專利名稱：用于開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制器、開關(guān)調(diào)節(jié)器和光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制器。本發(fā)明還涉及包括這種控制器的開關(guān)調(diào)節(jié) 器并涉及包括這種開關(guān)調(diào)節(jié)器的光源。
背景技術(shù)：
附圖中的圖1示出了用于通過負(fù)載1供給受控的目標(biāo)電流的開關(guān)調(diào)節(jié)器的公 知類型。該調(diào)節(jié)器屬于滯后自激振蕩降壓變換器(hystereticself-oscillating buck converter)類型的，并且這種調(diào)節(jié)器的典型應(yīng)用是用于通過負(fù)載供給受控的目標(biāo)電流，其 可以包括多個串聯(lián)發(fā)光二極管(LED)。該調(diào)節(jié)器包括控制器2，其體現(xiàn)為單片集成電路，并設(shè)置有外部電感器3、二極管4 和電流傳感電阻器5。控制器2包括具有連接至輸入接線端7和8的輸入端的電流監(jiān)測器 6，所述輸入接線端7和8跨接電阻器5。電流監(jiān)測器6為電壓-電流變換器或跨導(dǎo)放大器 形式，用于將它的輸入端之間的電壓變換成對應(yīng)的電流，電流通過電阻器9到達(dá)控制器2的 連接至接地11的接地接線端10。在電阻器9上所產(chǎn)生的有效電壓被供給至滯后比較器12 的反相輸入端。比較器12的非反相輸入端連接至接線端13，用于接收用于設(shè)置通過負(fù)載1的目標(biāo) 受控電流的電壓。比較器12的輸出端連接至柵極驅(qū)動器14的輸入端，該柵極驅(qū)動器14的 輸出端連接至用作電子開關(guān)的場效應(yīng)晶體管15的柵極(或者可替換地，連接至雙極晶體管 的基極)。柵極驅(qū)動器14在比較器12和晶體管15之間提供接口，例如供給用于控制晶體 管15的具有合適的電平和功率的驅(qū)動信號。晶體管15的源極連接至接線端10，而漏極連 接至接線端16。接線端16連接至電感器3的一個接線端，并連接至二極管4的陽極，二極管4的 陰極連接至接線端17，用于接收來自電源的電源輸入。負(fù)載1和電阻器5在接線端17和電 感器3的第二接線端之間串聯(lián)連接。調(diào)節(jié)器的操作由附圖中的圖2的波形示。上示了晶體管15的開關(guān)狀態(tài)， 中示了在傳感電阻器5上產(chǎn)生的檢測電壓，下示了通過負(fù)載1的電流。當(dāng)電源供 給至接線端17時，最初沒有電流通過負(fù)載1、電感器3和電阻器5。因此，比較器12的反相 輸入端低于接線端13的電壓，使得比較器12的輸出為高。這經(jīng)由柵極驅(qū)動器14接通晶體 管15，使得電阻器5、負(fù)載1和電感器3在電源的輸出端之間串聯(lián)連接。因此，通過電阻器 5、負(fù)載1和電感器3的電流增加，電阻器5上的電壓增加。因此，電阻器9上的電壓增加。比較器12屬于具有上、下開關(guān)閾值的滯后類型。在典型的應(yīng)用中，這種滯后設(shè)為 對應(yīng)于平均目標(biāo)輸出電流的30%。當(dāng)比較器12的反相輸入端處的電壓上升為大于接線端 13處的電壓的15%時，比較器12的輸出下降并切斷晶體管15。已經(jīng)存儲在電感器3中的 磁場開始衰減，并開始驅(qū)動反電動勢(EMF)，使得電流經(jīng)由二極管4繼續(xù)流過電阻器5和負(fù) 載1。該電流直到比較器12的反相輸入端的有效電壓下降低于下閾值才下降。在這一點 上，比較器的輸出上升并接通晶體管15。因此，電流從電源流過電阻器5、負(fù)載1和電感器3，直到再次達(dá)到比較器12的上閾值。因此，調(diào)節(jié)器自激振蕩并產(chǎn)生具有鋸齒波形負(fù)載電流，其具有波峰值IthH和波谷值IthL，如圖2中的下圖所示。開環(huán)控制由包括電流監(jiān)測器6的第一電路提供。供給至負(fù)載1的實際輸出電流取 決于比較器開關(guān)閾值，其通常由參考電壓設(shè)定，并取決于電路偏移以及增益誤差、溫度和源 電壓變化、以及從輸入接線端7和8到輸出接線端16的通過控制器的傳播延遲。例如，在 電流監(jiān)測器輸出端處測量的源自在電流監(jiān)測器6中的偏移的任何直流偏移、開關(guān)閾值的設(shè) 定或者比較器將引起平均負(fù)載電流偏離額定目標(biāo)電流。高水平的直流電精度在電流監(jiān)測器 6和比較器12中對降低這些誤差是必要的。然而，如隨后所描述的，電流監(jiān)測器6和比較器 12需要“快”，并且這與直流精確度的要求相沖突。