TWI491302B - 用於開關式調節器之控制器、開關式調節器及光源 - Google Patents

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Description

用於開關式調節器之控制器、開關式調節器及光源
本發明係有關於用於一開關式調節器之一控制器。本發明亦有關於包括該類控制器之一開關式調節器以及有關於包括該類開關式調節器之一光源。
該等伴隨圖式之第1圖顯示用於供應流經一負載1之一受控的所欲電流之一已知開關式調節器類型。該調節器為該磁滯自我振盪降壓轉換器類型，而該類調節器之一典型應用為供應流經該負載之一受控的所欲電流，該負載可包含多個串接之發光二極體(LED)。
該調節器包含作為一單石積體電路來予以具體化之一控制器2以及設置一外部電感器3、一二極體4與一電流感測電阻器5。該控制器2包含具有橫跨該電阻器5連接，並連接至輸入端子7及8之輸入的一電流監視器6。該電流監視器6為一電壓電流轉換器或跨導放大器之型式，用於將其輸入間之該電壓轉變為一對應電流，其通過一電阻器9至該控制器2連接接地11之一接地端子10。橫跨該電阻器9建立之該所生電壓供應至一磁滯比較器12之該反相輸入。
該比較器12之該非反相輸入連接至一端子13來接收一電壓以便設定流經該負載1之一所欲的受控電流。該比較器12之該輸出連接至一閘體驅動器14之該輸入，其輸出連接至作為一電子開關之一場效電晶體15的該閘極(或替代連接至一雙極電晶體之該基極)。該閘體驅動器14提供該比較器12及該電晶體15間之一介面，例如以供應一適當準位之驅動信號及控制該電晶體15之功率。該電晶體15之該源極連接至該端子10而該汲極連接至一端子16。
該端子16連接至該電感器3之一端子以及該二極體4之該陽極，其陰極連接至一端子17以便從一電源供應來源接收一電源供應輸入。該負載1及該電阻器5串聯於該端子17及該電感器3之該第二端子之間。
該調節器之操作由該等伴隨圖式之第2圖中的波形圖來繪示。該上方圖形繪示該電晶體15之該開關狀態，該中間圖形繪示橫跨該感測電阻器5建立之該感測電壓，而該下方圖形繪示流經該負載1之該電流。電源供應至該端子17時，初始無電流經過該負載1、該電感器3及該電阻器5。於是該比較器12之該反相輸入低於該端子13之電壓，使得該比較器12之該輸出為高準位。此經由該閘體驅動器14導通該電晶體15，使得該電阻器5、該負載1及該電感器3串聯於該電源供應來源之該輸出。因此經過該電阻器5、該負載1及該電感器3之電流增加，而橫跨該電阻器5之該電壓增加。於是橫跨該電阻器9之該電壓增加。
該比較器12為具有較高及較低開關臨界值之磁滯類型。於一典型應用中，該磁滯可設定對應該平均所欲輸出電流之30%。該比較器12之該反相輸入的電壓上升至該端子13之電壓15%以上時，該比較器12之該輸出下降並關閉該電晶體15。已儲存於該電感器3中之該磁場開始瓦解並驅動一反電動勢(EMF)，使得電流經由該二極體4繼續流經該電阻器5及該負載1。該電流下降直到該比較器12之該反相輸入的所生電壓下降低於該較低臨界值為止。此時，該比較器之該輸出上升並導通該電晶體15。因此電流從該電源流經該電阻器5、該負載1及該電感器3直到再次達到該比較器12之該較高臨界值為止。因此該調節器自我振盪並產生如第2圖之下方圖形所示具有一較高峰值IthH及一較低峰值IthL之一鋸齒狀負載電流。
開迴路控制由包括該電流監視器6之一第一電路來提供。供應至該負載1之該實際輸出電流是根據典型由一參考電壓設定之該比較器開關臨界值、及根據電路偏置與增益誤差、溫度及供應電壓變動以及該控制器從該等輸入端子7及8至該輸出端子16之傳播延遲。例如，由於該電流監視器6之偏置，於該電流監視器輸入端測量之任何DC偏置、該等開關臨界值、或該比較器之設定皆會造成該平均負載電流悖離該標稱所欲之電流。DC精確度之一高準位需存在於該電流監視器6及該比較器12中以降低該等誤差。然而，如下文所述，該電流監視器6及該比較器12必須是“快速的”而此與DC準確性之需求相衝突。
