專利名稱：用在開關(guān)dc-dc變換器中的自振蕩開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在開關(guān)DC-DC變換器中的自振蕩開關(guān)電路。此外，本發(fā)明還涉及一種用于操作負(fù)載的驅(qū)動(dòng)器電路，所述驅(qū)動(dòng)器電路包括所述自振蕩開關(guān)電路。具體來(lái)說(shuō)，所述驅(qū)動(dòng)器電路被配置來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。
背景技術(shù)：
在包括LED或OLED的已知設(shè)備中，電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)器被應(yīng)用來(lái)為所述(O) LED提供適當(dāng)?shù)呢?fù)載電流。這種設(shè)備可以是具有(O) LED背光的LCD顯示器、例如后組合燈(RCL)的汽車燈組件或者任何其他照明設(shè)備。所述電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)器一般來(lái)說(shuō)優(yōu)選地是低成本電路。
一種適當(dāng)?shù)牡统杀鹃_關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路可以是已知的自振蕩驅(qū)動(dòng)器電路。這種開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路包括自振蕩開關(guān)電路。已知的自振蕩開關(guān)電路被設(shè)計(jì)成操作在臨界模式下，從而允許為諸如LED之類的負(fù)載提供單一功率電平。但是在許多應(yīng)用中期望有至少兩個(gè)功率電平，比如汽車后組合燈(RCL)就是這種情況。參照示例性的后組合燈，其中期望有車尾照明模式和剎車照明模式。
進(jìn)一步參照所述后組合燈，用于在車尾照明模式下對(duì)所述LED進(jìn)行調(diào)光的脈沖寬度調(diào)制(PWM)可能會(huì)導(dǎo)致不合期望的人為信號(hào)。這種人為信號(hào)可能會(huì)使得駕駛員無(wú)法正確地觀察到所述照明，從而可能會(huì)導(dǎo)致事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用在DC - DC變換器中的自振蕩開關(guān)電路，其中利用幅度調(diào)制(AM)為負(fù)載提供至少兩個(gè)功率電平。
本發(fā)明的上述目的是在根據(jù)權(quán)利要求1的自振蕩開關(guān)電路和根據(jù)權(quán)利要求9的DC - DC變換器中實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明， 一種用在開關(guān)DC-DC變換器中的自振蕩開關(guān)電路包括用于為負(fù)載供電的輸出端子。此外，所述自振蕩開關(guān)電路還包括用于從電源接收功率以便為所述負(fù)載提供第一(高)功率的高功率輸 入端子，以及用于從所述電源接收功率以便為所述負(fù)栽提供第二 (低) 功率的低功率輸入端子。因此，取決于所述電源在哪一個(gè)輸入端子上 供電，為所述負(fù)載提供相對(duì)較高或相對(duì)較低的功率。
提供具有控制端子的功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備，比如晶體管，其被配 置成控制在輸入端子與輸出端子之間流動(dòng)的負(fù)栽電流。此外還提供控 制半導(dǎo)體設(shè)備，其被耦合到所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備以便向該功率開
關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備的控制端子提供控制信號(hào)，從而控制該功率開關(guān)半導(dǎo)體 設(shè)備的開關(guān)。
感測(cè)電路被耦合到所述控制半導(dǎo)體設(shè)備，以便生成感測(cè)電壓。所 述控制半導(dǎo)體設(shè)備被配置成在所生成的感測(cè)電壓具有預(yù)定的控制電壓 電平時(shí)把所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備切換到不導(dǎo)通。為了允許提供所迷 至少兩個(gè)功率電平，所述感測(cè)電路包括第一感測(cè)電阻器和第二感測(cè)電
阻器以用于生成所述感測(cè)電壓，其中所述感測(cè)電路被配置成使得當(dāng) 功率被提供到所述高功率輸入端子并且所述負(fù)載電流具有預(yù)定的第一 峰值電流電平時(shí)，所述感測(cè)電壓具有所述預(yù)定的控制電壓電平；以及 當(dāng)功率被提供到所述低功率輸入端子并且所述負(fù)栽電流具有預(yù)定的第 二峰值電流電平時(shí)，所述感測(cè)電壓具有所述預(yù)定的控制電壓電平。所 述第一峰值電流電平對(duì)應(yīng)于所述第一功率；所述第二峰值電流電平對(duì) 應(yīng)于所述第二功率。因此，取決于所述電源在哪一個(gè)輸入端子上供電， 在達(dá)到相對(duì)較高的電流電平或者在達(dá)到相對(duì)較《氐的電流電平時(shí)，所述 感測(cè)電壓達(dá)到所述預(yù)定的控制電壓電平。因此，所生成的負(fù)載電流的 幅度(從而所提供的功率)取決于在哪一個(gè)輸入端子上供電而受到限 制。
