專利名稱：Dc-dc變換器、電子設(shè)備以及消耗電力的降低方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低具有感應(yīng)電阻的DC-DC變換器的消耗電力的技術(shù)。
技術(shù)背景在個(gè)人計(jì)算機(jī)(以下稱為PC)、便攜式電話、數(shù)碼照相機(jī)還有電視機(jī)等電 子設(shè)備中采用了液晶顯示器。液晶顯示器中使用的液晶元件在其背后設(shè)置了背 光燈。并且，當(dāng)對(duì)位于與畫面的顯示內(nèi)容對(duì)應(yīng)的位置上的液晶元件施加電壓來 改變偏振狀態(tài)時(shí)，來自背光燈的光的透過量發(fā)生變化，形成顯示畫面。作為對(duì)液晶顯示器的背光燈要求的性質(zhì)列舉出以下可以提供一定以上的 亮度的白色光；亮度對(duì)于整個(gè)顯示面是均勻的；亮度相對(duì)于時(shí)間的經(jīng)過是穩(wěn)定 的；以及使用壽命長等。作為滿足這些條件的背光燈的光源，現(xiàn)在主要使用冷 陰極熒光燈(以下稱為CCFL)和白色發(fā)光二極管(以下稱為LED)?；贑CFL 的背光燈適用于大型畫面，為了產(chǎn)生交流動(dòng)作電壓需要設(shè)置逆變器(Inverter )。 與此相對(duì)，由于白色LED是點(diǎn)光源，因此不適合用于大型顯示畫面，但由于 可以通過直流電壓驅(qū)動(dòng)，并且其自身是半導(dǎo)體元件，因此可以安裝在小型電子 設(shè)備中。因此，目前在便攜式電話、數(shù)碼照相機(jī)等中安裝的小型液晶顯示器中 使用白色LED，在PC、液晶電視機(jī)等中安裝的大型液晶顯示器中使用CCFL。 白色LED若恰當(dāng)使用則壽命較長，從電到光的能量轉(zhuǎn)換效率高，因此預(yù)測今 后通過白色LED的進(jìn)一步改進(jìn)，大型液晶顯示器的背光燈也可以從CCFL替 換為白色LED。希望液晶顯示器中使用的LED以長時(shí)間穩(wěn)定的發(fā)光量進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在LED 中，當(dāng)元件溫度變化時(shí)，正向電壓降變化從而電流發(fā)生變化。因此，當(dāng)以一定 的電壓驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，由于元件溫度的變化發(fā)光量發(fā)生變化。從而，當(dāng)把白色 LED作為背光燈的光源使用時(shí)， 一般要控制電流使發(fā)光量穩(wěn)定。圖8是表示向白色LED提供電力的DC-DC變換器423的現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)的 框圖。背光燈用DC-DC變換器423從AC適配器或電池組等DC電源21接收電力供癥合。DC-DC變換器423由FET101、 FET103、電感器105、電容器107、 FET驅(qū)動(dòng)器109、誤差^L大器113以及感應(yīng)電阻115等構(gòu)成，以同步整流方式 進(jìn)行動(dòng)作。來自DC-DC變換器423的輸出被提供給由多個(gè)白色LED構(gòu)成的背 光燈25。背光燈25和感應(yīng)電阻115串聯(lián)連接。并且，流過背光燈25的負(fù)載電流以 感應(yīng)電阻115兩端的電壓的方式被檢測。誤差放大器113將基準(zhǔn)電壓Vref與 從感應(yīng)電阻115檢測出的電壓進(jìn)行比較，將二者的差作為反饋信號(hào)輸出給FET 驅(qū)動(dòng)器109。FET驅(qū)動(dòng)器109根據(jù)來自誤差放大器113的反饋信號(hào)控制FET101 和FET103的導(dǎo)通/截止動(dòng)作，以使流過背光燈25的電流成為設(shè)定的值。此外，作為在通過感應(yīng)電阻測定電流的方法中降低消耗電力的技術(shù)，例如 存在以下文獻(xiàn)。專利文獻(xiàn)l公開了，在電視圖像接收器的過電流保護(hù)電路中采 用的電流檢測電阻上設(shè)置旁路電路，在垂直回描期間使電流不流入電流檢測電 阻，來減輕電流檢測電阻的電阻損耗的技術(shù)。專利文獻(xiàn)2公開了在開關(guān)電路的 電流測定中，在開關(guān)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)下測定電壓降的電路。專利文獻(xiàn)1特開2001 -211542號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平07 - 198758號(hào)公報(bào) 發(fā)明內(nèi)容FET驅(qū)動(dòng)器109根據(jù)反饋信號(hào)控制FET101和FET103導(dǎo)通/截止的期間。 FET驅(qū)動(dòng)器109例如在以脈沖頻率調(diào)制方式(以下稱為PFM方式)進(jìn)行控制 時(shí)，在FET101截止的期間通過感應(yīng)電阻115檢測負(fù)載電流，若負(fù)載電流成為 規(guī)定值以下則導(dǎo)通FETIOI。