圖2圖示了圖1的調(diào)節(jié)器在沒有開關(guān)延遲、直流偏移和構(gòu)成性能的類似項的理想 情況中的操作。然而，在實際中，這些各種誤差機(jī)制不同程度地存在。附圖中的圖3圖示了 考慮從控制器的輸入接線端7和8到輸出接線端16的傳播延遲的實際操作。特別地，當(dāng)通 過傳感電阻器5的電流朝向上峰值和下峰值成斜線時，該電流將達(dá)到對應(yīng)于相應(yīng)的比較器 開關(guān)閾值或“理論滯后(theoretical hysteresis) ”的值，如圖3中的中圖所示。然而，在 達(dá)到理論滯后開關(guān)閾值和晶體管15的狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間存在延遲，這導(dǎo)致圖3中圖示的“實際 滯后(actual hysteresis) ”。傳播延遲在圖3的下圖中圖示為tpdH和tpdL，所產(chǎn)生的波 峰值和波谷值圖示為lout max和lout min。附圖中的圖4圖示了當(dāng)通過電阻器5、負(fù)載1和電感器3的電流以兩個不同的速率 上升(例如對應(yīng)于兩種不同電源電壓的應(yīng)用)時會發(fā)生什么。對于恒定的電源電壓和不同 的負(fù)載電壓，或者對于不同的電源電壓和不同的負(fù)載電壓，出現(xiàn)相似的問題，但為了簡單起 見，并且為了不喪失一般性，詳細(xì)的分析將限于不同的電源電壓和常數(shù)負(fù)載。對于低源電壓20和高源電壓21，圖示了電阻器5上的檢測電壓。理論檢測閾值由 虛線所示，波形已經(jīng)被同步以在A點同時與理論閾值相交。由于通過控制器的傳播延遲、晶體管15的狀態(tài)在A點保持不變，且直到到達(dá)對應(yīng) 于波形點C和E的時間才改變。因此，由波形20表示的低源電壓的實際或有效開關(guān)閾值在 23處示出，而對于高電壓源，波形21較高，并在24處示出。對于任何情況，在晶體管15切斷時通過負(fù)載1的電流的變化速率將相同，使得電 阻器5上的電壓將以相同的速率下降，如波形20和21的部分20’和21’所示。因此，這些 波形將在不同的時間與理論檢測閾值22相交，由圖4中的B和D表示。因此通過調(diào)節(jié)器的 傳播延遲對于不同的源電壓引起不同的誤差項，圖4中的誤差項由三角區(qū)域ABC和ADE表 示。正的過沖向通過負(fù)載的平均電流添加錯誤項，使得它比目標(biāo)值高。圖5圖示了下降時的檢測電壓，對應(yīng)于晶體管15切斷。當(dāng)檢測電壓下降為低于低 的理論檢測閾值25時，傳播延遲允許檢測電壓繼續(xù)下降，直達(dá)它到達(dá)H點。在檢測電壓的 變化速率由通過負(fù)載的電流決定并且不依賴于源電壓時，下降檢測電壓由單波形26示出。 然而，當(dāng)晶體管15在傳播延遲的結(jié)束處打開時，通過負(fù)載的電流和檢測電壓將以依賴于供 給至調(diào)節(jié)器的電源電壓的速率上升。所產(chǎn)生的波形20和21分別地對應(yīng)于圖4中示出的不 同源電壓的波形20和21。這產(chǎn)生與三角形FGH和FJH的面積成比例的多于兩個的誤差項。 負(fù)的過沖從平均電流消去誤差項，使它低于目標(biāo)值。如果調(diào)節(jié)器的占空因數(shù)(duty cycle)約為50%且傳播延遲在橫跨兩個開關(guān)閾值時相似，則正、負(fù)“過沖”誤差項可以相互消除。然而，在正常操作期間，結(jié)果通常將是不對稱 的，實際平均負(fù)載電流將不同于目標(biāo)值。當(dāng)開關(guān)頻率高時，這在工作循環(huán)的末端特別明顯， 其中晶體管15以相對短的時間打開或關(guān)閉，并且與脈沖寬度相比，傳播延遲變得很重要。如圖4和5所示，三角形ADE和FJH的面積相似，對于對應(yīng)于波形21的高電源電 壓，平均負(fù)載電流將接近目標(biāo)負(fù)載電流。然而，三角形ABC和FGH的面積實質(zhì)上不同，使得 對于對應(yīng)于波形21的源電壓，平均輸出電流將低于目標(biāo)值。調(diào)節(jié)器的工作頻率主要由電感器3的電感L和由比較器滯后作用決定的輸出電流 紋波決定。雖然調(diào)節(jié)器可以在相對寬的范圍內(nèi)工作，但不希望頻率過高，因為開關(guān)損耗會變 得相當(dāng)大且不可接受。如果開關(guān)頻率變得過低，這可能引起來自電感器的音頻噪聲，并且可 能損害電磁兼容性(EMC)。調(diào)節(jié)器通過改變輸入接線端13處的電壓來控制，例如，用于在用作負(fù)載1時允許 LED調(diào)光。當(dāng)輸入端13處的電壓降低時，輸出電流和紋波都下降，但開關(guān)頻率增加。電效率 可能因此會削弱用于變暗(dimmed)的輸出電流。