專利名稱：脈寬調制裝置與其控制電路和方法
技術領域：
本發明涉及一種脈寬調制裝置的控制電路與方法，且特別涉及一種能夠 降低脈寬調制裝置的瞬時時間的控制電路與方法。
背景技術：
脈沖寬度調制(簡稱脈寬調制)是一種普遍且實用的控制方式，在許多的 控制裝置中，都采用脈寬調制來驅動負載。例如在冷陰極管(或發光二極管) 背光模塊中，就是采用脈寬調制的技術來控制冷陰極管(或發光二極管)的亮度。
圖1示出了現有脈寬調制裝置與負載間的電路方塊圖。請參照圖1，現
有的脈寬調制裝置IOO會產生脈寬調制信號Sp，并控制電源轉換裝置124中 的開關(圖未示)來切換電源轉換裝置124。藉此，可以將外部電源轉換成所 需的電力來驅動負載126，并且通過反饋電路128產生反饋信號Sf，以調整 脈寬調制信號Sp的占空比。
在現有的脈寬調制裝置100中，包括一誤差放大器102、 一比較器104、 一信號產生器106以及一驅動電路108。其中，誤差放大器102的正輸入端 接收一參考電壓Vref,而負輸入端則接收反饋信號Sf，并且通過補償電容 Cl耦接至誤差放大器102的輸出端。另外，比較器104的負輸入端耦接信號 產生器106,其正輸入端則耦接誤差放大器102的輸出端，而比較器104的 輸出端則送至驅動電路108。
請繼續參照圖l，當誤差放大器102接收反饋信號Sf時，會將其與參考 電壓Vref進行運算，并且將運算結果Sel送至比較器l(M的正輸入端。比較 器104在接收到誤差放大器102的輸出時，將其與信號產生器106所產生的 三角波的比較信號Sc進行比較，并且藉由比較的結果來控制驅動電路108產 生脈寬調制信號Sp。
圖2A示出了為現有的脈寬調制裝置從啟動到穩定的信號波形圖。請合并 參照圖1和圖2A，假設在TO時，脈寬調制裝置100被啟動，而由于在TO
到Tl內的時間，誤差狀態信號Sel仍低于比較信號Sc的VL的電平，比較器 104并無脈寬信號輸出，負載126未被驅動，因此反饋信號Sf值為0 (或者 可能低于0 )。此時，誤差放大器102的輸出Sel在Tl時，會由于補償電容 Cl被充電，而隨時間緩緩上升。當誤差放大器102的輸出Sel的電平到達了 比較信號Sc的電平VL時(T2)，驅動電路108開始輸出脈寬調制信號Sp來驅 動負載126,并且還要一定的時間后，脈寬調制信號Sp才會趨于穩定。
從圖2A可以看到，現有的脈寬調制裝置IOO從啟動到穩定運作，需要一 段不少的瞬時時間。若是負載126是一高速運作的系統時，容易造成整個脈 寬調制裝置IOO的誤動作。
另夕卜，在冷陰極管的調光過程，隨著脈寬調制信號Sp的脈寬增加，燈管 電壓V—會上升，直到到達一般的操作電壓，燈管正式導通并經一段時間后 燈管電流I —達到預定的電流值的90%。然而，請參見圖2B,由于燈管的特 性，在脈寬調制信號Sp開始到燈管電壓達到搡作電壓這段時間，燈管會出現 微量的燈管電流Iu，(俗稱『奶嘴頭』)。這個『奶嘴頭』現象的長短及燈 管電流到達穩定的時間長短會影響調光控制的正確性，甚至影響燈管的壽命。 而且這現象隨著燈管的長度增加而更嚴重。現有的『奶嘴頭』出現到燈管電 流到90%預定值的瞬時時間Tts的縮短，也是必須預以克服的課題。

發明內容
因此，本發明的目的就是在提供一種脈寬調制裝置，其具有降低瞬時時 間，以應用于高速的負載系統，甚至可延長負載的使用壽命。
本發明又提供一種控制電路及控制方法，可以控制脈寬調制裝置產生脈 寬調制信號來驅動負載，并且可以降低脈寬調制裝置的瞬時時間。
本發明提供一種脈寬調制裝置，用以產生一脈寬調制信號來控制一轉換 電路以驅動一負載。該脈寬調制裝置包括一誤差信號產生器、 一比較器以及 一控制電路。該誤差信號產生器具有一第一輸入端、 一第二輸入端及一輸出 端，該第一輸入端與該第二輸入端分別耦合一第一參考電壓信號及由負載所 產生的一反饋信號，而于該輸出端輸出一誤差狀態信號。該比較器具有一第 一輸入端、 一第二輸入端以及一輸出端，該第一輸入端接收該誤差狀態信號， 該第二輸入端接收一比較信號，而該輸出端輸出該脈寬調制信號。該控制電 路依據至少一控制信號而提供一設定信號耦合至該誤差信號產生器的該輸出
端。
從另一觀點來看，本案提供一種控制電路，適于控制一脈寬調制裝置， 該脈寬調制裝置具有一誤差信號產生器及一反饋補償單元，該誤差信號產生 器的一第一輸入端耦合一第一參考電壓信號、 一第二輸入端耦合一反饋信號 及一輸出端輸出 一誤差狀態信號，該反饋補償單元耦接于該第二輸入端與該 輸出端之間。該控制電路包括一信號產生器，耦接該反饋補償單元的一端， 用以產生一信號以調整該反饋補償單元的跨壓。
從另一觀點來看，本發明提供一種脈寬調制的控制方法，適于控制一脈 寬調制裝置產生一脈寬調制信號來控制一轉換電路以驅動一負載。本發明的
控制方法包括下列步驟檢測脈寬調制裝置的狀態是否為一特定狀態；以及
當脈寬調制裝置的狀態為一特定狀態，將脈寬調制裝置的一誤差狀態信號設 定為一默認值。
由于本發明會依據脈寬調制裝置的運作狀態，而決定是否將誤差狀態信 號的電平設定為一默認值。因此，本發明可以有效地降低脈寬調制裝置的瞬
