TWI569581B - 自動可調整的脈波寬度調變信號產生器 - Google Patents

自動可調整的脈波寬度調變信號產生器 Download PDF

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Description

自動可調整的脈波寬度調變信號產生器
本發明係關於一種脈波寬度調變信號產生器，且特別是一種能夠自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，以應用於發光二極體驅動器中。
針對切換式發光二極體設備來說，其需要發光二極體驅動器產生脈波寬度調變信號來驅動。目前發光二極體驅動器大致上分為降壓式(buck)、升壓式(boost)與降壓-升壓(buck-boost)式的架構，不管是那一種架構，其皆需要電感與電容形成濾波器來濾除電流漣波或電壓漣波。一般來說，電感的大小與變化會造成系統廠對電感的選料造成限制，且造成晶片應用電路使用上的限制，故系統廠需要選擇合適的電感。
請參照圖1，圖1是應用於封閉迴路之發光二極體驅動器所產生之脈波寬度調變信號與發光二極體電流的波形圖。於圖1中，發光二極體電流iL1與脈波寬度調變信號PWML1係對應於電感L1的情況，發光二極體電流iL2與脈波寬度調變信號PWML2係對應於電感L2的情況，其中電感L1的電感值小於電感L2的電感值。
於此例中，發光二極體驅動器採用降壓式的架構，故電感電流實質上為發光二極體電流。發光二極體電流iL1與電感L1的電感值有關，且發光二極體電流iL2與電感L2的電感值有關。在欲 維持發光二極體電流iL1與iL2的平均電流皆為iLED的情況下，由於電感L1與L2的電感值不同，故脈波寬度調變信號PWML1與PWML2的責任時間D1/D1’、D2/D2’也不同(亦即，電感電流的充電時間不同)。因此，若電感的電感值的變化幅度很大，且要維持穩定的發光二極體電流，則脈波寬度調變信號之責任時間的變化幅度也會很大。
請接著參照圖2，圖2是現有應用於封閉迴路之發光二極體驅動器中之脈波寬度調變信號產生器的方塊圖。此現有的脈波寬度調變信號產生器2包括電流/電壓轉換器21、誤差放大器22、比較器23、電容C。於此例中，電流/電壓轉換器21電性連接誤差放大器22的反向輸入端，誤差放大器22的輸出端電性連接比較器23的反向輸入端與電容C的一端，以及電容C的另一端連接到接地端GND。
電流/電壓轉換器21用來接收回授的發光二極體電流iLED，並且依據發光二極體電流iLED產生回授電壓。誤差放大器22的非反向輸入端與反向輸入端分別接收參考電壓VREF與基於發光二極體電流iLED產生的回授電壓，誤差放大器22依據參考電壓VREF與回授電壓產生誤差放大信號VC於其輸出端，從而對電容C進行充電或放電。比較器23的反向輸入端與非反向輸入端分別接收誤差放大信號VC與固定的鋸齒波信號FIXED_SAW，比較器23根據誤差放大信號VC與固定的鋸齒波信號FIXED_SAW輸出脈波寬度調變信號PWM_OUT於其輸出端。
由上述內容可以得知，當使用的電感不同時，發光二極體電流iLED會不同，且誤差放大信號VC會有所變化，故脈波寬度調變信號PWM_OUT的責任時間可以因此被調整。然而，當電感過大時，上述誤差放大器22可能會操作於低增益區，導致發光二極體電流iLED無法準確地被鎖定在預定電流值。
本發明實施例提供一種自動可調整的脈波寬度調變信號產生器。此自動可調整的脈波寬度調變信號產生器用於發光二極體驅動器中，且包括電流/電壓轉換器、誤差放大器、比較器、電容與斜率可調整的鋸齒波信號產生器。電容的兩端分別電性連接誤差放大器的輸出端與接地端。電流/電壓轉換器接收發光二極體電流，並據此產生回授電壓。誤差放大器接收回授電壓與參考電壓，並據此產生誤差放大信號。比較器接收誤差放大信號與斜率可調整的鋸齒波信號，並據此產生脈波寬度調變信號。斜率可調整的鋸齒波信號產生器接收誤差放大信號，依據誤差放大信號、上限電壓與下限電壓調整斜率可調整的鋸齒波信號的上升斜率，並輸出斜率可調整的鋸齒波信號。
據此，本發明實施例提供之自動可調整的脈波寬度調變信號產生器可以讓發光二極體驅動器具有抗電感之電感值變異的效果，亦即能夠使發光二極體驅動器適應於不同電感值的電感。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
iL1、iL2、iLED‧‧‧發光二極體電流
iLED‧‧‧平均電流
PWML1、PWML2、PWM_OUT、PWM_OUT_A‧‧‧脈波寬度調變信號
D1、D1’、D2、D2’‧‧‧責任時間
