CN102823124A - 直流转换器的频率选择电路及其频率选择方法 - Google Patents

Abstract

在一个实施形式中，频率选择电路具有：第一输入端（11），第一阈值信号（S1）根据直流转换器的切换频率信号（DCLK）输送给第一输入端；第二输入端（12），第二阈值信号（S2）根据第一阈值信号（S1）输送给第二输入端；第三输入端（13），直流转换器的完成信号（S3）输送给第三输入端；和输出端（15），在输出端提供控制信号（S5），所述控制信号设计用于选择直流转换器的切换频率信号（DCLK）的频率；其中根据第一阈值信号（S1）、第二阈值信号（S2）和完成信号（S3）来提供控制信号（S5）。此外，设计了一种用于选择直流转换器的频率的方法。

Description

直流转换器的频率选择电路及其频率选择方法

本发明涉及一种用于直流转换器的频率选择电路，一种频率调节装置，以及一种用于选择直流转换器的频率的方法。

在调节直流转换器、所谓的DCDC变换器时，借助所需切换时刻的相应控制、即接通和关断电子开关例如直流转换器的晶体管，有不同的可能性来调节所希望的输出电压或者所希望的输出电流。例如，电子开关的控制借助具有恒定频率的脉宽调制信号（PWM）信号来进行，其中所谓占空因数的接通-断开时间是可变的。另一可能性是滞后控制，其基于两点调节的原理。这使得直流转换器的输出电压保持在预先给定的上边界和下边界内。通过上边界和下边界，分别预先给定了切换时刻。

在选择调节时，尤其是使用直流转换器是决定性的。例如，相比于有机发光二极管（OLED）的控制，对于发光二极管（LED）的控制对直流转换器产生的电压提出了不同的要求。在一定程度上，基于OLED的显示（所谓的显示器）、尤其是所谓的有源矩阵OLED（AMOLED）显示器对于低电流情况下控制电压的波动性敏感。控制电压的波动性导致显示器的闪烁。因为OLED显示器的效率在低电流情况下特别高，所以尤其是在该范围中无闪烁的控制是希望的。

OLED的已知的控制电路基于脉宽调制的直流转换器，其中在所谓的跳跃模式（Skipmode）中，省略了PWM信号的单个脉冲。这导致在直流转换器输出端的不确定的频率，其使得显示器尤其是在低电流情况下闪烁。

类似有问题的是，借助带有滞后调节的直流转换器对OLED显示器的控制，因为在此在输出端也出现各种频率，其使得显示器闪烁。

因此，一个任务是，能够在直流转换器的输出端实现频率特性的改善，即例如减少在直流转换器的输出端的波动性。

该任务通过权利要求1所述的频率选择电路、权利要求7所述的频率调节装置、权利要求11所述的直流转换器以及权利要求12所述的方法来解决。改进方案和扩展方案是从属权利要求的主题。

在一个实施形式中，直流转换器的频率选择电路具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端。第一阈值信号根据直流转换器的切换频率信号输送给第一输入端。第二阈值信号根据第一阈值信号输送给第二输入端。直流转换器的完成信号输送给第三输入端。在输出端，根据第一阈值信号、第二阈值信号和完成信号提供控制信号。控制信号设计用于选择直流转换器的切换频率信号的频率。

第一阈值信号根据直流转换器的切换频率信号来输送。第二阈值信号根据第一阈值信号来输送。此外，将直流转换器的完成信号输送给频率选择电路。频率选择电路在其输出端提供与第一阈值信号和第二阈值信号以及完成信号相关的控制信号。控制信号预先给定了切换频率信号的频率的选择。

因为借助控制信号进行对直流转换器的切换频率信号的频率选择，所以有利的是，直流转换器始终用限定的固定频率来驱动。有利的是，由此减少了在直流转换器的输出端在其他情况下会出现的低频波动性。

切换频率信号优选包括直流转换器的时钟信号。于是，主要存在以其驱动直流转换器的频率。切换频率信号的频率是为了控制直流转换器的电子开关而使用的频率。借助电子开关，在直流转换器的能量存储器例如电感的充电和放电之间转换。直流转换器提供的电压于是为输送给直流转换器的电压以及切换频率信号的函数。