時時間。
為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較 佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1示出了為現有的脈寬調制裝置與負載間的電路方塊圖。
圖2A示出了為現有的脈寬調制裝置從啟動到穩定的信號波形圖。
圖2B示出了為現有的脈寬調制裝置從啟動到燈管電流穩定的信號波形圖。
圖3示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種脈寬調制裝置的電路方塊圖。
圖4示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種脈寬調制裝置從啟動到
穩定的信號波形圖。
圖5示出了為依照本發明另一實施例的一種脈寬調制裝置的電路方塊圖。
圖6示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種控制電路的電路圖。 圖7示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種切換控制單元的邏輯方塊圖。
圖8A和圖8B示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種調光信號與使
能信號判別機制的示意圖。
圖9示出了為依照本發明另一實施例的一種切換控制單元的邏輯方塊
圖10示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種脈寬調制裝置的控制 方法的步驟流程圖。
圖n示出了依照本發明額外在一延遲時間提供設定信號時，各信號間的 時序及電平關系示意圖。
圖12示出了額外在一延遲時間提供設定信號的實施電路方塊圖。 圖13A及圖13B分別示出了依照本發明另一實施例的一種脈寬調制裝置 的電路方塊圖。
圖14示出了圖13A的各信號間的時序及電平關系示意圖。
附圖符號說明100、 300:脈寬調制裝置302-誤差信號產生器
102、 104、 304:比較器106、 309:信號產生器108、306:驅動電路
124電源轉換裝置
126負載
128反饋電路
301反饋補償單元308、502、 1208、 1308:
601、603:開關
602剛OS晶體管
604PMOS晶體管
610、 6103、 1210、 1310:702.反異或門
704與門
706反相器
控制電路
SIO、 Sll、 S12、 S13:脈寬調制裝置的控制方法的步驟流程
Cl:補償電容
C2:電容
Dl、 D2:整流組件
DIM:調光信號
Dth:順向偏壓
EA:使能控制信號
ERR:錯誤檢測信號
HV:工作電壓一企測信號
lex:額夕卜電流
W燈管電流
Is: 電流源
Kl:控制電路的輸出端
R、 Rl、 R2、 R3、 R4:電阻
Sf:反饋信號
Sel、 Se2:誤差狀態信號
Vref、 Vref2、 Vref3、 Vref4:參考電壓 Se， 、 Se":曲線
Sc:比較信號
Sp:脈寬調制信號 SW:開關 Tts:瞬時時間 Tdelay:延遲時間 Vump:燈管電壓 Vs:電壓源 Vsl、 Vs2:信號電平 Vset:設定信號
X、 X':切換信號
具體實施例方式
本發明通過提供一信號到來調整運算結果Sel的電平，使其開始運作時 的電平由一4交高電平開始，藉此縮短Tl到T2的時間長度。參見圖1,運算 結果Sel的電平由反饋信號Sf的電平與補償電容C1的跨壓所決定。因此， 欲決定運算結果Sel的電平可由調整補償電容C1來達成。圖3示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種脈寬調制裝置的電路方 塊圖。請參照圖3,本發明所提供的脈寬調制裝置300可以產生一脈寬調制 信號Sp來控制一轉換電路以驅動一負載(未示出了)，負載可為一發光二極管 模塊或是一熒光燈，而轉換電路可為一直流轉直流轉換電路或一直流轉交流 轉換電路。本實施例的脈寬調制裝置300包括一誤差信號產生器302、 一比 較器304、 一驅動電路306和一控制電路308，而該驅動電路306非必要組件， 例如用以驅動直流轉直流升壓轉換電路的麗0S開關時，比較器304的信號 可直接耦合至該麗OS開關的控制端。其中，誤差信號產生器302的正輸入端 接收一參考電壓Vref，負輸入端可以接收依據負載的運作情形而產生的一反 饋信號Sf,并且可以通過一反饋補償單元301耦接至誤差信號產生器302的 輸出端，本實施例的反饋補償單元301具有至少一電容C2。 一般來說，反饋 信號Sf可以是電流信號或電壓信號。在本實施例中，反饋信號Sf采用電壓的形式，然而本發明并不加以限定。另外，比較器304的正輸入端接收誤差信號產生器302的輸出，而比較 器304的負輸入端則接收一比較信號Sc，比較器304的輸出端則耦接至驅動 電路306。在本實施例中，比較信號Sc可以是一三角波信號或一鋸齒波信號， 而由一信號產生器309所輸出。