所述半導(dǎo)體設(shè)備當(dāng)中的一個(gè)或更多可以是晶體管，特別是雙極型 晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，或者可以是任何其他適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體 設(shè)備。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備具有功率開關(guān)負(fù)栽電 流輸入端子和功率開關(guān)負(fù)載電流輸出端子。所述第 一 感測(cè)電阻器被耦 合在所述高功率輸入端子與所述功率開關(guān)負(fù)載電流輸入端子之間，所 述第二感測(cè)電阻器被耦合到所述低功率輸入端子，并且通過(guò)所述第一 感測(cè)電阻器耦合到所述功率開關(guān)負(fù)載電流輸入端子。因此，當(dāng)向所述
6高功率輸入端子供電時(shí)，所述負(fù)載電流經(jīng)由所述第 一感測(cè)電阻器流向 所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備。所述負(fù)載電流從而在所述第一感測(cè)電阻器 兩端生成一個(gè)電壓降。當(dāng)所述負(fù)載電流達(dá)到所述第一峰值電流電平時(shí)， 所述電壓降基本上等于所述預(yù)定的控制電壓電平。當(dāng)向所述低功率輸 入端子供電時(shí)，所述負(fù)載電流經(jīng)由所述第二感測(cè)電阻器和所述第一感 測(cè)電阻器流向所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備。所述負(fù)栽電流從而在所述第 一和第二感測(cè)電阻器兩端生成一個(gè)電壓降。當(dāng)所述負(fù)載電流達(dá)到所述 第二峰值電流電平時(shí)，所述電壓降基本上等于所述預(yù)定的控制電壓電
平，并且所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備被切換到不導(dǎo)通，從而導(dǎo)致阻斷所 述負(fù)載電流。應(yīng)當(dāng)注意到，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那樣，可以利 用電感器和續(xù)流二極管來(lái)保持流經(jīng)所述負(fù)栽的實(shí)際電流。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，把低功率輸入二極管連接到所述低功率輸入 端子，并且把高功率輸入二極管連接到所述高功率輸入端子。電壓校
平(voltage leveling )電阻器^t耦合在所述低功率輸入端子與所述第二 感測(cè)電阻器之間，以便在所述電壓校平電阻器兩端生成電壓降，所述 電壓降基本上等于所述低功率輸入二極管兩端的正向電壓與所述高功 率輸入二極管兩端的正向電壓的電壓差。當(dāng)同時(shí)向所述低功率輸入端 子和所述高功率輸入端子供電時(shí)，在所述低功率輸入二極管兩端和所 述高功率輸入二極管兩端生成正向電壓。由于流經(jīng)所述高功率輸入二 極管的電流高于流經(jīng)所述低功率輸入二極管的電流，因此在所述輸入 二極管之間存在正向電壓降差。所述正向電壓降差導(dǎo)致所述第二感測(cè) 電阻器兩端的電壓。所述第二感測(cè)電阻器兩端的電壓是所述感測(cè)電壓 的一部分，因此將在達(dá)到所述第一峰值電流電平之前達(dá)到所述控制電 壓電平。因此，可以提供第三功率電平。但是如果要提供低功率電平 和高功率電平(例如在汽車后組合燈中的情況)，當(dāng)同時(shí)向所述低功
率輸入端子和所述高功率輸入端子供電時(shí)，所述高功率電平應(yīng)當(dāng)被提 供到所述負(fù)載。因此就引入了所述電壓校平電阻器。所述電壓校平電 阻器兩端的電壓降去除了所述笫二感測(cè)電阻器兩端的電壓降。由于所 述電壓校平電阻器兩端的電壓降不是所述感測(cè)電壓的一部分，因此可 以達(dá)到所述第一峰值電流電平。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備具有功率開關(guān)負(fù)載電 流輸入端子和功率開關(guān)負(fù)栽電流輸出端子。所述第一感測(cè)電阻器被耦合在所述高功率輸入端子與所述功率開關(guān)負(fù)載電流輸入端子之間。所 述第二感測(cè)電阻器被耦合在所述控制半導(dǎo)體設(shè)備與所述第一感測(cè)電阻 器和所述功率開關(guān)負(fù)載電流輸入端子間的 一 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間。第 一 可控開 關(guān)設(shè)備被耦合在一個(gè)公共端子與所述第二感測(cè)電阻器和所述控制半導(dǎo) 體設(shè)備間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，其中所述第一可控開關(guān)設(shè)備被配置成在向