2‧‧‧脈波寬度調變信號產生器
3‧‧‧自動可調整的脈波寬度調變信號產生器
21、31‧‧‧電流/電壓轉換器
22、32‧‧‧誤差放大器
23、33、341‧‧‧比較器
34‧‧‧斜率可調整的鋸齒波信號產生器
342‧‧‧斜率可調整的鋸齒波信號產生電路
3421‧‧‧邏輯電路
3422‧‧‧可受控的電容充電電路
CS1~CSN‧‧‧電流源
SW1~SWN‧‧‧開關
C、C1、C2‧‧‧電容
GND‧‧‧接地端
FIXED_SAW‧‧‧固定的鋸齒波信號
VC‧‧‧誤差放大信號
VREF‧‧‧參考電壓
VH‧‧‧上限電壓
VL‧‧‧下限電壓
I1~IN‧‧‧電流
Adjustable_SAW‧‧‧斜率可調整的鋸齒波信號
圖1是應用於封閉迴路之發光二極體驅動器所產生之脈波寬度調變信號與發光二極體電流的波形圖。
圖2是現有應用於封閉迴路之發光二極體驅動器中之脈波寬度調變信號產生器的電路方塊圖。
圖3是本發明實施例提供之自動可調整的脈波寬度調變信號產生器的電路方塊圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件，且本文中所使用的術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
本發明實施例提供一種自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，所述自動可調整的脈波寬度調變信號產生器可以用於應用於封閉迴路之發光二極體驅動器中，所述發光二極體驅動器的架構例如可以是降壓式、升壓式或降壓-升壓式的架構。當發光二極體驅動器中構成濾波器的電感之電感值有所變化時，所述自動可調整的脈波寬度調變信號產生器可以相應地產生適合的脈波寬度調變信號，且自動可調整的脈波寬度調變信號產生器中的誤差放大器不會因為電感值過大而操作於低增益區。
更進一步地說，傳統作法是使用固定的鋸齒波信號，故較大的電感值使得誤差放大器操作於低增益區，導致發光二極體電流無法鎖在預定電流值。因此，若能改變鋸齒波信號的斜率，使其上升斜率變緩，則能夠避免誤差放大器操作於低增益區，從而讓發光二極體電流鎖在預定電流值。
本發明實施例的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器具有一個斜率可調整的鋸齒波信號產生器，其可以依據誤差放大信號、上限電壓與下限電壓來決定是否調整輸出之鋸齒波信號的斜率，以避免誤差放大器因電感的電感值過大而操作於低增益區，從而讓發光二極體電流鎖在預定電流值。
接著，請參照圖3，圖3是本發明實施例提供之自動可調整的脈波寬度調變信號產生器的電路方塊圖。自動可調整的脈波寬度 調變信號產生器3可以用於應用於封閉迴路之發光二極體驅動器中，且本發明不限制發光二極體驅動器的架構。
於此實施例中，自動可調整的脈波寬度調變信號產生器3包括電流/電壓轉換器31、誤差放大器32、電容C1、比較器33與斜率可調整的鋸齒波信號產生器34。電流/電壓轉換器31電性連接誤差放大器32的反向輸入端，且誤差放大器32的輸出端電性連接比較器33的反向輸入端、電容C1的一端與斜率可調整的鋸齒波信號產生器34的輸入端。電容C的另一端連接到接地端GND，且比較器33的非反向輸入端電性連接斜率可調整的鋸齒波信號產生器34的輸出端。
電流/電壓轉換器31用來接收回授的發光二極體電流iLED，並且依據發光二極體電流iLED產生回授電壓。電流/電壓轉換器31可以透過電阻或者其他感應電流產生電壓的元件來實現，且本發明不限制電流/電壓轉換器31的實現方式。
誤差放大器22的非反向輸入端與反向輸入端分別接收參考電壓VREF與基於發光二極體電流iLED產生的回授電壓，誤差放大器22依據參考電壓VREF與回授電壓產生誤差放大信號VC於其輸出端，從而對電容C1進行充電或放電。
比較器32的非反向輸入端與反向輸入端分別接收誤差放大信號VC與斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW，比較器32根據誤差放大信號VC與斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW輸出脈波寬度調變信號PWM_OUT_A於其輸出端。
