專利名稱：直流轉直流變換系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流轉直流變換系統，且特別是有關于一種脈沖寬度調變(Pulse width modulation, PWM)電路的直流轉直流變換系統。
背景技術：
請參照圖1，其所繪示為公知直流轉直流變換系統的示意圖。直流轉直流變換系統 應用于顯示面板(display panel)的發光二極管(Light Emitting Diode,LED)背光模塊， 其包括一 PWM單元110、一功率級電路(power stagecircuit) 120、以及一負載電路130。 其中，PWM單元110中包括一 PWM邏輯電路112以及一比較器114 ；功率級電路120包括一 電感器L、整流二極管D、一功率晶體管Ml、以及一電阻R ；負載電路130則包括多個串接的 發光二極管LED1、LED2、LED3連接于功率級電路120的輸出端OUT與接地端GND之間。由圖1可知，功率級電路120的電感器L連接于輸入電壓Vin以及節點n之間，整 流二極管的陽極連接至節點n，整流二極管的陰極連接至功率級電路120的輸出端0UT，功 率晶體管Ml的柵極接收一柵控信號G，功率晶體管Ml的漏極連接至節點n，并且功率晶體 管Ml的源極與接地端GND之間連接一電阻R，而電阻R可產生一感測信號S。再者，PWM單元110的PWM邏輯電路112可接收一爆發信號Burst，并且根據爆發 信號Burst來產生一致能信號En以控制功率級電路120的動作。而PWM邏輯電路112更 可產生一補償信號C0MP至比較器114的正輸入端，而比較器114的負輸入端接收感測信號 S，比較器114的輸出端則產生一比較結果信號0至PWM邏輯電路112，進而使得P麗邏輯電 路根據比較結果信號0來控制柵控信號G。另外，公知的PWM單元110整合于一 IC電路中，而IC電路具有一壓點輸出補償信 號C0MP。而利用外部的一電容器C連接于此壓點與接地端GND之間可以維持補償信號C0MP 的穩定。請參照圖2，其所繪示為公知直流轉直流變換系統的信號示意圖。由圖中可知，由 于電容器C提供的穩壓作用，補償信號C0MP維持在一定值。再者，爆發信號Burst的高電 位(T1)可視為動作周期，使得致能信號En致能(enable)功率級電路120，因而產生電感 電流IL。反之，爆發信號Burst的低電位(T2)可視為不動作周期，使得致能信號En禁能 (disable)功率級電路120，因而停止產生電感電流IL。由更進一步分析可知，在爆發信號Burst的動作周期(T1)之間，在時間點t0時， 柵控信號G產生高電位使得功率晶體管Ml開啟(turn on)，因此電感電流IL全部流經開關 晶體管Ml與電阻R，并且電感電流IL持續增加。此時，輸出電流lout為0，電感電流IL等 于第一電流II。由于第一電流II持續增加，因而使得感測信號S也持續增加。再者，在時間點tl時，感測信號S電位增加至補償信號C0MP的電位，因此比較器 114的比較結果信號0產生一個負脈沖(negative pulse)至PWM邏輯電路112，使得柵控信 號G產生低電位使得功率晶體管Ml關閉(turn off)，因此電感電流IL全部流至負載電路 130，并且電感電流IL持續減少。此時，第一電流II為0，電感電流IL等于輸出電流lout。
而上述的動作流程會在爆發信號Burst的動作周期(T1)內周而復始的運作，因此 電感電流IL會根據柵控信號G的高電位與低電位變化不斷地上升下降。一般來說，爆發信 號Burst的頻率約在數百Hz，而柵控信號G的頻率約在數百KHz。然而，公知直流轉直流變換系統在爆發信號Burst的動作周期開始瞬間，由于電 感電流IL急遽增加，因此電感L內的鐵芯與線圈會互相撞擊產生噪音(audible noise)造 成使用者的困擾。

發明內容