所述低功率輸入端子供電時(shí)被切換到導(dǎo)通；在向所述高功率輸入端子 供電時(shí)被切換到不導(dǎo)通；并且在同時(shí)向所述高功率輸入端子和所述低 功率輸入端子供電時(shí)被切換到不導(dǎo)通。當(dāng)所述第一可控開關(guān)設(shè)備不導(dǎo) 通時(shí)，基本上沒有電流流經(jīng)所述第二感測(cè)電阻器。因此，所述感測(cè)電 壓由流經(jīng)所述第 一感測(cè)電阻器的負(fù)栽電流生成。當(dāng)所述第一可控開關(guān) 設(shè)備導(dǎo)通時(shí)，控制電流流經(jīng)所述第二感測(cè)電阻器，從而在所述第二感 測(cè)電阻器兩端生成電壓。因此，所述感測(cè)電壓由流經(jīng)所述第一感測(cè)電 阻器的負(fù)載電流和控制電流生成，并且還由流經(jīng)所述第二感測(cè)電阻器 的控制電流生成。
為了提高所述自振蕩開關(guān)電路的能量效率并且為了允許相對(duì)較高 的電流而不損壞所述自振蕩開關(guān)電路，可以把增益半導(dǎo)體設(shè)備耦合在 所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備與所述控制半導(dǎo)體設(shè)備之間，以便放大所述 控制信號(hào)。通過(guò)放大所述控制信號(hào)，所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備可以更 快地從導(dǎo)通切換到不導(dǎo)通。由于可以有相對(duì)較高的電流流經(jīng)所述功率 開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備，因此緩慢的切換會(huì)導(dǎo)致相對(duì)較高的功率耗散。因此， 更快的切換會(huì)導(dǎo)致較低的功率耗散。較低的功率耗散會(huì)提高能量效率 并且允許更大的電流流經(jīng)所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備。
本發(fā)明還提供一種用于操作負(fù)載的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器電路。所述負(fù)載驅(qū) 動(dòng)器電路包括開關(guān)DC - DC變換器電路。所述開關(guān)DC 一 DC變換器包 括根據(jù)本發(fā)明的自振蕩開關(guān)電路。在一個(gè)實(shí)施例中，所述開關(guān)DC - DC 變換器是從包括降壓變換器、升壓變換器、降壓-升壓變換器以及回 掃變換器的組中選擇的。在一個(gè)實(shí)施例中，所述負(fù)載是發(fā)光二極管 LED。


下面將參照示出了非限制性實(shí)施例的附圖來(lái)闡述本發(fā)明，其中: 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的自振蕩開關(guān)DC-DC變換器的電路圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的自振蕩開關(guān)DC - DC變換器的第一實(shí)施 例的電路圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的自振蕩開關(guān)DC - DC變換器的第二實(shí)施 例的電路圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的自振蕩開關(guān)電路的一個(gè)實(shí)施例的一部分。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。圖1示出了被包括 在開關(guān)DC-DC降壓變換器10中的現(xiàn)有技術(shù)自振蕩開關(guān)電路的電路 圖。所述自振蕩開關(guān)電路包括第一和第二輸入端子Tinl、 Tin2。 DC電 源PS1被耦合到所述輸入端子Tinl、 Tin2，以用于向所述降壓變換器 IO提供DC電壓。所述DC電源PS1可以是任何類型的DC電源，例 如電池(組)。發(fā)光二極管LED被耦合到所述降壓變換器10的輸出 端。所述降壓變換器10還包括輸出電感器L1、輸出電容器Cl和續(xù)流 二極管Dl。所述輸出電容器CI與所述LED并聯(lián)耦合。所述輸出電感 器LI與所述輸出電容器CI和所述LED的所述并聯(lián)電路串聯(lián)耦合。所 述續(xù)流二極管Dl與所述串聯(lián)連接并聯(lián)連接，并且該續(xù)流二極管Dl被 耦合在所述自振蕩開關(guān)電路的第一和第二輸出端子Toutl、Tout2之間。
所述自振蕩開關(guān)電路包括功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備，特別是雙極性功 率開關(guān)晶體管Ql。所述功率開關(guān)晶體管Ql的集電極被連接到所述第 一輸出端子Toutl,并且該功率開關(guān)晶體管Q1的發(fā)射極通過(guò)感測(cè)電阻 器Rl耦合到所述第一輸入端子Tinl，從而把所述功率開關(guān)晶體管Ql 配置成控制所述輸入端子Tinl與所述輸出端子Toutl之間的負(fù)載電 流。
所述自振蕩開關(guān)電路還包括第一控制半導(dǎo)體設(shè)備，特別是第一雙 極性控制晶體管Q2。所述功率開關(guān)晶體管Ql的基極端子(即控制端 子)耦合到所述第一控制晶體管Q2的集電極。所述第一控制晶體管 Q2的發(fā)射極耦合到所述第一輸入端子Tinl。所述第一控制晶體管Q2 的基極端子耦合到所述功率開關(guān)晶體管Ql的發(fā)射極。
所述自振蕩開關(guān)電路還包括第二控制半導(dǎo)體設(shè)備，特別是第二雙 極性控制晶體管Q3。所述第二控制晶體管Q3的集電極耦合到所述功 率開關(guān)晶體管Ql的基極端子和所述第一控制晶體管Q2的集電極。所