電感值的變化可能使得誤差放大器31操作於低增益區，導致發光二極體電流iLED無法鎖在預定電流值，因此，斜率可調整的鋸齒波信號產生器34接收誤差放大信號VC，並且根據誤差放大信號VC來降低或提升斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW之上升斜率。於本發明實施例中，斜率可調整的鋸齒波信號產生器34是比較誤差放大信號VC與上限電壓VH，以及比較誤差放 大信號VC與下限電壓VL，來決定要降低或提升斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW之上升斜率，其中上限電壓VH與下限電壓VL係為誤差放大信號VC使誤差放大器32進入低增益操作區的兩門限電壓。
若誤差放大信號VC介於上限電壓VH與下限電壓VL之間，亦即誤差放大信號VC未大於上限電壓VH且未小於下限電壓VL，則維持斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW之上升斜率。若誤差放大信號VC大於上限電壓VH，則降低斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW之上升斜率。若誤差放大信號VC小於下限電壓VL，則提升斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW之上升斜率。如此，相應於電感值的變化，斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW之上升斜率也會跟著改變，以避免誤差放大器31操作於低增益區。
接著，進一步地說明斜率可調整的鋸齒波信號產生器34的其中一種實現方式，然而，本發明並非以下述的實現方式為限制。斜率可調整的鋸齒波信號產生器34包括比較器341與斜率可調整的鋸齒波信號產生電路342，其中比較器341電性連接斜率可調整的鋸齒波產生電路342。比較器341的非反向輸入端接收誤差放大信號VC，比較器341的兩個反向輸入端分別接收上限電壓VH與下限電壓VL，並且據此產生比較結果信號給所述斜率可調整的鋸齒波信號產生電路342。所述斜率可調整的鋸齒波信號產生電路342依據比較結果信號及其內部狀態控制其電容C2的電容值與/或流經電容C2的電流來改變或維持斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW的上升斜率。
於此實施例中，斜率可調整的鋸齒波信號產生電路342包括邏輯電路3421與可受控的電容充電電路3422。邏輯電路3421電性連接比較器341的輸出端，而可受控的電容充電電路3422電性連接邏輯電路3421的輸出端。邏輯電路3421為一個有限狀態機 (finite state machine)用以接收比較器341輸出的比較結果信號，並且根據比較結果信號與其內部狀態輸出多個控制信號給可受控的電容充電電路3422。可受控的電容充電電路3422接收多個控制信號，以調整其本身對其電容C2充電的電流，並且其輸出端從電容C2的一端輸出斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW。另外，可受控的電容充電電路3422還可以根據其中一個控制信號控制其電容C2的電容值。
可受控的電容充電電路3422的實現方式如下，但本發明並不以此為限。可受控的電容充電電路3422包括多個電流源CS1~CSN、開關SW1~SWN與電容C2，其中電流源CS1~CSN分別透過開關SW1~SWN與電容C2的一端電性連接，且電容C2的另一端電性連接接地端GND。電流源CS1~CSN用以輸出電流I1~IN，開關SW1~SWN受控於多個控制信號而被開啟或關閉，以調整流經C2的電流。另外，電容C2亦可以受控於控制信號，而調整其電容值。如此，電容C2可以輸出斜率可調整的鋸齒波信號Adjustable_SAW。
綜合以上所述，本發明實施例提供之自動可調整的脈波寬度調變信號產生器主要利用誤差信號來調整其鋸齒波信號的斜率，以避免誤差放大器因電感的電感值過大而操作於低增益區，從而讓發光二極體電流鎖在預定電流值。因此，使用所述自動可調整的脈波寬度調變信號產生器的發光二極體驅動器可以適應於不同電感值的電感，亦即具有抗電感之電感值變異的效果。另外一方面，對於系統廠而言，系統廠無須針對電感的電感值重新調整外部電路與根據晶片規格書的電感值範圍去重新設計發光二極體驅動器。
以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本發明之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
3‧‧‧自動可調整的脈波寬度調變信號產生器
iLED‧‧‧發光二極體電流
PWM_OUT_A‧‧‧脈波寬度調變信號
