CN102026443B - 平均电流调节器及其驱动电路与平均电流调节方法 - Google Patents

平均电流调节器及其驱动电路与平均电流调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种平均电流调节器及其驱动电路与平均电流调节方法。本发明的平均电流调节器，包含：功率级，其根据脉宽调变(pulse width modulation，PWM)讯号，切换至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流；回授电路，与功率级耦接，以产生回授讯号；导通时间控制器，与回授电路耦接，其接收回授讯号，并根据回授讯号与平均电流相关的平均值参考讯号，产生导通时间讯号；以及PWM控制器，根据导通时间讯号，产生脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至平均电流目标值。

Description

平均电流调节器及其驱动电路与平均电流调节方法
技术领域
本发明涉及一种平均电流调节器及其驱动电路与平均电流调节方法，特别是指一种侦测到达平均电流的时间以控制导通时间的平均电流调节器及其驱动电路与平均电流调节方法。
背景技术
图1显示现有技术的电源调节器电路图，其中PWM(pulse widthmodulation，脉宽调变)控制器11控制功率级12中至少一个功率晶体管以将输入电压Vin转换为输出电流Iout，以供应给负载电路，负载电路例如为如本图中所示的发光二极管(light emitted diode，LED)电路14。回授电路13产生与输出电流Iout相关的回授讯号并将此回授讯号输入PWM控制器11，使PWM控制器11可控制功率级12中功率晶体管以调节输出电流Iout至设定的目标。功率级12可为但不限于同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型转换电路，如图2A-2I所示。
在现有技术中，电源调节器是调节输出电流Iout的峰值电流，使其稳定于设定值。但如此一来，就如图3所显示的，电流讯号310与电流讯号320虽然峰值电流相同，但其平均电流，即平均电流1与平均电流2，却不相同，这在某些实际的应用中，例如图1所示控制LED电路14的应用情况，有其缺失，因为LED电路14需要提供稳定控制的平均电流，以使LED的亮度均匀稳定。
美国专利第7,388,359号公开一种控制平均电流的电路，如图4所示；以及其控制平均电流的机制，如图5所示。然而，在此现有技术中，由于功率开关的耦合与反向二极管电流，造成其功率开关的操作噪声，以致影响平均电流的正确性。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种平均电流调节器及其驱动电路与平均电流调节方法。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种平均电流调节器。
本发明的另一目的在提供一种平均电流调节器的驱动电路。
本发明的又一目的在于，提出一种平均电流的调节方法。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种平均电流调节器，包含：功率级，其根据一脉宽调变讯号，切换至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流；回授电路，与该功率级耦接，以产生一回授讯号，其中该回授讯号具有一极值，所谓极值是指峰值或谷值；导通时间控制器，与该回授电路耦接，其接收该回授讯号，并根据该回授讯号和一与平均电流相关的平均值参考讯号，产生一导通时间讯号；以及PWM控制器，根据该导通时间讯号，产生该脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至一平均电流目标值。
就另一个观点言，本发明提供了一种平均电流调节器的驱动电路，用以驱动一功率级，该功率级根据一脉宽调变讯号，切换至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流，且该功率级耦接至一回授电路，以产生一回授讯号，该平均电流调节器驱动电路包含：导通时间控制器，与该回授电路耦接，其接收该回授讯号，并根据该回授讯号和一与平均电流相关的平均值参考讯号，产生一导通时间讯号；以及PWM控制器，根据该导通时间讯号，产生该脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至一平均电流目标值。
上述平均电流调节器或平均电流调节器驱动电路中，该导通时间控制器获取自该功率晶体管导通的初始时刻起、至回授讯号到达平均值参考讯号的时间，作为一第一导通时间，并根据该第一导通时间产生成比例的一第二导通时间，且其中该脉宽调变讯号的导通时间长度为该第一导通时间与第二导通时间之和。
在一种实施型态中，该导通时间控制器包含：时间侦测电路，接收该回授讯号、该平均值参考讯号、与代表回授讯号极值的极值讯号，并产生具有该第一导通时间的第一导通时间讯号，与具有该第二导通时间的第二导通时间讯号；脉波宽度比较器，其比较第一导通时间讯号与第二导通时间讯号的脉波宽度，并输出其比较结果；以及极值调整器，其根据脉波宽度比较器的比较结果，回授调整该极值讯号至该时间侦测电路，以使第二导通时间趋近于第一导通时间的目标比例。
在另一种实施型态中，该导通时间控制器，包含：第一导通时间侦测电路，其接收该回授讯号与该平均值参考讯号，以输出具有该第一导通时间的第一导通时间讯号；以及脉波宽度复制器，与该第一导通时间侦测电路耦接，以根据该第一导通时间讯号，产生具有该第二导通时间的第二导通时间讯号。