請繼續參照圖3，誤差信號產生器302接收了反饋信號Sf和參考電壓 Vref后，會進行運算，并且產生一誤差狀態信號Se2到比較器304。當比較 器304接收了誤差狀態信號Se2時，會與比較信號Sc進行比較。藉此，驅動 電路306即可依據比較器304的輸出而產生脈寬調制信號Sp。較特別的是，本實施例的脈寬調制裝置300包括控制電路308,其依據 至少一控制信號來決定是否調整誤差狀態信號Se2的電平，較佳為設定誤差 狀態信號Se2的電平至I預定值。在本實施例中，該預定值為一大于0的預 設電壓，以降低脈寬調制裝置300的瞬時時間。圖4示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種脈寬調制裝置從啟動到 穩定的信號波形圖。請合并參照圖3和圖4,在某些狀態下，控制電路308 會將誤差狀態信號Se2的電平設定成預設電壓值。
圖4則以脈寬調制裝置300的起始狀態為例的波形圖，其中，比較信號Sc可以是一三角波信號，其具有第一電平(波峰)VH和第二電平(波谷)VL。 假設，在TO時，脈寬調制裝置300被啟動，而在T1時，控制電路308就會 將誤差狀態信號Se2的電平設定為一預定值，使控制電路308回到正常操作 狀態時，較佳的開始電平為相對于該比較信號的波峰電平較接近該比較信號 的波谷電平，更佳為誤差狀態信號Se2由第二電平VL附近的電平開始，最佳 為比第二電平VL低的預設電壓值Vk。藉此，就能在較短的期間內(T1-T2), 使得誤差狀態信號Se2的電平達到第二電平VL，以產生脈寬調制信號Sp。舉例來i兌，在現有技藝中，對于脈沖式調光(burst dimming )過程，該 脈沖調光信號會送入誤差信號產生器302的負輸入端，當脈沖調光信號為高 電平時，停止傳送能量至負載，而當脈沖調光信號為低電平時，重新傳送能 量至負載。而當脈沖調光信號為高電平(如3. 3V)時，誤差信號產生器302 的負輸入端電位被拉高(假設被拉至2. OV),而使誤差信號產生器302輸出 端的誤差狀態信號Se2為零，使反饋補償單元301具有-2. OV的跨壓。當脈 沖調光信號變為低電平的OV的同時，反饋信號Sf此時亦為0V，故誤差信號 產生器302的負輸入端電位為QV(在此假設接地電位為OV,以下實施例同)， 則誤差信號產生器302輸出端的誤差狀態信號Se2在此時為-2. OV,到比較信 號Sc的VL的電平(假設為0. 5V)的瞬時時間將相當長。在本發明中，則將 誤差信號產生器302輸出端的誤差狀態信號Se2設定為2. 4V,使反饋補償單 元301具有0. 4V的跨壓，故當脈沖調光信號變為低電平的OV的同時，則誤 差信號產生器302輸出端的誤差狀態信號Se2為0. 4V。當然，對于可快速啟 動的負載(如發光二極管)使反饋信號Sf可很快地將誤差信號產生器302的 負輸入端電位拉到參考電壓Vref的情況，反饋補償單元301的跨壓可設定于 (VL-Vref)附近。以Vref-l. OV為例，在當脈沖調光信號變為高電平時，誤差 狀態信號Se2設定值可為1.4V，使反饋補償單元301的跨壓為-0. 6V，故當 脈沖調光信號變為低電平時，誤差信號產生器302的負輸入端電位快速地到 達IV，誤差狀態信號Se2則由0. 4V開始。對于脈沖調光信號并非送入誤差 信號產生器的負輸入端的調光方法(例如下述實施例中，使能信號EA同時 可作為調光信號時，脈沖調光信號為『低』電平時，停止傳送能量至負載， 而當脈沖調光信號為『高』電平時，重新傳送能量至負載，)，本發明所屬 領域具有通常知識者應可自行推知反饋補償單元301所需的跨壓設定值，在 此不多作殺又述。圖5示出了為依照本發明另一實施例的一種脈寬調制裝置的電路方塊 圖，其中與圖3中相同的組件標號代表相同的構件。請參照圖5,在一些選擇的實施例中，會在誤差信號產生器302的負輸入端另外配置一控制電路 502。在反饋補償單元301的電容C2兩端同時配置控制電路308及502,可 避免如電容C2某一端在控制電路在設定另一端電平時為浮動(floating)狀 態而可能造成的電平設定失敗的問題。也就是在電平設定過程，另一端為浮 動狀態，則并無電流流入電容C2，使電容兩端的跨壓并無實質改變。在較佳 的實施例中，控制電路502的結構可以與控制電路308相同，以下幾段會有 詳纟田的4又述。由于電容C2兩端的電壓差必須連續，因此當誤差信號產生器302的輸出 端的電位被控制電路308設定為預設電壓值時，電容C2另一端的電壓與該端 的電壓差并不會馬上變化。而為了避免誤動作的發生，在圖5中就配置了控 制電路502,可以與控制電路308同步動作。當控制電路308將誤差信號產 生器302的輸出端的電位設定為預設電壓值時，控制電路502也可以同時設 定誤差信號產生器302的負輸入端的電位，而該誤差信號產生器302的負輸 入端的電位較佳為設定在參考電壓Vref附近，最佳為略大于參考電壓Vref。 以上述的例子為例，控制電路502可將誤差信號產生器302的負輸入端的電 位設定在略大于1. 0V ( =Vref )，而控制電路308將誤差信號產生器302的 輸出端的電位設定在0. 