第2圖繪示第1圖之該調節器的操作，理想情況中無開關延遲、DC偏置等等來組成效能。然而，實際上，該等各種不同的誤差機構皆存在以改變程度。該等伴隨圖式之第3圖繪示考量從該控制器之該等輸入端子7及8至該輸出端子16之傳播延遲的該實際操作。特別是，經過該感測電阻器5之電流朝向該等較高及較低峰值斜線上升時，如第3圖中間圖形所示，該電流會達到對應該相關比較器開關臨界值或“理論上磁滯”之一數值。然而，如第3圖所示，達到該理論上磁滯開關臨界值以及該電晶體15之該狀態的開關之間會有一延遲，其造成一“實際上磁滯”。該等傳播延遲繪示為第3圖下方圖形之tpdH及tpdL以及該所生較高及較低峰值電流Iout max及Iout min。
該等伴隨圖式之第4圖繪示流經該電阻器5、該負載1及該電感器3之電流以兩種不同述率上升，例如對應施用兩種不同電源電壓時之情形。針對一固定電源電壓及不同負載電壓或針對不同電源電壓及不同負載電壓亦會產生類似議題，但為了簡化及不失一般性，詳細分析將侷限於不同電源電壓及一固定負載。
橫跨該電阻器5之感測電壓將針對一較低供應電壓20及針對一較高供應電壓21來繪示。該理論上感測器臨界值由該虛線22來顯示，而該等波形已同步化來同時於該點A與該理論上臨界值交叉。
由於經過該控制器之該傳播延遲，該電晶體15之狀態於該點A會維持不變，並且不會改變直到對應該等波形點C及E之一時間為止。因此，該波形20代表之該較低供應電壓的實際或有效開關臨界值如23所示，其中針對該較高電壓供應波形21的臨界值較高並如24所示。
針對每一種情況，該電晶體15關閉時流經該負載1之電流的改變速率會相同，使得橫跨該電阻器5之電壓以與該等波形20及21之一部分20’與21’所示的相同速率下降。因此該等波形於第4圖中B及D代表之不同時間與該理論上感測臨界值22交叉。經過該調節器之該傳播延遲因此針對不同的供應電壓而引發不同的誤差項目，而第4圖中該等誤差項目以該等三角形ABC及ADE之區域代表。正向過衝會將一誤差項目透過該負載加入該平均電流中，造成其較所欲值還高。
第5圖繪示該感測電壓對應該電晶體15關閉時的下降圖形。該感測電壓下降低於該較低理論上感測臨界值25時，該傳播延遲允許該感測電壓繼續下降直到其達到該點H。該下降之感測電壓由一單一波形26來顯示而該感測電壓之改變速率由流經該負載之該電流來決定並且與該供應電壓無關。然而，該傳播延遲結束該電晶體15導通時，流經該負載之該電流以及之後該感測電壓會以根據供應至該調節器之該電源電壓的速率上升。如第4圖所示，該等所生波形20及21個別對應該等波形20及21之不同供應電壓。此造成與該等三角形FGH及FJH之區域成比例之另外兩個誤差項目。反向過衝會將一誤差項目從該平均電流中扣除，造成其較該所欲值還低。
若該調節器之該工作週期約50%而該等傳播延遲與兩個開關臨界值交叉時相似，該等正向及反向“過衝”誤差項目可彼此抵銷。然而，正常操作期間典型會與該實際平均負載電流與該所欲值不同的結果些許不對稱。該開關頻率相當高時此於工作週期末端時特別明顯，其中該電晶體15導通或關閉一相當短時間而該傳播延遲相較該脈寬變得相當顯著。
如第4圖及第5圖所示，該等三角形ADE及FJH之區域相似，使得針對對應該波形21之該較高電源供應電壓而言，該平均負載電流會接近該所欲負載電流。然而，該等三角形ABC及FGH之區域實質上並不相同，使得針對對應該波形20之該供應電壓而言，該平均輸出電流會低於該所欲數值。
該調節器之該操作頻率主要由該電感器3之電感L及該比較器磁滯決定之該輸出電流漣波來決定。雖然該調節器可於一相當寬的範圍中操作，但因為該開關耗損會變得相當顯著且令人無法接收故不期待該頻率過高。若該開關頻率變得太低，則會造成來自該電感器之聲響雜訊並包含電磁相容性(EMC)。
該調節器可藉由改變該輸入端子13之電壓來控制，例如以便允許該等LED用來作為該負載1時減光。該輸入13之該電壓降低時，該輸出電流及該漣波電流兩者會降低但該開關頻率增加。針對減弱之輸出電流，電氣效率會因此降低。