9述第二控制晶體管Q3的發(fā)射極通過(guò)限流電阻器R3耦合到所述第二輸 入端子Tin2和所述第二輸出端子Tout2，其全部接地從而充當(dāng)所述電 路的公共端子。所述第二控制晶體管Q3的基極端子(即其控制端子) 通過(guò)啟動(dòng)電阻器R2連接到所述第一輸入端子Tinl，并且連接到所述功 率開關(guān)晶體管Ql的集電極和所述第一輸出端子Toutl。
在操作中，在啟動(dòng)時(shí)，由所述電源PS1向所述第一和第二輸入端 子Tinl、 Tin2提供DC電源電壓。所提供的DC電壓通過(guò)所述啟動(dòng)電 阻器R2被施加到所述第二控制晶體管Q3的基極端子。結(jié)果，所述第 二控制晶體管Q3被切換到導(dǎo)通。結(jié)果，生成集電極電流，并且所述功 率開關(guān)晶體管Ql變?yōu)閷?dǎo)通。隨后允許負(fù)載電流從所述第一輸入端子 Tinl經(jīng)由所述感測(cè)電阻器R1、所述功率開關(guān)晶體管Ql和所述輸出電 感器L1流到所述LED。由于所述電感器L1，所述負(fù)載電流逐漸增大。
隨著所述負(fù)載電流不斷增大，在所述感測(cè)電阻器R1上生成不斷增 大的電壓。這一不斷增大的電壓導(dǎo)致所述第一控制晶體管Q2上的不斷 增大的基極-發(fā)射極電壓。隨著所述基極-發(fā)射極電壓不斷增大，所 述第一控制晶體管Q2逐漸變?yōu)閷?dǎo)通，從而逐漸降低所述功率開關(guān)晶體 管Ql的基極-發(fā)射極電壓。隨著所述負(fù)載電流流經(jīng)所述功率開關(guān)晶體 管Ql，當(dāng)所述功率開關(guān)晶體管Ql的基極-發(fā)射極電壓變?yōu)榈陀陲柡?電壓時(shí)，在該功率開關(guān)晶體管Q1中耗散功率。最終，所述功率開關(guān)晶 體管Q1變?yōu)椴粚?dǎo)通，并且所述負(fù)栽電流被阻斷。
與此同時(shí)，所述電感器L1保持其電流，并且有電流開始通過(guò)所述 LED流經(jīng)所述續(xù)流二極管Dl。結(jié)果，在所述續(xù)流二極管Dl的陰極處 生成負(fù)電壓，從而把所述第二控制晶體管Q3切換到不導(dǎo)通。最終，所 述電流變得過(guò)低，并且所述續(xù)流二極管Dl被切換到不導(dǎo)通，從而去除 所述第二控制晶體管Q3的基極端子處的負(fù)電壓。隨后，從所述第一輸 入端子Tinl提供的DC電壓被施加在所述第二控制晶體管Q3的基極 端子處，并且重復(fù)上面描述的過(guò)程，從而提供自振蕩。
根據(jù)如圖2中所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為了把所述LED操作 在第一強(qiáng)度模式和第二強(qiáng)度模式下(例如尾燈和剎車燈)，為所述自 振蕩開關(guān)電路配備第一開關(guān)Sl和第二開關(guān)S2。所述第一開關(guān)Sl充當(dāng) 低功率輸入端子，并且所述第二開關(guān)充當(dāng)高功率輸入端子。所述第一 開關(guān)Sl通過(guò)低功率輸入二極管D2和電壓校平電阻器R4耦合到所述自
10振蕩開關(guān)電路。所述第二開關(guān)S2通過(guò)高功率輸入二極管D3連接到所 述自振蕩開關(guān)電路。與如圖1中所示的自振蕩開關(guān)電路相比，所述感 測(cè)電阻器(圖1中的R1)被具體實(shí)現(xiàn)為第一感測(cè)電阻器R1A和第二感 測(cè)電阻器R1B。
在所示出的實(shí)施例中，所述第一感測(cè)電阻器R1A被連接在所述高 功率輸入端子與所述功率開關(guān)晶體管Ql的功率開關(guān)負(fù)載電流輸入端 子(即發(fā)射極)之間。如果向所述高功率輸入端子供電，即如果所述 第二開關(guān)S2導(dǎo)通，則所述負(fù)載電流從所述高功率輸入端子經(jīng)由所述第 一感測(cè)電阻器R1A和所述功率開關(guān)晶體管Q1流向所述電感器L1和所 述LED。流經(jīng)所述第一感測(cè)電阻器RlA的負(fù)栽電流導(dǎo)致該笫一感測(cè)電 阻器R1A兩端的感測(cè)電壓被施加在所述第一控制晶體管Q2的發(fā)射極 與基極之間。隨著所述負(fù)載電流增大，所述感測(cè)電壓增大。當(dāng)所述負(fù) 栽電流達(dá)到第一峰值電流電平時(shí)，所述感測(cè)電壓達(dá)到預(yù)定的控制電壓 電平。所述預(yù)定的控制電壓電平導(dǎo)致所述第一控制晶體管Q2變?yōu)閷?dǎo) 通，從而又導(dǎo)致把所述功率開關(guān)晶體管Q1切換到不導(dǎo)通，正如上面關(guān) 于圖1所描述的那樣。
所述第二感測(cè)電阻器R1B被連接在所述低功率輸入端子與所述功 率開關(guān)晶體管Ql的發(fā)射極之間，其是通過(guò)所述第一感測(cè)電阻器R1A 連接到所述功率開關(guān)晶體管Ql的發(fā)射極的。如果向所述低功率輸入端 子供電，即如果所述第一開關(guān)S1導(dǎo)通，則所述負(fù)載電流從所述低功率 輸入端子經(jīng)由所述笫二和第一感測(cè)電阻器R1B、 R1A和所述功率開關(guān) 晶體管Ql流向所述電感器Ll和所述LED。流經(jīng)所述第一和第二感測(cè) 電阻器R1A、 R1B的負(fù)載電流導(dǎo)致所述第一和第二感測(cè)電阻器R1A、 R1B兩端的感測(cè)電壓被施加在所述第一控制晶體管Q2的發(fā)射極與基 極之間。隨著所述負(fù)載電流增大，所述感測(cè)電壓增大。當(dāng)所述負(fù)載電 流達(dá)到第二峰值電流電平時(shí)，所述感測(cè)電壓達(dá)到所述預(yù)定的控制電壓 電平。如上所述，這會(huì)導(dǎo)致所述笫一控制晶體管Q2變?yōu)閷?dǎo)通，并且把 所述功率開關(guān)晶體管Qi切換到不導(dǎo)通。
