直流轉直流轉換電路及其控制器的制作方法

專利名稱：直流轉直流轉換電路及其控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流轉直流轉換器及其控制器，且特別涉及一種可同時 提供升壓及降壓功能的直流轉直流轉換器其控制器。
背景技術：
在現有的背光裝置中，大多采用冷陰極螢光燈管作為光源。但是近年來 由于光電器件技術水準的提升，發光二極體具有小尺寸、低操作電壓、壽命 長、色彩飽和度高等諸多優點。因此，使用發光二極體作為背光裝置的光源， 已成為另一種新的選^^。發光二極體以直流電壓加以驅動，而為了使每個發光二極體的亮度一致， 公知是以串聯方式使每顆發光二極體的電流相同。圖1為一種現有的利用升壓電路的發光二極體驅動電路。請參照圖1，該電路包含控制器110以及升 壓轉換電路；該升壓轉換電路包含電感121、開關122、 二極體123及電容 124。開關122受控制器110的控制信號于開路(turn off )、短路(turn on ) 兩狀態間切換。當開關122于短路狀態時，電感121儲存來自輸入電壓的電 力，于開路狀態時，電感121將儲存的能量透過二極體123傳遞給電容124。 該電容124儲存來自電感121的能量而產生一輸出電壓，以驅動發光二極體 組130發光。 一電阻141,連接該發光二極體組130,以才全測流經該發光二極 體組130的電流大小，并產生一回授信號至控制器110。該控制器110根據 該回授信號來調整控制信號的脈寬，使發光二極體組130的電流受控在穩定 值上，使發光二極體組130穩定發光。該升壓電路的升壓倍率(輸出電壓/ 輸入電壓)為1/(1-D), D為控制信號的工作周期，因此，升壓電路無法輸出 低于輸入電壓的輸出電壓。圖2為一種現有的利用降壓電路的發光二極體驅動電路。請參照圖2, 該電路包含控制器210以及降壓轉換電路；該降壓轉換電路包含電感221、 開關222、 二極體223及電容224。當開關222于短路狀態時，輸入電壓將電 力輸給電感221及電容224;于開路狀態時，電感221將儲存的能量透過二
極體223傳遞給電容224。該電容224產生一輸出電壓，以驅動發光二極體 組230發光。 一電阻241，連接該發光二極體組230,以檢測流經該發光二極 體組230的電流大小，并產生一回授信號至控制器210。該控制器210根據 該回授信號來調整控制信號的脈寬，使發光二極體組230的電流受控在穩定 值上，使發光二極體組230穩定發光。該降壓電路的降壓倍率(輸出電壓/ 輸入電壓)為(1-D), D為控制信號的工作周期，因此，降壓電路無法輸出高于豐lr入電壓的專lr出電壓。由于升壓電路與降壓電路受限于其轉換的倍率的限制，難滿足一般常見的驅動需求。例如利用7.4V的鋰電池作為輸入電源，當用以驅動兩顆串聯 白光發光二極體時，需要產生6 7伏的驅動電壓，此時需降壓電路架構。而 當用以驅動三顆串聯白光發光二極體時，需要產生10~11伏的驅動電壓，此 時需升壓電路架構。因此，實際的應用上，常需配合不同需求提供不同的轉 換架構，相當的不便。鑒于上述問題，亦有以升降壓(Sepic)電路來驅動發光二極體。參考圖 3，為一種現有的利用升降壓電路的發光二極體驅動電路。該電路包含控制器 310以及升降壓轉換電路；該升降壓轉換電路包含電感321、 325、開關322、 二極體323及電容324、 32(,。當開關322于短路狀態時，電感321儲存來自 輸入電壓的電力，于開路狀態時，電感321將儲存的能量經電感321及電容 324的降壓并透過二極體323傳遞給電容326。該電容326儲存來自電感321 的能量而產生一輸出電壓，以驅動發光二極體組330發光。 一電阻341,連 接該發光二極體組330,以檢測流經該發光二極體組330的電流大小，并產 生一回授信號至控制器310.該控制器310根據該回授信號來調整控制信號 的脈寬，使發光二極體組330的電流受控在穩定值上，使發光二極體組330 穩定發光。該升降壓電路的轉換倍率(輸出電壓/輸入電壓)為D/(1-D), D 為控制信號的工作周期。當0>50%時，該升降壓電路輸出高于輸入電壓的輸 出電壓，而D〈50y。時，該升降壓電路輸出低于輸入電壓的輸出電壓。因此， 該升降壓電路可配合不同的需求而提供升壓或降壓的輸出，相當方便。然而，這種升降壓電路，相較于升壓或降壓電路需增加一電感及一電容， 除成本較高外，其轉換效率也較低。因此仍有其使用上的缺陷。

發明內容
鑒于現有的直流轉直流轉換器的缺點，本發明的目的為提供一種可升降 壓的直流轉直流轉換器，該可升降壓的直流轉直流轉換器使用較少的器件， 可降^氐電路成本。本發明的再一 目的是提供一種高效率的可升降壓直流轉直流轉換器。本發明的又一目的是提供一種具有保護功能的發光二極體驅動電路，該 驅動電路可提供升降壓功能，以配合不同驅動需求。本發明的另一目的是提供一種具有電平調整的控制器，可調整直流轉直 流轉換器的檢測信號，以正確處理信號。本發明的另一目的是提供一種高效率的可升壓直流轉直流轉換器，其為 利用本發明的可升降壓直流轉直流轉換器的架構然改變負載的連接關系而4曰付。基于上述及其它目的，本發明提出一種直流轉直流轉換器，用以驅動一 負載。該直流轉直流轉換器包含開關、電感、電容以及控制器。該開關具有 第一端、第二端以及控制端，該第一端耦合一直流輸入電源，該控制端耦合 一控制信號使該開關根據該控制信號而于開路或短路狀態之間切換。該電感 的一端耦接該開關的該第二端，另 一端耦接地。該整流器件的負端耦接于該 開關與該電感的耦接點。該電容的一端耦接該整流器件的正端并提供一輸出 電壓以驅動該負載，另一端耦合該直流輸入電源或耦接地。該控制器用以輸 出該控制信號。本發明也提出另一種直流轉直流轉換器，用以驅動一負載。