根據本發明之一第一觀點，其提供一種用於一開關式調節器之控制器，其包含：一用於控制將電流切換進入一電感器之一開關的磁滯比較器，該比較器具有較高及較低臨界值；一第一電路，其將代表該電感器中之該瞬時電流的一第一信號供應至該比較器；一第二電路，其將代表一所欲的調節器輸出及一實際的調節器輸出間之一誤差的一第二信號供應至該比較器。
例如，該第二信號可為一平均信號，其施用來作為修改至該比較器之一輸入電壓的一反向回饋信號，藉此一平均電感器電流可受控制。本規格說明中之該術語“平均”係表示許多開關週期，例如至少3個開關週期、較佳至少5個、更佳至少10個之平均的該平均值。
該第二信號可施用來作為修改該比較器之該輸入的一電阻之電壓的一電流型式之反向回饋信號。
換言之，本發明之該第一觀點可提供用於一開關式調節器之一控制器，其包含：一用於控制將電流切換進入一電感器之一開關的磁滯比較器，該比較器具有較高及較低臨界值；一第一電路，其將代表該電感器中之該瞬時電流的一信號供應至該比較器；以及一第二電路，其供應代表一所欲的調節器輸出及一實際的調節器輸出間之一誤差的一第二信號，其中該第二信號可為一平均信號，其施用來作為修改至該比較器之一輸入電壓的一反向回饋信號。
該第二信號可施用來作為修改該比較器之該輸入的一電阻之電壓的一電流型式之反向回饋信號。
該控制器可為用於一開關式電流調節器之一控制器。
該第二電路可具有比該第一電路還低的一回應時間。該第二電路可包括一整合器。該整合器可安排來整合該所欲的調節器輸出及該實際的調節器輸出間之差異。該整合器可具有該調節器操作期間之若干開關工作週期，例如至少3個開關工作週期、較佳至少5個、更佳至少10個的等級之一時間常數。
該等第一及第二電路可具有個別連接或共同連接之第一及第二輸入，而該第二電路可包括一閘體，其安排於該開關關閉時使來自該第二輸入之一信號通過而於該開關導通時將來自該第二輸入之該信號隔離。該閘體可安排為受該比較器控制。
該比較器可安排來提供該所欲的調節器輸出之一函數的一磁滯比率。該磁滯比率可與該所欲的調節器輸出成比例。該磁滯比率可與與該所欲的調節器輸出成比例之一第一項目以及一第二常數項目的加總成比例。
該比較器可安排來提供該調節器操作時該開關頻率之一函數的一磁滯比率。該磁滯比率可與該開關頻率成比例。
該比較器可具有安排來接收該等第一及第二信號之一第一輸入，以及從一第一調整輸入接收一調整信號之一第二輸入以便設定該所欲的調節器輸出。該第二電路可具有用於接收連接至該第一調整輸入之該所欲的調節器輸出之一輸入。該第二電路可具有用於接收連接至一第二調整輸入之該所欲的調節器輸出之一輸入。該第一調整輸入可連接至輸出連接至該第二調整輸入之一分壓器的該輸入。該第二電路可包含一另一比較器，其具有連接至該等第一及第二調整輸入之第一及第二輸入以及用於控制該閘體之賦能或旁通的一輸出。
該控制器可包括該開關。
該開關可包含一電晶體。
根據本發明之一第二觀點，其提供一種包含根據本發明之該第一觀點的一控制器及一電感器之開關式調節器。
該調節器可包含與該電感器串接並連接至該第一電路之一第一感測電阻器。該第一感測電阻器可連接至該第二電路。
該調節器可包含與該調節器之一輸出串接並連接至該第二電路之一第二感測電阻器。
該調節器之一輸出、或該輸出可經由一二極體連接至該電感器。
根據本發明之一第三觀點，其提供一種光源，其包含連接至根據本發明之該第二觀點的一調節器之至少一發光裝置。
因此可提供改善效能，特別是有關該輸出電流之穩定性的一控制器及一調節器。例如，傳播延遲及過衝之效應可被實質降低，使得例如，輸入供應電壓變動時所欲輸出電流之變動可被降低。此外，隨著溫度及/或時間之偏置及漂移效應可被降低。某些實施例中，開關頻率之變動可被降低。亦可提供於降壓模式、增壓模式或降壓-增壓模式來操作，例如針對所有該類模式使用一共同控制器之實施例。本發明提供使用一單一感測元件來提供控制、給予降低誤差、成本及大小的可能性之優點。相較習知技術一單一感測元件連同兩個並行處理階段之組合可提供快速的操作以及改善的控制。
圖式簡單說明