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了 一種用于開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制器，包括用于控制用 于將電流切換到電感器中的開關(guān)的滯后比較器，比較器具有上閾值和下閾值；第一電路，用 于將表示電感器中的瞬間電流的第一信號供給至比較器；和第二電路，用于將表示目標(biāo)調(diào) 節(jié)器輸出和實際調(diào)節(jié)器輸出之間的誤差的第二信號供給至比較器。例如，第二信號可以是作為負(fù)反饋信號施加的平均信號，負(fù)反饋信號修正輸入電 壓至比較器，由此控制平均電感器電流。在本說明書中通過術(shù)語“平均”意味著在多個開關(guān) 循環(huán)內(nèi)平均的平均值，例如至少3個開關(guān)循環(huán)，優(yōu)選至少5個，更優(yōu)選至少10個。第二信號可以作為修正電阻器上的電壓的電流的形式的負(fù)反饋在輸入處施加至 比較器。換句話說，本發(fā)明的第一方面可以提供一種用于開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制器，包括用于 控制用于將電流切換到電感器中的開關(guān)的滯后比較器，比較器具有上閾值和下閾值；第一 電路，用于將表示電感器中的瞬間電流的第一信號供給至比較器；和第二電路，用于將表示 目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出和實際調(diào)節(jié)器輸出之間的誤差的第二信號供給至比較器，其中第二信號可 以作為修正輸入電壓的負(fù)反饋信號施加至比較器的平均信號。第二信號可以作為修正電阻器上的電壓的電流的形式的負(fù)反饋在輸入處施加至 比較器?？刂破骺梢允怯糜陂_關(guān)電流調(diào)節(jié)器的控制器。第二電路可以具有比第一電路慢的響應(yīng)時間。第二電路可以包括積分器。積分器 可以設(shè)置為對目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出和實際調(diào)節(jié)器輸出之間的差進(jìn)行積分。積分器可以具有調(diào)節(jié) 器工作期間的幾個開關(guān)循環(huán)周期的數(shù)量級的時間常數(shù)，例如至少3個開關(guān)循環(huán)周期，優(yōu)選 至少5個，更優(yōu)選至少10個。第一和第二電路可以分別地具有第一輸入端和第二輸入端，第一輸入端和第二輸 入端是可連接的，或者連接在一起，并且第二電路可以包括柵極，柵極設(shè)置為，在開關(guān)斷開 時通過來自第二輸入端 的信號，并在開關(guān)接通時阻止來自第二輸入端的信號。柵極可以設(shè)置為由比較器控制。比較器可以設(shè)置為提供滯后百分比，其為目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出的函數(shù)。滯后百分比可 以與目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出成比例。滯后百分比可以與第一項和第二常數(shù)項的和成比例，第一項 與目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出成比例。比較器可以設(shè)置為提供滯后百分比，其為工作時調(diào)節(jié)器的開關(guān)頻率的函數(shù)。滯后 百分比可以與開關(guān)頻率成比例。比較器可以具有第一輸入端和第二輸入端，第一輸入端設(shè)置為接收第一和第二信 號，第二輸入端用于接收來自第一調(diào)節(jié)輸入端的用于設(shè)定目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)信號。第 二電路可以具有輸入端，用于接收連接至第一調(diào)節(jié)輸入端的目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出。第二電路可 以具有輸入端，用于接收連接至第二調(diào)節(jié)輸入端的目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出。第一調(diào)節(jié)輸入端可以 連接至分壓器的輸入端，分壓器的輸出端連接至第二調(diào)節(jié)輸入端。第二電路可以包括進(jìn)一 步的比較器，其具有連接至第一和第二調(diào)節(jié)輸入端的第一和第二輸入端，以及用于控制柵 極的激活或旁路的輸出端。控制器可以包括開關(guān)。