該直流轉直 流轉換器包括開關、電感、電容以及控制器。該開關具有第一端、第二端以 及控制端，該第二端耦接地，該控制端耦合一控制信號使該開關根據該控制 信號而于開路或短路狀態之間切換。該電感的一端耦接該開關的該第一端， 另一端耦合一直流輸入電源。該整流器件的正端耦接于該開關與該電感的耦 接點。該電容的一端耦接該整流器件的負端并提供一輸出電壓，另一端耦合 該直流輸入電源或耦接地。該控制器用以輸出該控制信號。其中，該負載的 一端耦接該整流器件的負端，另 一端耦合于該直流輸入電源。本發明亦提出一種直流轉直流轉換電路，用以驅動一負載。該直流轉直 流轉換電路包括電感、開關.電容以及整流器件。該開關具有第一端、第二 端及控制端，該開關與該電感以串聯方式耦接于一第一共同電位及一第二共 同電位之間，其中，該開關的該第一端耦接該電感的一端。該電容的一第一
端與該負載的一第一端相互耦接，而該電容的一第二端與該負載的一第二端 分別耦接于該第一共同電位及該第二共同電位，而該電容的該第一端提供一 輸出電壓。該整流器件的一端耦接于該電感的該端及另一端耦接該電容的該 第一端。其中，該開關的該控制端根據一控制信號而于開路或短路狀態之間 切換。本發明又提出另一種直流轉直流轉換電路，用以驅動一負載。該直流轉 直流轉換電路包括電感、開關、電容以及整流器件。該開關具有第一端、第 二端及控制端，該開關與該電感以串聯方式耦接于一第一共同電位及一第二 共同電位之間，其中，該開關的該第一端耦接該電感的一端。該電容的一第 一端與該負載的一第一端耦接，該電容的一第二端與該負載的一第二端耦接， 該電容的該第二端耦接于該第一共同電位及該第二共同電位之一。該整流器 件的一端耦接于該電感的該端及另一端耦接該電容的該第一端。其中，該開 關的該控制端根據一控制信號而于開路或短路狀態之間切換。本發明也提出一種控制器，用以控制直流轉直流轉換電路。該控制器包 含電平調整裝置、誤差生成器、振蕩器、脈寬調制器以及驅動電路。該電平 調整裝置接收指示該直流轉直流轉換電路操作狀態的 一檢測信號，并調整該 檢測信號的電平。該誤差生成器根據調整電平后的該檢測信號及一參考電壓 產生一誤差信號。該振蕩器產生一振蕩信號。該脈寬調制器根據該誤差信號 及該振蕩信號產生一脈寬調變信號。該驅動電路根據該脈寬調變信號產生一 控制信號以控制該直流轉直流轉換電路。為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉優 選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1為一種現有的利用升壓電路的發光二極體驅動電路示意圖。圖2為一種現有的利用降壓電路的發光二極體驅動電路示意圖。 圖3為一種現有的利用升降壓電路的發光二極體驅動電路示意圖。 圖4為根據本發明的一優選實施例的直流轉直流轉換器示意圖。 圖5為根據本發明的另一優選實施例的直流轉直流轉換器示意圖。 圖6為根據本發明的又一優選實施例的直流轉直流轉換器示意圖。 圖7為根據本發明的再一優選實施例的直流轉直流轉換器示意圖。
圖8Af)j 8D分別為根據圖4到圖7而修改的直流轉直流轉換器的示意圖。 圖9A及9B分別為圖4及圖6中的控制器的輸入電壓(VDD)引腳由耦合 輸入電壓改為耦合輸出電壓的直流轉直流轉換器的示意圖。主要組件符號說明
控制器110、 210、 310、 410、 510、 610、 710、 810、 910 誤差生成器411、 511、 611、 711、 911 基準電壓生成器412、 512、 612、 712、 912 脈寬調制器413、 513、 613、 713、 913 振蕩器414、 514、 614、 714、 914 驅動電路 調光單元 保護電路 分壓裝置電平調整器419a、 419b、 619a、 619b電感121、 221、 321、 325、 421、 521、 621、 721、 821、 921 開關122、 222、 322、 422、 522、 622、 722、 822、 922 二極體123、 223、 323、 423、 523、 623、 723、 823、 923 電容124、 224、 324、 326、 424、 524、 624、 724、 824、 924 負載:130、 230、 330、 430、 530、 630、 730、 830、 930 電流檢測電路141、 241、 341、 441、 541、 641、 741、 841、 941 電壓4企測電^各442、 542、 642、 742、 842、 942 車命入電壓Vin 豐俞出電壓Vout415、515、615、715、915416、516、616、716、916417、517、617、717、917418、618具體實施方式
圖1的升壓電路的轉換倍率(Vo/Vi)大于1 (1/(1-D), D=0~1)，因 此若能將原輸出電壓Vo減去Vi,即可創造出轉換倍率的范圍由0到oo，使 升壓及降壓均成為可能。即，Vo，/Vi = 0~w,其中Vo、Vo-Vi。參考圖4,其為根據上述本發明的精神的一優選實施例。圖4所示的直 流轉直流轉換器包括一控制器410、 一電感421、 一開關422、一整流器件423、 一電容424以及一檢測裝置，其中檢測裝置可包含電流檢測單元441及電壓
