CN1641965A - 控制电路装置和电源电路控制方法 - Google Patents

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Abstract

微机向控制IC输出指令以操作第一负载与第二负载。该控制IC启动第一和第二DC/DC转换器，以使第一和第二负载运行。第一DC/DC转换器将由电源提供的8.4V功率的电压转换成1.5V，并提供给恒定电流电路。该恒定电流电路计算出第一负载和经第二DC/DC转换器提供功率的第二负载所消耗的负载电流的电流值，并将其与第一DC/DC转换器的最高转换效率时的电流值进行比较。如该负载电流更小，则该恒定电流电路向充电电池供给盈余功率，而当该负载电流更大，则该恒定电流电路从充电电池接收功率供给。

Description

控制电路装置和电源电路控制方法
相关申请的交叉参考
本文件以2004年1月16日向日本专利局提交的日本优先权文件JP2004-008996为基础，其全部内容结合与此，以作参考。
技术领域
本发明涉及一种控制电路装置，具体而言，本发明涉及一种利用薄膜扼流线圈来提高其电压转换器的转换效率，从而达到降低功耗的电路控制装置。
背景技术
在数码照相机、数码摄像机等典型的电子控制装置中，低功耗技术正不断发展。
关于电子装置中的这种低功耗，例如，有人提出，直接用模拟PWM(脉宽调制)控制电路对可通过控制次级有源箝位电路的操作而进行操作的恒定电压的电路系统进行驱动，从而降低其电压控制电路系统的输入功率，提高功率转换效率，并实现低功耗(例如，专利文献1：日本专利申请公开第2002-027744号)。
发明内容
然而，按照这种技术，其电路不可避免会变成大规模电路，因而小型轻质式的设计成为一项难题。
通常而言，在电子控制装置中，由电源提供的输出电压会立即转换成预定电压，并供给进行各种处理的负荷端。然而，在数码摄像机、HDD(硬盘驱动器)、DVD(数码通用盘)驱动装置等此类产品中，其输出负载电流的波动非常大，并且负载端的功耗也很不稳定。所以，在设计阶段就得考虑最大负载进行电压转换电路的设计。为此，在施加最大负载情况下，其电压转换效率变得最高，然而当负载不在最大值时，电压转换效率将会下降。当然，操作并不是经常在最大负载条件下运行的。因而，这种情况下存在无法实现低功耗的问题。
鉴于上述情况，本发明特别旨在通过在控制电路装置的电压转换器及其负载端之间设置恒定电流电路，来提高其电压转换效率，从而实现控制电路装置的低功耗。
本发明的控制电路装置的特征在于包括：第一电压转换器，该第一电压转换器采用薄膜扼流线圈，使提供给后级中的负载的功率的电压从第一电压转换成第二电压；以及，恒定电流电路，用于不管负载中的功耗如何，使从电压转换器以第二电压提供的功率的电流值保持在预定电流值。
上述控制电路装置中可进一步包括：计算电路，用于计算负载中消耗的功率的电流值；以及，充电电池，它可用第一电压转换器供给的部分功率充电，或向负载提供功率；其中，如果计算电路算出的功耗的电流值小于预定电流值，则恒定电流电路以相应于预定电流值与功耗电流值间的差值的功率向充电电池充电；而如果计算电路算出的功耗的电流值大于预定电流值，则恒定电流电路使充电电池提供相应于电流预定值与功耗的电流值间的差值的功率。
上述负载可以配置为第二电压转换器，以将恒定电流电路提供的功率的电压从第二电压转换成第三电压。
本发明的电源电路控制方法包括以下步骤：通过采用薄膜扼流线圈的第一电压转换器，将提供给后级的负载的功率的电压从第一电压转换成第二电压；以及，不管负载中的功耗如何，通过采用恒定电流电路，使从电压转换器以第二电压提供的功率的电流值保持为预定电流值。
上述电源电路控制方法可进一步包括以下步骤：通过计算电路算出负载中消耗的功率的电流值；以第一电压转换器提供的部分功率向充电电池充电，或者充电电池向负载提供功率；其中，如果计算电路算出的功耗的电流值小于预定电流值，则恒定电流电路以相应于预定电流值与功耗的电流值间的差值的功率向充电电池充电；而如果计算电路算出的功耗的电流值大于预定电流值，则恒定电流电路使充电电池提供相应于预定电流值与功耗的电流值间的差值的功率。
本发明中所涉及的控制装置可在更高的电压转换效率情况中使用，因而能降低其中功耗。
附图说明
图1为根据本发明具体实施例的电子控制电路的方框图；
图2为图1中的控制IC及DC/DC转换器的结构示意图；
图3为图1中DC/DC转换器的转换效率示意图；