本發明的目的就是在提供一種直流轉直流變換系統，在爆發信號Burst的動作周 期開始瞬間不會造成電感L的鐵芯與線圈會互相撞，并有效地解決噪音的發生。本發明提出一種直流轉直流變換系統，包括功率級電路，此功率級電路接收輸入 電壓以及致能信號，在致能信號動作時，功率級電路根據柵控信號的占空比來調整輸出電 流并產生相對應的感測信號；一負載電路，接收輸出電流；一脈沖寬度調變單元，具有脈沖 寬度調變邏輯電路與比較器，其中，脈沖寬度調變邏輯電路接收爆發信號，其具有動作周期 與不動作周期，在動作周期時脈沖寬度調變邏輯電路產生補償信號至比較器并且產生致能 信號至功率級電路，使得比較器比較補償信號與感測信號并產生比較結果信號至脈沖寬度 調變邏輯電路用以控制柵控信號的占空比；以及控制單元，接收補償信號，其中，在爆發信 號的不動作周期降低補償信號，并且在爆發信號的動作周期的初始時段利用降低的補償信 號來降低柵控信號的占空比。本發明提出一種直流轉直流變換系統，包括脈沖寬度調變單元接收爆發信號，其 具有一個動作周期與一個不動作周期，其中，在動作周期時脈沖寬度調變單元輸出柵控信 號，且脈沖寬度調變單元比較補償信號與感測信號以控制柵控信號的占空比；功率級電路 接收輸入電壓，在動作周期時，功率級電路根據柵控信號的占空比來調整輸出電流并產生 相對應的感測信號；負載電路接收輸出電流；以及控制單元接收補償信號，其中，在爆發信 號的不動作周期時降低補償信號，且在爆發信號的動作周期的初始時段利用降低的補償信 號來降低柵控信號的占空比。為讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例， 并配合所附附圖，作詳細說明如下。


圖1所繪示為公知直流轉直流變換系統的示意圖；圖2所繪示為公知直流轉直流變換系統的信號示意圖；圖3所繪示為本發明直流轉直流變換系統的示意圖；圖4所繪示為本發明直流轉直流變換系統的信號示意圖。其中，附圖標記110:PWM 單元 112:PWM 邏輯電路114:比較器 120:功率級電路130:負載電路 210:PWM單元212:PWM邏輯電路 214:比較器
220:功率級電路 230:負載電路250 控制單元252 反柵
具體實施例方式請參照圖3，其所繪示為本發明直流轉直流變換系統的示意圖。直流轉直流變換系 統應用于顯示面板的LED背光模塊，其包括一 PWM單元210、一功率級電路220、一負載電 路230、以及一控制單元250。其中，PWM單元210中包括一 PWM邏輯電路212以及一比較 器214 ；功率級電路220包括一電感器L、整流二極管D、一功率晶體管Ml、以及一第一電阻 R1 ；負載電路230則包括多個串接的發光二極管LED1、LED2、LED3連接于功率級電路220的 輸出端OUT與接地端GND之間；控制單元250包括一反柵252、一開關晶體管M2、一電容器 C、以及一第二電阻R2。由圖3可知，功率級電路220的電感器L連接于輸入電壓Vin以及節點n之間，整 流二極管的陽極連接至節點n，整流二極管的陰極連接至功率級電路220的輸出端OUT，功 率晶體管Ml的柵極接收一柵控信號G，功率晶體管Ml的漏極連接至節點n，并且功率晶體 管Ml的源極與接地端GND之間連接第一電阻R1，而第一電阻R1可產生一感測信號S。再者，PWM單元210的PWM邏輯電路212可接收一爆發信號Burst，并且根據爆發 信號Burst來產生一致能信號En以控制功率級電路220的動作。而PWM邏輯電路212更 可產生一補償信號C0MP至比較器214的正輸入端，而比較器214的負輸入端接收感測信號 S，比較器214的輸出端則產生一比較結果信號0至PWM邏輯電路212，進而使得P麗邏輯電 路根據比較結果信號0來控制柵控信號G。根據本發明的實施例，為了要達成爆發信號Burst的動作周期開始瞬間不會造成 電感L的鐵芯與線圈互相撞擊產生噪音。本發明的控制單元250用來控制PWM單元210產 生的補償信號C0MP電位，使得爆發信號Burst的動作周期開始瞬間利用降低的補償信號 C0MP電位，并且達成降低電感電流IL以及減少噪音的目的。而本發明實施例的控制單元250中，反柵252的輸入端接收爆發信號Burst ；開關 晶體管M2的柵極連接至反柵252的輸出端，開關晶體管M2的漏極接收補償信號C0MP ；第 二電阻R2連接于開關晶體管M2的源極與接地端GND之間；電容器C連接于開關晶體管M2 的漏極與接地端GND之間。請參照圖4，其所繪示為本發明直流轉直流變換系統的信號示意圖。由圖中可知， 爆發信號Burst的高電位(T1)可視為動作周期，使得致能信號En致能(enable)功率級電 路220，因而產生電感電流IL。反之，爆發信號Burst的低電位(T2)可視為不動作周期，使 得致能信號En禁能(disable)功率級電路220，因而停止產生電感電流IL。