開關(guān)可以晶體管。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的 控制器和電感器。該調(diào)節(jié)器可以包括與電感器串聯(lián)并連接至第一電路的第一傳感電阻器。第一傳感 電阻器可以連接至第二電路。調(diào)節(jié)器可以包括與調(diào)節(jié)器的輸出端串聯(lián)并連接至第二電路的第二傳感電阻器。調(diào)節(jié)器的輸出端可以經(jīng)由二極管連接至電感器。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種光源，包括連接至根據(jù)本發(fā)明的第二方面的 調(diào)節(jié)器的至少一個發(fā)光器件。因此，能夠提供一種性能改進(jìn)的控制器和調(diào)節(jié)器，特別是關(guān)于輸出電流的穩(wěn)定性 的改進(jìn)。例如，傳播延遲和過沖的影響基本可以降低，從而例如可以降低目標(biāo)輸出電流的隨 著輸入源電壓變化的變化。而且，溫度和/或時間的偏移和漂移的影響可以降低。在一些 實施方式中，開關(guān)頻率的變化可以降低。還能夠提供可以以降壓模式、升壓模式或升_降壓 模式操作的實施方式，例如，使用共同的控制器用于所有這些模式。本發(fā)明提供了使用單個 感測元件以提供控制的好處，給出了降低誤差、成本和尺寸的可能性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，與 兩個平行處理進(jìn)程結(jié)合的單個檢測元件的合并可以提供快速的操作和改進(jìn)的控制。


參照附圖，以舉例的方式，將進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中圖1為公知類型的調(diào)節(jié)器的方塊示意圖；圖2為波形圖，圖示在圖1中示出的類型的理想調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的波形；圖3為波形圖，圖示圖1中示出的類型的實際調(diào)節(jié)器的使用期間產(chǎn)生的波形；圖4和5為詳細(xì)波形圖，圖示如圖3中圖示的操作期間的過沖和下沖；圖6為構(gòu)成本發(fā)明的第一種實施方式的開關(guān)電流調(diào)節(jié)器和控制器的方塊示意圖；圖7圖示了圖6的調(diào)節(jié)器的滯后控制的示例；
圖8圖示了圖6的調(diào)節(jié)器的電流監(jiān)測器的示例；圖9圖示了圖6的調(diào)節(jié)器的需求電流源的示例；
圖10圖示了圖6的調(diào)節(jié)器的滯后控制的另一示例；圖IlaUlb和1 Ic為針對調(diào)節(jié)電壓的輸出電流、輸出電流紋波和開關(guān)頻率圖；圖12為構(gòu)成本發(fā)明的第二種實施方式的開關(guān)電流調(diào)節(jié)器和控制器的方塊示意 圖；圖13為構(gòu)成本發(fā)明的第三種實施方式的開關(guān)電流調(diào)節(jié)器和控制器的方塊示意 圖；圖14為圖示線圈電流、晶體管電流和負(fù)載電流的波形圖；圖15為構(gòu)成本發(fā)明的第四種實施方式的開關(guān)電流調(diào)節(jié)器和控制器的方塊示意 圖；圖16為構(gòu)成本發(fā)明的第五種實施方式的開關(guān)電流調(diào)節(jié)器和控制器的方塊示意 圖；和圖17為構(gòu)成本發(fā)明的第六種實施方式的開關(guān)電流調(diào)節(jié)器和控制器的方塊示意 圖。
具體實施例方式在附圖中相同的附圖標(biāo)記涉及相同的部件，并且之前已經(jīng)描述的那些部件和操作 方面將不再詳細(xì)描述。圖6中示出的控制器和調(diào)節(jié)器屬于與圖1中示出的大體相同類型的。特別地，圖6 中元件1至17與圖1中對應(yīng)的元件相同，將不再描述。而且，基本操作與圖1中描述的相 同之處在于，調(diào)節(jié)器屬于“降壓(buck) ”類型的，并且自激振蕩，從而根據(jù)比較器滯后、電感 器3的電感L和供給至“調(diào)節(jié)(adjust)” (ADJ)輸入端13的電壓控制通過負(fù)載1的電流。在圖6中，滯后控制裝置30與比較器12分開地示出，并在圖7中圖示。調(diào)節(jié)電壓 Vaw供給至例如為跨導(dǎo)放大器形式的電壓-電流轉(zhuǎn)換器31，其供給等于K1XVaw的輸出電流 I。ut，其中K1為常數(shù)，并表示轉(zhuǎn)換器31的跨導(dǎo)(transconductance)。輸出電流供給至極性 選擇電路32，該極性選擇電路或者在沒有進(jìn)一步處理的情況下供給來自轉(zhuǎn)換器31的輸出 電流，或者根據(jù)方向選擇信號使該電流的極性反相。