图4为图1中恒定电流电路的结构示意图；以及
图5为恒定电流控制中处理步骤的流程图。
具体实施方式
下文将对本发明的优选实施例进行描述。本说明书中描述的发明与本发明的实施例之间的对应关系在下面进行阐述。以下描述旨在确认支持本说明书中所描述的发明的实施例将在本说明书中得以描述。因此，即使存在与本发明所要求的范围一致但未在本发明的实施例中进行明确描述的其他实施例，应该知道，这不意味着其他的实施例不符合本发明。相反地，即使一个示例性的实施例作为符合本发明的实施例进行描述，也不意味着这个实施例不符合除了这个发明之外的其他发明。
此外，本描述并不旨在包含本说明书中适当要求的本发明的全部内容和范围。换言之，虽然本描述涉及本说明书中的发明，但并不排除存在未被本申请要求的其他发明，以后可能会以分案、修正或附加的权利要求申请出现。
根据本发明的实施例的一个方面的控制电路装置的特征在于包括：第一电压转换器(例如，图1中的DC/DC转换器4)，该第一电压转换器采用薄膜扼流线圈，使提供给后级负载的功率的电压从第一电压转换成第二电压；以及，恒定电流电路(例如，图1中的恒定电流电路5)，用于不管所述负载中的功耗如何，使从电压转换器以第二电压提供的功率的电流值保持在预定电流值。
该控制电路装置可进一步包括：计算电路(例如，图4中的功耗监控单元32)，用于计算负载消耗的功率的电流值；以及，充电电池，它可以用第一电压转换器提供的部分功率充电，或向负载提供功率；其中，如果计算电路算出的功耗的电流值小于预定电流值，则恒定电流电路以相应于预定电流值与功耗的电流值间的差值的功率向使充电电池充电；而如果计算电路算出的功耗的电流值大于预定电流值，则恒定电流电路使充电电池提供相应于电流预定值与功耗的电流值间的差值的功率。
本发明的电源电路控制方法包括以下步骤：通过采用薄膜扼流线圈的第一电压转换器，将提供给后级的负载的功率的电压从第一电压转换成第二电压；以及，不管负载中的功耗如何，通过采用恒定电流电路，使从电压转换器以第二电压提供的功率的电流值保持为预定电流值。
该电源电路控制方法可进一步包括以下步骤：通过计算电路算出负载中消耗的功率的电流值；以第一电压转换器提供的部分功率向充电电池充电，或者充电电池向负载提供功率；其中，如果计算电路算出的功耗的电流值小于预定电流值，则恒定电流电路以相应于预定电流值与功耗的电流值间的差值的功率向充电电池充电；而如果计算电路算出的功耗的电流值大于预定电流值，则恒定电流电路使充电电池提供相应于预定电流值与功耗的电流值间的差值的功率。
上述负载可以设置为第二电压转换器(例如，图1中的DC/DC转换器7)，用于将恒定电流电路提供的功率的电压从第二电压转换成第三电压。
根据本发明的一个实施例的控制电路装置，将参照附图描述如下。
图1所示的控制电路装置被嵌入各种类型的电子控制设备中，用来对电子控制设备中的各种驱动单元的操作进行电子控制。该控制电路装置中的微机1由CPU(中央处理单元)、RAM(随机存储器)及ROM(只读存储器)构成，其中CPU读出嵌入在ROM中的程序，并根据需要将其在RAM中展开运行。此外微机1还起到控制整个控制电路装置的作用，并通过发送预定命令给控制IC 2来发送指令使后述的负载6、9运行。
控制IC 2响应微机1发出的命令，控制DC/DC(直流电流到直流电流)转换器4或7的开或关，以使后级的负载6或9实际运作。
DC/DC转换器4，在控制IC 2的控制下将从电源3提供的功率电压从8.4V转换成1.5V，并输送给恒定电流电路5。为使DC/DC转换器4在确保能获得最高电压转换效率的状态下接收功率供给，恒定电流电路5监控在负载6中以及通过DC/DC转换器7在负载9中所消耗的功率(电流值)。当有盈余功率存在时，恒定电流电路5将盈余功率提供给充电电池8使其充电，而当功率不足时，恒定电流电路5将充电电池8的功率提供给负载6及DC/DC转换器7。
负载6经恒定电流电路5接收从DC/DC转换器4提供的1.5V的功率而驱动，它可以是电动机等类似负载。DC/DC转换器7将DC/DC转换器4通过恒定电流电路5提供的1.5V功率转换成1.2V功率，并提供给在1.2V功率下运行的负载9。
图1中所示的控制电路装置的操作将在下文中描述。微机1发出指令给控制IC 2，以使负载6、9工作。控制IC 2使DC/DC转换器4、7设定在外加电压的状态，以提供功率给负载6和负载9(设定在开状态)。