本發明將經由範例、參照該等伴隨圖式來進一步說明，其中：第1圖是一已知類型的調節器之方塊示意圖；第2圖是一繪示第1圖所示類型之一理想調節器中出現的波形之波形圖；第3圖是一繪示第1圖所示類型之一實際調節器中出現的波形之波形圖；第4圖及第5圖是繪示如第3圖繪示操作期間過衝及下衝的詳細波形圖；第6圖是一組成本發明之一第一實施例的一開關式電流調節器及控制器之方塊示意圖；第7圖繪示一第6圖之該調節器的一磁滯控制之範例；第8圖繪示一第6圖之該調節器的一電流監視器之範例；第9圖繪示一第6圖之該調節器的一要求電流源之範例；第10圖繪示第6圖之該調節器的一磁滯控制之另一範例；第11a圖、第11b圖及第11c圖是輸出電流、輸出電流漣波及開關頻率對調整電壓的圖形；第12圖是一組成本發明之一第二實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖；第13圖是一組成本發明之一第三實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖；第14圖是一繪示線圈電流、電晶體電流及負載電流之波形圖；第15圖是一組成本發明之一第四實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖；第16圖是一組成本發明之一第五實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖；第17圖是一組成本發明之一第六實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖。
所有圖式中相同參考數字參照為相同元件，而已於上文中說明之該等元件及操作觀點將不再詳細說明。
 較佳實施例之詳細說明
第6圖所示之該控制器及調節器與第1圖所示的一般類型相同。特別是，第6圖中該等元件1至17與第1圖中該等對應元件相同因此不再說明。此外，該基本操作與第1圖說明的相同，其中該調節器為“升壓”類型並且自我振盪以便根據該比較器之磁滯、該電感器3之該電感L以及供應至該“調整”(ADJ)輸入13之該電壓來控制流經該負載1之電流。
第6圖中，該磁滯控制30與該比較器12分開顯示並繪示於第7圖。該調整電壓VADJ 供應至，例如一互導放大器型式之一電壓電流轉換器31，其供應等於K1 *VADJ 之一輸出電流Iout ，其中K1 為一常數且表示該轉換器31之該互導。該輸出電流供應至一極性選擇電路32，其供應來自該轉換器31之該輸出電流而不加以處理或根據一方向選擇信號將該電流之極性反相。該比較器12之該輸出COMPOUT用來作為該方向選擇信號，而該電路32之該輸出結合供應至該電阻器9以及該比較器12之該反相輸入的該電流監視器6之該輸出。
第6圖所示之該控制器2的該電流監視器6是一“快速”電流監視器，針對回應速度或低傳播延遲而言其為最佳化但影響諸如DC偏置等等之其他參數。例如，如第8圖所示該電流監視器6包含一電流源互導放大器之安排。該監視器包含一快速運算放大器33，其輸出連接至一場效電晶體34之該閘極(或一雙極性接面電晶體之該基極)。該運算放大器33之該非反相輸入連接至該輸入端子7。該電晶體34之該源極連接至該運算放大器33之該反相輸入並經由一電阻器35連接至該輸入端子8以及至該電源輸入17。該電晶體34之該汲極形成該快速電流監視器之該輸出，使得源自該監視器之該輸出電流等於該電阻器5之壓降乘上該監視器之該(固定)互導(或互相傳導)。
該等輸入端子7及8連接至另一“精確”電流監視器36，其亦將該感測電阻器5之該壓降轉變為一輸出電流。該電流監視器36可具有與第8圖所示相同的一般電路組態，但具有針對精確性為最佳化之運算放大器，其具有一較低頻寬並具有內部頻率補償。該放大器36之該跳越率低於該快速電流監視器6之跳越率，但諸如電流及電壓偏置之誤差及容差度更低，使得該監視器6之該輸出電流提供流經該電阻器5、與流經該負載1以及該電感器35之電流一較佳的表示法。
該輸入13亦連接至一要求電流源37並安排來將該調整電壓VADJ 轉換為一對應電流。該要求電流源37亦為一互導放大器之型式，而一適當安排繪示於第9圖。該來源37包含，例如類似該電流監視器36中設置之一“精確”運算放大器38。該運算放大器38之該非反相輸入連接至該輸入13。該放大器38之該輸出連接至一場效電晶體39之該閘極，其汲極形成該要求電流源37之該電流槽輸出而其源極連接至該放大器38之該反相輸入並連接至一電阻器40之一第一端子，其第二端子連接至該接地端子10。