但是，在PFM方式下使FETIOI導(dǎo)通的期間是一 定的，在此期間不需要使用感應(yīng)電阻檢測負(fù)載電流來控制FET101和FET103 的動(dòng)作。另夕卜，在以脈沖寬度調(diào)制方式(以下稱為PWM)控制FET驅(qū)動(dòng)器109時(shí)， 在FETIOI導(dǎo)通的期間通過感應(yīng)電阻115檢測負(fù)載電流，若負(fù)載電流成為規(guī)定 值以上則使FET101截止。但是，在PWM方式下終點(diǎn)是一定的，在FET101 截止的期間不需要使用感應(yīng)電阻檢測負(fù)載電流來控制FET101和FET103的動(dòng)作。即，無論是PFM方式還是PWM方式，為了控制FET101和FET103的動(dòng)作，都存在不利用負(fù)載電流的值的期間，但在DC-DC變換器423中電流持續(xù) 流入感應(yīng)電阻115。因jt匕，在此期間，由感應(yīng)電阻白白i也消岸毛了電力。例如，當(dāng)白色LED的額定電壓大約為3V時(shí)，為了測定向其流入的電流， 需要兩端電壓約為0.33V左右的感應(yīng)電阻。此時(shí)，在從DC-DC變換器423輸 出的電力中，約10 %由感應(yīng)電阻115消耗。若使此時(shí)的FET101和FET103的 開關(guān)占空比(Switching Duty Ratio )為50 % ,則由感應(yīng)電阻115消耗的電力的 約50%,即從DC-DC變換器423輸出的電力的約5%對(duì)DC-DC變換器423 以及背光燈25的動(dòng)作沒有作用而白白地消耗。但是，降低感應(yīng)電阻115的電阻因此減少消耗的電力也是有限的。原因在 于，當(dāng)減小感應(yīng)電阻115的電阻值時(shí)其兩端的電壓降低，由此，基于誤差放大 器113的電流檢測精度惡化，對(duì)反饋動(dòng)作造成不良影響。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可以降低由感應(yīng)電阻消耗的電力的 DC-DC變換器。本發(fā)明的另一目的在于提供一種搭載了該DC-DC變換器的電 子設(shè)備、以及DC-DC變換器中的消耗電力的降低方法。本發(fā)明在對(duì)直流的輸入電壓進(jìn)行開關(guān)變換為輸出電壓的DC-DC變換器中 實(shí)現(xiàn)。DC-DC變換器反饋輸出電流或輸出電壓，來決定主開關(guān)的導(dǎo)通期間或 截止期間的終點(diǎn)。輸出電流和輸出電壓作為在感應(yīng)電阻中流過電流由此產(chǎn)生的 感應(yīng)電壓被檢測，因此由感應(yīng)電阻消耗電力。本發(fā)明的原理是，在導(dǎo)通期間或截止期間中的某一期間中，在無需根據(jù)基 于感應(yīng)電壓的反饋信號(hào)決定終點(diǎn)的期間，阻止流入感應(yīng)電阻的電流。即使在無為也由感應(yīng)電阻消耗了無效的電力，但通過本發(fā)明可以節(jié)省該浪費(fèi)。在本發(fā)明的第一方式中，提供電流控制型DC-DC變換器。在為電流控制 型時(shí)，為了將負(fù)載電流設(shè)定為所設(shè)定的值在感應(yīng)電阻中流過負(fù)載電流，感應(yīng)電 阻消耗的電力較大。在本方式中，對(duì)感應(yīng)電阻設(shè)置旁路電路，控制電路根據(jù)反 饋電路的輸出決定導(dǎo)通期間或截止期間中的某一期間的終點(diǎn)來控制主開關(guān)的 動(dòng)作，并且控制旁路(bypass)電路以便在另一期間使負(fù)載電流繞行。DC-DC變換器可以包含在導(dǎo)通期間積蓄能量的電感器；和在截止期間將 電感器積蓄的能量提供給負(fù)載的換流電路。通過電感器和換流電路，可以從導(dǎo)通期間向截止期間過渡從而向負(fù)載提供平滑的電流。換流電路可以由肖特基勢壘二極管(Schottky barrier diode )那樣的二極管構(gòu)成，或者也可以由FET、雙 極晶體管等構(gòu)成，以同步整流方式進(jìn)行控制?？刂齐娐房梢愿鶕?jù)主開關(guān)的控制方式，在感應(yīng)電壓超過規(guī)定值時(shí)結(jié)束導(dǎo)通 期間，或者在感應(yīng)電壓低于規(guī)定值時(shí)結(jié)束截止期間，將流入負(fù)載的平均電流維 持為一定值。電流控制型DC-DC變換器適于作為由于溫度正向電壓發(fā)生變化 的發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電源。控制電路當(dāng)使用每間隔規(guī)定的周期負(fù)載電流流過感 應(yīng)電阻的方式控制旁路電路的動(dòng)作時(shí)，可以進(jìn) 一 步降低感應(yīng)電阻中的消耗電 力。在本發(fā)明的第二方式中提供一種電壓控制型DC-DC變換器。在為電壓控 制型時(shí)，為了^r測輸出電壓使用感應(yīng)電阻。在本方式中，通過設(shè)置阻止流入感 應(yīng)電阻的電流的節(jié)電電路，在導(dǎo)通期間或截止期間中的不需要進(jìn)行主開關(guān)控制 的期間限制流入感應(yīng)電阻的電流。節(jié)電電路可以由將感應(yīng)電阻從電路中分離的 開關(guān)構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種降低由感應(yīng)電阻消耗的電力的DC-DC變換器。 而且根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種搭載了這樣的DC-DC變換器的電子設(shè)備和 DC-DC變換器的消耗電力的降低方法。