比較器12的輸出C0MP0UT用作方向選 擇信號，并且電路32的輸出與電流監(jiān)測器6的供給至電阻器9和比較器12的反相輸入端 的輸出合并。圖6中示出的控制器2的電流監(jiān)測器6為“快速”電流監(jiān)測器，在損害諸如直流偏 移等其它參數(shù)的情況下，響應(yīng)速度或低傳播延遲被優(yōu)化。例如，電流監(jiān)測器6包括如圖8中 示出的電流源跨導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)。該監(jiān)測器包括快速運(yùn)算放大器33，其輸出連接至場效應(yīng)晶 體管34的柵極(或雙極結(jié)晶體管的基極)。運(yùn)算放大器33的非反相輸入端連接至輸入接 線端7。晶體管34的源極連接至運(yùn)算放大器33的反相輸入端，并經(jīng)由電阻器35連接至輸 入接線端8，并連接至電源輸入端17。晶體管34的漏極形成快速電流監(jiān)測器的輸出端，使得 源自監(jiān)測器的輸出電流等于電阻器5上的電壓降乘以監(jiān)測器的(固定的)跨導(dǎo)(或互導(dǎo))。輸入接線端7和8連接至另一個“精確(accurate) ”電流監(jiān)測器36，其也將傳感電 阻器5上的電壓降轉(zhuǎn)換成輸出電流。電流監(jiān)測器36可以具有如圖8所示的相同的一般電路結(jié)構(gòu)，但運(yùn)算放大器的精確度被優(yōu)化了，具有低帶寬并具有內(nèi)部頻率補(bǔ)償。放大器36的 轉(zhuǎn)換速率低于快速電流監(jiān)測器6的轉(zhuǎn)換速率，但諸如電流和電壓偏移的誤差和公差更低， 使得監(jiān)測器36的輸出電流提供通過電阻器5、并因此通過負(fù)載1和電感器3的電流的更好 的表示。 輸入端13還連接到需求電流源37，并設(shè)置為將調(diào)節(jié)電壓Vaw轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電流。 需求電流源37還可以為跨導(dǎo)放大器的形式，并且適合的配置在圖9中示出。源37包括“精 確”運(yùn)算放大器38，例如類似于設(shè)置在電流監(jiān)測器36的精確運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器38 的非反相輸入端連接至輸入端13。放大器38的輸出連接至場效應(yīng)晶體管39的柵極，該晶 體管的漏極形成需求控制源37的消耗電流輸出端(current-sinking output)，并且其源 極連接至放大器38的反相輸入端，并連接至電阻器40的第一接線端，電阻器40的第二接 線端連接至接地接線端10。電流監(jiān)測器36的輸出和電流源37連接到差分電路節(jié)點41，該差分電路節(jié)點41的 輸出端連接至積分器42的輸入端。例如，積分器42可以包括具有連接在其輸出端和反相輸 入端之間的積分電容器的運(yùn)算放大器，其中節(jié)點41可以由運(yùn)算放大器的反相輸入端形成。 積分器42的輸出端供給電流，該電流是相對于電流監(jiān)測器36的輸出和電流源37之間的差 的時間的積分。積分器42的輸出電流與電流監(jiān)測器6和滯后控制裝置30的輸出電流合并 以提供輸入信號COMPIN到比較器12的反相輸入端，以在電阻器9上產(chǎn)生的電壓的形式。電流監(jiān)測器36、電流源37、電路節(jié)點41和積分器42形成第二電路，第二電路以負(fù) 反饋信號形式提供第二信號到比較器12，用于相對于由滯后控制裝置30限定的比較器12 的開關(guān)閾值改變由電流監(jiān)測器6提供的第一信號。積分器42具有為調(diào)節(jié)器的開關(guān)頻率處 的多個循環(huán)的數(shù)量級(order)的時間常數(shù)。因此，由積分器42供給的第二信號比由電流監(jiān) 測器6供給的第一信號改變的更慢，并提供了對通過負(fù)載1的平均電流中的誤差的精確表 示。第二信號相對于開關(guān)閾值改變第一信號的電平，從而最小化由差分節(jié)點41產(chǎn)生的在平 均負(fù)載電流和由施加到接線端的電壓決定的目標(biāo)負(fù)載電流之間的誤差信號。因此，不管諸 如開關(guān)閾值和直流偏移、傳播延遲、在接線端17處的輸入電壓等等的參數(shù)的變化，第二電 路確保通過負(fù)載1的平均電流保持在目標(biāo)值處或接近目標(biāo)值。積分器42如此起作用，使得實質(zhì)上不需要輸入誤差將它的輸出驅(qū)動為所要求的 狀態(tài)。這是因為電流監(jiān)測器36和電流源37具有非常高的輸出阻抗。積分器在回路響應(yīng)中 提供主導(dǎo)極點(dominant pole)，該極點的頻率可以被調(diào)節(jié)以使控制回路的總響應(yīng)與系統(tǒng) 的要求匹配。