CN1909347A - 可调输出电压的直流对直流转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流对直流转换电路，其包括一直流电源、一直流对直流转换器、一电源管理芯片与一负载，其中该负载可为液晶显示器中的背光源。该电源管理芯片控制直流对直流转换器将直流电源所供应的直流电压转换成一输出电压以供应负载，并根据该负载实际所需的最低电压变化，控制该直流对直流转换器去调整其输出电压，使输出电压达到负载实际所需的最低电压。

Description

可调输出电压的直流对直流转换电路

技术领域

本发明涉及一种可调输出电压的直流对直流转换电路，特别涉及一种直流对直流转换电路，能将其输出电压调整到负载所需要的最小电压。

背景技术

正如众所周知，一般液晶显示器中需利用一背光源来点亮其显示画面，而背光源为液晶显示器中主要的耗电组件，若能有效降低背光源的耗电量，即可大幅降低液晶显示器的整体耗电量。因此，如何降低背光源的耗电量，即成为液晶显示器中电路设计的重要课题之一。

请参阅图1，是显示一供应负载电压的现有电路的架构图，其中包括一直流对直流转换器104将直流电源102所提供的电压转换成一输出电压Vout以供应负载108所需，此处的负载108可为液晶显示器的背光源，该背光源可为多个发光二极管。一电流反馈装置110控制流经负载108的电流，使该流经负载108的电流保持稳定。同时，输出电压Vout亦供应给串联的电阻R1与R2，使串联电阻R1与R2将输出电压Vout分压，并在电阻R1与R2之间提供一反馈电压Vfb给一电源管理芯片106。该电源管理芯片106根据反馈电压Vfb控制直流对直流转换器104来调整输出电压Vout以达到该负载108实际所需的电压大小。

然而，由于串联电阻R1与R2设为定值以配合负载108所需的电压。当负载108实际所需的电压降低时，此时输出电压Vout仍为定值，而经由串联电阻R1与R2分压所产生的反馈电压Vfb并不会有所改变，因此将无法使电源管理芯片106控制该直流对直流转换器104去真正降低输出电压Vout。此时，过高的输出电压Vout不但会增加负载108的耗电量，并且也会减短负载108的使用寿命。

因此，若能将负载108所需电压的变化有效地回馈给电源管理芯片106，以控制直流对直流转换器104去产生适合负载108所需的输出电压Vout，不但能有效降低负载108的耗电量，亦可延长负载108的使用寿命。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种可调输出电压的直流对直流转换电路，可将其输出电压调整为负载所需的最小电压，以有效降低负载的耗电量，并延长负载的使用寿命。

依据本发明的上述目的，本发明提供一种直流对直流转换电路，其包括一直流电源、一直流对直流转换器(DC-DC Converter)、一电源管理芯片、一负载、一控制器、一电流控制电路与一电阻可变电路，其中该负载可为液晶显示器中的背光源，且该背光源可为多个串联的发光二极管。在本发明的直流对直流转换电路中，该电源管理芯片控制此直流对直流转换器将一直流电源所供应的电压转换成一输出电压以供应负载所需。该电流控制电路用于使流经负载的电流保持稳定。当该负载所需的电压发生变化时，其残余电压会随之变化，使该控制器得以根据残余电压的变化来调整该电阻可变电路的等效电阻值。当电阻可变电路的等效电阻值改变时，电阻可变电路的反馈电压会随之改变。藉此，该电源管理芯片可以根据反馈电压的变化来控制该直流对直流转换器调整其输出电压，使输出电压可达到负载所需的最低电压。

本发明的直流对直流转换电路亦可采用一电压控制电路来取代前述的控制器与电阻可变电路，以根据残余电压的变化量去调整反馈电压。

本发明的直流对直流转换电路可根据负载实际所需的电压变化，有效地回馈给电源管理芯片，以控制直流对直流转换器去产生该负载实际所需的最低输出电压，不但能有效降低负载的耗电量，亦可延长负载的使用寿命。