DC/DC转换器4将电源3的8.4V功率转换成1.5V的电源电压，并提供给恒定电流电路5。恒定电流电路5将1.5V功率提供给负载6，以使其执行预定操作，同时将1.5V功率提供给DC/DC转换器7。然后DC/DC转换器7将恒定电流电路5提供的1.5V功率转换成1.2V的功率，再提供给负载9以使其执行操作。
举例说明，恒定电流电路5在向负载6及DC/DC转换器7提供功率时，监控负载6中以及通过DC/DC转换器7提供功率的负载9中所消耗的功率，并进行控制使其电流保持在使DC/DC转换器4可实现最高转换效率的电流值。具体而言，当从DC/DC转换器4提供的功率存在盈余时，恒定电流电路5将盈余功率提供给充电电池8使其充电，或者当功率不足时，恒定电流电路5从充电电池8接收功率供给。
下面参照图2，对控制IC 2和DC/DC转换器4的详细结构进行说明。
控制IC 2中的比较器11将通过端子A从DC/DC转换器4供给的反馈信号提供给PWM(脉宽调制)比较器13。SCP(短路保护功能)比较器12利用电源16提供的电压，将控制IC 2的短路保护信号提供给主控制器17。
通过将比较器11的反馈信号调制成PWM信号并改变其负荷比，PWM比较器13将该PWM信号提供给与电路14。当从主控制器17向与电路14输送启动信号时，则该与电路通过放大器15将反馈信号作为驱动脉冲提供给DC/DC转换器4，由此相应地控制DC/DC转换器4并向其提供反馈信号。
基于从控制IC 2输入到栅极端21a的脉冲，DC/DC转换器4中的FET(场效应晶体管)21将从电源3通过漏极端21b供给的8.4V直流功率经由源极端21c提供给薄膜扼流线圈23。二极管22、薄膜扼流线圈23及电容器24共同作用将FET 21供给的8.4V电压转换成1.5V电压，并经整流后提供给恒定电流电路5。与此同时，端子A提供反馈信号给控制IC 2。
DC/DC转换器4的电压转换比以及电压转换效率取决于薄膜扼流线圈23的特性。虽然通常可以通过改变扼流线圈的缠绕数来改变其特性，但由于扼流线圈采用薄膜加工制造而成，因而不太可能去调整其缠绕数，所以改变扼流线圈的特性非常困难。
图3为DC/DC转换器4的转换效率示意图。当负载6与负载9中消耗的电流值为50mA时，其转换效率约为63％，而当负载中消耗电流值为100mA时，转换效率约为79％，消耗电流200mA对应的转换效率约为93％，300mA时转换效率约为94％，而当消耗电流增大到400mA时，其转换效率变成约92％，增大到500mA时转换效率下降至约88％。
也就是说，由图示可知，当作为负载6和负载9中消耗的功率电流的负载电流在200mA至400mA范围内时，可使转换效率高于90％。此外，当负载电流为300mA时，可获得最高的转换效率，然而，当其负载电流在200mA至400mA范围之外时，其转换效率显著下降。
参照图4所示，恒定电流电路5的详细结构将在下文中描述。
功耗监控单元32监控输入至负载6的功率的电流值及通过DC/DC转换器7输送至负载9上消耗的电流值的总电流值。功耗监控单元32对分配器31进行控制，如总电流值低于实现最高转换效率时的300mA时，盈余的功率电流将提供给充电电池8充电，而当总电流值高于300mA时，分配器将从充电电池8接收功率供给。
分配器31响应功耗监控单元32的指令，分别向负载6、经DC/DC转换器7后向负载9、以及向充电电池8分配和提供功率，同时按照要求从充电电池8接收功率供给。
参照图5，由恒定电流电路5执行的恒定电流控制过程如下文所述。
在S1步骤中(图5所示)，功耗监控单元32计算供给负载6的电流值和经DC/DC转换器7后供给负载9的电流值的总电流值。
在S2步骤中，功耗监控单元32确定计算出的功耗的总电流值是否小于300mA。举例来说，当确定总电流值小于300mA时，则在S3步骤中控制分配器31，将相应于实际消耗的功率与300mA间的差值的盈余功率供给充电电池8，并将剩余功率分配给负载6和DC/DC转换器7，而后处理过程返回至S1步骤。
如果功耗监控单元32确定出总电流值不低于300mA，则功耗监控单元32按照S4步骤确定总电流值是否大于300mA，如确定大于300mA，则处理步骤跳到S5。
在S5步骤中，功耗监控单元32控制分配器31从充电电池8抽取相应于超出300mA的负载电流的功率，并将其提供给负载6和DC/DC转换器7。而后处理过程返回至S1步骤。
在S4步骤中，如果确定总负载电流不大于300mA，即电流消耗值为300mA，处理过程返回至S1步骤而重复随后的各个步骤。