就再另一个观点言，本发明提供了一种平均电流的调节方法，包含：根据一脉宽调变讯号，切换一功率级中的至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流；根据该输出电流产生一回授讯号，其中该回授讯号具有一极值；接收该回授讯号，并根据该回授讯号和一与平均电流相关的平均值参考讯号，产生一导通时间讯号；以及根据该导通时间讯号，产生该脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至一平均电流目标值。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示现有技术的调节器电路图；
图2A-2I标出同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型调节器；
图3显示现有技术的电流讯号虽然峰值电流相同，但其平均电流却不相同；
图4显示一种现有技术的控制平均电流的电路；
图5显示一种现有技术的控制平均电流的机制；
图6显示显示调节器的回授讯号中一个脉波的波形图；
图7显示本发明基本架构的一个实施例；
图8A标导通时间控制器15的其中一种闭回路实施方式；
图8B标导通时间控制器15的其中一种开回路实施方式；
图9A与9B显示调节器各点讯号波形的其中一个例子；
图10显示具有闭回路导通时间控制器的调节器的实施例；
图11A与11B显示调节器各点讯号波形的其中一个例子；
图12显示具有开回路导通时间控制器的调节器的实施例；
图13-17显示具有闭回路导通时间控制器的调节器的更具体实施例；
图18-19显示具有开回路导通时间控制器的调节器的更具体实施例；
图20说明本发明亦可应用于回授讯号呈下斜波形的情况。
图中符号说明
11       PWM控制器
12       功率级
13       回授电路
14       LED电路
15       导通时间控制器
151      时间侦测电路
1510     第三比较器
1511     第一比较器
1512     第二比较器
1513     脉波宽度产生器
152      脉波宽度比较器
1521     第一平均电路
1522     第二平均电路
1523     运算放大器
1524     第一电容
1525     第一开关电路
1526     第二开关电路
1527     第三开关电路
1528     比较器
1621     第一电流源
1622     第二电流源
1623     震荡器
1624     第一与门
1625     第二与门
1626     上下计数器
1627     第一计数器
1628     第二计数器
1629     编码比较器
153      峰值调整器
1531     上下计数器
1532     数字模拟转换器
1533     单发脉波产生器
1534     第二电容
1535     第四开关电路
1536     第三电流源
1537     第五开关电路
1538     第四电流源
1539     栓锁电路
154      第一导通时间侦测电路
155      脉波宽度复制器
CLK      时脉讯号
Iout     输出电流
I0       第一电流
I1       第二电流
ID1      二极管电流
IL1      电感电流
ILED     LED电流
ILX      功率晶体管电流
Q1       第一计数讯号
Q2       第二计数讯号
t0       初始时刻
T1       第一导通时间
t1       第一时刻
T2       第二导通时间
t2       第二时刻
T3       PWM讯号不导通时间
Ton      导通时间(ON-time)
Toff     不导通时间(OFF-time)
Vin      输入电压
Vout     输出电压
VISNS    回授讯号
Vpeak    峰值讯号
Vref     平均值参考讯号
Vref1    临界电压
Vref2    基准参考电压
Vvalley  谷值讯号
具体实施方式
本发明的基本技术思想是侦测调节器到达平均电流的时间，并控制PWM讯号的导通时间，使其大致为到达平均电流的两倍时间，以使调节器的输出电流的平均值可稳定于所设定的值，并避免由于功率晶体管的耦合作用与反向二极管电流，造成其功率晶体管的操作噪声，进而影响平均电流的正确性。以上基本技术思想尚可作各种变化，将在具体实施方式的最后作说明。
请参阅图6，调节器侦测功率晶体管导通时的电流，得到如图所示的回授讯号VISNS波形，其侦测方式例如可参阅图10，12，14-19，其中回授讯号VISNS取节点VISNS上的电压。图中显示为单一个脉波的波形图，具有梯形的形状，而其时间中点，也就是第一时刻t1，为当输出电流Iout达到目标值，也就是平均值的时刻。而由初始时刻t0到第一时刻t1的时间，则为第一导通时间T1。因此，本发明提出，利用侦测此时间中点，也就是第一时刻t1，并控制第二导通时间T2，使得T2＝T1；其中，第二导通时间T2是自第一时刻t1起，至功率晶体管截止导通，也就是第二时刻t2的时间，由此可知，导通时间(ON-time)Ton＝T1+T2；并且，在t2时刻输出电流Iout与回授讯号VISNS亦达到局部最大值，也就是峰值。本发明控制功率晶体管在导通状态的时间，也就是导通时间Ton，使其大致为2倍的T1，则输出电流Iout可被正确地控制在设定的平均电流。
请参阅图7，显示本发明基本架构的一个实施例。如图所示的平均电流调节器与现有技术相较，本实施例提供导通时间控制器15，与回授电路13耦接，导通时间控制器15接收回授讯号VISNS，并根据该回授讯号VISNS产生导通时间讯号；且PWM控制器11根据导通时间讯号，产生PWM讯号并控制PWM讯号的导通时间，用以调节输出电流Iout的平均值至稳定的平均电流。其中，该导通时间讯号可以是图6中的t2、Ton、或分为两个讯号的T1与T2，或其它可供决定PWM讯号导通时间的讯号，例如代表峰值的讯号。