4V ( —VL)，使電容C2的跨壓在(VL-Vref)附近。圖6示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種控制電路的電路圖。請 參照圖6,本實施例的控制電路308包括一信號產生器以及一切換控制單元 610。該信號產生器包含開關601、開關603，開關601的第一端接地，第二 端通過電阻Rl耦接至控制電路308的輸出端Kl,而開關601的控制端則接 收耦接切換控制單元610，以接收切換信號X'。另外，開關603的第一端是 通過電阻R2耦接至控制電路308的輸出端Kl，第二端則耦接電源Vs,而開 關603的控制端則耦接切換控制單元610以接收切換信號X。在本實施例中， 切換信號X和X'彼此為反相信號。在本實施例中，開關601可以包括一 醒OS晶體管602,其第一源/漏極 端和第二源/漏極端可以分別耦接開關601的第一端和第二端，而麗OS晶體 管602的柵極端則可以耦接開關601的控制端。另外，開關603則可以包括 一 PM0S晶體管604來實現，其第一源/漏極端和第二源/漏極端可以分別耦接 開關603的第一端和第二端，而PM0S晶體管604的柵極端則可以耦接開關603的控制端。雖然以上僅揭露了控制電路308的電路結構，然而圖5的控制電路502 當可以用控制電路308同樣的結構來實現，而在此領域具有通常知識者應當 可以自行推演出控制電路5 02的結構。當切換信號X為低電平時，相對地X'就是高電平，使得晶體管602和 604同時導通。藉此，電阻R1和R2會形成一分壓電^",而在輸出端K1輸出 一電壓信號。因此，只要調整電阻Rl和R2值，就可以將圖3中誤差狀態信 號Se2的電平設定為想要的默認值。圖7示出了為依照本發明的一較佳實施例的一種切換控制單元的邏輯方 塊圖。請參照圖7，本實施例的切換控制單元610，包括一反異或門702、 一 與門704和一反相器706。其中，反異或門702接收一使能控制信號EA和一 工作電壓檢測信號HV，并將輸出送至與門704。而與門704除了接收反異或 門702的輸出之外，還接收了反相的錯誤檢測信號ERR。另外，與門704的 輸出端則輸出切換信號X，并且通過反相器706輸出切換信號X'。在本實施例中，使能控制信號EA是用來決定脈寬調制裝置300 (如圖3) 是否啟動，啟動時EA為1。工作電壓檢測信號HV是用來指示脈寬調制裝置 300的工作電壓的電壓電平是否到達一工作電平，當工作電壓的電壓電平達 到工作電平時，HV為1。另外，錯誤檢測信號ERR是用來檢測負載是否正常 運作，當負載不正常運作時，ERR為1。以下，本發明提供上述三個信號的真 值表EA HV ERR X狀態啟動 10 0 0正常 110 1關閉 0 10 0錯誤 0 0 10表l請合并參照圖3、圖6和圖7，從表1可知，當本發明的脈寬調制裝置 300為剛啟動時，使能控制信號EA為1，而此時系統所需的工作電壓還未達 到工作電平，因此工作電壓檢測信號為0。此時，反異或門702的輸出會為0,因此與門704的輸出就為0，導致切換信號X為高電平狀態，而切換信號X， 就是低電平狀態，進而使得晶體管602和604導通。藉此，控制電路308于 脈寬調制裝置300為啟動時，將誤差狀態信號的電平設定成默認值。當本發明的脈寬調制裝置為正常運作狀態時，使能控制信號EA和工作電 壓檢測信號HV都為1,使得反異或門702的輸出為1。另外，由于錯誤檢測 信號ERR為O,因此反相后會為1。此時，與門704的兩個輸入都為1，因此 切換信號X為l,而切換信號X，為0,導致晶體管602和604關閉。因此， 當脈寬調制裝置為正常運作時，誤差狀態信號的電平是由反饋信號和參考電 壓所決定(請參照圖3)。當本發明的脈寬調制裝置300為關閉狀態時，使能控制信號EA由1轉為 0。若是脈寬調制裝置僅是短暫地關閉，此時供應系統的電源還是會維持在工 作電壓電平以上，使得工作電壓檢測信號為l，此時反異或門702的輸出為0。 在此領域具有通常知識者可知，與門704的輸出就為0，也就是說切換信號X 會為0,而切換信號X'為1、使得晶體管602和604導通，此時控制電路308 則強制誤差狀態信號Se2的電平為預定值，此時鐘寬調制裝置300立刻停止 輸出，即可達到立即關閉的功效。另外，當脈寬調制裝置300僅是短暫的關 閉時，誤差狀態信號Se2 (如圖4所示)的電平并不會掉到0，而是維持在默 認值。因此，脈寬調制裝置300就可以花費較少的時間來進行下一次的啟動。當本發明的脈寬調制裝置300運作發生錯誤時，錯誤檢測信號ERR會為 1，反相后為0。因此，與門704的輸出為0，使得切換信號X會為0，而切 換信號X，為1，并且使得晶體管602和604導通。藉此，當脈寬調制裝置有 錯誤發生時，控制電路308可以立即將誤差狀態信號Se2的電平設定低于比 較信號Sc的最低電平(如圖4所示)，以停止產生脈寬調制信號來避免負載發 生誤動作。在一些實施例中，當負載是例如發光二極管模塊等的光源模塊時，使能 信號EA也可以當做對負載進行調光的調光信號來使用。圖8A和圖8B示出了 為依照本發明的 一較佳實施例的 一種調光信號與使能信號判別機制的示意 圖。請先合并參照圖7和圖8A， 一般而言，調光信號的頻率較高，因此本發 明就可以依據此特性來判別使能信號EA是否作為調光用。當使能控制信號PRE—EA為0的時候(低電平)，本發明可以將其為0的周