檢測單元442。開關422具有一第一端、 一第二端以及一控制端，該第二端 耦接地，該控制端耦合控制器410的控制信號使該開關根據該控制信號而于 開路(turn off)或短路(turn on)狀態之間切換。電感421的一端耦接開 關422的第一端，另一端耦合一直流輸入電源Vin。整流器件423的正端耦 接于開關422與電感421的耦接點(即，耦接開關422的第一端)。電容424 的一端耦接整流器件423的負端并提供一輸出電壓，另一端耦接地。負載430 (在此負載為發光二極體組)的一端耦接整流器件423的負端，另一端耦合 于直流輸入電源Vin。當開關422于短路狀態時，電感421儲存來自輸入電壓的電力，于開路 狀態時，電感421將儲存的能量透過整流器件423傳遞給電容424及負載430。 電容424于開關422處于開路狀態時儲存來自電感421的能量，于開關422 處于短路狀態時，釋放儲存的電力至發光二極體組430，藉由儲存及釋放能 量而輸出一穩定的輸出電壓，以驅動發光二極體組430持續發光。控制器410 根據電流檢測單元441的檢測信號，得知發光二極體組430的操作狀態(即 流經的電流大小)，并根據該檢測信號調整輸出的控制信號的工作周期，藉此 使發光二極體的流經電流穩定于一預定值而穩定發光。圖4所示直流轉直流 轉換器的轉換倍率為(Vout-Vin)/Vin=D/(l-D),其中D=0~1,所以其倍率 范圍為0~ w。由于輸入電壓Vin在實際操作上也同時提供電力使控制器410運作，而 電流檢測單元441的一端耦合至輸入電壓Vin,故其檢測信號高于輸入電壓 Vin。如此，現有的控制器無法直接處理該檢測信號。在此實施例中，將檢測 信號先經分壓單元分壓后再處理。而該分壓裝置可以內建于控制器內(如圖 4)或于電流檢測單元內(參考圖6)。對控制器410內部的詳細操作進行如下說明。檢測信號耦合至電平調整器419a的第一輸入端，而第二輸入端則接收經 分壓裝置418的分壓參考信號，其中分壓裝置418耦合該輸入電壓Vin以產 生該分壓參考信號。藉此，電平調整器419a將檢測信號進行電平調整，使檢 測信號內的輸入電壓Vin的成分濾除并輸出給誤差生成器411。電平調整器 419a可以是類比的加/減法器。誤差生成器411根據該誤差比較信號及基準 電壓生成器412的一參考電壓產生一誤差信號，該誤差信號指示出流經發光 二極體組430的電流與預定值的差值大小。脈寬調制器413根據誤差信號及 振蕩器414的斜坡振蕩信號而產生一脈寬調變信號，該脈寬調變信號的脈寬 會隨著誤差信號的大小調整。驅動電路415根據該脈寬調變信號而調整該控 制信號的脈寬。當發光二極體組430的電流小于預定值，則控制信號的脈寬 增大，使開關(在本實施例為N型金屬氧化半導體場效應晶體管，NM0SFET) 的短路(turn on)的時間比例增加，傳送更多的能量至發光二極體組430; 當發光二極體組430的電流大于預定值，則控制信號的脈寬變小，使開關的 短路的時間比例減小，而減少傳送至至發光二極體組430的能量。藉由上述 過程，發光二極體組430的電流可約略維持在預定值附近。控制器410可還包含調光單元416，以接收一調光控制信號，并根據調 光控制信號控制驅動電路4t5所輸出的該控制信號，而達到PWM調光功能。 其中調光控制信號可以是直流信號或脈沖信號。另外，為了避免轉換電路因短路、發光二極體燒毀或其它異常原因，造 成輸出電壓不當地升高或降低。在控制器410內可還包含一保護電路417。 保護電路417耦合電壓檢測單元442的電壓檢測信號，并判斷輸出電壓Vout 是否低于一第一預設電壓或高于一第二預設電壓，其中該一第一預設電壓及 第二預設電壓可由基準電壓生成器提供。當判斷輸出電壓Vout低于一第一預 設電壓(過低壓狀態)或高于一第二預設電壓(過高壓狀態)時，輸出保護 信號至驅動電路415以調整該控制信號，使422開關停止切換動作。由于發 光二極體組430耦合于輸出電壓Vout及輸入電壓Vin之間，電壓檢測單元 442的電壓檢測信號除了發光二極體組430的驅動電壓外，還如同電流檢測 單元441的檢測信號般，包含輸入電壓Vin的成分，故仍需要進行電平調整， 以濾除輸入電壓Vin的成分。電平調整器419b的第一輸入端接收該電壓檢測 信號，第二輸入端接收分壓裝置418的分壓參考信號，以輸出濾除輸入電壓 V i n成分的電壓檢測信號至保護電路417 。圖5為本發明的另一優選實施例，其相較于圖4的轉換電路將輸出電壓 轉成負電壓。圖5所示的直流轉直流轉換器包括一控制器510、 一電感521、 一開關(本實施例為P型金屬氧化半導體場效應晶體管，PM0SFET) 522、 一 整流器件523、 一電容524以及一檢測裝置，其中檢測裝置可包含電流檢測 單元541及電壓檢測單元542。開關522具有一第一端、 一第二端以及一控 制端，該第一端耦接直流輸入電源Vin，該控制端耦合控制器510的控制信 號使該開關522根據該控制信號而于開路(turn off)或短路(turn on)狀
態之間切換。電感521的一端耦接開關522的第二端，另一端耦接地。整流 器件523的負端耦接于開關522與電感521的耦接點(即，耦接開關522的 第二端)。電容524的一端耦接整流器件523的正端并提供一輸出電壓，另一 端4禺合該直流輸入電源Vin。負栽的發光二極體組530 —端耦4妄整流器件523 的正端，另一端耦接地。當開關522于短路狀態時，電感521儲存來自輸入電壓的電力，于開路 狀態時，電感521將儲存的能量透過整流器件523傳遞給電容524及發光二 極體組530。電容524于開關522處于開路狀態時儲存來自電感521的能量， 于開關522處于短路狀態時，釋放儲存的電力至發光二極體組530,藉由儲 存及釋放能量而輸出一穩定的輸出電壓，以驅動發光二極體組530持續發光。 根據伏-秒平衡(volt-second balance): D*Vin= (1-D) * (-Vout)，所以圖5 所示直流轉直流轉換器的轉換倍率(-Vout/Vin)為D/ (1-D),其范圍為0 ~ °° 。