該電流監視器36及該電流源37之該等輸出連接至一差動電路節點41，其輸出連接至一整合器42之該輸入。例如，該整合器42可包含具有連接其輸出及反相輸入間之一整合電容器的一運算放大器，其中該節點41可由該運算放大器之該反相輸入形成。該整合器42之該輸出供應一電流，其為該電流監視器36及該電流源37之輸出間的差異時間部分之整合。該整合器42之該輸出電流結合該電流監視器6及該磁滯控制30之該等輸出電流，以橫跨該電阻器9建立之電壓的型式來提供該比較器12之該反相輸入的該輸入信號COMPIN。
該電流監視器36、該電流源37、該電路節點41、以及該整合器42形成一第二電路，其將一反向回饋信號型式之一第二信號供應至該比較器12，並依照如該磁滯控制30所定義之該比較器12的該等開關臨界值來改變該電流監視器6供應之該第一信號。該整合器42具有該調節器之該開關頻 率時許多週期的等級之一時間常數。該整合器42供應之該第二信號因此改變得遠比該電流監視器6供應之該第一信號慢，並提供流經該負載1之該平均電流中的誤差之一精確表示法。該第二信號關於該等開關臨界值來改變該第一信號之準位，以便將該差動節點41產生、於該平均負載電流及施用於該端子13之該電壓決定的該所欲負載電流間之該誤差信號最小化。因此，不管諸如該等開關臨界值及DC偏置、傳播延遲、該端子17之輸入電壓、等等之參數變動，該第二電路可確保流經該負載1之該平均電流會維持或接近該所欲數值。
該整合器42之動作實際上不需輸入誤差來將其輸出驅動至該所需狀態。這是因為該電流監視器36及該電流源37具有非常高的輸出阻抗。該整合器於該迴路回應中提供一主要極點而該極點之該頻率可調整來使該控制迴路之整體回應與該系統之該等需求匹配。
該降壓模式中，該誤差信號可僅用來修正該快速控制迴路產生之該輸出電流，其通常相當接近該所欲值。因此該修正量不需相當大而該控制迴路之該增益不需很高。此外，該修正信號主要在該操作範圍內與該輸出電流維持比例，該控制迴路之所需增益並未在變暗期間產生巨大的改變。此代表在該操作範圍內可滿足迴路穩定之限制，而不需要改變該積分器之時間常數。如此一來，該積分器可完全形成於具有該控制器2之積體電路內。
第6圖所示之該調節器用來將電源供應至諸如發光二極體之光發射器形式的該負載1時，該光源可藉由降低該輸入端子13之該電壓而變得暗淡。除了降低經過該負載1之該平均電流之外，因為其安排為一固定比例，例如該輸入13之該電壓的30%，所以決定該比較器12之該等開關臨界值間的漣波電流之該磁滯亦可線性降低。該開關式調節器之該操作頻率與該電感器3之該電感L成反比，並與該比較器12之該磁滯決定的漣波總量成反比。為了限制該開關頻率降低的範圍，如第10圖所示可於該磁滯控制30中提供補償。該比較器12之該輸出供應至包含一可觸發單穩態電路43及一整合器44之一頻率檢測器。該整合器44之該輸出供應至連接至一多工器46之一輸入的一放大器45。該多工器46將該放大器之該輸出乘上該轉換器31之該輸出。因此，若該操作頻率低於一預定值，則該頻率檢測器會降低用於建立該磁滯之電流量以維持該開關頻率高於一預定最小值。
如先前所述，藉由將一較低電壓施用於該輸入13以降低該負載電流易於造成該開關頻率增加。藉由加入一固定電流及降低該成比例電流之增益，該輸入13之該電壓降低時該百分比磁滯可較大，使得該頻率改變變得較小。如第10圖所示，一加總節點47可設置於該轉換器31之該輸出及該多工器46之間。該加總節點47接收一固定輸入值而該轉換器31之該互導相較第7圖所示的會降低。如第11a圖所示，第7圖中該磁滯控制之該輸出電流及該輸入13之該調整電壓VADJ 間的轉換函數以該互導48來表示。藉由改變該增益及加入該固定項目，該互導以第11a圖中該線段49來表示。針對第7圖中該磁滯控制之該漣波百分比及該開關頻率個別顯示為對照第11b圖及第11c圖中曲線50及51之電壓，其中針對該降低之增益及固定項目的漣波及開關頻率個別由曲線52及53顯示。