期TL1與一時鐘信號CLK產生的周期TC進行比較。若是使能控制信號EA為 0的周期TLl小于預設時鐘信號CLK產生的周期時，則可以判定使能信號EA 是用來調光。因此，就可以設定反異或門702接收使能信號EA的接收端上的 狀態仍保持為1。請再合并參照圖7和圖8B，當使能控制信號EA的狀態為0的時間TL2 大于預設時鐘信號CLK產生的周期TC時，則可以判定脈寬調制裝置為關閉的 狀態，因此就可以設定反異或門702接收使能信號EA的接收端上的狀態為0。 藉此，使能控制信號EA并不會被當作調光號使用，而不會造成系統的誤動作。在另外一些實施例中，使能控制信號EA和調光信號并非同一個信號。因 此，圖9則提供另一切換控制單元的實施例。請參照圖9，其中與圖7相同 的組件編號代表相同的構件。在切換控制單元6103中，包括與門902和704, 以及反異或門702。其中，與門902會接收脈寬調制裝置的工作電壓的電源 信號和使能控制信號EA。而反異或門702則接收調光信號DIM和與門902的 輸出。當與門902接收脈寬調制裝置的工作電壓的電源信號和使能控制信號EA 時，就可以產生工作電壓檢測信號HV給反異或門702。其中，與門902接收 調光信號DIM,也可以經由圖8A和圖8B的步驟來判定。藉此，避免脈寬調 制裝置僅是短暫關閉時，系統發生誤動作的情況。圖9所示出的實施例其余的邏輯柵運作方式，可以參照圖7的敘述。本 發明所屬領域具有通常知識者應可自行推知，在此不多作敘述。另外，請參閱圖IO所述，為本發明亦提供了一種脈寬調制裝置的控制方 法的流程圖。本實施例的脈寬調制裝置的控制方法可實施于上述的脈寬調制 裝置300用以驅動一負載，控制方法包括下列步驟首先，如步驟S10所述， 根據搡作信號判斷檢測脈寬調制裝置300的狀態是否為一特定狀態，其中， 特定狀態可為 一 啟始狀態、 一 關閉狀態或 一錯誤狀態。當脈寬調制裝置300的狀態為一特定狀態，執行步驟Sll,將脈寬調制 裝置300的一誤差狀態信號設定為一默認值，其中，默認值為大于Q的電壓。 反的當脈寬調制裝置300的狀態不為特定狀態時，則執行步驟S12，依據負 載的運作狀態而產生誤差狀態信號。接著，如步驟S13，比較誤差狀態信號與一比較信號，以產生脈寬調制 信號來驅動負載，其中，比較信號具有一第一電平和一第二電平，且第一電
平大于該第二電平，而第二電平大于默認值。另外，本實施例中，當脈寬調 制裝置300的狀態不為特定狀態時，誤差狀態信號是藉由接收負載的一工作 電壓信號與一參考電壓進行比較，以產生誤差狀態信號。由于本發明可以在脈寬調制裝置在一些特殊狀態下，將誤差狀態信號的 電平設定為預設電壓電平。藉此，就可以有效地降低脈寬調制裝置的瞬時時間。另外，如前述，部分負載(如熒光燈)啟動較慢或者反饋信號產生較 慢，除了以誤差信號產生器302的負輸入端的電位為OV為基礎來設定反饋補 償單元301外，亦可將控制電路308所接收的信號(如使能控制信號EA、 工作電壓檢測信號HV、錯誤檢測信號ERR、調光信號DIM等)經時間延遲處 理(一預定的時間延遲)或者當反饋信號Sf (或誤差信號產生器302的輸出 端的電位)大于一預定值時，才停止控制電路308的操作。如此，控制電路 308可加速誤差信號產生器302的輸出端的電位到穩態，而減少脈寬調制信 號Sp由開始至穩定所需的瞬時時間。也就是說，在脈寬調制信號Sp產生后， 本發明的控制電路提供一輔助信號，使反饋補償單元301除由誤差信號產生 器302所產生的電流外，控制電路308也同時提供一輔助信號來加速調整反 饋補償單元301的跨壓至穩定狀態，其中該輔助信號可以是電壓信號或者是 電流信號。輔助信號為電壓信號時，必須較比較信號Sc的VL電平為高，才有助于 減少脈寬調制信號Sp由開始至穩定所需的瞬時時間。請參考圖11,在調光 信號為低電平時(停止能量輸出至負載)，控制電路308提供設定信號Vset, 其電平為Vsl (低于比較信號的VL電平)，而在調光信號為高電平(重新開 始提供能量至負載)時，在經延遲時間Tdelay后，提供電平為Vs2 (高于比 較信號的VL電平)的設定信號Vset，以縮短脈寬調制信號Sp由開始至穩定 所需的瞬時時間，如信號Se2的實線。相較于控制電路308未在延遲時間 Tdelay內提供信號(參考Se2，的虛線)或現有技藝的信號Se2由OV開始(參 考Se2"的虛線)，明顯可知其瞬時時間最短。當然，若設定信號的電平Vsl 高于比較信號的VL電平，則于調光信號為高電平(重新開始提供能量至負載) 時，可不必調整成電平Vs2。參考圖12,是以反饋信號Sf大于一預定值為停止輸出條件的電路示意 圖，其中，輔助信號為電流信號且輔助信號的控制電路1208以獨立于控制電路308的形式存在。