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的筆記本PC的外形圖。 圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式的筆記本PC的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。 圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式的電流控制型背光燈用DC-DC變換器的結(jié)構(gòu) 的框圖。圖4是表示DC-DC變換器在以PFM方式動(dòng)作時(shí)，圖3的電路中的各FET 的導(dǎo)通/截止的時(shí)刻以及負(fù)載電流的變化的圖。圖5是表示DC-DC變換器在以PWM方式動(dòng)作時(shí)，圖3的電路中的各FET 的導(dǎo)通/截止的時(shí)刻以及負(fù)載電流的變化的圖。圖 6是表示圖3的電路中的各FET的導(dǎo)通/截止的時(shí)刻的其它形式以及電 流的變化的圖。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電壓控制型DC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖8是表示現(xiàn)有的背光燈用DC-DC變換器以及背光燈的結(jié)構(gòu)的框圖。符號(hào)說明10筆記本PC; 11液晶顯示器；21DC電源；23、 223、 423 DC-DC變換 器；25、 225背光燈、25b負(fù)載；105電感器；107電容器；109、 309 FET 驅(qū)動(dòng)器；113、 213誤差i文大器；115、 215、 216感應(yīng)電阻；117接地具體實(shí)施方式
圖1是作為本發(fā)明實(shí)施方式的電子設(shè)備的一例的筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)(以 下稱為筆記本PC) IO的外形圖，圖2是表示安裝在筆記本PC10中的電源系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。筆記本PCIO由在表面安裝了鍵盤，在內(nèi)部容納了大量設(shè)備 的機(jī)殼13和液晶顯示器(LCD) ll構(gòu)成。由AC適配器或電池組等DC電源 21提供的大約8 ~ 20V左右的直流電壓被提供給4個(gè)DC-DC變換器。背光燈用DC-DC變換器23是通過恒流控制，向液晶顯示器11的背光燈 25提供直流電流的降壓開關(guān)穩(wěn)壓器(step down switching regulator)。 5.0V用 DC-DC變換器27通過恒壓控制對(duì)5.0V系統(tǒng)負(fù)載33提供5.0V的直流電壓。 5.0V系統(tǒng)負(fù)栽33是硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、USB連接器等以5.0V的直流 電壓進(jìn)行動(dòng)作的各設(shè)備的總稱。3.3V用DC-DC變換器29通過恒壓控制，對(duì)3.3V系統(tǒng)負(fù)載35提供3.3V 的直流電壓。3.3V系統(tǒng)負(fù)載35是芯片組(Chipset)、總線等以3.3V的直流電 壓進(jìn)行動(dòng)作的各設(shè)備的總稱。CPU用DC-DC變換器31通過恒壓控制，向 CPU37提供根據(jù)針對(duì)CPU37的性能而要求設(shè)定的約1.0 ~ 1.5V左右的直流電 壓。作為DC-DC變換器23的唯一負(fù)載的背光燈25由單個(gè)或串聯(lián)連接的多個(gè) 白色LED構(gòu)成。構(gòu)成背光燈25的白色LED適合于以流過規(guī)定值的電流的方 式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，與之相對(duì)，構(gòu)成筆記本PCIO的其它設(shè)備適合于施加規(guī)定值的電 壓而使其進(jìn)行動(dòng)作。因此，如圖2所示，電流控制型背光燈用DC-DC變換器 23對(duì)背光燈25提供電力，與之相對(duì)，與動(dòng)作電壓相對(duì)應(yīng)的電壓控制型5.0V 用DC-DC變換器27、 3.3V用DC-DC變換器29以及CPU用DC-DC變換器 31對(duì)其它設(shè)備提供電力。圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式的電流控制型背光燈用DC-DC變換器23的結(jié) 構(gòu)的框圖。