由于圖5所示的控制器510的接地引腳(GND pin)耦接于-Vout,故可 正確地直接處理電流檢測單元541的檢測信號以及電壓檢測單元542的電壓 檢測信號，而不需要如圖4的控制器410般需要電平調整器來調整檢測信號 及電壓檢測信號。然而，若實際上控制器510的GND引腳耦接地，而因為檢 測信號及電壓檢測信號低于接地端的電壓，控制器510仍會面臨無法檢測信 號及電壓檢測信號超出可處理范圍，依然需要以電平調整器調整檢測信號及 電壓檢測信號后，再分別提供給誤差放大器511及保護電路517進行處理。圖5所示的控制器510主要包含誤差生成器511、基準電壓生成器512、 脈寬調制器513、振蕩器514及驅動電路515;另可包含調光電路516用以調 光的用，以及可還包含保護電路517用以保護輸出電壓的過高壓或過低壓的 異常狀態。圖5中的調光電路516接收一調光控制信號，并根據調光控制信 號控制誤差放大器511的一輸入端的電平，進而控制該驅動電路所輸出的該 控制信號而達到P醫調光功能。當然除圖4或圖5的接法外，調光電路516 也可以耦接到其它組件，如脈寬調制器等，來達到P麗.調光，此為本技術 領域者所熟知。而控制器510的一般操作及保護操作的原理均與圖4的控制 器410相同，在此不再累述。對于圖2的降壓電路的轉換倍率(Vo/Vi)為D， D = 0~1,若能將原輸 入電源Vi減去Vo, Vo/Vi， = D/(l-D)，則其轉換倍率范圍即為G~ w,其中 Vi，-Vi-Vo。如此，即可使—升壓及降壓均成為可能。 參考圖6,為根據上述發明的精神的優選實施例。在本實施例中的輸入電壓Vin即為上述說明中的Vi，，輸出電壓Vout即為上述說明中的Vo。圖6 所示的直流轉直流轉換器包括一控制器610、 一電感621、 一開關622、 一整 流器件623、 一電容624以及一;f金測裝置，其中^^測裝置可包含電流^r測單 元641及電壓檢測單元642。各組件間的連接關系如下說明。開關622具有 一第一端、 一第二端以及一控制端，該第二端耦接地，該控制端耦合控制器 610的控制信號使該開關根據該控制信號而于開路(turn off )或短路(turn on)狀態之間切換。電感621的一端耦接開關622的第一端，另一端耦合一 直流輸入電源Vin。整流器件623的正端耦接于開關622與電感621的耦接 點(即，耦接開關622的第一端)。電容624的一端耦接整流器件623的負端 并提供一輸出電壓，另一端耦合于輸入電壓Vin。負載的發光二極體組630 與電容624并聯于輸入電壓Vout(耦接整流器件623的負端)與輸入電源Vin 之間。當開關622于短路狀態時，電感621儲存來自輸入電壓的電力，于開路 狀態時，電感621將儲存的能量透過整流器件623傳遞給電容624及負載630。 電容624于開關622處于開路狀態時儲存來自電感621的能量，于開關622 處于短路狀態時，釋放儲存的電力至發光二極體組630,藉由儲存及釋放能 量而輸出一穩定的輸出電壓，以驅動發光二極體組630持續發光。圖6所示 直流轉直流轉換器的轉換倍率為(Vout-Vin)/Vin=D/(l-D),其中D=0~1， 所以其倍率范圍為0~ c 。由于圖6所示的控制器610的輸入電壓引腳(VDDpin)耦接于輸入電壓 Vin，而電流檢測單元641的檢測信號以及電壓檢測單元642的電壓檢測信號 均高于輸入電壓Vin,故需要經電平調整器來調整檢測信號及電壓檢測信號 的電平后，再分別提供給誤差放大器611及保護電路617進行處理。關于電 平調整的描述，請參考圖4的說明，在此不再累述。圖6所示的控制器610主要包含誤差生成器611、基準電壓生成器612、 脈寬調制器613、振蕩器614及驅動電路615;另可包含調光電路616用以調 光的用，以及可還包含 保護電路617用以保護輸出電壓的過高壓或過低壓的 異常狀態。控制器610的一般操作、調光操作及保護操作的原理均與上述實 施例中的控制器相同，在此不再累述。圖7為本發明的另一優選實施例，其相較于圖6的轉換電路將輸出電壓
轉成負電壓。圖7所示的直流轉直流轉換器包括一控制器710、 一電感721、 一開關722 (本實施例為P型金屬氧化半導體場效應晶體管，PM0SFET)、 一 整流器件723、 一電容724以及一檢測裝置，其中檢測裝置可包含電流檢測 單元741及電壓^:測單元7"。各組件間的連4妾關系iJL明如下。開關722具有一第一端、 一第二端以及一控制端，該第一端耦接直流輸 入電源Vin,該控制端耦合控制器710的控制信號使該開關722根據該控制 信號而于開路(turn off)或短路(turn on)狀態之間切換。電感721的一 端耦接開關722的第二端，另一端耦接地。整流器件723的負端耦接于開關 722與電感721的耦接點(:印，耦接開關722的第二端)。電容724的一端耦 接整流器件723的正端并提供一輸出電壓，另一端耦接地。負載的發光二極 體組730 —端耦接整流器件723的正端，另一端耦接地。當開關722于短路狀態時，電感721儲存來自輸入電壓的電力，于開路 狀態時，電感721將儲存的能量透過整流器件723傳遞給電容724及發光二 極體組730。電容724于開關722處于開路狀態時儲存來自電感721的能量， 于開關722處于短路狀態時，釋放儲存的電力至發光二極體組730,藉由儲 存及釋放能量而輸出一穩定的輸出電壓，以驅動發光二極體組730持續發光。 根據伏-秒平衡(volt-second balance): D*Vin= (1-D) * (-Vout),所以圖7 所示直流轉直流轉換器的轉換倍率(-Vout/Vin)為D/(l-D),其范圍為0~ w。由于圖7所示的控制器710的GND引腳耦接于-Vout,故可正確地直接處 理電流檢測單元741的檢測信號以及電壓檢測單元742的電壓檢測信號，而 不需要如圖6的控制器610般需要電平調整器來調整檢測信號及電壓檢測信 號。然，若實際上控制器7:10的GND引腳耦接地，而因為檢測信號及電壓檢 測信號低于接地端的電壓，控制器710仍會面臨無法檢測信號及電壓檢測信 號超出可處理范圍，依然需要以電平調整器調整檢測信號及電壓檢測信號后， 再分別提供給誤差放大器7] 1及保護電路717進行處理。圖7所示的控制器710主要包含誤差生成器711、基準電壓生成器712、 脈寬調制器713、振蕩器714及驅動電路715;另可包含調光電路716用以調 光的用，以及可還包含保護電路717用以保護輸出電壓的過高壓或過低壓的 異常狀態。控制器710的一般操作、調光操作及保護操作的原理均與上述實 施例的控制器相同，在此不再累述。根據上述說明可知，本發明的直流轉直流轉換電路基于現有的升壓電路