导通时间控制器15至少有两种实施方式，如图8A与图8B所示。图8A显示导通时间控制器15的其中一种闭回路实施方式，如图所示，时间侦测电路151接收回授讯号VISNS、与平均电流相关的参考讯号Vref(以下称平均值参考讯号Vref)、及峰值讯号Vpeak，以输出第一导通时间讯号与第二导通时间讯号。其中，第一导通时间讯号与第二导通时间讯号为脉波讯号，其导通时间分别为第一导通时间T1与第二导通时间T2。脉波宽度比较器152比较第一导通时间讯号与第二导通时间讯号，并输出其比较结果，其目的为得到第一导通时间T1与第二导通时间T2的差异。峰值调整器153根据脉波宽度比较器152的比较结果，回授调整该峰值讯号Vpeak至该时间侦测电路151，以使第二导通时间T2趋近于第一导通时间T1(或其目标比例，容于最后详述)。
图8B显示导通时间控制器15的一种开回路实施方式，如图所示，第一导通时间侦测电路154接收回授讯号VISNS、平均值参考讯号Vref，以输出第一导通时间讯号。其中，第一导通时间讯号为脉波讯号，其导通时间为第一导通时间T1。脉波宽度复制器155复制第一导通时间讯号产生第二导通时间讯号，其目的为使第二导通时间T2与第一导通时间T1大致相等(或与第一导通时间T1的某比例值大致相等，容于最后详述)。
以上两种导通时间控制器15的实施方式中，初始时刻t0为PWM讯号中导通时间开始的时刻，此时刻在电路中有各种方式可以取得，其例如可由但不限定由侦测回授讯号VISNS的上升缘时刻来取得；初始时刻t0的其它取得方式将在后文中再举例。
请同时参阅图9A-9B与图10，图10显示具有闭回路导通时间控制器的调节器的更具体实施例，其以图2I的异步降压型功率级12为例，功率级12中的二极管电流ID1、功率晶体管电流ILX、与电感电压VLX的讯号波形如图9A所示；另外，LED电路14中的LED电流ILED、以及回授电路13中的回授讯号VISNS的讯号波形亦显示于图9A。
详言之，图10显示回授讯号VISNS输入时间侦测电路151中的第一比较器1511与第二比较器1512，第一比较器1511比较回授讯号VISNS与平均值参考讯号Vref，根据比较结果产生第一时刻讯号，如图10所示，此第一时刻讯号于第一时刻t1转态；第二比较器1512比较回授讯号VISNS与峰值讯号Vpeak，根据比较结果产生第二时刻讯号，如图10所示，此第二时刻讯号于第二时刻t2转态。脉波宽度产生器1513接收相关于初始时刻t0的初始时刻讯号、相关于第一时刻t1的第一时刻讯号、与相关于第二时刻t2的第二时刻讯号，如图10中右下方所示，根据t0，t1，与t2，脉波宽度产生器1513产生脉波宽度为第一导通时间T1的第一导通时间讯号与脉波宽度为第二导通时间T2的第二导通时间讯号。接着，脉波宽度比较器152比较第一导通时间讯号与第二导通时间讯号，并将结果输入峰值调整器153，峰值调整器153根据脉波宽度比较器152的比较结果，回授调整峰值讯号Vpeak至时间侦测电路151，由此闭回路控制，以使第二导通时间T2趋近于第一导通时间T1。
如前所述，初始时刻t0可由许多方式取得，参阅图10可知，除取自回授讯号VISNS外，亦可但不限于由PWM讯号、功率晶体管电流ILX讯号、或电感电压VLX讯号等讯号取得。如初始时刻t0取自回授讯号VISNS的上升缘，则宜过滤其噪声，细节将在后文参考图13时再作说明。
请同时参阅图11A-11B与图12，与图10不同，图12显示具有开回路导通时间控制器的调节器的更具体实施例，其亦以图2I的异步降压型功率级12为例，功率级12中的二极管电流ID1、功率晶体管电流ILX、与电感电压VLX的讯号波形如图11A所示；另外，LED电路14中的LED电流ILED、以及回授电路13中的回授讯号VISNS的讯号波形亦显示于图11A。
详言之，图12显示回授讯号VISNS输入第一导通时间侦测电路154中的第一比较器1511，第一比较器1511比较回授讯号VISNS与平均值参考讯号Vref，根据比较结果产生第一时刻讯号，如图12所示，此第一时刻讯号于第一时刻t1转态；至于初始时刻t0则如前所述可由许多方式取得。接着将相关于初始时刻t0的初始时刻讯号、与相关于第一时刻t1的第一时刻讯号输入脉波宽度产生器1513，脉波宽度产生器1513根据t0与t1，产生脉波宽度为第一导通时间T1的第一导通时间讯号。接着，脉波宽度复制器155复制第一导通时间讯号的脉波宽度而产生第二导通时间讯号，并将结果输入PWM控制器11，以使PWM讯号导通时间趋近于两倍的第一导通时间T1。
以下针对图8A、图9A-9B与图10所示的闭回路控制方式，再举几个电路说明其细节，但需说明的是，相同概念有多种可能的实施方式，无法一一全数列举，以下仅为举例，用以显示本发明确属可具体实现，但不应认为本发明仅能局限于所举例的实施方式。
图13举例显示图10电路的其中一个更具体实施例，本实施例显示回授讯号VISNS输入时间侦测电路151中的第一比较器1511、第二比较器1512、与第三比较器1510，第一比较器1511比较回授讯号VISNS与平均值参考讯号Vref，根据比较结果产生第一时刻讯号，如图13所示，第一时刻讯号于第一时刻t1转态；第二比较器1512比较回授讯号VISNS与峰值讯号Vpeak，根据比较结果产生第二时刻讯号，如图13所示，第二时刻讯号于第二时刻t2转态；另外，第三比较器1510则用以侦测回授讯号VISNS的上升缘以获知初始时刻t0，为避免回授讯号VISNS的波动影响对其上升缘的侦测，第三比较器1510比较回授讯号VISNS与一略高于零的临界电压Vref1，以过滤低于该临界电压的波动，此临界电压Vref1可为大于零而小于谷值(Vvalley，请参阅图6、9B、11B、20等)的任何电压值，例如可为但不限于为10％Vref。接着将相关于初始时刻t0的初始时刻讯号、相关于第一时刻t1的第一时刻讯号、与相关于第二时刻t2的第二时刻讯号输入脉波宽度产生器1513，脉波宽度产生器1513根据t0，t1，与t2，产生脉波宽度为第一导通时间T1的第一导通时间讯号与脉波宽度为第二导通时间T2的第二导通时间讯号。