DC-DC變換器23由高端(high-side) FET101、低端(low-side) FET103、電感器105、電容器107、 FET驅(qū)動(dòng)器109、誤差放大器113、感應(yīng) 電阻115以及FETlll構(gòu)成。DC-DC變換器23向串聯(lián)連接的多個(gè)白色LED構(gòu) 成的負(fù)載、即背光燈25提供直流電流。FET101、 FET103以及FETlll都由N溝道型MOSFET構(gòu)成，分別將柵極 與FET驅(qū)動(dòng)器109相連接。FET101的漏極與DC電源21連接，源極與FET103 的漏極連接。FET103的源極與接地117連接。電感器105 —端與FET101的 源極連接，另一端與電容器107的一端以及背光燈25的一端連接。電容器107 的另一端與接地117連接。在背光燈25的另一端連接感應(yīng)電阻115的一端，感應(yīng)電阻115的另一端 與接地117連接。在誤差放大器113的一個(gè)輸入端子上連接感應(yīng)電阻115的一 端，對(duì)誤差放大器113的另一輸入端子上輸入基準(zhǔn)電壓Vref?；鶞?zhǔn)電壓Vref 是以接地117為基準(zhǔn)的電壓，由其它DC-DC變換器生成。誤差放大器113的 輸出端子與FET驅(qū)動(dòng)器109連接。誤差放大器113將向兩個(gè)輸入端子提供的電壓的差作為反饋信號(hào)輸出給 FET驅(qū)動(dòng)器109。設(shè)定了感應(yīng)電壓和基準(zhǔn)電壓Vref的值，以便當(dāng)負(fù)載電流為規(guī) 定的平均電流值時(shí)反饋信號(hào)為零。因此，F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)器109可以控制FET101和 FET103的動(dòng)作，以使反饋信號(hào)為零。FET111的漏極與感應(yīng)電阻115的一端連接，源極與接地117連接。FET111 構(gòu)成繞過感應(yīng)電阻115的旁路電路。圖3所示的DC-DC變換器23是電流控制 型，以PWM方式或PFM方式的某一種方式進(jìn)行動(dòng)作。為了說明本實(shí)施方式，圖1~圖3只不過簡要記載了主要的硬件結(jié)構(gòu)和連 接關(guān)系。為了構(gòu)成筆記本PC10或DC-DC變換器23,除此以外還使用了大量 的設(shè)備，但由于這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的，因此不進(jìn)行詳細(xì)說明。 當(dāng)然，將圖1 ~圖3中記載的多個(gè)方框構(gòu)成為一個(gè)集成電路，或者相反地將一 個(gè)方框分割構(gòu)成為多個(gè)集成電路，也在本領(lǐng)域技術(shù)人員可以任意選擇的范圍 內(nèi)，包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。對(duì)于本說明書的其它附圖也相同。接下來，說明以PFM方式使DC-DC變換器23進(jìn)行動(dòng)作時(shí)的控制方法。圖4是表示DC-DC變換器23以PFM方式動(dòng)作時(shí)的各FET的動(dòng)作和流入背光 燈25的負(fù)載電流的變化的圖。在以PFM方式進(jìn)行恒流控制時(shí)，F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)器 109控制FETIOI導(dǎo)通FET103截止的期間(以下將該期間稱為導(dǎo)通期間)， <吏 其一定。另外，F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)器109根據(jù)從誤差放大器113取得的反饋信號(hào)，控制 FETIOI截止FET103導(dǎo)通的期間(以下將該期間稱為截止期間)的終點(diǎn)。在 FET驅(qū)動(dòng)器109中預(yù)先設(shè)定了導(dǎo)通期間。當(dāng)FET驅(qū)動(dòng)器109開始動(dòng)作時(shí)，向FETIOI和FET103的斥冊(cè)才及發(fā)送信號(hào)， 4吏它們動(dòng)作。FET驅(qū)動(dòng)器109以同步整流方式控制FETIOI和FET103，所謂 同步整流方式是以一方導(dǎo)通時(shí)使另 一方截止的方式使它們同步動(dòng)作。電感器 105將導(dǎo)通期間流入背光燈25的負(fù)載電流作為磁能進(jìn)行積蓄，在截止期間將 積蓄的磁能作為負(fù)載電流提供給背光燈25。為了從DC-DC變換器23的輸出 中減小波紋(ripple)而設(shè)有電容器107,但也可以在負(fù)載容許波紋的情況下去 除該電容器。由于背光燈25和感應(yīng)電阻115串聯(lián)連接，因此流入感應(yīng)電阻115和背光 燈25相同值的負(fù)載電流。并且，以感應(yīng)電阻115兩端的電壓(以下稱為感應(yīng) 電壓)方式來檢測負(fù)載電流，感應(yīng)電壓被提供給誤差放大器113的一個(gè)輸入端 子。誤差放大器113將基準(zhǔn)電壓Vref和感應(yīng)電壓進(jìn)行比較，將二者的差作為 反饋信號(hào)輸出給FET驅(qū)動(dòng)器109。 