及降壓電路的基本架構改變各組件與輸出電壓、輸入電壓及接地的連接關系， 而得到具有升降壓功能的直流轉直流轉換電路。相對于現有的升降壓電路， 不僅所需組件數較少，而且轉換效率相近于現有的升壓電路或降壓電路，高 于現有的升降壓電路。相輕-于現有的升壓電路或降壓電路，本發明的直流轉 直流轉換電路具有升壓及降壓功能，其實際的應用可配合更多種的驅動需求， 而無僅能使用于升壓或降壓的限制。對于以發光二極體作為手持裝置液晶螢 幕的背光源而言，尤為適合。請參考圖4及圖6的轉換電路，及圖5及圖7的轉換電路，雖然是分別 基于現有的升壓電路及降壓電路而來，然其差異點卻僅在于電容是耦合到輸 入電壓Vin或耦接地。這是由于不論是基于升壓電路及降壓電路，其電容的 作用在于穩定輸出電壓，故其一端必須與負載的一端耦接，而電容的另一端 則必須耦接于一個穩定的電壓，也是輸入電壓Vin (第一個共同電位)或耦 接地(第二個共同電位)。在圖4到圖7的實施例中的共通點在于電感與開關以串聯方式耦接于 輸入電壓與接地間，也就是第一個共同電位及第二個共同電位之間。而差異 點在于在圖4及圖5的實施例中，負載與電容也以串聯方式耦接于輸入電 壓與接地間(也就是第一個共同電位及第二個共同電位之間)，電感與開關的 連接點與負載與電容的連接點透過整流器件相互耦接，而且電感的另一端與 負載的另一端耦接，而電容的另一端與開關的另一端耦接。在圖6及圖7的 實施例中，負載與電容以并聯方式耦接，電容(與負載并聯結構的)第一端 透過整流器件耦接至電感與開關的連接點，電容的第二端耦接至電感的另一 端，即耦接至輸入電壓或接地(也就是第一個共同電位及第二個共同電位其 中之一)。倘若圖4與圖5中的電容的另一端由耦接該開關另一端改為耦接電感的 另一端(負載的另一端改為耦接開關的另一端耦接)，參考圖8A及8B，則轉 換電路的轉換倍率成為1/(1-D)，而成為升壓電路。在圖8A中，該控制器810 的輸入電壓(VDD)引腳耦合至該輸出電壓，接地(GND)引腳耦接地；而在 圖8B中，該控制器810的輸入電壓(VDD)引腳耦合至該輸入電壓，而接地 (GND)引腳耦合至該輸出電壓。而由于圖8A及圖8B中的控制器的接地(GND) 引腳及輸入電壓(VDD)引腳的一耦合至該輸出電壓，該電流檢測電路841， 不論耦接于電容824與負載830之間(如圖8A)或負載830與開關822之間 (如圖8B),控制器810均可正確處理電流才企測電路841的4企測信號而不需 要電平處理器來調整檢測信號的電平，所以可增加電路設計的便利性。另夕卜， 參考圖8A,相較于圖l，將控制器810的VDD引腳改接Vout，如此，控制器 必須先藉由電容的能量來啟動。若電容仍如圖1所示般接地，則電容的電壓 將比輸入電壓減去整流器件823的順向偏壓，將可能使控制器無法正常啟動。 因此，圖8A所示的電容824的一端由接地改為耦接輸入電壓的接法，將可避 免現有技術上述的問題。而電壓檢測電路842的兩端可如圖8A般耦接至該電容824的兩端，或如 圖8B般耦接至該負載830的兩端。不過，圖8B的電壓檢測電路842非直接 量測負載830的跨壓，所以其電壓檢測信號將多了輸入電壓Vin的成分，而 在控制器810的內部需如圖4的控制器410或圖6的控制器610所示般具有 電平調整器，以調整電壓檢測信號的電平濾除輸入電壓Vin的成分。而圖8A 的電壓檢測電路842直接量測負載830的跨壓，則控制器810的內部不需電 平調整器。另外，如果圖8A及圖8B的控制器810的VDD引腳及GND引腳改 為分別耦接輸入電壓及耦接地，則控制器必須包含一電平調整器，用以調整 電壓檢測電路842的電壓檢測信號的電平以濾除輸入電壓Vin的成分，其中 電流檢測電路841僅能耦接負載830與開關822之間，使控制器810能正確 地處理電流檢測電路841的檢測信號。相同地，倘若圖6與圖7中的電容的另一端由耦接該電感另一端改為耦 接開關的另一端，參考圖8C及圖8D,則轉換電路的轉換倍率成為1/(l-D)， 而成為升壓電路。在圖8C中，該控制器810的輸入電壓(VDD)引腳耦合至 該輸出電壓，接地(GND)引腳耦接地；而在圖8D中，該控制器810的輸入 電壓(VDD)引腳耦合至該輸入電壓，而接地(GND)引腳耦合至該輸出電壓。 而由于圖8C及圖8D中的控制器的接地(GND)引腳及輸入電壓(VDD)引腳 的一耦合至該輸出電壓，該電流檢測電路841，不論耦接于輸出電壓與負載 830之間(如圖8C)或負載830與輸入電壓Vin之間(如圖8D ),控制器810 均可正確處理電流檢測電路841的檢測信號而不需要電平處理器來調整檢測 信號的電平，所以可增加電路設計的便利性。而電壓#全測電路842的兩端可如圖8C般耦接至該負載830的兩端，或如 圖8D般耦接至該輸出電壓(負載830的一端)及電感另一端。不過，圖8D 的電壓檢測電路842非直接量測負載830的跨壓，所以其電壓檢測信號將多