31‧‧‧電流/電壓轉換器
32‧‧‧誤差放大器
33、341‧‧‧比較器
34‧‧‧斜率可調整的鋸齒波信號產生器
342‧‧‧斜率可調整的鋸齒波信號產生電路
3421‧‧‧邏輯電路
3422‧‧‧可受控的電容充電電路
CS1~CSN‧‧‧電流源
SW1~SWN‧‧‧開關
C1、C2‧‧‧電容
GND‧‧‧接地端
VC‧‧‧誤差放大信號
VREF‧‧‧參考電壓
VH‧‧‧上限電壓
VL‧‧‧下限電壓
I1~IN‧‧‧電流
Adjustable_SAW‧‧‧斜率可調整的鋸齒波信號

Claims (9)

  1. 一種自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，係用於一發光二極體驅動器中，包括：一電流/電壓轉換器，用以接收一發光二極體電流，並據此產生一回授電壓；一誤差放大器，用以接收該回授電壓與一參考電壓，並據此產生一誤差放大信號；一第一比較器，用以接收該誤差放大信號與一斜率可調整的鋸齒波信號，並據此產生一脈波寬度調變信號；一第一電容，其兩端分別電性連接該誤差放大器的一輸出端與一接地端；以及一斜率可調整的鋸齒波信號產生器，用以接收該誤差放大信號，依據該誤差放大信號、一上限電壓與一下限電壓調整該斜率可調整的鋸齒波信號的一上升斜率，並輸出該斜率可調整的鋸齒波信號；其中該斜率可調整的鋸齒波信號產生器包括一第二比較器，用以接收該誤差放大信號、該上限電壓與該下限電壓，並據此產生一比較結果信號；其中該第二比較器的兩反向輸入端與一非反向輸入端分別接收該上限電壓、該下限電壓與該誤差放大信號。
  2. 如請求項第1項所述的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，其中該誤差放大器的一反向輸入端與一非反向輸入端分別用以接收該回授電壓與該參考電壓，該第一比較器的一反向輸入端與一非反向輸入端分別用以接收該誤差放大信號與該斜率可調整的鋸齒波信號。
  3. 如請求項第1項所述的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，其中當該誤差放大信號未大於該上限電壓與未小於該下限電壓，該斜率可調整的鋸齒波信號產生器維持該斜率可調整的 鋸齒波信號的該上升斜率；當該誤差放大信號大於該上限電壓，該斜率可調整的鋸齒波信號產生器降低該斜率可調整的鋸齒波信號的該上升斜率；以及當該誤差放大信號小於該下限電壓，該斜率可調整的鋸齒波信號產生器提升該斜率可調整的鋸齒波信號的該上升斜率。
  4. 如請求項第1項所述的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，其中該上限電壓與該下限電壓為該誤差放大信號使得該誤差放大器進入一低增益操作區的兩個門限電壓。
  5. 如請求項第1項所述的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，其中該斜率可調整的鋸齒波信號產生器包括：一斜率可調整的鋸齒波產生電路，用以接收該比較結果信號，並根據該比較結果信號與其一內部狀態來調整該斜率可調整的鋸齒波信號的該上升斜率。
  6. 如請求項第5項所述的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，其中該斜率可調整的鋸齒波產生電路依據該比較結果信號及其該內部狀態控制其一第二電容的一電容值與/或流經該第二電容的一電容電流。
  7. 如請求項第5項所述的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，其中斜率可調整的鋸齒波產生電路包括：一邏輯電路，係為一有限狀態機，接收該比較結果信號，並根據該比較結果信號與該內部狀態產生多個控制信號；以及一可受控的電容充電電路，用以接收該些控制信號，根據該些控制信號控制其一第二電容的一電容值與/或流經該第二電容的一電容電流。
  8. 如請求項第7項所述的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，其中該可受控的電容充電電路包括：多個電流源，用以產生多個電流；以及多個開關，受控於該些控制信號，而選擇性地將該些電流傳送 給該第二電容；以及該第二電容，其兩端分別電性連接該些開關與該接地端。
  9. 如請求項第8項所述的自動可調整的脈波寬度調變信號產生器，其中該第二電容的該電容值被該控制信號所調整。
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