本实施例中，脉波宽度比较器152包含第一平均电路1521与第二平均电路1522，其利用电阻电容(RC)电路，将第一导通时间讯号与第二导通时间讯号个别平均化后转换为第一平均讯号与第二平均讯号；脉波宽度比较器152还包含运算放大器1523，比较第一平均讯号与第二平均讯号，并将结果输入峰值调整器153，峰值调整器153例如为但不限制为如图所示的电阻电容电路，根据脉波宽度比较器152的比较结果，平均化后作为峰值讯号Vpeak回授调整至时间侦测电路151，由此闭回路控制，以使第二导通时间T2趋近于第一导通时间T1。
图14显示又一具有闭回路导通时间控制器的调节器的更具体实施例。本实施例显示回授讯号VISNS输入时间侦测电路151中，产生脉波宽度为第一导通时间T1的第一导通时间讯号与脉波宽度为第二导通时间T2的第二导通时间讯号，时间侦测电路151的电路细节与前一实施例相同，不再赘予说明。本实施例中，脉波宽度比较器152包含第一电容1524、第一开关电路1525、第二开关电路1526、第三开关电路1527、比较器1528、第一电流源1621、以及第二电流源1622，通过开关电路1525～1527的操作，改变第一电容1524上方节点的电压Vx，以控制比较器1528的输出。
详言之，请参见右下方波形图，于第一导通时间T1，第一开关电路1525导通，第一电流源1621以第一电流I0对第一电容1524充电；于第二导通时间T2，第二开关电路1526导通，第二电流源1622以第一电流I0使第一电容1524放电；于PWM讯号不导通的时间T3，第三开关电路1527导通，使第一电容1524的电压Vx恢复至基准参考电压Vref2。若第二导通时间T2短于第一导通时间T1，则在第二导通时间T2结束时，电压Vx将高于基准参考电压Vref2(如图所例示)；若第二导通时间T2等于或长于第一导通时间T1，则在第二导通时间T2结束时，电压Vx将等于或低于基准参考电压Vref2。比较器1528比较基准参考电压Vref2与第一电容1524的电压Vx，输出其比较结果至峰值调整器153。
峰值调整器153包含上下计数器1531与数字模拟转换器1532，上下计数器1531在第二时刻t2受使能(在本实施例中是受第二导通时间讯号的下降缘所使能)；在第二导通时间T2结束时，比较器1528当时的输出，表示电压Vx与基准参考电压Vref2的关系，亦即第二导通时间T2和第一导通时间T1间的关系。因此，上下计数器1531可根据比较器1528的比较结果，进行上下计数，以调整第二导通时间T2和第一导通时间T1间的差距。数字模拟转换器1532将上下计数器1531输出的数字计数值转换为模拟的峰值讯号Vpeak，以回授至时间侦测电路151。
图15显示再一具有闭回路导通时间控制器的调节器的更具体实施例。本实施例与图14实施例不同之处在于，本实施例的峰值调整器153包含：单发脉波产生器1533、第二电容1534、第四开关电路1535、第三电流源1536、第五开关电路1537、以及第四电流源1538，其整体作用有如一模拟计数器，可分段调整第二电容1534的电压。详言之，在第二导通时间T2结束时，若基准参考电压Vref2大于第一电容1524的电压Vx，则单发脉波产生器1533产生一单发脉波充电讯号，使第四开关电路1535导通一段瞬间；于基准参考电压Vref2小于第一电容1524的电压时，单发脉波产生器1533产生一单发脉波放电讯号，使第五开关电路1537导通一段瞬间。于单发脉波充电讯号产生时，第三电流源1536以第二电流I1充电第二电容1534，于单发脉波放电讯号产生时，第四电流源1538以第二电流I1对第二电容1534放电。第二电容1534上的电压，即为峰值讯号Vpeak。对照本实施例与图14实施例可看出，本实施例与图14实施例的工作方式十分相似，但本实施例是以模拟方式分段调整第二电容1534的电压，因此不需要再作数字模拟转换。
图16显示又另一具有闭回路导通时间控制器的调节器更具体的实施例。本实施例与图14所显示的实施例不同之处在于，本实施例的脉波宽度比较器152包含震荡器1623、第一与门1624、第二与门1625、及上下计数器1626；而峰值调整器153中包含栓锁电路1539、及数字模拟转换器1532。震荡器1623用以产生时脉讯号CLK；第一与门1624将第一导通时间讯号与时脉讯号CLK作及逻辑运算，以输出上数(upcount)讯号；第二与门1625将第二导通时间讯号与时脉讯号CLK作及逻辑运算，以输出下数(down count)讯号；上下计数器1626根据上数讯号与下数讯号，对应地上下计数后，输出数字计数值至峰值调整器153中的栓锁电路1539。也就是，脉波宽度比较器152以时脉讯号CLK分别计算第一导通时间T1与第二导通时间T2的时间长度，并于上下计数器1626中根据第一导通时间T1与第二导通时间T2的时间长度进行上下计数，且输出计数值至峰值调整器153。峰值调整器153中的栓锁电路1539在第二时刻t2受使能(在本实施例中是受第二导通时间讯号的下降缘所使能)；在第二导通时间T2结束时，接收脉波宽度比较器152输出的计数结果并储存在其内。数字模拟转换器1532将栓锁电路1539内储存的数字计数值转换为模拟型态的峰值讯号Vpeak，以回授至时间侦测电路151。
图17显示再另一具有闭回路导通时间控制器的调节器更具体的实施例。本实施例与图14所显示的实施例不同之处在于，本实施例的脉波宽度比较器152包含震荡器1623、第一计数器1627、第二计数器1628、及编码比较器1629；而峰值调整器153包含栓锁电路1539、上下计数器1626、及数字模拟转换器1532。震荡器1623用以产生时脉讯号CLK；第一计数器1627根据时脉讯号CLK计数第一导通时间T1，产生第一计数讯号Q1；第二计数器1628根据时脉讯号CLK计数第二导通时间T2，产生第二计数讯号Q2；编码比较器1629比较第一计数讯号Q1与第二计数讯号Q2后，编码其比较结果以输出编码数值至峰值调整器153中的栓锁电路1539。峰值调整器153中，栓锁电路1539在第二时刻t2受使能(在本实施例中是受第二导通时间讯号的下降缘所使能)；在第二导通时间T2结束时，接收脉波宽度比较器输出的编码数值，并储存在其内。上下计数器1626根据该编码数值，上下计数后，输出数字计数值至数字模拟转换器1532，将数字计数值转换为模拟的峰值讯号Vpeak，以回授至时间侦测电路151。