如果在操作中同時(shí)向所述低功率輸入端子和所述高功率輸入端子 供電，則從每一個(gè)輸入端子沖都會(huì)流出電流。具體來(lái)說(shuō)，由于所述高 功率輸入二極管D3兩端的正向電壓，有電流從所述低功率輸入端子流 經(jīng)所述低功率輸入二極管D2并且流經(jīng)所述第二感測(cè)電阻器R1B。流經(jīng)
ii所述笫二感測(cè)電阻器RIB的電流生成電壓降，該電壓降加到所述感測(cè) 電壓中。如果在同時(shí)向全部?jī)蓚€(gè)輸入端子供電時(shí)期望有高功率輸出， 則所述第二感測(cè)電阻器RIB兩端的電壓就是不合期望的。因此引入所 述電壓校平電阻器R4。如果有電流從所述低功率輸入端流出，則在所 述電壓校平電阻器R4兩端生成電壓，從而降低所述第二感測(cè)電阻器 RIB兩端的電壓。實(shí)際上，從所述高功率輸入端子流出的電流與從所 述低功率輸入端子流出的電流相比進(jìn)一步增大。因此，所述感測(cè)電壓 基本上等于在所述第一感測(cè)電阻器R1A兩端生成的電壓。因此，當(dāng)所 述負(fù)載電流基本上等于所述第一峰值電流電平時(shí)，所述功率開關(guān)晶體 管Ql被切換到不導(dǎo)通。
圖3示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明，提供第一感測(cè)電 阻器R1A和笫二感測(cè)電阻器R1B。在低功率輸入端子處提供第一開關(guān) Sl，并且在高功率輸入端子處提供第二開關(guān)S2。所述第一感測(cè)電阻器 R1A被連接在所述高功率輸入端子與所述功率開關(guān)晶體管Ql的功率 開關(guān)負(fù)栽電流輸入端子(即發(fā)射極)之間。所述第二感測(cè)電阻器R1B 被耦合在所述第一控制晶體管Q2的控制端子(基極)與所述第一感測(cè) 電阻器R1A和所述功率開關(guān)晶體管Ql的發(fā)射極間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間。 所述第一控制晶體管Q2的基極還連接到開關(guān)元件，特別是第一開關(guān)晶 體管Q4的集電極。所述第一開關(guān)晶體管Q4的發(fā)射極通過(guò)電阻器R5 連接到公共端子，特別是接地。所述笫一開關(guān)晶體管Q4的基極端子通 過(guò)電阻器R6耦合到所述低功率輸入端子。此外，所述第一開關(guān)晶體管 Q4的基極端子通過(guò)齊納二極管D4耦合到所述公共端子(其在所示出 的實(shí)施例中是地)。第二開關(guān)晶體管Q5與所述齊納二極管D4并聯(lián)耦 合。所述第二開關(guān)晶體管Q5的基極端子通過(guò)電阻器R7耦合到所述高 功率輸入端子。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易認(rèn)出形成電流源的公知電路(所 述電流源由所述第一開關(guān)晶體管Q4、齊納二極管D4和電阻器R5形 成)。所述電流源可以由所述第二開關(guān)晶體管Q5進(jìn)行開關(guān)。
如果在操作中向所述高功率輸入端子供電，即如果所述第二開關(guān) S2導(dǎo)通，則所述負(fù)載電流從所述高功率輸入端子經(jīng)由所述第一感測(cè)電 阻器R1A和所述功率開關(guān)晶體管Ql流向所述電感器Ll和所述LED。 流經(jīng)所述第一感測(cè)電阻器R1A的負(fù)載電流導(dǎo)致所述第一感測(cè)電阻器 R1A兩端的感測(cè)電壓被施加在所述第一控制晶體管Q2的發(fā)射極與基極之間。隨著所述負(fù)載電流增大，所述感測(cè)電壓增大。當(dāng)所述負(fù)載電 流達(dá)到第一峰值電流電平時(shí)，所述感測(cè)電壓達(dá)到預(yù)定的控制電壓電平。
所述預(yù)定的控制電壓電平導(dǎo)致所述第一控制晶體管Q2變?yōu)閷?dǎo)通，這又 導(dǎo)致把所述功率開關(guān)晶體管Ql切換到不導(dǎo)通，正如上面關(guān)于圖1和2 所描述的那樣。
應(yīng)當(dāng)注意到，在向所述高功率輸入端子供電時(shí)，沒有電壓凈皮施加 在所述第一開關(guān)晶體管Q4的基極端子處。此外，施加在所述高功率輸 入端子處的電壓被施加到所述第二開關(guān)晶體管Q5的基極端子，于是所 述第二開關(guān)晶體管Q5變?yōu)閷?dǎo)通，從而把所述第一開關(guān)晶體管Q4的基 極端子接地。因此，所述第一開關(guān)晶體管Q4不導(dǎo)通，并且?guī)缀鯖]有電 流流經(jīng)所述第二感測(cè)電阻器R1B。因此，所述感測(cè)電壓基本上等于所 述第一感測(cè)電阻器R1A兩端的電壓。