通过上述处理过程，可使DC/DC转换器4以最高效的状态持续进行电压的转换。也就是说，如图3所示，当负载电流为50mA时，虽然因电压转换造成的功率损耗为27.75(mW)(＝1.5(V)×50(mA)×(1-0.63))，但当通过从充电电池8供给功率，使其在最高转换效率时的300mA运行时，功率损耗变为27(mW)(＝1.5(V)×300(mA)×(1-0.94))，由此降低了功率损耗。
按照上述结构，恒定电流电路5对从DC/DC转换器4提供的功率的电流值进行控制，以使DC/DC转换器4始终保持最高转换效率。因此，即使采用的是与使用薄膜线圈的DC/DC转换器4一样无法通过改变其缠绕数而改变其特性的DC/DC转换器，也可在最大转换效率条件下仍然持续使用，从而达到降低功耗的目的。
虽然DC/DC转换器4是为最大输出(最大电流)时达到最高转换效率的情况下设计而成，但其很少在最大输出条件下工作。因此，在通常运行条件下，充电电池8将始终保持满电量，因而根据需要也可允许其作为如频闪观测器的电源使用。此外，通过在后级中设置额外的DC/DC转换器来将1.5V电压转换成接近1.2V的电压，如DC/DC转换器7，此时其转换效率比由8.4V转换至1.2V时的效率要高(通常而言，转换前后间的电压差越小，可获得的转换效率越高)。由此可进一步降低功耗。
另外，在上面的描述中，以将8.4V转换成1.5V的DC/DC转换器4作为应用例子来加以说明。然而，本文并不仅限于此，将其他任意电压转换成另一电压的任何DC/DC转换器都可采用。此时，可采用能相应于该转换器特性而保持实现最高转换效率的电流值的恒定电流电路。因此，虽然通过应用实例说明了恒定电流电路5在比较负载电流与300mA的大小关系后，在充电电池充电或从充电电池接收功率供给之间进行协调，但必须注意并不仅限于此，它也可以比较负载电流与其他电流值的大小关系。
如上所述，通过在采用薄膜线圈的DC/DC转换器的后级设置恒定电流电路，以将对应于该DC/DC转换器特性的电流值提供给后级的负载，使得可以始终在接近DC/DC转换器中的最高转换效率的条件下利用功率。因而，能降低整个系统的功耗。
必须了解的是，本说明书中对处理顺序进行描述的各个步骤不仅包括上文所述的按时间序列执行的过程，还包括不按时间序列执行的并行或独立的过程。

Claims (5)

1.一种控制电路装置，包括：
第一电压转换器，所述第一电压转换器采用薄膜扼流线圈，用于将提供给后级负载的功率的电压从第一电压转换成第二电压；以及
恒定电流电路，用于不管所述负载中的功耗如何，使从所述电压转换器以所述第二电压提供的功率的电流值保持在预定电流值。
2.根据权利要求1所述的控制电路装置，还包括：
计算电路，用于计算在所述负载中消耗的功率的电流值；
以及
充电电池，它可以用所述第一电压转换器供给的部分功率充电，或向所述负载提供功率；其中
如果所述计算电路算出的所述功耗的电流值小于预定电流值，则所述恒定电流电路以相应于所述预定电流值与所述功耗的电流值间的差值的功率向所述充电电池充电；并且
如果所述计算电路算出的所述功耗的电流值大于所述预定电流值，则所述恒定电流电路使所述充电电池提供相应于所述电流预定值与所述功耗的电流值间的差值的功率。
3.根据权利要求1所述的控制电路装置，其中所述负载为将所述恒定电流电路提供的功率的电压从所述第二电压转换成第三电压的第二电压转换器。
4.一种电源电路控制方法，包括以下步骤：
通过采用薄膜扼流线圈的第一电压转换器，将提供给后级中的负载的功率的电压从第一电压转换成第二电压；以及，
不管所述负载中的功耗如何，通过采用恒定电流电路，使从所述电压转换器以所述第二电压提供的功率的电流值保持为预定电流值。
5.根据权利要求4所述的电源电路控制方法，进一步包括以下步骤：
通过所述计算电路算出所述负载中消耗的功率的电流值；
以所述第一电压转换器提供的部分功率向所述充电电池充电，或者从所述充电电池向所述负载提供功率；其中
如果所述计算电路算出的所述功耗的电流值小于某一预定电流值，则所述恒定电流电路以相应于所述预定电流值与所述功耗的电流值间的差值的功率向所述充电电池充电；并且
如果所述计算电路算出的所述功耗的电流值大于所述预定电流值，则所述恒定电流电路使所述充电电池提供相应于所述预定电流值与所述功耗的电流值间的差值的功率。
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