第一阈值信号和第二阈值信号优选分别与直流转换器的切换频率信号同步。第一阈值信号和第二阈值信号于是在其频率中分别与切换频率信号的频率一致。完成信号例如根据经过直流转换器的电感的电流来提供。完成信号的脉冲例如表明，电感大致完全充满。所使用的直流转换器在此典型地为电感直流转换器。

第一阈值信号和第二阈值信号以及完成信号是数字信号，尤其是二进制信号，其表现为状态逻辑1或者状态逻辑0。信号的脉冲表明状态逻辑1。

在一个改进方案中，第一阈值信号是直流转换器的最小接通时间的函数。

第一阈值信号具有脉冲，该脉冲在其持续时间上与直流转换器的最小接通时间匹配。直流转换器的最小接通时间与直流转换器的电流调节的反应时间成比例。其例如在50ns的范围中。第二阈值信号是直流转换器的最小接通时间的数量上多倍的函数。数量上多倍例如是有理分数的多倍。直流转换器的最小接通时间于是确定第一阈值信号和第二阈值信号的脉冲宽度。

在另一实施形式中，控制信号设计用于在第一阈值信号的脉冲期间出现完成信号的脉冲情况下降低直流转换器的切换频率信号的频率。

直流转换器的能量存储器在该情况中已经在最小接通时间期间充电。

于是，如果在第一阈值信号变为0之前完成信号切换到逻辑1，则直流转换器的频率借助控制信号而降低。切换频率信号于是切换到下一个较低的频率。优选的额是，预先给定切换频率信号的固定地预先定义的频率的集合。

在另一实施形式中，控制信号设计用于在第二阈值信号的脉冲期间出现完成信号的脉冲情况下维持直流转换器的切换频率信号的频率。

如果完成信号切换到逻辑1而同时第二阈值信号切换到逻辑1，则控制信号提供为使得直流转换器的切换频率信号的频率并不改变。直流转换器已经在所希望的范围中工作。

在一个改进方案中，控制信号设计用于在第二阈值信号的脉冲之后出现完成信号的脉冲情况下提高直流转换器的切换频率信号的频率。

在该情况中，直流转换器的能量存储器并未完全充满。

如果在第一阈值信号和第二阈值信号在切换频率信号的一个时钟周期内又切换到逻辑0之后完成信号才切换到逻辑1，则借助控制信号提高切换频率信号的频率。该提高意味着切换到固定地定义的下一个更高的频率。

在另一实施形式中，频率选择电路具有第四输入端，直流转换器的过载保护信号输送给该第四输入端。在该实施形式中，控制信号设计用于在出现过载保护信号的脉冲情况下调节直流转换器的切换频率信号的最大频率。

在出现电流跳变时，通过直流转换器的电感的电流达到限制，其中电流跳变例如可以由OLED显示器从黑到白的切换而引起。在这种情况下，过载保护信号从逻辑0切换到逻辑1。该脉冲被频率分析电路分析，随后控制信号被提供为使得切换频率信号的频率调节到最大值。

在一个实施形式中，用于直流转换器的频率调节装置具有频率选择电路、频率转换开关、频率发生器、阈值信号发生器、状态自动机以及用于根据直流转换器提供的第一电压和第二电压来提供完成信号的单元。频率转换开关与频率选择电路的输出端耦合。直流转换器的主时钟信号、具有第一时钟频率的第一时钟信号以及具有第二时钟频率的至少一个第二时钟信号被输送给频率转换开关。频率转换开关设计用于根据控制信号、第一时钟信号和/或所述至少一个第二时钟信号来提供直流转换器的切换频率信号。主时钟信号输送给频率发生器。频率发生器设计用于提供第一时钟信号和所述至少一个第二时钟信号。直流转换器的切换频率信号输送给阈值信号发生器。阈值信号发生器适于分别根据切换频率信号来提供第一阈值信号和第二阈值信号。被输送完成信号和切换频率信号的状态自动机设计用于为直流转换器提供激励信号。激励信号根据切换频率信号和完成信号来提供。

频率发生器从所输送的主时钟通过分频来产生第一时钟信号和所述至少一个第二时钟信号。主时钟信号由上级系统提供，频率调节装置在上级系统中工作。主时钟信号的频率是频率调节装置的最大频率。第一时钟频率和第二时钟频率于是小于主时钟信号的频率。