FET驅(qū)動(dòng)器109為了使從誤差放大器113 接收到的反饋信號(hào)變?yōu)榱愣鴽Q定截止期間的終點(diǎn)，由此來控制FET101和 FET103的動(dòng)作，以使流過背光燈25的平均電流成為預(yù)先設(shè)定的值。在導(dǎo)通期間，F(xiàn)ET101使DC電源21的直流電壓通過，因此，經(jīng)由電感器 105負(fù)載電流流入背光燈25。負(fù)載電流由于在電感器105中產(chǎn)生的反電勢的影 響而緩緩增大。負(fù)載電流在預(yù)先設(shè)定的導(dǎo)通期間的終點(diǎn)之前持續(xù)增大，或者達(dá) 到由背光燈25的阻抗所決定的飽和電流。FET驅(qū)動(dòng)器109在導(dǎo)通期間使 FET111導(dǎo)通，使原本流入感應(yīng)電阻115的負(fù)載電流繞行。因此，在導(dǎo)通期間， 流過背光燈25的負(fù)載電流通過FET111流至接地117,因此電流不流入感應(yīng)電 阻115，不向誤差放大器113輸入感應(yīng)電壓。FET驅(qū)動(dòng)器109不需要反饋信號(hào) 來決定導(dǎo)通期間的終點(diǎn)，因此忽略從誤差放大器113發(fā)送的反饋信號(hào)。在截止期間，在電感器105中積蓄的磁能作為負(fù)載電流被提供給背光燈25,因此隨著磁能的消耗，流入背光燈25的電流值減小。為使向背光燈25 提供的平均電流成為規(guī)定值，需要根據(jù)負(fù)載電流低于規(guī)定閾值的情況來判斷截 止期間的終點(diǎn)。誤差放大器113將用于判斷截止期間的終點(diǎn)的反饋信號(hào)輸出至FET驅(qū)動(dòng) 器109。由此，F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)器109在截止期間使FET111截止，在感應(yīng)電阻115 中流過負(fù)載電流，誤差放大器113可以接收感應(yīng)電壓，將反饋信號(hào)輸出至FET 驅(qū)動(dòng)器109。通過這種控制方式，在導(dǎo)通期間電流不流入感應(yīng)電阻115,因此 可以減少白白消庫毛的電力。接下來，說明以PWM方式使DC-DC變換器23動(dòng)作時(shí)的控制方法。圖5 是表示DC-DC變換器23以PWM方式進(jìn)行動(dòng)作時(shí)的各FET的動(dòng)作、和流過 背光燈25的負(fù)載電流的變化的圖。在為PWM方式的情況下，各元件的功能 和PFM方式大體相同，因此在此僅說明其不同點(diǎn)。在PWM方式下，使作為 導(dǎo)通期間和截止期間的總和的一周期的長度一定，通過在一周期中調(diào)整導(dǎo)通期 間的長度，使輸出的電流的平均值成為設(shè)定值。因此，為使負(fù)載電流的上限值成為閾值而設(shè)定了感應(yīng)電壓和基準(zhǔn)電壓 Vref，誤差放大器113根據(jù)它們將反饋信號(hào)輸出至FET驅(qū)動(dòng)器109,所述負(fù)載 電流的上限值用于使導(dǎo)通期間流入背光燈25的負(fù)載電流的平均值成為所設(shè)定 的值。FET驅(qū)動(dòng)器109在根據(jù)反饋信號(hào)判斷出負(fù)載電流達(dá)到了閾值時(shí)，進(jìn)行控 制使此前已導(dǎo)通的FET101截止，使已截止的FET103導(dǎo)通，來轉(zhuǎn)移至截止期 間。即，在導(dǎo)通期間，為了生成反饋信號(hào)需要感應(yīng)電壓，因此需要使負(fù)載電流 流入感應(yīng)電阻115 ，但由于導(dǎo)通期間和截止期間的總和構(gòu)成的周期長度為 一定， 因此不需要控制截止期間的終點(diǎn)，誤差放大器113不需要^r測感應(yīng)電壓來向 FET驅(qū)動(dòng)器109輸出反饋信號(hào)。因此，在導(dǎo)通期間使FETlll截止使負(fù)載電流 流入感應(yīng)電阻115 ，在截止期間將FET111導(dǎo)通，使負(fù)載電流不流入感應(yīng)電阻 115。其結(jié)果，與在導(dǎo)通期間和截止期間中都在感應(yīng)電阻115中流過負(fù)載電流 的現(xiàn)有的DC-DC變換器相比，可以減少感應(yīng)電阻115中白白消耗的電力。圖6說明構(gòu)成DC-DC變換器23的各FET的導(dǎo)通/截止的另一形式，和流 過背光燈25的負(fù)載電流的變化。在此例中，F(xiàn)ET101和FET103通過和圖5相同的PWM方式進(jìn)行動(dòng)作，但FET驅(qū)動(dòng)器109進(jìn)行控制使FET111在5個(gè)周 期產(chǎn)生一次的導(dǎo)通期間截止，僅在此時(shí)使電流流入感應(yīng)電阻115,并且進(jìn)行控 制使誤差放大器113進(jìn)行感應(yīng)電壓的檢測。FET驅(qū)動(dòng)器109進(jìn)行控制，以便在 反饋信號(hào)變?yōu)榱愫螅勾饲皩?dǎo)通的FET101截止，使此前截止的FET103和 FET111導(dǎo)通。如此，根據(jù)反饋信號(hào)決定5個(gè)周期僅產(chǎn)生一次的導(dǎo)通期間的終 點(diǎn)，并將剩余4個(gè)周期的導(dǎo)通期間設(shè)定為與FET驅(qū)動(dòng)器之前存儲(chǔ)的導(dǎo)通期間 的長度相同的期間。