如果向所述低功率輸入端子供電，即如果所述第一開關(guān)S1導(dǎo)通， 則所述負(fù)栽電流從所述低功率輸入端子經(jīng)由所述第一感測(cè)電阻器RlA 和所述功率開關(guān)晶體管Ql流向所述電感器Ll和所述LED。此外，在 向所述低功率輸入端子供電時(shí)，所述電源電壓被施加在所述第一開關(guān) 晶體管Q4的基極端子處。實(shí)際的電壓電平受到所述齊納二極管D4的 限制。沒有電壓被施加在所述第二開關(guān)晶體管Q5的基極端子處，從而 其不導(dǎo)通。因此，所述第一開關(guān)晶體管Q4導(dǎo)通并且有控制電流流經(jīng)所 述第二感測(cè)電阻器R1B。因此，所述感測(cè)電壓等于所述第一感測(cè)電阻 器R1A兩端的電壓與所述第二感測(cè)電阻器R1B兩端的電壓的和。所述 感測(cè)電壓被施加在所述笫一控制晶體管Q2的發(fā)射極與基極之間。隨著 所述負(fù)載電流增大，所述感測(cè)電壓增大。當(dāng)所述負(fù)載電流達(dá)到第二峰 值電流電平時(shí)(所述第二峰值電流電平低于所述第一峰值電流電平)， 所述感測(cè)電壓達(dá)到所述預(yù)定的控制電壓電平。所述預(yù)定的控制電壓電 平導(dǎo)致所述第一控制晶體管Q2變?yōu)閷?dǎo)通，并且導(dǎo)致把所述功率開關(guān)晶 體管Ql切換到不導(dǎo)通。
如果同時(shí)向所述高功率輸入端子和所述低功率輸入端子施加功 率，則所述低功率輸入端子處的電壓被施加在所述第一開關(guān)晶體管Q4 的基極端子處。但是，由于所述高功率輸入端子處的電壓被施加在所 述第二開關(guān)晶體管Q5的基極處，因此所述第一開關(guān)晶體管Q4的基極 接地，并且沒有控制電流流經(jīng)所述第二感測(cè)電阻器R1B。因此，所述負(fù)載電流增大，直到其達(dá)到所述第一峰值電流電平，從而向所述負(fù)載
(特別是所述LED)提供高功率。
由所述第一開關(guān)晶體管Q4、齊納二極管D4和電阻器R5形成的所 述電流源確保固有地安全的溫度相關(guān)性。所述第一開關(guān)晶體管Q4的基 極-發(fā)射極電壓具有負(fù)溫度相關(guān)性。因此，隨著環(huán)境溫度不斷升高， 所述基極-發(fā)射極電壓被降低。由于所述齊納二極管D4的存在，所述 基極電壓是恒定的，因此發(fā)射極電壓升高，從而得到更高的控制電流， 并且導(dǎo)致較低的負(fù)栽電流峰值電平。因此，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，所連 接的LED將不會(huì)過(guò)熱。但是如果期望的話，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容 易理解，所述電流源可以被設(shè)計(jì)成與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)或者具有正溫度相 關(guān)性。為了設(shè)計(jì)所述溫度相關(guān)性，可以如上所述地重新設(shè)計(jì)所述電流 源，并且/或者可以為所述感測(cè)電路配備溫度相關(guān)的電阻器，比如NTC。
如上所述，由于從所述第一控制晶體管Q2的集電極向所述功率開 關(guān)晶體管Ql的基極端子提供的相對(duì)緩慢地增大的控制信號(hào)，在所述功 率開關(guān)晶體管Ql中會(huì)耗散功率。更快增大的控制信號(hào)將導(dǎo)致更快的開 關(guān)，從而導(dǎo)致更少的功率耗散。更少的功率耗散將允許更高的負(fù)栽電 流。因此，在如圖4所示的一個(gè)實(shí)施例中，可以提供增益半導(dǎo)體設(shè)備 (特別是增益晶體管Q6)，以便放大由所述第一控制晶體管Q2提供給 所述功率開關(guān)晶體管Qi的控制信號(hào)。
所述增益晶體管Q6的集電極與所述第一控制晶體管Q2的基極端 子相連，其基極端子連接到所述第一控制晶體管Q2的集電極，并且其 發(fā)射極連接到所述功率開關(guān)晶體管Ql的基極端子。應(yīng)當(dāng)注意到，所述 增益晶體管Q6的集電極也可以連接到所述電源的正端子。在所述增益 晶體管Q6的基極端子(從而是所述第一控制晶體管Q2的集電極)與 所述功率開關(guān)晶體管Ql的基極端子之間引入增益電阻器R8。此外， 把延遲電容器C2耦合在所述功率開關(guān)晶體管Ql的發(fā)射極(功率開關(guān) 輸入端子)與該功率開關(guān)晶體管Ql的集電極(功率開關(guān)輸出端子)之 間。除了上面提到的附加組件之外，如圖4所示的電路可以與圖1、 2 或3中所示的其中一個(gè)電路相同。
在操作中，圖4的電路的操作例如類似于圖1的電路。但是當(dāng)所 述感測(cè)電阻器Rl上的電壓已經(jīng)變得高到足以令所述第一控制晶體管 Q2開始導(dǎo)通時(shí)，在所述第一控制晶體管Q2的集電極處輸出的控制信
14號(hào)由所述增益晶體管Q6放大。因此，由所述第一控制晶體管Q2輸出的較小的控制信號(hào)快速變?yōu)橛伤鲈鲆婢w管Q6輸出的相對(duì)較大的控制信號(hào)。因此，由于所述快速增大的控制信號(hào)，所述功率開關(guān)晶體管Q1相對(duì)快速地切換到不導(dǎo)通狀態(tài)。因此，開關(guān)期間的功率耗散相對(duì)較低。
所述延遲電容器C2也適于降低所述功率開關(guān)晶體管Ql中的功率耗散。特別地，當(dāng)所述功率開關(guān)晶體管Q1被切換到導(dǎo)通時(shí)，所述延遲電容器C2把所述功率開關(guān)晶體管Ql的集電極與發(fā)射極上的電壓保持得相對(duì)較低。由于電壓較低，因此等于電流乘以電壓的功率耗散就較低。