了輸入電壓Vin的成分，而在控制器810的內部需如圖4的控制器410或圖 6的控制器610所示般具有電平調整器，以調整電壓檢測信號的電平濾除輸 入電壓Vin的成分。而圖8C的電壓檢測電路842直接量測負載830的跨壓， 則控制器810的內部不需電平調整器。另外，如果圖8C及圖8D的控制器810 的VDD引腳及GND引腳改為分別耦接輸入電壓及耦接地，則控制器必須包含 一電平調整器，用以調整電壓檢測電路842的電壓檢測信號的電平以濾除輸 入電壓Vin的成分，其中電流檢測電路841僅能耦接負載830與開關822之 間，使控制器810能正確地處理電流檢測電路841的檢測信號。如同圖5及圖7,將控制器的GND耦合至輸出電壓，即可正確處理檢測 裝置的信號般，圖4及圖6中的控制器的VDD引腳由耦合該輸入電壓改為耦 合該輸出電壓后(參考圖9A及圖9B),控制器即可正確地處理檢測裝置的信 號而不需要電平調整器。在圖9A及圖9B中，電容924的一端提供該輸出電 壓，負載930的一端耦接該輸入電壓Vin。而電流檢測電路941的一端耦接 于電容924的該端，電流檢測電路941的另一端耦接負栽930的另一端之間。 此時，由于控制器910的信號處理范圍為0V到輸出電壓Vout，故可正確處 理電流檢測電路941的檢測信號而不需要電平調整器。相反地，圖4及圖6 中的的VDD引腳耦合該輸入電壓，為了電流檢測電路與控制器間有一共同的 電位，電流檢測電路的一端需要耦接該輸入電壓(即該電感的一端)，另一端 耦接至負載，造成檢測信號超過控制器的信號處理范圍而需要以電平調整器 調整信號電平。而電壓檢測電路942的兩端，可分別耦接該負載930的兩端 而與負載930并聯，以量測負載930的真正跨壓而不若圖4般多了輸入電壓 的成分。當然，正確地i兌電壓檢測電路942會多量測到電流;f全測電路941所 造成的壓降，然實際上該壓降相當低而可忽略。由于本發明的負載的低電平端(即發光二極體組的負端)與控制器的GND 引腳不一定等電位(例如圖4及圖5的實施例為非等電位)或負載的高電 平端(即發光二極體組的負端)與控制器的VDD引腳不一定等電位，造成電 流檢測電路的檢測信號有可能超過控制器可處理的信號電平范圍而需要電平 調整。另外，電壓檢測電路用以檢測跨于負載上的驅動電壓是否過高或過低， 原則上電壓檢測電路與負載應為并聯關系，然而在電壓檢測電路的一端需要 與控制器的VDD引腳或GND引腳等電位使控制器與電壓檢測信號有共同的參 考電位的條件下，會造成電壓檢測信號多了輸入電壓Vin的成分而需要加以
補償(如圖4、圖6、圖8B、圖8D或圖5及圖7的控制器的GND引腳耦接 地的情況)。以下說明電流檢測電路、電壓檢測電路、控制器及負載間的耦接 關系，使^r測裝置可適當地檢測所需信號及控制器可正確地處理檢測裝置的 信號。為了使其產生的信號能被控制器適當的處理，則電流檢測單元及電壓檢 測單元必須有一端耦合至控制器的VDD引腳及GND引腳所連接電位。如此， 信號和控制器間有一共同電平，而使控制器可基于該共同電平來處理信號。 對于電流檢測電路，為了檢測輸出負載的電流而與負載串聯。當電流檢測電 路的一端耦接至負載的負端(即低電位端)時，而另一端耦接至控制器的GND 引腳(如圖5及圖7中控制器的GND引腳與電流檢測電路的另一端均耦合輸 出電壓、或圖8A控制器的GND引腳與電流檢測電路的另一端均耦接地)，或 者電流檢測電路的一端耦接至負載的正端(即高電位端)時，而另一端耦接 至控制器的VDD引腳時(如圖8B中控制器的VDD引腳與電流檢測電路的另一 端均耦合輸入電壓、或圖9中控制器的VDD引腳與電流檢測電路的另一端均 耦合輸出電壓)，電流檢測電路的檢測信號未包含有輸入電壓的成分而不需要 電平調整。然而，當電流檢測電路的一端耦接至負栽的負端時，而另一端耦 接至控制器的VDD引腳(如圖4、圖6,電流檢測電路的另一端與控制器的 VDD引腳均耦合輸入電壓)，或者電流檢測電路的一端耦接至負載的正端時， 而另一端耦接至控制器的GM)引腳時(如圖5、圖7所示的控制器的GND引 腳耦接地時，電流檢測電路需要改成一端耦接至負載的正端，另一端耦接地)， 電流檢測電路的檢測信號將包含有輸入電壓的成分而需要電平調整。而電壓檢測電路為了檢測輸出電壓過高或過低，故一端需要耦接該輸出 電壓。當控制器也耦合至該輸出電壓時，控制器、負載與電壓檢測電路有共 同的電位下，電壓檢測電路可與(串聯的電流檢測電路和)負栽以并聯方式 連接，此時，電壓檢測信號可正確檢測負載上的跨壓而不需要電平調整(如 圖5、圖7中控制器的GND引腳耦合該輸出電壓、或圖9A及圖9B中控制器 的VDD引腳耦合該輸出電壓》;然若電壓^r測電路未與(串聯的電流檢測電路 和)負載并聯而是電壓檢測電路的兩端分別耦接至電容的兩端，則電壓檢測 信號將多了輸入電壓成分而需要加以電平調整(如圖5或圖7的電壓檢測電 路另一端改耦接至輸入電壓Vin、或圖4及圖6的電壓檢測電路另一端耦接 地)。當控制器未耦合至該輸出電壓時，而是VDD引腳耦接輸入電壓而GND引 腳耦接地時，則電壓檢測電路的另 一端可耦接輸入電壓或耦接地，然電壓檢 測信號必然有輸入電壓成分而需要加以電平調整。雖然本發明已以優選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，本領 城的技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，因 此，本發明的保護范圍當視所附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種直流轉直流轉換電路，用以驅動一負載，包括電感，具有一第一端及一第二端；開關，具有一第一端、一第二端及一控制端，該開關與該電感以串聯方式耦接于一第一共同電位及一第二共同電位之間，其中該開關的該第一端耦接該電感的該第一端；電容，該電容的一第一端與該負載的一第一端相互耦接，而該電容的一第二端與該負載的一第二端分別耦接于該第一共同電位及該第二共同電位，而該電容的該第一端提供一輸出電壓；以及整流器件，一端耦接于該電感的該第一端及另一端耦接該電容的該第一端；其中，該開關的該控制端根據一控制信號而于開路或短路狀態之間切換。