根據(jù)該控制方式，可以進(jìn)一步延長使FETlll導(dǎo)通使負(fù)載電流不流入感應(yīng) 電阻115的期間，因此可以進(jìn)一步降低由感應(yīng)電阻115白白消耗的電力。在此 例中，導(dǎo)通期間的終點(diǎn)僅在5個(gè)周期中的1個(gè)周期變化，但用于背光燈的 DC-DC變換器23的動(dòng)作頻率通常為幾百kHz 幾MHz左右，因此除了負(fù)載 的電流-電壓特性的變化劇烈等情況以外，對(duì)實(shí)際使用沒有影響。此外，根據(jù) 反饋信號(hào)決定導(dǎo)通期間終點(diǎn)控制的周期不限于每5個(gè)周期。另外，在PFM方 式的情況下也與PWM方式的例子相同，可以僅在多個(gè)周期中的一個(gè)周期使 FET111截止，^使電流流入電阻115來進(jìn)行輸出電流的控制。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電壓控制型DC-DC變換器223的框圖。 DC-DC變換器223與圖3所示的電流控制型DC-DC變換器23相同的元件較 多，所以在此僅說明與其不同的結(jié)構(gòu)，對(duì)相同的元件賦予相同的參照號(hào)碼，省 略說明。在DC-DC變換器223中，F(xiàn)ET211 、感應(yīng)電阻225以及感應(yīng)電阻226 串聯(lián)連接而形成串聯(lián)電路，對(duì)于負(fù)載25b并聯(lián)連接該串聯(lián)電路相。感應(yīng)電阻225、 226將DC-DC變換器223對(duì)于負(fù)載25b的輸出電壓分壓后 得到的電壓提供給誤差放大器213的一個(gè)輸入端子。對(duì)誤差放大器213的另一 輸入端子輸入基準(zhǔn)電壓Vref,將兩者的差作為反饋信號(hào)輸出至FET驅(qū)動(dòng)器109 。 此外，設(shè)定感應(yīng)電阻225和226的電阻值以及基準(zhǔn)電壓Vref的電壓值，以便 在DC-DC變換器223的輸出電壓的平均值為額定值時(shí)，誤差放大器213的反 饋信號(hào)為零。由此，F(xiàn)ET驅(qū)動(dòng)器109進(jìn)行控制，使從誤差放大器213輸入的反 饋信號(hào)成為零，使導(dǎo)通期間或截止期間變化輸出電壓的平均值成為額定值。在PWM方式中，在導(dǎo)通期間FET211成為導(dǎo)通狀態(tài)，施加在負(fù)載25b上 的負(fù)載電壓通過感應(yīng)電阻225和226分壓，向誤差放大器213輸入感應(yīng)電壓。在截止期間，F(xiàn)ET211成為截止?fàn)顟B(tài)，電流不流入感應(yīng)電阻225和226，因此 不消耗電力。在PFM方式中，在導(dǎo)通期間FET211成為截止?fàn)顟B(tài)，在截止期 間FET211成為導(dǎo)通狀態(tài)。即，在電壓控制型DC-DC變換器中，在導(dǎo)通期間或截止期間中的不需要 檢測輸出電壓的期間，如果使FET211截止電流不流入感應(yīng)電阻225和226 ， 則也不會(huì)白白地消耗電力。在電壓控制型DC-DC變換器中，除了通過檢測輸 出電壓向FET驅(qū)動(dòng)器109發(fā)送反饋信號(hào)來控制導(dǎo)通期間的終點(diǎn)或截止期間的 終點(diǎn)以外，可以參照關(guān)于圖3 ~圖6所示的電流控制型DC-DC變換器23的動(dòng) 作的說明來理解，所以省略電路的詳細(xì)說明。至此，以降壓型DC-DC變換器為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于 升壓型DC-DC變換器。當(dāng)液晶顯示器增大時(shí)，作為其背光燈使用的白色LED 串聯(lián)連接的個(gè)數(shù)增多。因此，為了向這些白色LED供給電力，需要更高的電 壓。由筆記本PC的DC電源提供的電壓約為8 ~ 20V左右，但例如為了串聯(lián) 連接8個(gè)額定電壓約為3V的白色LED然后對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，需要大約24V的 電壓。此時(shí)，通過采用升壓型DC-DC變換器，在筆記本PC中可以采用將更 多白色LED串聯(lián)連接的背光燈。在升壓型DC-DC變換器中，存在像降壓DC-DC變換器那樣進(jìn)行以下動(dòng) 作的升壓型DC-DC變換器以感應(yīng)電壓的方式4企測流過感應(yīng)電阻的電流，決 定導(dǎo)通期間或截止期間的終點(diǎn)，將輸出電流或輸出電壓維持在所設(shè)定的值。在 這樣的升壓型DC-DC變換器中，在導(dǎo)通期間或截止期間中的不需要根據(jù)輸出 的反饋信號(hào)來決定其終點(diǎn)的期間，使電流不流入感應(yīng)電阻，由此可以使感應(yīng)電 阻不會(huì)白白地消耗電力。如上所述，在現(xiàn)有的DC-DC變換器423中，當(dāng)把白色LED的額定電壓設(shè) 為約3V,將感應(yīng)電阻115兩端的電壓設(shè)為約0.33V,將FETIOI和FET103的 開關(guān)占空比設(shè)為50 %時(shí)，從DC-DC變換器423輸出的電力中的約5 %由電阻 115白白消耗。