附图说明

图1是先前技术的直流对直流转换电路的电路架构图。

图2是本发明的直流对直流转换电路的第一实施例的电路架构图。

图3是本发明的直流对直流转换电路的第二实施例的电路架构图。

图4是本发明的直流对直流转换电路的第三实施例的电路架构图。

图5是本发明的第一实施例的详细电路图。

图6是本发明的第二实施例的详细电路图。

图7是本发明的第三实施例的详细电路图。

附图符号说明

202、302、402、502、602、702  直流电源

204、304、404、504、604、704  直流对直流转换器

206、306、406、506、606、706  电源管理芯片

208、308、408、508、608、708  负载

210、310、510、610            控制器

212、312、412、512、612、712  电流控制电路

214、314、514、614            电阻可变电路

316、416、616、716            最小电压选择器

410、710                      电压控制电路

Vout                          输出电压

Vfb                           反馈电压

V1、V11、V12...V1n            残余电压

具体实施方式

请参阅图2，为本发明的直流对直流转换电路的第一实施例的电路架构图，其包括：一直流电源202、一直流对直流转换器(DC-DC Converter)204、一电源管理芯片206、一负载208、一控制器210、一电流控制电路212与一电阻可变电路214，其中，该负载208可为液晶显示器中的背光源，且该背光源可为多个串联的发光二极管。该电源管理芯片206可为一脉宽调制芯片(Pulse-Width Modulator IC，PWM IC)。在本第一实施例中，电源管理芯片206控制该直流对直流转换器204将一直流电源202所供应的电压转换成一输出电压Vout以供应负载208所需。该电流控制电路212用于使流经负载208的电流保持稳定。当负载208实际所需的电压发生变化时，促使残余电压V1也会随之变化，藉此该控制器210可根据该残余电压V1的变化来调整该电阻可变电路214的等效电阻值。当电阻可变电路214的等效电阻值改变时，串联的电阻R22与电阻可变电路214之间的反馈电压Vfb会随之改变。电源管理芯片206根据反馈电压Vfb的变化来控制直流对直流转换器204以调整其输出电压Vout，使输出电压Vout可达到负载208实际所需的电压大小。

举例而言，当负载208实际需要的电压降低时，残余电压V1会上升，则控制器210会增加该电阻可变电路214的等效电阻值，使电阻R22与电阻可变电路214之间的跨压变大，即反馈电压Vfb随之上升。此时电源管理芯片206根据上升的反馈电压Vfb，使直流对直流转换器204降低输出电压Vout，以达到目前负载208实际所需的电压值。反之，当负载208实际所需的电压上升时，残余电压V1则下降，使该控制器210会降低电阻可变电路214的等效电阻值，使电阻R22与电阻可变电路214之间的跨压变小，即反馈电压Vfb随之降低。此时电源管理芯片206根据减少的反馈电压Vfb，使直流对直流转换器204提高输出电压Vout。藉此，本发明的直流对直流转换电路可随时根据负载208实际所需的电压变化，调整输出电压Vout，使输出电压Vout保持在负载208实际所需的最低电压值。

请参阅图3，为本发明的直流对直流转换电路的第二实施例的电路架构图，其包括一直流电源302、一直流对直流转换器304、一电源管理芯片306、一负载308、一控制器310、一电流控制电路312、一电阻可变电路314与一最小电压选择器316。第二实施例与第一实施例的不同之处在于：第一实施例中的负载208为单串发光二极管，而第二实施例中的负载308为阵列式发光二极管，该阵列式发光二极管包括多串发光二极管，每串发光二极管是多个串联的发光二极管。由于第二实施例中的负载308为多串发光二极管，而每串发光二极管所需的最低电压不尽相同，为使每串发光二极管皆有足够的电压保持正常运作，故直流对直流转换器304的输出电压Vout须以这些多串发光二极管中所需电压最高者为依据标准，提供给这些多串发光二极管所需的最低电压。因此，残余电压V11、V12...V1n中最低者，表示该串发光二极管所需的电压最高，故利用最小电压选择器316来选择各串发光二极管的残余电压V11、V12...V1n中最低者，提供给控制器310做为调整电阻可变电路314的等效电阻值的依据，而电源管理芯片306则根据反馈电压Vfb的变化，控制直流对直流转换器304产生负载308实际所需的最小输出电压Vout。