2. 如權利要求1所述的直流轉直流轉換電路，其中該電容的該第二端 耦接該開關的該第二端。
3. 如權利要求2所述的直流轉直流轉換電路，還包含電流檢測電路以 提供一檢測信號，該電流檢測電路的一端耦接該負載的該第一端，另一端耦 ^接該電容的該第一端。
4. 如權利要求3所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供該 控制信號，該控制器的一接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳的一耦合至該llr出電壓。
5. 如權利要求2所述的直流轉直流轉換電路，還包含電流檢測電路以 提供一檢測信號，該電流檢測電路的一端耦接該負載的該第二端，另一端耦 接該電感的該第二端。
6. 如權利要求5所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供該 控制信號，該控制器的一接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳分別耦 接于該第一共同電位及該笫二共同電位，其中該控制器包含電平調整器以調 整該檢測信號的電平。
7. 如權利要求4或6所述的直流轉直流轉換器，其中該控制器包括 誤差生成器，根據該檢測信號及一參考電壓產生一誤差信號； 振蕩器，產生一振蕩信號；脈寬調制器，根據該誤差信號及該振蕩信號產生一脈寬調變信號；以及 驅動電路，根據該脈寬調變信號產生該控制信號。
8. 如權利要求7所述的直流轉直流轉換器，其中該控制器還包含調光 單元，用以接收一調光控制信號，并根據該調光控制信號控制該控制信號的 輸出與否。
9. 如權利要求2所述的直流轉直流轉換電路，還包含電壓檢測電路以 提供一電壓檢測信號，該電壓檢測電路的一端耦接該負載的該第一端，該電 壓檢測電路的另 一端耦接該負載的該第二端。
10. 如權利要求9所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供該 控制信號，該控制器的一接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳的一耦 合至該l命出電壓。
11. 如權利要求10所述的直流轉直流轉換器，其中該控制器包含保護 電路，當該電壓檢測信號低于一第一預設電壓或高于一第二預設電壓時，停 止該開關的切換動作。
12. 如權利要求2所述的直流轉直流轉換電路，還包含電壓檢測電路以 提供一電壓檢測信號，該電壓檢測電路的一端耦接該電容的該第一端，該電 壓檢測電路的另 一端耦接該電容的該第二端。
13. 如權利要求2所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供該 控制信號，該控制器的一接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳的一耦 合至該車敘出電壓。
14. 如權利要求1所述的直流轉直流轉換電路，其中該電容的該第二端 耦接該電感的該第二端。
15. 如權利要求14所迷的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供 該控制信號，該控制器的一接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳的一 耦合至該輸出電壓。
16. 如權利要求14所迷的直流轉直流轉換電路，還包含電壓檢測電路 以提供一電壓檢測信號，該電壓檢測電路的一端耦接該負載的該第一端，該 電壓檢測電路的另 一端耦接該負載的該第二端。
17. 如權利要求14所述的直流轉直流轉換電路，還包含電壓檢測電路 以提供一電壓檢測信號，該電壓檢測電路的一端耦接該電容的該第一端，該 電壓檢測電路的另 一端耦接該電容的該第二端。
18.如權利要求17所迷的直流轉直流轉換電路，其中該控制器包含電 平調整器，以調整該電壓檢測信號的電平。
19. 如權利要求14所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供 該控制信號，該控制器的一輸入電壓(VDD)及一接地(GND)引腳分別耦接 至第一共同電位及一第二共同電位，其中該控制器包含電平調整器。
20. 如權利要求17所述的直流轉直流轉換電路，還包含電流檢測電路 以提供一檢測信號，該電流檢測電路一端耦接該負載的該第二端，另一端耦 接該開關的該第二端。
21. —種直流轉直流轉換電路，用以驅動一負載，包括 電感，具有一第一端及一第二端；開關，具有一第一端、 一第二端及一控制端，該開關與該電感以串聯方 式耦接于一第一共同電位及一第二共同電位之間，其中，該開關的該第一端 耦接該電感的該第一端；電容，該電容的一第一端與該負載的一第一端耦接，該電容的一第二端 與該負載的一第二端耦接，該電容的該第二端耦接于該第一共同電位及該第 二共同電位之一；以及整流器件， 一端耦接于該電感的該第一端及另一端耦接該電容的該第一端；其中，該開關的該控制端根據一控制信號而于開路或短路狀態之間切換。
22. 如權利要求21所述的直流轉直流轉換電路，其中該電容的該第二 端耦接該電感的該第二端。