由更進一步分析可知，在爆發信號Burst的不動作周期(T2)時，由于爆發信號 Burst為低電位，使得反柵252輸出高電位并且開啟(turn on)開關晶體管M2。此時，開 關晶體管M2與第二電阻R2形成一放電路徑(discharge path)，造成電容器C上的補償信 號C0MP電位下降。反之，在爆發信號Burst的動作周期(T1)時，由于爆發信號Burst為高 電位，使得反柵252輸出低電位并且關閉(turn off)開關晶體管M2。此時，放電路徑斷路 (open circuit)，因此電容器C上的補償信號C0MP開始回復至固定的電位。如圖4所示，在爆發信號Burst的動作周期(T1)之間，在時間點t0時，柵控信號G產生高電位使得功率晶體管Ml開啟(turn on)，因此電感電流IL全部流經開關晶體管Ml 與電阻R，并且電感電流IL持續增加。此時，輸出電流Iout為0，電感電流IL等于第一電 流II。由于第一電流Il持續增加，因而使得感測信號S也持續增加。再者，在時間點tl時，感測信號S電位增加至補償信號COMP的電位，因此比較器 214的比較結果信號0產生一個負脈沖至PWM邏輯電路212，使得柵控信號G產生低電位使 得功率晶體管Ml關閉(turn off)，因此電感電流IL全部流至負載電路230，并且電感電流 IL持續減少。此時，第一電流Il為0，電感電流IL等于輸出電流lout。
很明顯地，由于爆發信號Burst的動作周期(Tl)開始時，補償信號COMP的電位最 低。因此第一電流Il小幅上升即可使得感測信號S到達補償信號COMP的電位，因此柵控 信號G的占空比(duty cycle)降至最低。而由于補償信號COMP的電位會逐漸增高，因此 柵控信號G的占空比也會逐漸升高。當補償信號COMP的電位回復至固定的電位后，柵控信 號G的占空比也會維持固定。由圖4的繪示可知，柵控信號G的占空比最小時(時間點t0至tl)，電感電流IL 的振幅最低。而隨著柵控信號G的占空比升高，電感電流IL的振幅逐漸升高。當柵控信號 G的占空比維持固定時，電感電流IL的振幅到達最大值。綜上所述，本發明的直流轉直流變換系統，在爆發信號的不動作周期降低補償信 號COMP的電位，并且在爆發信號的動作周期的初始時段利用降低電位的補償信號COMP來 降低柵控信號的占空比，并且限制電感電流IL，如此即可降低瞬間的電感電流IL變化量， 以減少電感L內部線圈與鐵芯的撞擊能量，而有效降低噪音問題。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
一種直流轉直流變換系統，其特征在于，包括一功率級電路，該功率級電路接收一輸入電壓以及一致能信號，在該致能信號動作時，該功率級電路根據一柵控信號的一占空比來調整一輸出電流并產生相對應的一感測信號；一負載電路，接收該輸出電流；一脈沖寬度調變單元，具有一脈沖寬度調變邏輯電路與一比較器，其中，該脈沖寬度調變邏輯電路接收一爆發信號，該爆發信號具有一動作周期與一不動作周期，在該動作周期時該脈沖寬度調變邏輯電路產生一補償信號至該比較器并且產生該致能信號至該功率級電路，使得該比較器比較該補償信號與該感測信號并產生一比較結果信號至該脈沖寬度調變邏輯電路用以控制該柵控信號的該占空比；以及一控制單元，接收該補償信號，其中，在該爆發信號的該不動作周期降低該補償信號，并且在該爆發信號的該動作周期的一初始時段利用降低的該補償信號來降低該柵控信號的該占空比。
2.根據權利要求1所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該功率級電路包括 一電感器，該電感器第一端連接至該輸入電壓；一整流二極管，具有一陽極連接至該電感器的一第二端，具有一陰極連接至該負載電路；一功率晶體管，具有一柵極接收該柵控信號，一漏極連接至該電感器第二端，一源極輸 出該感測信號；以及一第一電阻，連接于該功率晶體管的該源極與一接地端之間。
3.根據權利要求1所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該負載電路包括串接的 多個發光二極管。
