COMP电位下降。反之，在爆发信号Burst的动作周期(T1)时，由于爆发信号Burst为高电位，使得反相器252输出低电位并且关闭(turn off)开关晶体管M2。此时，放电路径断路(open circuit)，因此电容器C上的补偿信号COMP开始回复至固定的电位。

如图4所示，在爆发信号Burst的动作周期(T1)之间，在时间点t0时，栅控信号G产生高电位使得功率晶体管M1开启(turn on)，因此电感电流IL全部流经开关晶体管M1与电阻R，并且电感电流IL持续增加。此时，输出电流Iout为0，电感电流IL等于第一电流I1。由于第一电流I1持续增加，因而使得感测信号S也持续增加。

再者，在时间点t1时，感测信号S电位增加至补偿信号COMP的电位，因此比较器214的比较结果信号O产生一个负脉冲至PWM逻辑电路212，使得栅控信号G产生低电位使得功率晶体管M1关闭(turn off)，因此电感电流IL全部流至负载电路230，并且电感电流IL持续减少。此时，第一电流I1为0，电感电流IL等于输出电流Iout。

很明显地，由于爆发信号Burst的动作周期(T1)开始时，补偿信号COMP的电位最低。因此第一电流I1小幅上升即可使得感测信号S到达补偿信号COMP的电位，因此栅控信号G的占空比(duty cycle)降至最低。而由于补偿信号COMP的电位会逐渐增高，因此栅控信号G的占空比也会逐渐升高。当补偿信号COMP的电位回复至固定的电位后，栅控信号G的占空比也会维持固定。

由图4的绘示可知，栅控信号G的占空比最小时(时间点t0至t1)，电感电流IL的振幅最低。而随着栅控信号G的占空比升高，电感电流IL的振幅逐渐升高。当栅控信号G的占空比维持固定时，电感电流IL的振幅到达最大值。

综上所述，本发明的直流转直流变换系统，在爆发信号的不动作周期降低补偿信号COMP的电位，并且在爆发信号的动作周期的初始时段利用降低电位的补偿信号COMP来降低栅控信号的占空比，并且限制电感电流IL，如此即可降低瞬间的电感电流IL变化量，以减少电感L内部线圈与铁芯的撞击能量，而有效降低噪音问题。

当然，本发明还可有其它多种实施例，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

1.一种直流转直流变换系统，其特征在于，包括：

一功率级电路，该功率级电路接收一输入电压以及一致能信号，在该致能信号动作时，该功率级电路根据一栅控信号的一占空比来调整一输出电流并产生相对应的一感测信号；

一负载电路，接收该输出电流；

一脉冲宽度调变单元，具有一脉冲宽度调变逻辑电路与一比较器，其中，该脉冲宽度调变逻辑电路接收一爆发信号，该爆发信号具有一动作周期与一不动作周期，在该动作周期时该脉冲宽度调变逻辑电路产生一补偿信号至该比较器并且产生该致能信号至该功率级电路，使得该比较器比较该补偿信号与该感测信号并产生一比较结果信号至该脉冲宽度调变逻辑电路用以控制该栅控信号的该占空比；以及

一控制单元，接收该补偿信号，其中，在该爆发信号的该不动作周期降低该补偿信号，并且在该爆发信号的该动作周期的一初始时段利用降低的该补偿信号来降低该栅控信号的该占空比。

2.根据权利要求1所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该功率级电路包括：

一电感器，该电感器第一端连接至该输入电压；

一整流二极管，具有一阳极连接至该电感器的一第二端，具有一阴极连接至该负载电路；

一功率晶体管，具有一栅极接收该栅控信号，一漏极连接至该电感器第二端，一源极输出该感测信号；以及

一第一电阻，连接于该功率晶体管的该源极与一接地端之间。

3.根据权利要求1所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该负载电路包括串接的多个发光二极管。

4.根据权利要求1所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该控制单元包括一电容器以及一放电路径，该电容器接收该补偿信号，其中，在该爆发信号的该不动作周期时，利用该放电路径降低该补偿信号，并在该爆发信号的该动作周期时，回复该补偿信号。

5.根据权利要求4所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该控制单元更包括：

一反相器，该反相器输入端接收该爆发信号；

一开关晶体管，该开关晶体管的一栅极连接至该反相器输出端，一漏极连接至该电容器的一第一端以接收该补偿信号；以及

一第二电阻，具有一第一端连接至该开关晶体管的一源极，一第二端连接至该电容器的一第二端与该接地端。

其中，该第二电阻以及该开关晶体管的该漏极与该源极形成该放电路径。

6.一种直流转直流变换系统，其特征在于，包括：

一脉冲宽度调变单元，接收一爆发信号，该爆发信号具有一动作周期与一不动作周期，其中，在该动作周期时该脉冲宽度调变单元输出一栅控信号，且该脉冲宽度调变单元比较一补偿信号与感测信号以控制该栅控信号的该占空比；

一功率级电路，该功率级电路接收一输入电压，在该动作周期时，该功率级电路根据该栅控信号的该占空比来调整一输出电流并产生相对应的一感测信号；

一负载电路，接收该输出电流；以及

一控制单元，接收该补偿信号，其中，在该爆发信号的该不动作周期降低该补偿信号，且在该爆发信号的该动作周期的一初始时段利用降低的该补偿信号来降低该栅控信号的该占空比。

7.根据权利要求6所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该功率级电路包括：

一电感器，该电感器第一端连接至该输入电压；

8.根据权利要求6所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该负载电路包括串接的多个发光二极管。

9.根据权利要求6所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该控制单元包括一电容器以及一放电路径，该电容器接收该补偿信号，其中，在该爆发信号的该不动作周期时，利用该放电路径降低该补偿信号，并在该爆发信号的该动作周期时，回复该补偿信号。

10.根据权利要求9所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该控制单元更包括：

一反相器，该反相器输入端接收该爆发信号；

一开关晶体管，该晶体管的一栅极连接至该反相器输出端，一漏极连接至该电容器的一第一端以接收该补偿信号；以及

一第二电阻，具有一第一端连接至该开关晶体管的一源极，一第二端连接至该电容器的一第二端与该接地端；

11.根据权利要求6所述的直流转直流变换系统，其特征在于，该脉冲宽度调变单元包括：

一脉冲宽度调变逻辑电路，接收该爆发信号，并且在该动作周期时，输出一补偿信号，并根据接收的一结果信号来调整该栅控信号的该占空比；以及

一比较器，比较该补偿信号与该感测信号并且在该感测信号上升至该补偿信号的电位时，在该结果信号上产生一负脉冲至该脉冲宽度调变逻辑电路。