阈值信号发生器生成第一阈值信号和第二阈值信号，其分别针对切换频率信号来定时。第二阈值信号具有脉冲，脉冲的宽度、即其持续时间与直流转换器的最小接通时间的多倍匹配。第一阈值信号和第二阈值信号以及完成信号在频率选择电路中被分析，所述完成信号是根据直流转换器的第一电压和第二电压来提供的。控制信号被相应地提供并且输送给频率转换开关。对应于控制信号的信息，频率转换开关在主时钟信号、第一时钟信号和第二时钟信号之间选择。选出的信号被施加到频率转换开关的输出端上并且作为切换频率信号来提供。切换频率信号输送给状态自动机并且由此确定激励信号的频率。激励信号设计用于控制直流转换器的电子开关。

有利的是，激励信号在每个时刻具有固定的、明确定义的频率，即主时钟信号的频率、第一时钟频率或者第二时钟频率。由此，保证了直流转换器的第一电压和第二电压在小的电流情况下也没有低频波动地、即没有所谓波纹地提供。

在一个改进方案中，将过载保护信号输送给状态自动机。激励信号根据过载保护信号来提供。

在状态自动机中，首先分析过载保护信号。例如，完成信号和过载保护信号被逻辑或地结合。激励信号被相应地提供。

在另一实施形式中，频率调节装置针对带有电感的直流转换器设计，其中直流转换器设计用于产生第一电压和第二电压。

直流转换器例如具有恰好一个线圈。

在一个改进方案中，频率调节装置设计用于驱动带有有机发光二极管的显示装置。

有利的是，频率调节装置能够实现以非常高的效率驱动基于OLED的显示装置，因为通过选择各固定的频率来驱动显示装置，将直流转换器的输出端上的噪声最小化。

在一个实施形式中，带有如上所述的频率调节装置的直流转换器设计用于为带有有机发光二极管的显示装置或者带有有机发光二极管的有源矩阵显示装置供电。

由于直流转换器以频率调节装置的限定的频率来工作，所以在直流转换器的输出端上仅仅出现这些频率，其由此并不具有低频波动。于是，减少或者防止了被供电的显示装置的闪烁。

显示装置也被称为显示器。有源矩阵显示装置也称为有源矩阵显示器。

在一个实施形式中，用于选择直流转换器的频率的方法具有以下步骤：

－根据直流转换器的切换频率信号来输送第一阈值信号，

－根据第一阈值信号来输送第二阈值信号，

－输送直流转换器的完成信号，

－根据第一阈值信号、第二阈值信号和完成信号来提供控制信号，以及

－根据控制信号来选择切换频率信号的频率。

控制信号通过分析第一阈值信号和第二阈值信号以及完成信号来产生。切换频率信号的频率被相应地控制。

因为切换频率信号时钟具有限定的频率，所以改善了以切换频率信号驱动的直流转换器的输出端上的频率特性。所选出的频率也表现在直流转换器的输出端上。

在一个改进方案中，以去抖动（entprellter）的方式和方法来选择切换频率信号的频率。

在此，去抖动的方式和方法意味着，事件、即完成信号的脉冲并不在第一次出现时立即引起切换频率信号的频率变化，而是当该事件在一定时间之后始终还存在时才引起。所述去抖动类似于例如在键盘上分析按键情况下已知的去抖动。

由此，有利地防止了切换频率信号连续地在两个频率之间来回切换。

下面借助在实施例中借助附图进一步阐述本发明。功能或者作用相同的电路部分和信号在此具有相同的附图标记。

其中：

图1示出了具有根据所提出的原理的频率选择电路的频率调节装置的一个实施例，

并且

图2示出了关联的信号曲线图。

图1示出了具有根据所提出的原理的频率选择电路的频率调节装置的一个实施例。频率调节装置具有：端子6，直流转换器的主时钟信号CLK被输送给该端子6；端子7，直流转换器的第一电压V1被输送给该端子7；端子8，直流转换器的第二电压V2被输送给该端子8；端子9，直流转换器的过载保护信号S4被输送给该端子9；以及端子10，在该端子10上提供直流转换器的激励信号S6。此外，频率调节装置包括频率选择电路16、频率转换开关17、频率发生器18、阈值信号发生器19、状态自动机20和用于提供完成信号的单元21。