4.根據權利要求1所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該控制單元包括一電容 器以及一放電路徑，該電容器接收該補償信號，其中，在該爆發信號的該不動作周期時，利 用該放電路徑降低該補償信號，并在該爆發信號的該動作周期時，回復該補償信號。
5.根據權利要求4所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該控制單元更包括 一反柵，該反柵輸入端接收該爆發信號；一開關晶體管，該開關晶體管的一柵極連接至該反柵輸出端，一漏極連接至該電容器 的一第一端以接收該補償信號；以及一第二電阻，具有一第一端連接至該開關晶體管的一源極，一第二端連接至該電容器 的一第二端與該接地端。其中，該第二電阻以及該開關晶體管的該漏極與該源極形成該放電路徑。
6.一種直流轉直流變換系統，其特征在于，包括一脈沖寬度調變單元，接收一爆發信號，該爆發信號具有一動作周期與一不動作周期， 其中，在該動作周期時該脈沖寬度調變單元輸出一柵控信號，且該脈沖寬度調變單元比較 一補償信號與該感測信號以控制該柵控信號的該占空比；一功率級電路，該功率級電路接收一輸入電壓，在該動作周期時，該功率級電路根據該 柵控信號的該占空比來調整一輸出電流并產生相對應的一感測信號； 一負載電路，接收該輸出電流；以及一控制單元，接收該補償信號，其中，在該爆發信號的該不動作周期降低該補償信號， 且在該爆發信號的該動作周期的一初始時段利用降低的該補償信號來降低該柵控信號的 該占空比。
7.根據權利要求6所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該功率級電路包括 一電感器，該電感器第一端連接至該輸入電壓；一整流二極管，具有一陽極連接至該電感器的一第二端，具有一陰極連接至該負載電路；一功率晶體管，具有一柵極接收該柵控信號，一漏極連接至該電感器第二端，一源極輸 出該感測信號；以及一第一電阻，連接于該功率晶體管的該源極與一接地端之間。
8.根據權利要求6所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該負載電路包括串接的 多個發光二極管。
9.根據權利要求6所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該控制單元包括一電容 器以及一放電路徑，該電容器接收該補償信號，其中，在該爆發信號的該不動作周期時，利 用該放電路徑降低該補償信號，并在該爆發信號的該動作周期時，回復該補償信號。
10.根據權利要求9所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該控制單元更包括 一反柵，該反柵輸入端接收該爆發信號；一開關晶體管，該晶體管的一柵極連接至該反柵輸出端，一漏極連接至該電容器的一 第一端以接收該補償信號；以及一第二電阻，具有一第一端連接至該開關晶體管的一源極，一第二端連接至該電容器 的一第二端與該接地端；其中，該第二電阻以及該開關晶體管的該漏極與該源極形成該放電路徑。
11.根據權利要求6所述的直流轉直流變換系統，其特征在于，該脈沖寬度調變單元包括一脈沖寬度調變邏輯電路，接收該爆發信號，并且在該動作周期時，輸出一補償信號， 并根據接收的一結果信號來調整該柵控信號的該占空比；以及一比較器，比較該補償信號與該感測信號并且在該感測信號上升至該補償信號的電位 時，在該結果信號上產生一負脈沖至該脈沖寬度調變邏輯電路。
全文摘要
本發明公開一種直流轉直流變換系統，包括脈沖寬度調變單元接收爆發信號，其具有一個動作周期與一個不動作周期，其中，在動作周期時脈沖寬度調變單元輸出柵控信號，且脈沖寬度調變單元比較補償信號與感測信號以控制柵控信號的占空比；功率級電路接收輸入電壓，在動作周期時，功率級電路根據柵控信號的占空比來調整輸出電流并產生相對應的感測信號；負載電路接收輸出電流；以及控制單元接收補償信號，其中，在爆發信號的不動作周期時降低補償信號，且在爆發信號的動作周期的初始時段利用降低的補償信號來降低柵控信號的占空比。
文檔編號H02M3/155GK101860212SQ20101019641
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月3日 優先權日2010年6月3日
發明者吳昶輝, 李建輝, 楊智涵, 熊國佑, 陳世軒 申請人:友達光電股份有限公司