第12圖繪示於該“增壓”模式中操作之一開關式調節器。該調節器利用一控制器2，其與第6圖所示的不同僅在於該精確電流監視器36之該等輸入連接至輸入端子54及55，其與連接至該快速電流監視器6之該等輸入的輸入端子7及8分開。為方便起見，如第6圖所示該控制器2設置分開的輸入54及55之後並可用於藉由將該等輸入54及55個別連接至形成該控制器之該積體電路外部的輸入7及8之該降壓模式中。
為了於該升壓模式中操作，該電感器3連接於該控制器2之該輸入端子7及該輸出端子16之間。該負載1與一第二電流感測電阻器56以及接地11及該輸出端子16間之該二極體4串接。因此該快速電流監視器6監測流經該電感器3之電流而該精確電流監視器36監測流經該負載1之電流。該控制器之操作類似該降壓模式中的操作。然而，因該負載電流之平均值小於流經該電晶體開關15的電流，故形成該控制迴路並包含該電流監視器36、該電流源37、該電路節點41、以及該整合器42之該第二電路需於該快速電流監視器6之輸出端加入一較大的修正電流。於該主要操作條件下，該修正電流包含該正常的誤差構件加上該開關及負載電流間之差異。
第13圖繪示於該降壓-增壓模式中操作之一調節器。該控制器2與第12圖所示的相同，而該調節器電路中之該唯一差異為該負載1返回該供應電源端子17而非接地。
該升壓模式中，該感測電阻器56於操作期間歷經共同模式電壓之大改變。因此該精確電流監視器必須能藉由於高頻具有良好的共同模式拒絕能力來精確地回應該負載電流之不連續本質。第14圖之該上方波形繪示流經該電感器或線圈3之電流，而該中間波形繪示流經該電晶體15之電流。該下方波形繪示流經該負載1之電流，特別是，繪示該感測電阻器56轉換為針對該精確電流監視器36之輸入電壓的大共同模式構件。雖然可加入一大電容器與該負載1串接來撫平該負載電流並降低共同模式偏離，但該類電容器係作為一儲存器並且，若脈寬調變暗淡施加於該調節器，則該暗淡範圍會降低。
為了降低此問題並移除對該感測電阻器56之需求，可使用第15圖所示之該調節器。該精確電流監視器36之該等輸入(於該積體電路中或於外部)再次連接至該等輸入7及8並移除該感測電阻器56，使得該負載1與該輸出端子16及接地間之該二極體4串聯。
流經該電阻器5及該電感器3之電流可流經該電晶體15或該二極體4及該負載1。該電流之路徑可由控制該電晶體15之開關的該比較器12之該輸出來決定。因此該比較器之該輸出可藉由該電晶體15不導通或關閉時監測該電阻器5中之電流來控制推論該負載中之電流的一安排。
如第15圖所示，一截斷電路57型式之一閘體設置於該精確電流監視器36及該電路節點41之間。該截斷電路57由該比較器12之該輸出來決定。特別是，該比較器輸出為高準位使得該電晶體15導通時，該截斷電路57可有效中斷該精確電流監視器36之該輸出及該電路節點41之連接，以忽略流經該感測電阻器5、電感器3及電晶體15之電流。該比較器之該輸出為一低準位使得該電晶體15關閉時，電流流經該電感器3、該電阻器5、負載1以及二極體4。因此該截斷電路57將該精確電流監視器56之該輸出連接至該電路節點41。該精確電流監視器36之該輸入對應第14圖中該上方波形，使得該精確電流監視器不需處理大的共同模式信號。該截斷電路57確保包括該整合器42之該第二電路僅回應流經該負載之電流。
該截斷電路57可由任何適當的電路來形成，其中一範例為一差動對電晶體，其用來根據該比較器12之該輸出狀態來將電流從該精確電流監視器操縱至接地或至該電路節點41。
第15圖所示之該控制器2與上文中說明的不同，其中該要求電流源37之該輸入不連接至該輸入端子13而是連接至其本身的輸入端子58。來自第15圖之該調節器的該負載電流平均值必須定義為通過該電感器3之電流平均值的一比例。通過該電感器3之電流由該電阻器5之數值以及該輸入13之該電壓來“定義”。若該要求電流源之該輸出降低一因數k，則該負載電流會降低相同的因數。