雖然在這里公開了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的實(shí)施例僅僅是為了例示本發(fā)明，可以按照多種方式來(lái)具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，這里所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為進(jìn)行限制，而僅僅應(yīng)當(dāng)被解釋為權(quán)利要求書的基礎(chǔ)以及用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技基礎(chǔ)。
此外，這里所使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)不意圖進(jìn)行限制，相反是為了提供對(duì)本發(fā)明的可理解的描述。這里使用的術(shù)語(yǔ)"一個(gè)"被定義為一個(gè)或多于一個(gè)。這里使用的術(shù)語(yǔ)"另一個(gè)"被定義為第二個(gè)或更多。這里使用的術(shù)語(yǔ)"包括"和/或"具有"被定義為開放性語(yǔ)言的包括。這里使用的術(shù)語(yǔ)"耦合"被定義為連接，但不一定是直接連接，也不一定是有線連接。
1權(quán)利要求
1、一種用在開關(guān)DC-DC變換器中的自振蕩開關(guān)電路，所述自振蕩開關(guān)電路包括用于向負(fù)載(LED)供電的輸出端子(Tout1)；高功率輸入端子(S2)，其用于接收來(lái)自電源(PS)的功率以便向所述負(fù)載提供第一功率；低功率輸入端子(S1)，其用于接收來(lái)自所述電源的功率以便向所述負(fù)載提供第二功率，所述第二功率低于所述第一功率；具有控制端子的功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備(Q1)，所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備被配置成控制從所述高功率輸入端子和所述低功率輸入端子的至少其中之一到所述輸出端子的負(fù)載電流；控制半導(dǎo)體設(shè)備(Q2)，其被耦合到所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備以便向該功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備的控制端子提供控制信號(hào)，從而控制該功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備的開關(guān)；感測(cè)電路，其被耦合到所述控制半導(dǎo)體設(shè)備以便生成感測(cè)電壓，所述控制半導(dǎo)體設(shè)備被配置成在所述感測(cè)電壓具有預(yù)定的控制電壓電平時(shí)把所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備切換到不導(dǎo)通；其中，所述感測(cè)電路包括第一感測(cè)電阻器(R1A)和第二感測(cè)電阻器(R1B)以用于生成所述感測(cè)電壓，所述感測(cè)電路被配置成使得當(dāng)功率被提供到所述高功率輸入端子并且所述負(fù)載電流具有預(yù)定的第一峰值電流電平時(shí)，所述感測(cè)電壓具有所述預(yù)定的控制電壓電平，其中所述第一峰值電流電平對(duì)應(yīng)于所述第一功率；當(dāng)功率被提供到所述低功率輸入端子并且所述負(fù)載電流具有預(yù)定的第二峰值電流電平時(shí)，所述感測(cè)電壓具有所述預(yù)定的控制電壓電平，其中所述第二峰值電流電平對(duì)應(yīng)于所述第二功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的自振蕩開關(guān)電路，其中，所述功率開關(guān)半導(dǎo) 體設(shè)備和所述控制半導(dǎo)體設(shè)備的至少其中之一是晶體管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的自振蕩開關(guān)電路，其中，所述功率開關(guān)半導(dǎo) 體設(shè)備和所述控制半導(dǎo)體設(shè)備的至少其中之一是雙極性晶體管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2的自振蕩開關(guān)電路，其中，所述功率開關(guān)半導(dǎo) 體設(shè)備和所述控制半導(dǎo)體設(shè)備的至少其中之一是場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l的自振蕩開關(guān)電路，其中所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備具有功率開關(guān)負(fù)載電流輸入端子和功率開關(guān)負(fù)載電流輸出端子；所述第一感測(cè)電阻器被耦合在所述高功率輸入端子與所述功率開 關(guān)負(fù)載電流輸入端子之間；并且所述第二感測(cè)電阻器被耦合到所述低功率輸入端子，并且通過(guò)所 述第 一感測(cè)電阻器被耦合到所述功率開關(guān)負(fù)栽電流輸入端子。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的自振蕩開關(guān)電路，其中 低功率輸入二極管(D2)被連接到所述低功率輸入端子； 高功率輸入二極管(D3)被連接到所述高功率輸入端子； 電壓校平電阻器(R4)被耦合在所述低功率輸入端子與所述第二感測(cè)電阻器之間，以便在功率被同時(shí)提供到所述低功率輸入端子和所 述高功率輸入端子時(shí)生成電壓降，所述電壓降基本上等于所述低功率 輸入二極管兩端的正向電壓與所述高功率輸入二極管兩端的正向電壓 的差。