在降壓模式中，誤差信號僅用來修正由快速控制回路產(chǎn)生的輸出電流，其通常相 當(dāng)接近目標(biāo)值。因此，修正量不需要很大，并且控制回路的增益不需要很高。而且，當(dāng)修 正信號保持為主要地與工作范圍內(nèi)的輸出電流成比例時，控制回路所要求的增益在調(diào)光 (dimming)期間不會明顯改變。這意味著回路穩(wěn)定性的約束在工作范圍內(nèi)也滿足了，不需要 改變積分器的時間常數(shù)，使得積分器可以完全形成在包含控制器2的集成電路中。當(dāng)圖6中示出的調(diào)節(jié)器用來向諸如發(fā)光二極管之類的光發(fā)射器形式的負(fù)載1供給 能量時，光源可以通過降低在輸入接線端13上的電壓調(diào)光。除了降低通過負(fù)載1的平均電 流，比較器12的開關(guān)閾值之間的決定紋波電流的滯后也線性減少，因為它設(shè)為在輸入端13 處的電壓的固定百分比，例如30%。開關(guān)調(diào)節(jié)器的工作頻率與電感器3的電感L成反比，并與由比較器12的滯后決定的紋波量成反比。為了限制開關(guān)頻率降低的程度，如圖10所 示，補(bǔ)償裝置可以設(shè)置在滯后控制裝置30內(nèi)。比較器12的輸出供給至包括可再觸發(fā)單穩(wěn) 態(tài)裝置43和積分器44的檢頻器。積分器44的輸出供給至連接至倍增器46的一個輸入端 的放大器45。倍增器46用轉(zhuǎn)換器31的輸出乘放大器的輸出。因此，如果工作頻率低于預(yù) 定值，檢頻器降低用作產(chǎn)生滯后的電流量，以將開關(guān)頻率保持在預(yù)定最小值之上。
如前所述，通過向輸入端13施加低電壓來降低負(fù)載電流容易使開關(guān)頻率增加。通 過增加恒定電流并降低比例電流(proportional current)的增益，因為輸入端13處的電 壓降低使得頻率變化更小，滯后百分比可以更大。如圖10所示，求和節(jié)點47設(shè)置在轉(zhuǎn)換器 31的輸出端和倍增器46之間。求和節(jié)點47接收恒定輸入值，與圖7中示出的相比，轉(zhuǎn)換 器31的跨導(dǎo)降低。如圖Ila所示，圖7中的滯后控制裝置的輸出電流和輸入端13處的調(diào) 節(jié)電壓Vaw之間的轉(zhuǎn)換功能由跨導(dǎo)48表示。通過改變增加并增加常數(shù)項，跨導(dǎo)由圖Ila中 的線49表示。紋波的百分比和圖7的滯后控制裝置的開關(guān)頻率與調(diào)節(jié)電壓之比分別由圖 lib和Ilc中的曲線50和51表示，同時，用于降低的增益和常數(shù)項的紋波和開關(guān)頻率分別 由曲線52和53表示。圖12圖示了以“升壓(boost)”模式操作的開關(guān)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器使用控制器2，其 與圖6中示出的控制器不同之處僅在于，精確電流監(jiān)測器36的輸入端連接至輸入接線端54 和55，輸入接線端54和55從連接到快速電流監(jiān)測器6的輸入端的輸入接線端7和8分開。 為了方便，控制器2可以設(shè)置有分開的輸入端54和55，并且通過在形成控制器的集成電路 的外部將輸入端54和55分別地連接至輸入端7和8隨后可以用在如圖6中所示的降壓模 式中。為了在升壓模式中操作，電感器3連接在控制器2的輸入接線端7和輸出接線端 16之間。負(fù)載1與第二電流傳感電阻器56和二極管4串聯(lián)連接在接地11與輸出接線端 16之間。因此，快速電流監(jiān)測器6監(jiān)測通過電感器3的電流，而精確電流監(jiān)測器36監(jiān)測通 過負(fù)載1的電流。該控制器的操作類似于在降壓模式中的控制器的操作。然而，由于負(fù)載 電流的平均值小于通過晶體管開關(guān)15的電流的平均值，則要求形成控制回路并包括電流 監(jiān)測器36、電流源37、電路節(jié)點41和積分器42的第二電路在快速電流監(jiān)測器6的輸出端 添加較大的修正電流。修正電流包括在主要操作情形下的正常誤差成分加開關(guān)和負(fù)載電流 之間的差。圖13圖示了以升-降(buck-boost)模式操作的調(diào)節(jié)器。控制器2與圖12中示出 的控制器相似，唯一的不同在于該調(diào)節(jié)器電路為負(fù)載1返回到電源接線端17而不是接地。在升壓模式中，傳感電阻器56在操作期間經(jīng)歷大的共模電壓變化。通過具有良好 的高頻下的共模抑制(common-mode re jection)，精確電流監(jiān)測器因此必定能夠精確地響 應(yīng)負(fù)載電流的不連續(xù)特性。圖14的上波形圖示了通過電感器或線圈3的電流，中間波形圖 示了通過晶體管15的電流。