如第15圖所示，此可藉由於該等輸入13及58之間提供如電阻器59及60型式之一分壓器來達成。用於控制該調節器之該電壓供應至該輸入13並經由該輸入58施用於該要求電流源37之該輸入之前由該分壓器之該衰減因數k來降低。
第15圖之該調節器於該升壓模式中操作。然而，必要時該相同組態及，特別是，該相同控制器2可用於該降壓-升壓模式中。一適當安排顯示於第16圖中，其中與第15圖之唯一差異是該負載1返回該供應輸入17而非至接地11。
第17圖繪示第16圖所示類型之一轉換器，其允許該意欲之操作模式可自動決定並因此可將該截斷電路57賦能或停用。該截斷電路57之賦能或停用可由具有連接至一衰減器62之該輸出的一反向輸入之一比較器61來控制，該比較器61之輸入連接至該端子13。該比較器61之該非反向輸入連接至該端子58。
該等升壓及降壓-升壓模式中，根據包含該等電阻器59及60之該分壓器提供的衰減，該端子58之該電壓小於該端子13之該電壓。於是該比較器61之輸出為低準位而因此賦能該截斷電路57之操作。該控制器2用於該降壓模式之一調節器時，因為該負載1及該電感器3串聯並流經相同電流，故該輸入58直接連接至該端子13。該比較器61之輸出為高準位時會將該截斷電路57停用並將該精確電流監視器36之該輸出連接至該電路節點41。因此即可提供不需要一分開輸入端子之一控制器2來決定其操作模式。
1．．．負載
2．．．調節器控制器
2-5．．．開關式調節器
3．．．電感器
4．．．二極體
5．．．電流感測電阻器
6、36．．．電流監視器
7、8、58．．．輸入端子
9、35、40、59、60．．．電阻器
10．．．接地端子
11．．．接地
12、30．．．磁滯比較器
13．．．調整輸入
14．．．閘體驅動器
15、34、39．．．場效電晶體
16．．．端子
17．．．電源輸入
20．．．較低供應電壓
20’、21’．．．部分
21．．．較高供應電壓
22．．．理論上感測臨界值、虛線
23、24．．．虛線
25．．．較低理論上感測臨界值
26．．．單一波形
30．．．磁滯控制
31．．．電壓電流轉換器
32．．．極性選擇電路
33．．．快速運算放大器
37．．．要求電流源
38．．．精確運算放大器
41．．．差動電路節點
42、44．．．整合器
43．．．可觸發單穩態電路
45．．．放大器
46．．．多工器
47．．．加總節點
48．．．互導
49．．．線段
50、51、52、53．．．曲線
54、55．．．輸入
56．．．第二電流感測電阻器
57．．．截斷電路
61．．．比較器
62．．．衰減器
IthH．．．較高峰值
IthL．．．較低峰值
tpdH、tpdL．．．傳播延遲
Iout max．．．較高峰值電流
Iout min．．．較低峰值電流
L．．．電感
Iout ．．．輸出電流
K1 ．．．常數
VADJ ．．．調整電壓
k．．．衰減因數
COMPOUT．．．輸出
COMPIN．．．輸入信號
第1圖是一已知類型的調節器之方塊示意圖；
第2圖是一繪示第1圖所示類型之一理想調節器中出現的波形之波形圖；
第3圖是一繪示第1圖所示類型之一實際調節器中出現的波形之波形圖；
第4圖及第5圖是繪示如第3圖繪示操作期間過衝及下衝的詳細波形圖；
第6圖是一組成本發明之一第一實施例的一開關式電流調節器及控制器之方塊示意圖；
第7圖繪示一第6圖之該調節器的一磁滯控制之範例；
第8圖繪示一第6圖之該調節器的一電流監視器之範例；
第9圖繪示一第6圖之該調節器的一要求電流源之範例；
第10圖繪示第6圖之該調節器的一磁滯控制之另一範例；
第11a圖、第11b圖及第11c圖是輸出電流、輸出電流漣波及開關頻率對調整電壓的圖形；
第12圖是一組成本發明之一第二實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖；
第13圖是一組成本發明之一第三實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖；
第14圖是一繪示線圈電流、電晶體電流及負載電流之波形圖；
第15圖是一組成本發明之一第四實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖；