23. 如權利要求22所述的直流轉直流轉換電路，還包含電流檢測電路 以提供一檢測信號，該電流檢測電路的一端耦接該負載的該第一端，另一端 耦接該電容的該第一端。
24. 如權利要求23所迷的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供 該控制信號，該控制器的一接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳的一 耦合至該輸出電壓。
25. 如權利要求22所述的直流轉直流轉換電路，還包含電流檢測電路 以提供一檢測信號，該電流檢測電路的一端耦接該負載的該第二端，另一端 耦接該電感的該第二端。
26. 如權利要求25所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供 該控制信號，該控制器的--接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳分別 耦接于該第一共同電位及該第二共同電位，其中該控制器包含電平調整器以 調整該檢測信號的電平。
27. 如權利要求24或26所述的直流轉直流轉換器，其中該控制器包括 誤差生成器，根據該檢測信號及一參考電壓產生一誤差信號； 振蕩器，產生一振蕩信號；脈寬調制器，根據該誤差信號及該振蕩信號產生一脈寬調變信號；以及 驅動電路，根據該脈寬調變信號產生該控制信號。
28. 如權利要求27所述的直流轉直流轉換器，其中該控制器還包含調 光單元，用以接收一調光控制信號，并根據該調光控制信號控制該控制信號 的輸出與否。
29. 如權利要求22所述的直流轉直流轉換電路，還包含電壓檢測電路 以提供一電壓檢測信號，該電壓檢測電路的一端耦接該負載的該第一端，該 電壓^r測電路的另 一端耦接該負載的該第二端。
30. 如權利要求29所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供 該控制信號，該控制器的一接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳的一 耦合至該輸出電壓。
31. 如權利要求21所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供 該控制信號，該控制器的一接地(GND)引腳及一輸入電壓(VDD)引腳的一 耦合至該輸出電壓，其中該電容的該第二端耦接該開關的該第二端。
32. 如權利要求31所述的直流轉直流轉換電路，還包含電壓檢測電路 以提供一電壓檢測信號，該電壓檢測電路的一端耦接該負載的該第一端，該 電壓4企測電路的另 一端耦接該負載的該第二端。
33. 如權利要求31所迷的直流轉直流轉換電路，還包含電壓檢測電路 以提供一電壓檢測信號，該電壓檢測電路的一端耦接該負載的該第一端，該 電壓檢測電路的另 一端耦接該電感的該第二端。
34. 如權利要求33所述的直流轉直流轉換電路，其中該控制器包含電平 調整器，以調整該電壓檢測信號的電平。
35. 如權利要求30至？4中的一個所述的直流轉直流轉換器，其中該控制器包含保護電路，當該電壓檢測信號低于一第一預設電壓或高于一第二預 設電壓時，停止該開關的切換動作。
36. 如權利要求21所述的直流轉直流轉換電路，還包含控制器以提供 該控制信號，該控制器的一輸入電壓(VDD)及一接地(GND)引腳分別耦接 至第一共同電位及一第二共同電位，而該控制器包含電平調整器，其中該電 容的該第二端耦接該開關的該第二端。
37. —種控制器，用以控制直流轉直流轉換電路，該控制器包含電平調整裝置，接收指示該直流轉直流轉換電路操作狀態的 一檢測信 號，并調整該檢測信號的電平；誤差生成器，根據調整電平后的該檢測信號及一參考電壓產生一誤差信號；振蕩器，產生一振蕩信號；脈寬調制器，沖艮據該誤差信號及該振蕩信號產生一脈寬調變信號；以及 驅動電路，根據該脈寬調變信號產生一控制信號以控制該直流轉直流轉 換電路。
38. 如權利要求37所迷的控制器，其中該電平調整器根據一直流輸入 電壓以調整該檢測信號的電平，其中該直流輸入電壓為該直流轉直流轉換電路的豸lr入電壓。
39. 如權利要求37所述的控制器，還包含保護電路，該保護電路指示 該直流轉直流轉換電路的輸出電壓的一電壓檢測信號，并根據該電壓檢測信 號控制該驅動電路是否停止該開關的切換動作。
40. 如權利要求39所述的控制器，其中該電壓檢測信號低于一第一預 定值或高于一第二預定值時，驅動電路停止該開關的切換動作。
41. 如權利要求39所迷的控制器，其中該電壓檢測信號經該電平調整 裝置調整電平后輸出給該保護電路。
42. 如權利要求39所述的控制器，其中該電平調整器根據一直流輸入 電壓以調整該電壓檢測信號的電平，其中該直流輸入電壓為該直流轉直流轉 換電路的輸入電壓。
全文摘要
一種直流轉直流轉換電路用以驅動一負載，包括一電感、具有一第一端、一第二端及一控制端的一開關、一電容及一整流器件。該開關與該電感以串聯方式耦接于一第一共同電位及一第二共同電位之間，其中該開關的該第一端耦接該電感的一第一端。該電容的一第一端與該負載的一第一端相互耦接，而該電容的一第二端與該負載的一第二端分別耦接于該第一共同電位及該第二共同電位，而該電容的該第一端提供一輸出電壓。該整流器件的一端耦接于該電感的該第一端，以及另一端耦接該電容的該第一端。其中，該開關的該控制端根據一控制信號而于開路或短路狀態之間切換。
文檔編號H02M3/10GK101154886SQ200610141579
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月30日 優先權日2006年9月30日
發明者余仲哲, 李立民, 洪建邦 申請人:碩頡科技股份有限公司