以下针对图8B、图11A-11b与图12所示的开回路控制方式，再举几个电路说明其细节，但需说明的是，相同概念有多种可能的实施方式，无法一一全数列举，以下仅为举例，用以显示本发明确属可具体实现，但不应认为本发明仅能局限于所举例的实施方式。
图18显示具有开回路导通时间控制器的调节器的一个更具体的实施例。本实施例显示回授讯号VISNS输入第一导通时间侦测电路154中的第一比较器1511、与第三比较器1510，第一比较器1511比较回授讯号VISNS与平均值参考讯号Vref，根据比较结果产生第一时刻讯号，如图18所示，第一时刻讯号为于第一时刻t1转态；另外，第三比较器1510比较回授讯号VISNS与临界电压Vref1以产生初始时刻讯号，其中临界电压例如可为但不限于为10％Vref以过滤回授讯号VISNS中的波动，且初始时刻讯号于初始时刻t0转态。接着将相关于初始时刻t0的初始时刻讯号、与相关于第一时刻t1的第一时刻讯号输入脉波宽度产生器1513，脉波宽度产生器1513根据初始时刻讯号、与第一时刻讯号，产生脉波宽度为第一导通时间T1的第一导通时间讯号，输入脉波宽度复制器155。
脉波宽度复制器155包含第一电容1524、第一电流源1621、第二电流源1622、第一开关电路1525、第二开关电路1526、第三开关电路1527、及比较器1528，通过开关电路1525～1527的操作，改变第一电容1524上方节点的电压Vx，以控制比较器1528的输出，使其高位准的时间长度等于两倍的T1(亦即T1+T2)。
详言之，于第一导通时间T1，第一开关电路1525导通，第一电流源1621以第一电流I0对第一电容1524充电；于T1的反相期间，第二开关电路1526导通，第二电流源1622以第一电流I0使第一电容1524放电，直至电压Vx到达基准参考电压Vref2，此时比较器1528的输出转态，使PWM讯号转为不导通，且在PWM讯号不导通的时间T3，第三开关电路1527导通，使第一电容1524的电压Vx维持于基准参考电压Vref2。自第一电容1524开始放电，直至电压Vx到达基准参考电压Vref2的时间，作为第二导通时间T2，因第一电容1524的充放电速率相同，因此第二导通时间T2等于第一导通时间T1，而PWM讯号的导通时间即为T1+T2，等于两倍的T1。
图19显示又一具有开回路导通时间控制器的调节器更具体的实施例。本实施例与图18所显示的实施例不同之处在于，本实施例的脉波宽度复制器155包含震荡器1623、计数器1551、及脉波复制器1552。震荡器1623用以产生时脉讯号CLK；计数器1551根据时脉讯号CLK计数第一导通时间T1，产生一计数讯号；脉波复制器1552根据计数讯号与第一时刻讯号，复制第一导通时间T1成为第二导通时间T2。PWM控制器11可将第一导通时间T1与第二导通时间T2合并成为PWM讯号的导通时间，或是根据初始时刻t0与第二时刻t2(第二导通时间T2的下降缘)，来决定PWM讯号的导通时间。
以上所有实施例中，取回授讯号VISNS到达平均值参考讯号Vref的时点作为第一时刻t1，以初始时刻t0至第一时刻t1间的时间为T1，并使第一时刻t1至第二时刻t2间的时间T2＝T1。但当然，在同一概念下，亦可将平均值参考讯号Vref设为其它数值，并对应改变T2与T1间的比例，仍应属于本发明的范围。例如，可令平均值参考讯号Vref对应于平均值的90％，并令T2＝(11/9)*T1，或令平均值参考讯号Vref对应于平均值的110％，并令T2＝(9/11)*T1等等，这些等效变化当然皆属于本发明的范围。换言之，如以自该功率晶体管导通的初始时刻t0起、至回授讯号到达平均值参考讯号Vref的时间作为第一导通时间T1，则视平均值参考讯号Vref的设定而定，第二导通时间T2可为第一导通时间的某一比例值T2＝α·T1，其中α为正实数，而α＝1仅是其中的一个较佳实施例。对应于α值的不同，各实施例中可对应修改电流源的电流值、比较器的输入端设定、图16、17中可使用不同的时脉CLK来计数T1与T2、图19中可设计脉波复制器1552使其产生的T2为α倍T1，等等。而“平均值参考讯号Vref”此名称仅表示其与平均值相关，不表示其必须对应于平均值的100％。
此外，请参阅图20，在某些应用情况下，回授讯号VISNS可能成如图所示的下斜波形，同样可应用以上所述的方法来控制使T2＝T1，而使PWM讯号的导通时间等于T1+T2，以将输出电流平均值调节稳定于所设定的目标值。此时，前述各实施例中的“峰值调整器”或峰值讯号Vpeak应对应改为“谷值调整器”或谷值讯号Vvalley。本发明中以“极值”这一用词来表示“峰值”或“谷值”。
与现有技术相较，除了可将输出电流平均值调节稳定于所设定的目标值外，与美国专利第7,388,359号相较，请对照图9B、11B与图5，讯号切换初期所产生的突波(spike)噪声并不会影响本发明对于平均值的侦测，但却会影响美国专利第7,388,359号中对于输出电流平均值的计算，因此本发明中，对于PWM讯号导通时间的计算会比美国专利第7,388,359号更为精确。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，在所示各实施例电路中，可插入不影响讯号主要意义的元件，如其它开关等；数字讯号高低位准所表示的意义可以互换，例如第一与第二导通时间T1和T2可改为以讯号的低位准来表示，此时第二时刻t2便应该根据第二导通时间T2的上升缘来决定，又例如比较器1510、1511、1512的输入端正负可以互换，而与门1624、1625也可改换为其它逻辑电路，仅需对应修正电路的讯号处理方式即可。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (40)