频率发生器18包括用于输送主时钟信号CLK的输入端以及用于提供第一时钟信号C1、第二时钟信号C2和另外的时钟信号Cn的输出端。频率发生器分别通过分频来产生时钟信号C1、C2和Cn。例如，第一时钟信号C1具有第一时钟频率，其对应于主时钟信号CLK的一半频率。第二时钟信号C2具有第二时钟频率，其例如对应于主时钟信号的四分之一频率。所述另外的时钟信号Cn例如具有对应于主时钟信号的频率的n分之一的时钟频率。

频率转换开关17与频率发生器18的输出端耦合，并且具有：用于输送主时钟信号CLK的端子；用于输送第一时钟信号C1的端子；用于输送第二时钟信号C2的端子；以及用于输送另外的时钟信号Cn的端子。此外，频率转换开关17具有用于输送控制信号S5的端子。频率转换开关17此外包括用于提供切换频率信号DCLK的输出端。在控制信号S5的功能中，频率转换开关在输送的时钟信号CLK、C1、C2和Cn之间切换。分别选出的时钟信号作为带有相应频率的切换频率信号DCLK来提供。

在输入侧，由频率转换开关17产生的切换频率信号DCLK被输送给阈值信号发生器19。阈值信号发生器19具有用于提供第一阈值信号S1的端子和用于提供第二阈值信号S2的另外的端子。阈值信号发生器19根据切换频率信号DCLK生成第一阈值信号S1，以及根据第一阈值信号S1生成第二阈值信号S2，使得第一阈值信号S1和第二阈值信号S2分别以切换频率信号DCLK的频率来计时。

第一阈值信号的脉冲的宽度在此与直流转换开关的最小接通时间匹配。从直流转换器的最小接通时间与切换频率信号DCLK的周期时间的关系得到相应的占空因数，所谓的占空比。第二阈值信号S2的脉冲宽度与直流转换器的最小接通时间的多倍匹配。例如，第二阈值信号S2的脉冲宽度为第一阈值信号S1的脉冲宽度的两倍。

频率选择电路16具有：第一输入端11，第一阈值信号S1被输送给第一输入端；第二输入端12，第二阈值信号S2被输送给第二输入端；第三输入端13，直流转换器的完成信号S3被输送给第三输入端；以及第四输入端14，过载保护信号S4被输送给第四输入端。此外，频率选择电路16包括用于提供控制信号S5的输出端15。频率选择电路16根据第一阈值信号S1、第二阈值信号S2、完成信号S3和/或过载保护信号S4来产生控制信号S5。控制信号S5作为包括至少两个比特的数字信号来提供。于是，例如通过控制信号S5来传输信息“频率升高”、“使频率相同”、“频率降低”或者“设置最大频率”。

用于提供完成信号S5的单元21通过一个端子被输送第一输入信号（该第一输入信号与直流转换器的第一电压V1成比例），以及通过第二端子被输送第二输入信号（该第二输入信号与直流转换器的第二电压V2成比例）。在该单元21的输出端上提供完成信号S3。完成信号S3在此产生为使得一旦在单元21中确定充电周期结束，则进行从逻辑0到逻辑1的切换。如果该电感又放电，则完成信号S3从逻辑1切换回逻辑0。

通过一个端子将切换频率DCLK输送给状态自动机20。通过另外的端子，分别输送完成信号S3和过载保护信号S4。在状态自动机20的输出端上提供激励信号S6。激励信号S6的频率与切换频率信号DCLK的频率匹配。完成信号S3以及过载保护信号S4在状态自动机20中的与（ODER）逻辑电路22中进行分析。由此，分别在状态自动机20中引起状态变化。激励信号S6设计用于控制直流转换器的电子开关。