下波形圖示了通過負(fù)載1的電流，并且特別地，圖示了大的共 模成分，其由傳感電阻器56轉(zhuǎn)換成用于精確電流監(jiān)測器36的輸入電壓。雖然能夠添加與 負(fù)載1平行的大電容器以平緩負(fù)載電流并降低共模偏移，這種電容器用作儲存器，并且如 果脈寬調(diào)制調(diào)光被施加至調(diào)節(jié)器，則調(diào)光范圍被降低。為了減少這種問題，并消除對傳感電阻器56的需求，可以使用圖15中示出的調(diào)節(jié) 器。精確電流監(jiān)測器36的輸入還連接(在集成電路內(nèi)部中或外部地)到輸入端7和8，并且去除傳感電阻器56，使得負(fù)載1與二極管4串聯(lián)在輸出接線端16和接地之間。流過電 阻器5和電感器3的電流不是流過晶體管15就是流過二極管4和負(fù)載1。 這種電流流動通路由比較器12的輸出決定，其控制晶體管15的開關(guān)。當(dāng)晶體管15不導(dǎo)通 或關(guān)斷時，通過監(jiān)測在電阻器5中的電流，比較器的輸出因而可以被用來控制用于推斷負(fù) 載中的電流的配置。如圖15所示，限幅電路57形式的柵極設(shè)置在精確電流監(jiān)測器36和電路節(jié)點41 之間。限幅電路57由比較器12的輸出控制。特別地，當(dāng)比較器輸出為高以使晶體管15接 通時，限幅電路57有效地使精確檢測器36的輸出與電路節(jié)點41斷開，以忽略通過傳感電 阻器5、電感器3和晶體管15的電流。當(dāng)比較器的輸出為低水平以使晶體管15關(guān)斷時，電 流流過電感器3、電阻器5、負(fù)載1和二極管4。因此，限幅電路57將精確電流監(jiān)測器56的 輸出連接至電路節(jié)點41。到精確電流監(jiān)測器36的輸入對應(yīng)于圖14中的上波形，以便不需 要精確電流監(jiān)測器來處理大的共模信號。限幅電路57確保包括積分器42的第二電路僅響 應(yīng)于通過負(fù)載的電流。限幅電路57可以由任何合適的電路形成，一個示例是差分對晶體管，用于根據(jù)比 較器12的輸出狀態(tài)操縱來自精確電流監(jiān)測器的電流或者到接地或者到電路節(jié)點41。圖15中示出的控制器2不同于上述的那些控制器的地方在于，到需求電流源37 的輸入端不連接至輸入接線端13，而是連接至它自己的輸入接線端58。來自圖15的調(diào)節(jié) 器的負(fù)載電流的平均值必須限定為通過電感器3的電流的平均值的一部分。通過電感器3 的電流由電阻器5的值和在輸入端13處的電壓“限定(defined)”。如果需求電流源的輸 出降低因子k，則負(fù)載電流將降低相同的因子。如圖15所示，這是通過在輸入端13和58之間設(shè)置電阻器59和60形式的分壓器 來實現(xiàn)的。用于控制調(diào)節(jié)器的電壓供給至輸入端13，并且在經(jīng)由輸入端58施加至需求電流 源37的輸入端之前，減低分壓器的衰減因子k。圖15的調(diào)節(jié)器在升壓模式下操作。然而，本質(zhì)上相同結(jié)構(gòu)，特別地，相同的控制器 2可以用在升-降壓模式中。適合的配置如圖16所示，其與圖15僅有的不同之處在于，負(fù) 載1返回電源輸入端17而不是返回接地11。圖17圖示了圖16中示出的類型的轉(zhuǎn)換器，其允許自動決定預(yù)期的操作模式，并相 應(yīng)地激活或不激活限幅電路57。限幅電路57的激活或不激活由比較器61控制，比較器61 具有連接至衰減器62的輸出端的反相輸入端，衰減器62的輸入端連接至接線端13。比較 器61的非反相輸入端連接至接線端58。在升壓和升-降壓模式中，根據(jù)由包括電阻器59和60的分壓器提供的衰減，接線 端58處的電壓小于接線端13處的電壓。因此比較器61的輸出為低，并且這使得限幅電路 57能夠工作。當(dāng)控制器2用在降壓模式中的調(diào)節(jié)器中時，因為負(fù)載1和電感器3串聯(lián)并通 過相同的電流，輸入端58直接地連接至接線端13。比較器61的輸出為高，這使限幅電路 57不工作，并將精確電流監(jiān)測器36的輸出端連接至電路節(jié)點41。因此，能夠提供控制器2， 其不需要用于確定它的操作模式的分離的輸入接線端。
權(quán)利要求