1.一种平均电流调节器，其特征在于，包含：
功率级，其根据一脉宽调变讯号，切换至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流；
回授电路，与该功率级耦接，以产生一回授讯号，其中该回授讯号具有一极值；
导通时间控制器，与该回授电路耦接，其接收该回授讯号，并根据该回授讯号和一与平均输出电流相关的平均值参考讯号，产生一导通时间讯号，此导通时间讯号的导通时间为一第一导通时间与一第二导通时间之和；以及
PWM控制器，根据该导通时间讯号，产生该脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至一平均电流目标值，
其中该导通时间控制器获取自该功率晶体管导通的初始时刻起、至回授讯号到达平均值参考讯号的时间，作为该第一导通时间，并根据该第一导通时间产生成比例的该第二导通时间，且其中该脉宽调变讯号的导通时间长度为该第一导通时间与第二导通时间之和。
2.如权利要求1所述的平均电流调节器，其中，该导通时间控制器，包含：
时间侦测电路，接收该回授讯号、该平均值参考讯号、与代表回授讯号极值的极值讯号，并产生具有该第一导通时间的第一导通时间讯号，与具有该第二导通时间的第二导通时间讯号；
脉波宽度比较器，其根据第一导通时间讯号与第二导通时间讯号的脉波宽度，输出相关于两者之比较结果的讯号；以及
极值调整器，其根据脉波宽度比较器的比较结果，回授调整该极值讯号至该时间侦测电路，以使第二导通时间趋近于第一导通时间的一个预设目标比例。
3.如权利要求2所述的平均电流调节器，其中，该时间侦测电路包含：
第一比较器，比较该回授讯号与该平均值参考讯号，以决定一第一时刻，其代表第一导通时间讯号的结束时刻；
第二比较器，比较该回授讯号与该极值讯号，以决定一第二时刻，其代表第二导通时间讯号的结束时刻；以及
脉波宽度产生器，根据该初始时刻、第一时刻、与第二时刻，产生该第一导通时间讯号与该第二导通时间讯号。
4.如权利要求3所述的平均电流调节器，其中，该时间侦测电路还包含：第三比较器，比较该回授讯号与一临界电压，以决定该初始时刻，其中，该临界电压大于零而小于该回授讯号的谷值。
5.如权利要求2所述的平均电流调节器，其中，该脉波宽度比较器，包含：
第一平均电路，将第一导通时间讯号平均化后转换为一第一平均讯号；
第二平均电路，将第二导通时间讯号平均化后转换为一第二平均讯号；以及
平均讯号比较器，比较第一平均讯号与第二平均讯号后，输出其比较结果。
6.如权利要求5所述的平均电流调节器，其中，该极值调整器包含一电阻电容电路，将该脉波宽度比较器的比较结果，平均化后转换为该极值讯号，以回授至该时间侦测电路。
7.如权利要求2所述的平均电流调节器，其中，该脉波宽度比较器包含：
第一电容，于第一导通时间，以一第一电流充电，于第二导通时间，以该第一电流放电，于所述脉宽调变讯号不导通时，恢复至一基准参考电压；以及
比较器，比较该基准参考电压与该第一电容的电压后，输出其比较结果。
8.如权利要求7所述的平均电流调节器，其中，该极值调整器包含：
上下计数器，根据该脉波宽度比较器的比较结果，上下计数后，输出一数字计数值；以及
数字模拟转换器，将该数字计数值转换为模拟的该极值讯号，以回授至该时间侦测电路。
9.如权利要求7所述的平均电流调节器，其中，该极值调整器包含：
单发脉波产生器，于基准参考电压大于第一电容的电压时，产生一单发脉波充电讯号，于基准参考电压小于第一电容的电压时，产生一单发脉波放电讯号；
第二电容，于单发脉波充电讯号产生时，以一第二电流充电，于单发脉波放电讯号产生时，以该第二电流放电，其中，该极值讯号是根据该第二电容上的电压而产生。
10.如权利要求2所述的平均电流调节器，其中，该脉波宽度比较器，包含：
震荡器，用以产生一时脉讯号；
第一门电路，根据该时脉讯号计算第一导通时间的长度，以输出一上数讯号；
第二门电路，根据该时脉讯号计算第二导通时间的长度，以输出一下数讯号；以及
上下计数器，根据该上数讯号与该下数讯号，上下计数后，输出其计数结果。
11.如权利要求10所述的平均电流调节器，其中，该极值调整器包含：
栓锁电路，在第二导通时间讯号的结束时刻受使能而储存该脉波宽度比较器输出的计数结果，并输出一数字计数值；以及
数字模拟转换器，将该数字计数值转换为模拟的该极值讯号，以回授至该时间侦测电路。
12.如权利要求2所述的平均电流调节器，其中，该脉波宽度比较器，包含：
震荡器，用以产生一时脉讯号；
第一计数器，根据该时脉讯号计数第一导通时间讯号，产生一第一计数讯号；
第二计数器，根据该时脉讯号计数第二导通时间讯号，产生一第二计数讯号；以及
编码比较器，比较该第一计数讯号与该第二计数讯号后，编码其比较结果以输出其编码结果。
13.如权利要求12所述的平均电流调节器，其中，该极值调整器包含：
栓锁电路，在第二导通时间讯号的结束时刻受使能而储存该脉波宽度比较器输出的编码结果，并输出一编码讯号；
上下计数器，根据该编码讯号，上下计数后，输出一数字计数值；以及
数字模拟转换器，将该数字计数值转换为模拟的该极值讯号，以回授至该时间侦测电路。
14.如权利要求1所述的平均电流调节器，其中，该导通时间控制器，包含：
第一导通时间侦测电路，其接收该回授讯号与该平均值参考讯号，以输出具有该第一导通时间的第一导通时间讯号；以及
脉波宽度复制器，与该第一导通时间侦测电路耦接，以根据该第一导通时间讯号，产生具有该第二导通时间的第二导通时间讯号。
15.如权利要求14所述的平均电流调节器，其中，该第一导通时间侦测电路包含：
第一比较器，比较该回授讯号与该平均值参考讯号，以决定一第一时刻，其代表第一导通时间讯号的结束时刻；以及
脉波宽度产生器，根据该初始时刻与第一时刻，产生该第一导通时间讯号。
16.如权利要求15所述的平均电流调节器，其中，该第一导通时间侦测电路还包含：第二比较器，比较该回授讯号与一临界电压，以决定该初始时刻，其中，该临界电压大于零而小于该回授讯号的谷值。
17.如权利要求14所述的平均电流调节器，其中，该脉波宽度复制器，包含：