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l的自振蕩開關(guān)電路，其中 所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備具有功率開關(guān)負(fù)載電流輸入端子和功率開關(guān)負(fù)載電流輸出端子；所述第一感測(cè)電阻器被耦合在所述高功率輸入端子與所述功率開關(guān)負(fù)載電流輸入端子之間；所述第二感測(cè)電阻器被耦合在所述控制半導(dǎo)體設(shè)備與所述第一感測(cè)電阻器和所述功率開關(guān)負(fù)栽電流輸入端子間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間；第一可控開關(guān)設(shè)備(Q4)被耦合在公共端子與所述第二感測(cè)電阻器和所述控制半導(dǎo)體設(shè)備間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，其中所述第一可控開關(guān)設(shè)備被配置成在向所述低功率輸入端子供電時(shí)被切換到導(dǎo)通； 在向所述高功率輸入端子供電時(shí)被切換到不導(dǎo)通；以及 在同時(shí)向所述高功率輸入端子和所述低功率輸入端子供電時(shí)被切換到不導(dǎo)通。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的自振蕩開關(guān)電路，其中，增益半導(dǎo)體設(shè)備(Q6) 被耦合在所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備與所述控制半導(dǎo)體設(shè)備之間，以便 放大所述控制信號(hào)。
9、 用于操作負(fù)載的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器電路，所述負(fù)載驅(qū)動(dòng)器電路包括開關(guān)DC - DC變換器電路，所述開關(guān)DC - DC變換器包括根據(jù)權(quán)利要求 1的自振蕩開關(guān)電路。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的負(fù)載驅(qū)動(dòng)器電路，其中，所述開關(guān)DC-DC 變換器是從包括降壓變換器、升壓變換器、降壓-升壓變換器以及回 掃變換器的組中選擇的。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9的負(fù)栽驅(qū)動(dòng)器電路，其中，所述負(fù)載是發(fā)光 二極管LED。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用在開關(guān)DC-DC變換器中的自振蕩開關(guān)電路，所述開關(guān)DC-DC變換器被允許使用幅度調(diào)制調(diào)光，以便對(duì)諸如LED之類的負(fù)載進(jìn)行調(diào)光。所述調(diào)光可以被用來(lái)提供兩個(gè)或更多不同的光輸出級(jí)，其例如可以被用在汽車的組合車尾和剎車照明中。所述自振蕩開關(guān)電路包括輸出端子(Ton P1)、用于向所述負(fù)載提供第一功率的高功率輸入端子(S2)以及用于向所述負(fù)載提供第二功率的低功率輸入端子(S1)。所述第二功率低于所述第一功率。所述開關(guān)電路還包括功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備(Q1)，其被配置成控制從所述高功率輸入端子(S2)和所述低功率輸入端子(S1)的至少其中之一到所述輸出端子的負(fù)載電流?？刂瓢雽?dǎo)體設(shè)備(Q2)被耦合到所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備(Q1)以便提供控制信號(hào)，從而控制該功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備(Q1)的開關(guān)。感測(cè)電路被配置成生成感測(cè)電壓。所述控制半導(dǎo)體設(shè)備(Q2)被配置成響應(yīng)于所述感測(cè)電壓控制所述功率開關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備(Q1)。所述感測(cè)電路包括第一感測(cè)電阻器(R1A)和第二感測(cè)電阻器(R1B)以用于生成所述感測(cè)電壓，從而使得當(dāng)功率被提供到所述高功率輸入端子時(shí)負(fù)載電流具有對(duì)應(yīng)于所述第一功率的預(yù)定的第一峰值電流電平，并且使得當(dāng)功率被提供到所述低功率輸入端子時(shí)所述負(fù)載電流具有對(duì)應(yīng)于所述第二功率的預(yù)定的第二峰值電流電平。
文檔編號(hào)H02M3/156GK101669272SQ200880013934
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者J·斯內(nèi)爾滕 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司