借助频率选择电路16，由频率转换开关17提供切换频率信号DCLK，该切换频率信号DCLK具有主时钟信号CLK的频率或者第一时钟信号C1的频率或者第二时钟信号C2的频率或者另外的时钟信号Cn的频率。切换频率信号DCLK的频率确定了激励信号S6的频率，该激励信号控制直流转换器的开关。由此，第一电压V1和第二电压V2被没有所谓波纹、即没有低频波动地提供。在借助频率调节装置驱动的直流转换器的输出端上，仅仅出现主时钟信号CLK的限定的频率、第一时钟频率、第二时钟频率或者第n时钟频率。

有利的是，由此可能的是，将所连接的基于OLED的显示器在暗图像的情况下（在该区域中，基于OLED的显示器具有非常高的效率）也没有闪烁地控制。附加地，由于所使用的有限数目的频率，明显改善了电磁兼容性。

图2示出了针对图1的实施例的信号曲线图。在每行中，分别示出了信号关于时间t的曲线。第一行示出了切换频率信号DCLK的曲线。第二行示出了第一阈值信号S1的曲线。如上面描述的那样，第一阈值信号S1的脉冲宽度对应于最小接通时间ton。第三行示出了第二阈值信号S2的曲线。第二阈值信号的脉冲宽度在此是第一阈值信号的脉冲宽度ton的多倍，并且在附图中用n*ton表示。可以明显看出的是，第一阈值信号S1以及第二阈值信号S2分别与切换频率信号DCLK同步，即具有相同的频率。在第四行中示出了完成信号S3的曲线。第五行示出了过载保护信号S4的曲线。

在第一时刻t1，在第一阈值信号S1的脉冲期间出现完成信号S3的脉冲。这意味着，所连接的直流转换器的电感已经在最小接通时间ton期间被充电。于是，将频率降低。

在第二时刻t2，出现完成信号S3的另一脉冲。第二时刻t2在第一阈值信号S1的脉冲结束之后，即当第一阈值信号S1已经又到逻辑0，而第二阈值信号S2还在逻辑1时。这意味着，所连接的直流转换器在所希望的范围中工作。于是，切换频率信号DCLK的频率保持不变。

在第三时刻t3，又出现完成信号S3的脉冲。第三时刻t3在第二阈值信号S2的脉冲之后，这意味着，所连接的直流转换器的电感未能在最小接通时间的多倍n*ton期间被充电。相应地，通过控制信号S5提高切换频率信号DCLK的频率。由此增大了占空因数或者占空比。

在第四时刻t4，出现过载保护信号S4的脉冲。这对应于在所连接的直流转换器的电感中出现电流跳变。通过电感的电流在此达到上限。这例如在将所连接的OLED显示器从黑转换到白时出现。为了对抗电感的过载，于是将切换频率信号DCLK的频率切换到可用的最高频率。可用的最高频率例如是主时钟信号的频率。

针对在时刻t1至t3的事件而引起的所有频率变化通常以去抖动的方式和方法进行，即当相同的事件至少还出现第二次出现时才进行。由此，避免了在不同的频率之间反复的切换。仅仅对于过载保护信号S4的脉冲的反应通常直接进行。

有利的是，实现为使得在所连接的直流转换器的输出端上仅仅出现确定的、限定的频率。直流转换器所提供的电压的波动性被明显降低。所连接的OLED显示器由此尤其是可以在低电流的范围中无闪烁地控制。

附图标记表

6，…，15     端子

16            频率选择电路

17            频率转换开关

18            频率发生器

19            阈值信号发生器

20            状态自动机

21            单元

22            ODER逻辑电路

C1，C2，Cn    时钟信号

CLK           主时钟信号

DCLK          切换频率信号

S1，S2        阈值信号

S3            完成信号

S4            过载保护信号

S5            控制信号

S6            激励信号

t1，…，t4    时刻

ton           接通时间

V1，V2        电压

Claims (14)

1.一种用于直流转换器的频率选择电路，具有：

－第一输入端（11），第一阈值信号（S1）根据直流转换器的切换频率信号（DCLK）输送给第一输入端；

－第二输入端（12），第二阈值信号（S2）根据第一阈值信号（S1）输送给第二输入端；

－第三输入端（13），直流转换器的完成信号（S3）输送给第三输入端；和

－输出端（15），在输出端提供控制信号（S5），所述控制信号设计用于选择直流转换器的切换频率信号（DCLK）的频率；

其中根据第一阈值信号（S1）、第二阈值信号（S2）和完成信号（S3）来提供控制信号（S5）。

2.根据权利要求1所述的频率选择电路，其中第一阈值信号（S1）是直流转换器的最小接通时间（ton）的函数。

3.根据权利要求1或2所述的频率选择电路，其中控制信号（S5）设计用于在第一阈值信号（S1）的脉冲期间出现完成信号（S3）的脉冲情况下降低直流转换器的切换频率信号（DCLK）的频率。