电容，于第一导通时间，以一第一电流充电，于第一导通时间以外的时间，以该第一电流放电，于脉宽调变讯号不导通时，恢复至一基准参考电压；以及
比较器，比较该基准参考电压与该电容的电压后，输出该导通时间讯号，该导通时间讯号的导通时间为该第一导通时间与该第二导通时间之和。
18.如权利要求14所述的平均电流调节器，其中，该脉波宽度复制器，包含：
震荡器，用以产生一时脉讯号；
计数器，根据该时脉讯号计数第一导通时间，产生一计数讯号；以及
脉波复制器，根据该计数讯号与该时脉讯号，复制输出该第二导通时间讯号。
19.一种平均电流调节器驱动电路，用以驱动一功率级，该功率级根据一脉宽调变讯号，切换至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流，且该功率级耦接至一回授电路，以产生一回授讯号，其特征在于，该平均电流调节器驱动电路包含：
导通时间控制器，与该回授电路耦接，其接收该回授讯号，并根据该回授讯号和一与平均输出电流相关的平均值参考讯号，产生一导通时间讯号，此导通时间讯号的导通时间为一第一导通时间与一第二导通时间之和；以及
PWM控制器，根据该导通时间讯号，产生该脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至一平均电流目标值，
其中该导通时间控制器获取自该功率晶体管导通的初始时刻起、至回授讯号到达平均值参考讯号的时间，作为该第一导通时间，并根据该第一导通时间产生成比例的该第二导通时间，且其中该脉宽调变讯号的导通时间长度为该第一导通时间与第二导通时间之和。
20.如权利要求19所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该回授讯号具有一极值，且其中该导通时间控制器包含：
时间侦测电路，接收该回授讯号、该平均值参考讯号、与代表回授讯号极值的极值讯号，并产生具有该第一导通时间的第一导通时间讯号，与具有该第二导通时间的第二导通时间讯号；
脉波宽度比较器，其根据第一导通时间讯号与第二导通时间讯号的脉波宽度，输出相关于两者之比较结果的讯号；以及
极值调整器，其根据脉波宽度比较器的比较结果，回授调整该极值讯号至该时间侦测电路，以使第二导通时间趋近于第一导通时间的一个预设目标比例。
21.如权利要求20所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该时间侦测电路包含：
第一比较器，比较该回授讯号与该平均值参考讯号，以决定一第一时刻，其代表第一导通时间讯号的结束时刻；
第二比较器，比较该回授讯号与该极值讯号，以决定一第二时刻，其代表第二导通时间讯号的结束时刻；以及
脉波宽度产生器，根据该初始时刻、第一时刻、与第二时刻，产生该第一导通时间讯号与该第二导通时间讯号。
22.如权利要求21所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该时间侦测电路还包含：第三比较器，比较该回授讯号与一临界电压，以决定该初始时刻，其中，该临界电压大于零而小于该回授讯号的谷值。
23.如权利要求20所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该脉波宽度比较器，包含：
第一平均电路，将第一导通时间讯号平均化后转换为一第一平均讯号；
第二平均电路，将第二导通时间讯号平均化后转换为一第二平均讯号；以及
平均讯号比较器，比较第一平均讯号与第二平均讯号后，输出其比较结果。
24.如权利要求23所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该极值调整器包含一电阻电容电路，将该脉波宽度比较器的比较结果，平均化后转换为该极值讯号，以回授至该时间侦测电路。
25.如权利要求20所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该脉波宽度比较器包含：
第一电容，于第一导通时间，以一第一电流充电，于第二导通时间，以该第一电流放电，于所述脉宽调变讯号不导通时，恢复至一基准参考电压；以及
比较器，比较该基准参考电压与该第一电容的电压后，输出其比较结果。
26.如权利要求25所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该极值调整器包含：
上下计数器，根据该脉波宽度比较器的比较结果，上下计数后，输出一数字计数值；以及
数字模拟转换器，将该数字计数值转换为模拟的该极值讯号，以回授至该时间侦测电路。
27.如权利要求25所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该极值调整器包含：
单发脉波产生器，于基准参考电压大于第一电容的电压时，产生一单发脉波充电讯号，于基准参考电压小于第一电容的电压时，产生一单发脉波放电讯号；
第二电容，于单发脉波充电讯号产生时，以一第二电流充电，于单发脉波放电讯号产生时，以该第二电流放电，其中，该极值讯号根据该第二电容上的电压而产生。
28.如权利要求20所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该脉波宽度比较器，包含：
震荡器，用以产生一时脉讯号；
第一门电路，根据该时脉讯号计算第一导通时间的长度，以输出一上数讯号；
第二门电路，根据该时脉讯号计算第二导通时间的长度，以输出一下数讯号；以及
上下计数器，根据该上数讯号与该下数讯号，上下计数后，输出其计数结果。
29.如权利要求28所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该极值调整器包含：
栓锁电路，在第二导通时间讯号的结束时刻受使能而储存该脉波宽度比较器输出的计数结果，并输出一数字计数值；以及
数字模拟转换器，将该数字计数值转换为模拟的该极值讯号，以回授至该时间侦测电路。