但在本發(fā)明的DC-DC變換器23中，通過使流過感應(yīng)電阻115 的電流繞行，以前被白白消耗的約5%的電力不被消耗。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明新追 加的設(shè)備僅僅是FETlll，而且FETlll與FETIOI或FET103在相同時(shí)刻被驅(qū) 動(dòng)，因此FET驅(qū)動(dòng)器109與現(xiàn)有技術(shù)中的大體相同。即，通過實(shí)施本發(fā)明，驅(qū)動(dòng)FET所需要的消耗電力僅增加很小的量。因 此，與現(xiàn)有的DC-DC變換器423相比，通過本發(fā)明的DC-DC變換器23大體 可以節(jié)省以往由感應(yīng)電阻115白白消^^的電力中約5 %的電力。此外，如果采 用跳過規(guī)定的周期使電流流入感應(yīng)電阻來控制輸出電流的方法，則可以進(jìn)一步 降低感應(yīng)電阻消耗的電力。在以感應(yīng)電阻的感應(yīng)電壓方式檢測輸出電流或輸出電壓來生成反饋信號(hào)， 由此決定導(dǎo)通期間或截止期間的終點(diǎn)的DC-DC變換器中，可以對(duì)存在不4艮據(jù) 反饋信號(hào)進(jìn)行控制的期間的DC-DC變換器應(yīng)用本發(fā)明。如果理解了本發(fā)明的 原則，即在不根據(jù)反饋值進(jìn)行控制的期間使電流不流入感應(yīng)電阻，則本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以對(duì)更多種類的DC-DC變換器應(yīng)用本發(fā)明。其用途也不限于白色LED用光源，也可以廣泛應(yīng)用于具有DC-DC變換器 的電子設(shè)備。另外，也可以將使用的元件例如FET適當(dāng)?shù)靥鎿Q為功率晶體管 或快恢復(fù)二極管等。至此，根據(jù)附圖所示的特定實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限 于附圖所示的實(shí)施方式，只要能達(dá)到本發(fā)明的效果，當(dāng)然可以采用此前所知的 任何結(jié)構(gòu)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性可以應(yīng)用于具有DC-DC變換器的電子設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)輸入電壓進(jìn)行變換，向負(fù)載提供負(fù)載電流的電流控制型DC-DC變換器，其特征在于，具有主開關(guān)，其在導(dǎo)通期間使所述輸入電壓通過，在截止期間阻止所述輸入電壓；感應(yīng)電阻，其在所述負(fù)載電流流過時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓；反饋電路，其檢測所述感應(yīng)電壓，并輸出與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后的結(jié)果；旁路電路，其使流入所述感應(yīng)電阻的電流繞行；以及控制電路，其根據(jù)所述反饋電路的輸出決定所述導(dǎo)通期間或所述截止期間的某一期間的終點(diǎn)，來控制所述主開關(guān)的動(dòng)作，并且控制所述旁路電路的動(dòng)作以便在另一個(gè)期間使所述負(fù)載電流繞行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，具有 電感器，其在所述導(dǎo)通期間積蓄能量；以及換流電路，其在所述截止期間，將所述電感器中積蓄的能量向所述負(fù)載供 給。 '
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于， 在所述感應(yīng)電壓超過規(guī)定值時(shí)，所述控制電路結(jié)束所述導(dǎo)通期間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于， 在所述感應(yīng)電壓低于規(guī)定值時(shí)，所述控制電路結(jié)束所述截止期間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于， 所述負(fù)載是發(fā)光二極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于， 所述控制電路控制所述旁路電路的動(dòng)作，以便每間隔規(guī)定的周期所述負(fù)載電流流入所述感應(yīng)電阻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于， 所述控制電i 各以脈沖寬度調(diào)制方式控制所述主開關(guān)的動(dòng)作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于， 所述控制電路以脈沖頻率調(diào)制方式控制所述主開關(guān)的動(dòng)作。