該控制電路1208包含一信號產生器(即電流源Is)及 一切換控制單元1210。切換控制單元1210接收到至少一控制信號(例如 使能控制信號EA、工作電壓檢測信號HV、錯誤檢測信號ERR、調光信號DIM 等，在本實施例以調光信號DIM來說明)，如調光信號DIM由低電平變為高 電平時，控制該電流源Is提供一電流信號至誤差信號產生器302的輸出端， 當反饋信號Sf大于一參考電壓Vref2時(代表負載已開始導通)，停止該電 流源Is輸出電流，其中，該參考電壓Vref2可與誤差信號產生器302的正輸 入端參考電壓Vref相等。較佳的設計為當反饋信號Sf大于一參考電壓Vref2 時，切換控制單元1210停止該電流源Is輸出電流并鎖住，當反饋信號Sf再 回到OV (或低于重設電壓值.)時，才重設該切換控制單元1210。當然，提供輔助信號的控制電路可以單獨存在而不須同時存在控制電路 308 (及控制電路502 )。參考圖13A及圖13B,是以誤差信號產生器302的 輸出端的電位大于一預定值為停止輸出該輔助信號的條件的電路示意圖。先 說明圖13A的電路，控制電路1308包含一信號產生器，該信號產生器由一比 較器1302 、 一第一電阻R3、 一第二電阻R4所組成，其中，比較器1302具有 一負輸入端、 一正輸入端及一輸出端，該正輸入端接收一參考電壓信號VreH， 該第一電阻R3設置在該比較器1302的該負輸入端及該輸出端之間，而該第 二電阻R4的一端耦接該比較器1302的該負輸入端，另一端接收一控制信號 (如調光信號DIM)。該控制電路1308的輸出通過一整流組件Dl耦接至 誤差信號產生器302的輸出端，由于該整流組件D1的存在，可扮演如圖12 中的切換控制單元1210的角色，故在圖13A中的控制電路1308可不需切換 控制單元。當調光信號DIM為高電平時，停止輸出能量給負載，而為低電平 時，重新開始輸出能量給負載。當調光信號DIM為高電平(大于參考電壓Vref ) 時，該比較器1 302的輸出電壓Vs的電平下降使該整流組件D1關閉而不流經 任何電流。調光信號DIM同時通過整流組件D2耦合(例可通過一電阻連接) 至比較器1302的負輸入端。當調光信號DIM為低電平時，整流組件D2關閉， 而比較器1 302的輸出電壓Vs的電平上升，較佳為大于比較信號的VL電平加 上整流組件Dl的順向偏壓Dth。參考圖14,在時間點T3時，控制電路1308 開始通過整流組件D1提供--額外電流Iex將誤差信號產生器302的誤差狀態 信號Se2快速上拉。在時間點T4后，輸出電壓Vs與誤差狀態信號Se2的電 壓差低于整流組件D1的順向電壓Dth,該額外電流Iex將變小，直至在時間 點T5 (Vs = Se2)時，額外電流才為零。由于額外電流lex是非線性變化(在 時間點T4后快速變小)，可抑制過激(Over-shoot)的現象發生。參考圖13B，是另一種提供輔助信號的控制電路的實施例的電路示意圖。 控制電路1308包含一切換控制單元1310、 一信號產生器(即電壓源Vs )及 一開關SW。當調光信號D頂代表重新開始輸出能量給負載時，切換控制單元 1310導通(turn on)開關SW，使電壓源Vs提供一電壓的輔助信號如同圖 13A般通過一被動組件(在此可為電阻R)轉換成電流以調整反饋補償單元 301的跨壓，使誤差狀態信號Se2的電平快速上升。當誤差狀態信號Se2到 達參考電壓Vref4時，切換控制單元1310關閉(turn off )(較佳的設計為 更鎖住)開關SW。參考電壓Vref4較佳為大于比較信號Sc的VL電平。通過圖12、圖13A及圖13B的實施例可知，額外提供一輔助信號，可有 效縮短開始傳送能量至負載到負載的電流達到穩定瞬時時間；尤其對于熒光 燈管或其它類似驅動特性的負載，在脈寬調制信號開始產生到燈管電壓達到 操作電壓這段時間的縮短，可減少燈管電流出現奶嘴頭的時間。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何 熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾， 因此本發明的保護范圍當視本發明申請專利范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種脈寬調制裝置，用以產生一脈寬調制信號來控制一轉換電路以驅動一負載，該脈寬調制裝置包括一誤差信號產生器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第一輸入端與該第二輸入端分別耦合一第一參考電壓信號及由負載所產生的一反饋信號，而在該輸出端輸出一誤差狀態信號；一第一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，該第一輸入端接收該誤差狀態信號，該第二輸入端接收一比較信號，而該輸出端輸出該脈寬調制信號；以及一第一控制電路，依據至少一控制信號而提供一第一設定信號耦合至該誤差信號產生器的該輸出端。
2. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，更包括一反饋補償單元，該反饋 補償單元一端耦接該誤差信號產生器之該第二輸入端，另一端耦接該誤差信 號產生器之該輸出端。
3. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，其中，該比較信號可為一三角波 或一鋸齒波，該第 一設定信號的電平大致與該比較信號的 一波谷電平相當。
4. 如權利要求3所述的脈寬調制裝置，其中，該第一設定信號之電平更 根據該第一參考電壓信號而決定。
5. 如權利要求2所述的脈寬調制裝置，其中，該反饋補償單元具有至少一電容。
6. 如權利要求2所述的脈寬調制裝置，其中，該反饋補償單元具有一跨 壓，該夸壓隨該第一設定信號而調整。
7. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，其中，該第一控制電路包括一第 一切換控制單元，以控制該第 一設定信號的輸出與否。
8. 如權利要求7所述的脈寬調制裝置，其中，該第一控制電路更包括 一第一開關，依據該第一切換控制單元的一第一切換信號，而決定是否將該誤差信號產生器的該輸出端耦接地；以及一第二開關，依據該第一切換控制單元的一第二切換信號，而決定是否 將該誤差信號產生器的該輸出端耦接至一 電壓源。
9. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，其中，該至少一控制信號包含一^吏能控制信號、 一工作電壓4企測信號、一4普誤4全測信號或一調光信號。
10. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，其中，該第一控制電路更經時間 延遲處理來提供該第 一設定信號。
11. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，其中，該至少一控制信號包含該反饋信號或該誤差狀態信號。
12. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，其中該第一設定信號為一電壓信 號或一電流信號。
13. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，更包括一第二控制電路，依據至 少一控制信號而提供一第二設定信號耦合至該誤差信號產生器的該第二輸入端。
14. 如權利要求13所述的脈寬調制裝置，其中，該第二控制電路包括一 第二切換控制單元，以控制該第二設定信號的輸出與否。
15. 如權利要求14所述的脈寬調制裝置，其中，該第二控制電路更包括 一第三開關，依據該第二切換控制單元的一第三切換信號，而決定是否將該誤差信號產生器的該第二輸入端耦接地；以及一第四開關，依據該第二切換控制單元的一第四切換信號，而決定是否 將該誤差信號產生器的該第二輸入端耦接至一電壓源。
16. 如權利要求13所述的脈寬調制裝置，其中，第二設定信號的電平大致與該第一參考電壓信號的電平相當。
17. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，更包括一第三控制電路，依據至 少一控制信號而提供一輔助信號耦合至該誤差信號產生器的該輸出端。
18. 如權利要求17所述的脈寬調制裝置，其中，該輔助信號為一電壓信 號或一電流信號。
19. 如權利要求17所述的脈寬調制裝置，其中，該第三控制電路包含一 電流源及一切換控制單元，該切換控制單元依據該至少一控制信號以決定該 電流源是否提供該輔助信號。
20. 如權利要求17所述的脈寬調制裝置，其中，該第三控制電路包含一 電壓源、 一開關及一切換控制單元，該電壓源耦接該開關，該切換控制單元 依據該至少一控制信號控制該開關的開或關以決定該電壓源是否提供該輔助 信號。
21. 如權利要求17所述的脈寬調制裝置，其中，該第三控制電路包含 一第二比4交器，具有一第一輸入端、 一第二輸入端及一輸出端，且該第 二比較器的該第二輸入端耦合一第二參考電壓信號；一第一電阻，耦接于該第二比較器的該第二輸入端及該第二比較器的該輸出端之間；以及一第二電阻，其一端耦接該第二比較器的該第二輸入端，一另一端耦合 該至少一控制信號。
22. 如權利要求21所述的脈寬調制裝置，更包含一第一整流組件耦接于 該第二比較器的該輸出端與該第一比較器的該第一輸入端之間。
23. 如權利要求17所述的脈寬調制裝置，其中，該至少一控制信號包含 一調光信號。
24. 如權利要求23所述的脈寬調制裝置，其中，該調光信號通過一第二 整流組件耦合至該誤差信號產生器的該第二輸入端。
25. 如權利要求20所述的脈寬調制裝置，其中，該輔助信號藉由一被動 組件耦合至該誤差信號產生器的該輸出端。
26. 如權利要求1所述的脈寬調制裝置，更包含一驅動電路，該驅動電路 耦接該第一比較器的該輸出端，以根據該脈寬調制信號控制該轉換電路。