30.如权利要求20所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该脉波宽度比较器，包含：
震荡器，用以产生一时脉讯号；
第一计数器，根据该时脉讯号计数第一导通时间讯号，产生一第一计数讯号；
第二计数器，根据该时脉讯号计数第二导通时间讯号，产生一第二计数讯号；以及
编码比较器，比较该第一计数讯号与该第二计数讯号后，编码其比较结果以输出其编码结果。
31.如权利要求30所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该极值调整器包含：
栓锁电路，在第二导通时间讯号的结束时刻受使能而储存该脉波宽度比较器输出的编码结果，并输出一编码讯号；
上下计数器，根据该编码讯号，上下计数后，输出一数字计数值；以及
数字模拟转换器，将该数字计数值转换为模拟的该极值讯号，以回授至该时间侦测电路。
32.如权利要求19所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该导通时间控制器，包含：
第一导通时间侦测电路，其接收该回授讯号与该平均值参考讯号，以输出具有该第一导通时间的第一导通时间讯号；以及
脉波宽度复制器，与该第一导通时间侦测电路耦接，以根据该第一导通时间讯号，产生具有该第二导通时间的第二导通时间讯号。
33.如权利要求32所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该第一导通时间侦测电路包含：
第一比较器，比较该回授讯号与该平均值参考讯号，以决定一第一时刻，其代表第一导通时间讯号的结束时刻；以及
脉波宽度产生器，根据该初始时刻与第一时刻，产生该第一导通时间讯号。
34.如权利要求33所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该第一导通时间侦测电路还包含：第二比较器，比较该回授讯号与一临界电压，以决定该初始时刻，其中，该临界电压大于零而小于该回授讯号的谷值。
35.如权利要求32所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该脉波宽度复制器，包含：
电容，于第一导通时间，以一第一电流充电，于第一导通时间以外的时间，以该第一电流放电，于脉宽调变讯号不导通时，恢复至一基准参考电压；以及
比较器，比较该基准参考电压与该电容的电压后，输出该导通时间讯号，该导通时间讯号的导通时间为该第一导通时间与该第二导通时间之和。
36.如权利要求32所述的平均电流调节器驱动电路，其中，该脉波宽度复制器，包含：
震荡器，用以产生一时脉讯号；
计数器，根据该时脉讯号计数第一导通时间，产生一计数讯号；以及
脉波复制器，根据该计数讯号与该时脉讯号，复制输出该第二导通时间讯号。
37.一种平均电流调节方法，其特征在于，包含：
根据一脉宽调变讯号，切换一功率级中的至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流；
根据该输出电流产生一回授讯号，其中该回授讯号具有一极值；
接收该回授讯号，并根据该回授讯号和一与平均电流相关的平均值参考讯号，产生一导通时间讯号；以及
根据该导通时间讯号，产生该脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至一平均电流目标值，
其中，该产生导通时间讯号的步骤，包含：
获取自该功率晶体管导通的初始时刻起、至回授讯号到达平均值参考讯号的时间，作为一第一导通时间；以及
根据该第一导通时间产生成比例的一第二导通时间，
其中该脉宽调变讯号的导通时间长度为该第一导通时间与第二导通时间之和。
38.一种平均电流调节方法，其特征在于，包含：
根据一脉宽调变讯号，切换一功率级中的至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流；
根据该输出电流产生一回授讯号，其中该回授讯号具有一极值；
接收该回授讯号，并根据该回授讯号和一与平均电流相关的平均值参考讯号，产生一导通时间讯号；以及
根据该导通时间讯号，产生该脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至一平均电流目标值，
其中，该产生导通时间讯号的步骤，包含：
以该功率晶体管导通为初始时刻；
将该回授讯号与该平均值参考讯号比较以决定第一时刻；
将该回授讯号与代表回授讯号极值的极值讯号比较以决定第二时刻；
根据初始时刻与第一时刻，产生具有第一导通时间的第一导通时间讯号；
根据第一时刻与第二时刻，产生具有第二导通时间的第二导通时间讯号；
比较第一导通时间讯号与第二导通时间讯号的脉波宽度；以及
根据脉波宽度比较结果，回授调整该极值讯号，以使第二导通时间趋近于第一导通时间的一个预设目标比例。
39.一种平均电流调节方法，其特征在于，包含：
根据一脉宽调变讯号，切换一功率级中的至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输出电流；
根据该输出电流产生一回授讯号，其中该回授讯号具有一极值；
接收该回授讯号，并根据该回授讯号和一与平均电流相关的平均值参考讯号，产生一导通时间讯号；以及
根据该导通时间讯号，产生该脉宽调变讯号，以调节输出电流的平均值至一平均电流目标值，
其中，该产生导通时间讯号的步骤，包含：
以该功率晶体管导通为初始时刻；
将该回授讯号与该平均值参考讯号比较以决定第一时刻；
根据初始时刻与第一时刻，产生具有第一导通时间的第一导通时间讯号；以及
成比例地复制该第一导通时间讯号的脉宽，以产生具有第二导通时间的第二导通时间讯号，其中该第二导通时间与第一导通时间成比例。
40.如权利要求38或39所述的平均电流调节方法，其中，该初始时刻由以下步骤决定：将该回授讯号与一临界电压相比较，其中该临界电压大于零而小于该回授讯号的谷值。
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