第16圖是一組成本發明之一第五實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖；
第17圖是一組成本發明之一第六實施例的一開關式調節器及控制器之方塊示意圖。
1．．．負載
2．．．調節器控制器
3．．．電感器
4．．．二極體
5．．．電流感測電阻器
6、36．．．電流監視器
7、8．．．輸入端子
9．．．電阻器
10．．．接地端子
11．．．接地
12．．．磁滯比較器
13．．．調整輸入
14．．．閘體驅動器
15．．．場效電晶體
16．．．端子
17．．．電源輸入
30．．．磁滯控制
37．．．要求電流源
41．．．差動電路節點
42．．．整合器

Claims (14)

  1. 一種用於一開關式調節器(switching regulator)之控制器，其包含：一用於控制將電流切換進入一電感器之一開關的磁滯比較器(hysteretic comparator)；以及一第一電路，其包含一第一電壓至電流轉換器(voltage to current converter)，當該開關係在一開啟狀態(on state)及該開關係在一關閉狀態(off state)時，以將代表該電感器中之瞬時電流的一第一信號供應至該比較器，一第二電路，其包含一第二電壓至電流轉換器，其將一第二信號供應至該比較器，該第二信號代表一所欲的調節器輸出及一實際的調節器輸出間之一誤差，及該比較器具有一第一輸入端子，其配置以接收該第一信號及該第二信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之控制器，其中該第二信號為一平均信號，其施用來作為修改至該比較器之該第一信號的一反向回饋信號(negative feedback signal)，藉此一平均電感器電流可受控制。
  3. 如申請專利範圍第1項之控制器，其中該第二電路具有比該第一電路還低的一回應時間。
  4. 如申請專利範圍第1項之控制器，其中該第二電路包括一積分器(integrator)。
  5. 如申請專利範圍第4項之控制器，其中該積分器經配置 以積分(integrate)該所欲的調節器輸出及該實際的調節器輸出間之差異。
  6. 如申請專利範圍第4項之控制器，其中該積分器具有該調節器操作期間之若干開關工作週期(switching cyrcle periods)的等級之一時間常數。
  7. 一種用於一開關式調節器之控制器，其包含：一磁滯比較器，其用於控制將電流切換進入一電感器之一開關，該比較器具有一較高及較低臨界值(thresholds)；一第一電路，其用於供應一第一信號至該比較器，該第一信號代表該電感器中之瞬時電流；及一第二電路，其用於供應一第二信號至該比較器，該第二信號代表一所欲的調節器輸出及一實際的調節器輸出間之一誤差，其特徵在於該等第一及第二電路具有第一及第二輸入，該等第一及第二輸入分別可連接或已共同連接，而該第二電路包括一閘體(gate)，其經配置以在該開關關閉時使來自該第二輸入之一信號通過，而於該開關導通(on)時將來自該第二輸入之該信號隔離(block)。
  8. 如申請專利範圍第7項之控制器，其中該閘體經配置以受該比較器控制。
  9. 一種開關式調節器，其特徵在於包含如申請專利範圍第1項之一控制器以及一電感器。
  10. 如申請專利範圍第9項之調節器，進一步包含與該電感 器串接並連接至該第一電路之一第一感測電阻器。
  11. 如申請專利範圍第10項之調節器，其中該第一感測電阻器連接至該第二電路。
  12. 如申請專利範圍第10項之調節器，進一步包含與該調節器之一輸出串接並連接至該第二電路之一第二感測電阻器。
  13. 如申請專利範圍第9項之調節器，其中該調節器之一、或該輸出可經由一二極體連接至該電感器。
  14. 一種光源裝置，其特徵在於包含連接至如申請專利範圍第9項之一調節器的至少一發光裝置。
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