4.根据权利要求1至3之一所述的频率选择电路，其中控制信号（S5）设计用于在第二阈值信号（S2）的脉冲期间出现完成信号（S3）的脉冲情况下保持直流转换器的切换频率信号（DCLK）的频率。

5.根据权利要求1至4之一所述的频率选择电路，其中控制信号（S5）设计用于在第一阈值信号（S1）的脉冲之后以及在第二阈值信号（S2）的脉冲之后出现完成信号（S3）的脉冲情况下提高直流转换器的切换频率信号（DCLK）的频率。

6.根据权利要求1至5之一所述的频率选择电路，进一步具有第四输入端（14），直流转换器的过载保护信号（S4）被输送给所述第四输入端，

其中控制信号（S5）设计用于在出现过载保护信号（S4）的脉冲情况下调节直流转换器的切换频率信号（DCLK）的最大频率。

7.一种用于直流转换器的频率调节装置，具有根据权利要求1至6之一所述的频率选择电路，

进一步具有：

－频率转换开关（17），其与频率选择电路（16）的输出端（15）耦合，直流转换器的主时钟信号（CLK）、具有第一时钟频率的第一时钟信号（C1）以及具有第二时钟频率的至少一个第二时钟信号（C2）被输送给所述频率转换开关，并且所述频率转换开关设计用于根据控制信号（S5）、第一时钟信号和/或所述至少一个第二时钟信号（C1，C2）来提供直流转换器的切换频率信号（DCLK），

－频率发生器（18），主时钟信号（CLK）被输送给所述频率发生器，并且所述频率发生器设计用于提供第一时钟信号和至少所述至少一个第二时钟信号（C1，C2），

－阈值信号发生器（19），直流转换器的切换频率信号（DCLK）输送给所述阈值信号发生器，并且所述阈值信号发生器适于分别根据切换频率信号（DCLK）来提供第一阈值信号和第二阈值信号（S1，S2），

－状态自动机（20），完成信号（S3）和切换频率信号（DCLK）被输送给所述状态自动机，并且所述状态自动机设计用于为直流转换器提供激励信号（S6），以及

－用于根据直流转换器提供的第一电压和第二电压（V1，V2）来提供完成信号（S3）的单元（21），

其中所述激励信号（S6）根据切换频率信号（DCLK）和完成信号（S3）来提供。

8.根据权利要求7所述的频率调节装置，其中过载保护信号（S4）输送给所述状态自动机（20），并且根据过载保护信号（S4）来提供所述激励信号（S6）。

9.根据权利要求7或8所述的频率调节装置，其中频率调节装置针对带有电感的直流转换器来设计，其中直流转换器设计用于产生第一电压和第二电压（V1，V2）。

10.根据权利要求7至9之一所述的频率调节装置，其中频率调节装置设计用于驱动带有有机发光二极管的显示装置。

11.一种直流转换器，带有根据权利要求7至10之一所述的频率调节装置，其中所述直流转换器设计用于为带有有机发光二极管的显示装置或者带有有机发光二极管的有源矩阵显示装置供电。

12.一种用于选择直流转换器的频率的方法，包括：

－根据直流转换器的切换频率信号（DCLK）来输送第一阈值信号（S1），

－根据第一阈值信号（S1）来输送第二阈值信号（S2），

－输送直流转换器的完成信号（S3），

－根据第一阈值信号（S1）、第二阈值信号（S2）和完成信号（S3）来提供控制信号（S5），以及

－根据控制信号（S5）来选择切换频率信号（DCLK）的频率。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

－输送过载保护信号（S4），

其中附加地根据过载保护信号（S4）来提供控制信号（S5）。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中以去抖动的方式和方法来选择切换频率信号（CLK）的频率。

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