9. 一種對(duì)輸入電壓進(jìn)行變換，向負(fù)載提供負(fù)載電壓的電壓控制型DC-DC 變換器，其特征在于，具有主開關(guān)，其在導(dǎo)通期間使所述輸入電壓通過，在截止期間阻止所述輸入電壓；感應(yīng)電阻，其在施加了所述負(fù)載電壓時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓；反饋電路，其檢測所述感應(yīng)電壓，并輸出與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后的結(jié)果；節(jié)電電路，其阻止流入所述感應(yīng)電阻的電流；以及的某一期間的終點(diǎn)來控制所述主開關(guān)的動(dòng)作，并且控制所述節(jié)電電路的動(dòng)作以 1"更在另 一期間阻止流入所述感應(yīng)電阻的電流。
10. —種對(duì)提供給上游側(cè)的輸入電壓進(jìn)行變換，然后向下游側(cè)提供輸出電 壓的DC-DC變換器，其特征在于，具有主開關(guān)，其根據(jù)輸出決定導(dǎo)通期間或截止期間的某一期間的終點(diǎn)來進(jìn)行導(dǎo) 通/截止，由此將所述輸入電壓變換為所述輸出電壓；感應(yīng)電阻，其與所述主開關(guān)的下游側(cè)連接；節(jié)電電路，其限制流入所述感應(yīng)電阻的電流；以及控制電路，其控制所述節(jié)電電路的動(dòng)作，以便在所述導(dǎo)通期間或所述截止 期間中的不需要根據(jù)輸出電壓來決定終點(diǎn)的期間，限制流入所述感應(yīng)電阻的電流。
11. 一種電子設(shè)備，其特征在于，具備 直i乾電壓源；顯示器；發(fā)光二極管，其在所述顯示器的背光燈中使用；以及 DC-DC變換器，其向所述發(fā)光二極管提供電力， 所述DC-DC變換器具有主開關(guān)，其在導(dǎo)通期間使所述輸入電壓通過，在截止期間阻止所述輸入電壓；感應(yīng)電阻，其在流過所述負(fù)載電流時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓；反饋電路，其^r測所述感應(yīng)電壓，并輸出與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后的結(jié)果；旁路電路，其4吏流入所述感應(yīng)電阻的電流繞行；以及控制電路，其根據(jù)所述反饋電路的輸出決定所述導(dǎo)通期間或所述截止期間 的某一期間的終點(diǎn)，來控制所述主開關(guān)的動(dòng)作，并且控制所述旁路電路的動(dòng)作， 以便在另一期間使所述負(fù)載電流繞行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述DC-DC變換器是產(chǎn)生比輸入電壓高的輸出電壓的升壓型DC-DC變換器。
13. —種消耗電力的降低方法，其在反饋感應(yīng)電阻檢測到的感應(yīng)電壓，以 脈沖寬度調(diào)制方式控制主開關(guān)的DC-DC變換器中降低消耗電力，其特征在于，具有如下步驟在所述主開關(guān)導(dǎo)通的期間，使電流流入所述感應(yīng)電阻； 在流入所述感應(yīng)電阻的電流超過規(guī)定值時(shí)，使所述主開關(guān)截止；以及 在所述主開關(guān)截止的期間，限制流入所述感應(yīng)電阻的電流。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的消耗電力的降低方法，其特征在于， 每次在所述主開關(guān)導(dǎo)通規(guī)定的次數(shù)時(shí)，執(zhí)行使電流流入所述感應(yīng)電阻的步驟。
15. —種消耗電力的降低方法，其在反饋感應(yīng)電阻檢測到的感應(yīng)電壓，以 頻率調(diào)制方式控制主開關(guān)的DC-DC變換器中降低消耗電力，其特征在于，具 有如下步驟使所述主開關(guān)截止，使電流流入所述感應(yīng)電阻； 在流入所述感應(yīng)電阻的電流低于規(guī)定值時(shí)，使所述主開關(guān)導(dǎo)通；以及 在所述主開關(guān)導(dǎo)通的期間，限制流入所述感應(yīng)電阻的電流。
全文摘要
提供一種可以降低由感應(yīng)電阻消耗的電力的DC-DC變換器。在本發(fā)明的DC-DC變換器(23)中，對(duì)感應(yīng)電阻(115)設(shè)置旁路電路，在導(dǎo)通期間或截止期間的某一期間中，在不需要通過基于感應(yīng)電壓的反饋信號(hào)來決定終點(diǎn)的期間，阻止流入感應(yīng)電阻的電流。此前，即使在不需要通過基于感應(yīng)電壓的反饋信號(hào)來決定導(dǎo)通期間或截止期間的終點(diǎn)的期間，也由感應(yīng)電阻白白消耗了電力，而通過本發(fā)明可以節(jié)省此浪費(fèi)。
文檔編號(hào)H02M3/04GK101222178SQ20081000342
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者齊藤昭夫 申請(qǐng)人:聯(lián)想(新加坡)私人有限公司