请参阅图4，为本发明的直流对直流转换电路的第三实施例的电路架构图。该第三实施例包括一直流电源402、一直流对直流转换器404、一电源管理芯片406、一负载408、一电压控制电路410、一电流控制电路412、与一最小电压选择器416。与前述实施例的不同之处在于：第三实施例是以电压控制电路410根据最小电压选择器416选出的各串发光二极管的残余电压V11、V12...V1n中最低者，以该最低残余电压的变化量去调整串联电阻R41、R42的跨压，以达到调整反馈电压Vfb的目的。举例来说，当多串发光二极管中所需电压最高者其所需电压值下降时，残余电压V11、V12...V1n中最低者其残余电压值会上升，电压控制电路410根据该上升的残余电压使串联电阻R41、R42的总跨压增加，则反馈电压Vfb随之上升。此时电源管理芯片406根据上升的反馈电压Vfb，使直流对直流转换器404降低输出电压Vout，以符合目前负载408所需的电压值。反之，当多串发光二极管中所需电压最高者其所需电压值上升时，残余电压V11、V12...V1n中最低者其残余电压值会下降，则电压控制电路410根据该下降的残余电压使串联电阻R41、R42的总跨压降低，则反馈电压Vfb随之降低。此时电源管理芯片406根据降低的反馈电压Vfb，使直流对直流转换器404增加输出电压Vout，以符合目前负载408所需的电压值。

请参阅图5，为第一实施例的详细电路图。电源管理芯片506控制直流对直流转换器504将直流电源502所供应的电压转换成一输出电压Vout以供应负载508，其中，该负载508可为一单串发光二极管。电流控制电路512使流经负载508的电流保持稳定。当负载508实际所需电压变化时，残余电压V1会随之变化，控制器510则根据残余电压V1的变化来调整电阻可变电路514的等效电阻值。在图5中，控制器510利用放大器A5来反向放大残余电压V1值，电阻可变电路514利用晶体管Q51根据被反向放大的残余电压V1值来调整电阻可变电路514的等效电阻值，其中该晶体管Q51可为双载子接面晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)、场效晶体管(Field-EffectTransistor，FET)或其它类型的晶体管。

前述放大器A5的正端输入值为参考电压Vref，该参考电压Vref须与残余电压V1值相等，参考电压Vref可利用一比例积分控制器(PI控制器，未图示)使Vref＝V1；残余电压V1则经由电阻R51输入至放大器A5的负端输入端。当负载508实际所需的电压下降时，残余电压V1会上升。根据控制器510中电阻R51与R52的比值，该残余电压V1会被放大器A5反向放大后，输出至晶体管Q51的栅极，使该晶体管Q51的栅极电压上升，故其等效电阻下降，电阻可变电路514的等效电阻值随之下降，则电阻可变电路514两端的跨压亦随之下降，亦即反馈电压Vfb降低。此时电源管理芯片506根据减少的反馈电压Vfb，使直流对直流转换器504提高其输出电压Vout。因此藉由调整该输出电压Vout，可使输出电压Vout保持在负载508实际所需的最低电压值。在图5中，亦包括保护电路的设计，当电路故障使晶体管Q51完全导通时，电阻R55可限制其最大输出电压以达到过电压保护的目的；而当电路故障使晶体管Q51完全截止时，电阻R56可避免反馈电压Vfb浮接而造成电路误动作。

请参阅图6，为第二实施例的详细电路图。如同之前对第二实施例的介绍，图6中的负载608为阵列式发光二极管，该阵列式发光二极管包括多串发光二极管，每串发光二极管是多个串联的发光二极管。因此需提供一最小电压选择器616来选出多串发光二极管中最低的残余电压值。最小电压选择器616将各串发光二极管尾端分别连接一二极管，使各串发光二极管的残余电压V11、V12...V1n藉由该二极管以逆向偏压方式耦合至控制器610的输入端，如此可选出残余电压V11、V12...V1n的最小残余电压值。

请参阅图7，为第三实施例的详细电路图。在图7中，本发明采用一电压控制电路710来根据最小电压选择器716所选出的各串发光二极管的残余电压V11、V12...V1n中最低者，以最低残余电压的变化量去调整串联电阻R75、R76的跨压，以达到调整反馈电压Vfb的目的。电压控制电路710利用一放大器A7，将残余电压V11、V12...V1n中最低者经由电阻R72输入至放大器A7的正端输入端；放大器A7的负端输入端则经由电阻R73连接接地。放大器A7根据电阻R73、R74的比值来放大该最低残余电压值，以调整串联电阻R75、R76的跨压，进而调整反馈电压Vfb。当多串发光二极管中所需电压最高者其所需电压值下降时，残余电压V11、V12...V1n中最低者其残余电压值会上升，电压控制电路710放大该残余电压值使串联电阻R75、R76的总跨压增加，则反馈电压Vfb随之上升。此时电源管理芯片706根据上升的反馈电压Vfb，使直流对直流转换器704降低其输出电压Vout，以达到目前负载708实际所需的电压值。