一種用于開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制器，包括用于控制用于將電流切換到電感器(3)中的開關(guān)(15)的滯后比較器(12，30)，所述比較器(12，30)具有上閾值和下閾值；和第一電路(6，9)，用于將表示所述電感器(3)中的瞬間電流的第一信號供給至所述比較器(12，30)，其特征在于，包括第二電路(36，37，41，42)，用于將表示目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出和實際調(diào)節(jié)器輸出之間的誤差的第二信號供給至所述比較器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中，所述第二信號是作為負(fù)反饋信號施加的平均 信號，所述負(fù)反饋信號修正所述比較器(12，30)的輸入電壓，由此控制平均電感器電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，用于開關(guān)電流調(diào)節(jié)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述第二電路(36，37，41，42)具有比 所述第一電路(6)慢的響應(yīng)時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述第二電路(36，37，41，42)包括積 分器(42)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制器，其特征在于所述積分器(42)設(shè)置為對所述目標(biāo)調(diào) 節(jié)器輸出和實際調(diào)節(jié)器輸出之間的差進(jìn)行積分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制器，其特征在于所述積分器(42)在所述調(diào)節(jié)器工作期 間具有幾個開關(guān)循環(huán)周期數(shù)量級的時間常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述第一和第二電路(6，36，37，41，42) 分別地具有第一輸入端和第二輸入端，所述第一輸入端和第二輸入端是可連接的，或者連 接在一起，并且所述第二電路(36，37，41，42)包括柵極(57)，所述柵極(57)設(shè)置為，在所述 開關(guān)(15)斷開時讓來自所述第二輸入端的信號通過，并在所述開關(guān)(15)接通時阻止來自 所述第二輸入端的所述信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制器，其特征在于所述柵極(57)設(shè)置為由所述比較器 (12，30)控制。
10.一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，其特征在于包括電感器(3)和如權(quán)利要求1所述的控制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于包括與所述電感器(3)串聯(lián)并連接 至所述第一電路(6)的第一傳感電阻器(5)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于所述傳感電阻器(5)連接至所述第 二電路(36,37,41,42)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于包括與所述調(diào)節(jié)器的輸出端(1)串 聯(lián)并連接至所述第二電路(36，37，41，42)的第二傳感電阻器(56)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于所述調(diào)節(jié)器的輸出端(1)經(jīng)由二極 管⑷連接至所述電感器(3)。
15.一種光源，其特征在于包括連接到根據(jù)權(quán)利要求10所述的調(diào)節(jié)器的至少一個發(fā) 光器件(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種開關(guān)調(diào)節(jié)器(2-5)，向諸如串聯(lián)發(fā)光二極管的負(fù)載(1)供給可控的穩(wěn)定的平均電流。調(diào)節(jié)器控制器(2)包括滯后比較器(12，30)，其控制用于將電流切換到電感器(3)中的晶體管(15)形式的開關(guān)。比較器(12)具有上、下閾值。包括快速電流監(jiān)測器(6)的第一電路將表示電感器(3)中的瞬時電流的第一信號供給至比較器。第二電路(36，37，41和42)將表示目標(biāo)調(diào)節(jié)器輸出和實際調(diào)節(jié)器輸出之間的誤差的第二信號供給至比較器。
文檔編號H05B37/02GK101861008SQ20101014915
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者克雷格·莫里斯·泰勒, 羅希特·阿羅拉, 艾倫·詹姆士·多德 申請人:達(dá)爾捷特科半導(dǎo)體有限公司