相较于先前技术，本发明的直流对直流转换电路可根据负载实际所需的电压变化，有效地回馈给电源管理芯片，以控制直流对直流转换器去产生负载实际所需的最低输出电压，不但能有效降低负载的耗电量，亦可延长负载的使用寿命。

以上所述者仅为本发明的较佳实施方式，举凡熟习本案技术的人士援依本发明的精神所作的等效修饰或变化，皆涵盖于所附的申请专利范围内。

Claims (19)

1.一种直流对直流转换电路，其包含：

一负载；

一直流对直流转换器，将一直流电源供应的直流电压转换成一输出电压以供应负载；

一电阻可变电路，其具有可变的等效电阻值，并根据该等效电阻值输出一反馈电压；

一控制器，根据该负载的残余电压变化来调整该电阻可变电路的等效电阻值，进而调整该电阻可变电路输出的反馈电压；以及

一电源管理芯片，用以根据该电阻可变电路所输出的反馈电压，控制该直流对直流转换器调整其输出电压至该负载实际所需的电压大小。

2.如权利要求1所述的直流对直流转换电路，其中，该控制器具有一放大器，用以放大该残余电压；该电阻可变电路具有一晶体管，用以根据该放大的残余电压来改变该晶体管的等效电阻值。

3.如权利要求2所述的直流对直流转换电路，其中，该电阻可变电路另包括一保护电路，用以在该晶体管脱离其正常工作范围时，避免该直流对直流转换电路产生误动作。

4.如权利要求3所述的直流对直流转换电路，其中，该保护电路具有至少一电阻与该晶体管并联。

5.如权利要求1所述的直流对直流转换电路，其中，该负载为一单串发光二极管，其包括多个串联的发光二极管。

6.如权利要求1所述的直流对直流转换电路，其中，该负载为一阵列式发光二极管，其包括多串发光二极管，每串发光二极管具有多个串联的发光二极管。

7.如权利要求6所述的直流对直流转换电路，另包括一最小电压选择器，用以选出该多串发光二极管中最低的残余电压，并将该最低的残余电压输出至该控制器。

8.如权利要求7所述的直流对直流转换电路，其中，该最小电压选择器具有多个二极管，每个二极管分别连接至各串发光二极管的尾端，使各串发光二极管的残余电压藉由该二极管以逆向偏压方式耦合至该控制器。

9.如权利要求1所述的直流对直流转换电路，其中，该电源管理芯片为一脉宽调制芯片。

10.如权利要求1所述的直流对直流转换电路，另包括一电流控制电路，用以使流经该负载的电流保持稳定。

11.一种直流对直流转换电路，其包含：

一负载；

电阻组件；

一直流对直流转换器，用以将一直流电源所供应的直流电压转换成一输出电压以供应该负载；

一电压控制电路，用以根据该负载的残余电压变化来调整该电阻组件中的跨压以产生一反馈电压；以及

一电源管理芯片，用以根据该串联电阻所输出的反馈电压，控制该直流对直流转换器调整其输出电压至该负载实际所需的电压大小。

12.如权利要求11所述的直流对直流转换电路，其中，该电阻组件包括该两个串联电阻，使电压控制电路根据该负载的残余电压变化调整该串联电阻两端的跨压，以在该两个串联电阻之间产生一反馈电压。

13.如权利要求11所述的直流对直流转换电路，其中，该电压控制电路具有一放大器，用以放大该残余电压，并将该放大的残余电压输出至该两个串联电阻。

14.如权利要求11所述的直流对直流转换电路，其中，该负载为一单串发光二极管，其包括多个串联的发光二极管。

15.如权利要求11所述的直流对直流转换电路，其中，该负载为一阵列式发光二极管，其包括多串发光二极管，每串发光二极管具有多个串联的发光二极管。

16.如权利要求15所述的直流对直流转换电路，另包括一最小电压选择器，用以选出该多串发光二极管中最低的残余电压，并将该最低的残余电压输出至该控制器。

17.如权利要求16所述的直流对直流转换电路，其中，该最小电压选择器具有多个二极管，每个二极管分别连接至各串发光二极管的尾端，使各串发光二极管的残余电压藉由该二极管以逆向偏压方式耦合至该控制器。

18.如权利要求11所述的直流对直流转换电路，其中，该电源管理芯片为一脉宽调制芯片。

19.如权利要求11所述的直流对直流转换电路，另包括一电流控制电路，用以使流经该负载的电流保持稳定。

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