27. —種控制電路，適于控制一脈寬調制裝置，該脈寬調制裝置具有一誤 差信號產生器及一反饋補償單元，該誤差信號產生器的一第一輸入端耦合一 第一參考電壓信號、 一第二輸入端耦合一反饋信號及一輸出端輸出一誤差狀 態信號，該反饋補償單元耦接于該第二輸入端與該輸出端之間，該控制電路 包括一信號產生器，耦接該反饋補償單元的一端，用以產生一信號以調整該 反饋補償單元的跨壓。
28. 如權利要求27所述的控制電路，其中，該反饋補償單元包含一電容。
29. 如權利要求27所述的控制電路，其中，該反饋補償單元耦接該誤差信號產生器的該輸出端。
30. 如權利要求27所述的控制電路，其中，該反饋補償單元的該端耦接 該誤差信號產生器的該第二輸入端。
31. 如權利要求29項或第30所述的控制電路，更包含一切換控制單元， 耦合至少一控制信號，并依據該至少一控制信號而控制該信號產生器是否輸 出該信號。
32. 如權利要求31所述的控制電路，其中，該脈寬調制裝置更包含一第一比較器，該第一比較器具有一第一輸入端、 一第二輸入端以及一輸出端， 該第一輸入端接收該誤差狀態信號，該第二輸入端接收一比較信號，而該輸 出端輸出一脈寬調制信號。
33. 如權利要求32所述的控制電路，其中，該比較信號可為一三角波或一鋸齒波，該信號的電平比該比較信號的波谷電平低。
34. 如權利要求31所述的控制電路，其中，該信號產生器的該信號的電 平更根據該第一參考電壓信號而決定。
35. 如權利要求31所述的控制電路，其中，該信號產生器的該信號更經 時間延遲處理。
36.如權利要求31所述的脈寬調制裝置，其中，該切換控制 單元更根據該反饋信號或該誤差狀態信號來控制該信號產生器。
37. 如權利要求31所述的控制電路，其中，該至少一控制信號包含一使 能控制信號、 一工作電壓檢測信號、 一錯誤檢測信號、 一調光信號或其組合。
38. 如權利要求31所述的控制電路，其中，該信號產生器包含 一第一開關，其具有一第一端， 一第二端以及l控制端，該第一端接地，該第二端耦接至該反饋補償單元的該端，該控制端耦接該切換控制單元；以 及一第二開關，其具有一第一端、 一第二端以及一控制端，該第一端耦接 至該反饋補償單元的該端，該第二端耦接一電壓源，該控制端耦接該切換控制單元。
39. 如權利要求38所述的控制電路，其中，該切換控制單元包括 一反異或門，其中一輸入端接收該使能控制信號，另一輸入端接收該工作電壓檢測信號；一與門，其中一端接收該反異或門的輸出，另一端則接收反相的該錯誤 檢測信號，而該與門的輸出端則提供一第二切換信號至該第二開關的該控制 端；以及一反相器，接收該第二切換信號以產生一第 一切換信號至該第 一開關的該4空制端。
40. 如權利要求38所述的控制電路，其中，該驅動調制裝置用以驅動一 發光二極管模塊或一熒光燈。
41. 如權利要求31所述的控制電路，其中，該信號產生器包含一電流源。
42. 如權利要求31所述的控制電路，其中，該信號產生器包含一電壓源 以及一開關，該電壓源耦接該開關，該切換控制單元依據該至少一控制信號 控制該開關的開或關以決定該電壓源是否提供該輔助信號。
43. 如權利要求27所述的控制電路，其中，該信號產生器包含 一第二比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，且該第二比較器的該第二輸入端耦合一第二參考電壓信號；一第一電阻，耦接于該第二比較器的該第二輸入端及該第二比較器的該 輸出端之間；以及一第二電阻，其一端耦接該第二比較器的該第二輸入端， 一另一端耦合 該至少一控制信號。
44. 如權利要求43所述的控制電路，其中，該信號產生器藉由一第一整 流組件耦接至該誤差信號產生器的該輸出端。
45. 如權利要求44所述的控制電路，其中，該至少一控制信號包含一調光信號。
46. 如權利要求45所述的控制電路，其中該調光信號通過一第二整流組 件耦合至該誤差信號產生器的該第二輸入端。
47. —種脈寬調制的控制方法，適于控制一脈寬調制裝置產生一脈寬調制 信號來控制 一轉換電路以驅動一 負載，該控制方法包括下列步驟檢測該脈寬調制裝置的狀態是否為一特定狀態；以及 當該脈寬調制裝置的狀態為一特定狀態，將該脈寬調制裝置的一誤差狀 態信號設定為一默認值。
48. 如權利要求59所述的脈寬調制的控制方法，其中，該特定狀態為一 啟始狀態、 一關閉狀態或一錯誤狀態。
49. 如權利要求47所述的脈寬調制的控制方法，更包括下列步驟當該脈寬調制裝置的狀態不為該特定狀態時，依據該負載的運作狀態而 產生該誤差狀態信號；以及比較該誤差狀態信號與一比較信號，以產生該脈寬調制信號，其中，該 比較信號具有一第一電平和一第二電平，且該第一電平大于該第二電平。
50. 如權利要求49所述的脈寬調制的控制方法，其中，該默認值小于該 第二電平。
全文摘要
一種脈寬調制裝置，用以產生一脈寬調制信號來控制一轉換電路以驅動一負載，脈寬調制裝置包括一誤差信號產生器、一比較器以及一控制電路。該誤差信號產生器具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該第一輸入端與該第二輸入端分別耦合一第一參考電壓信號及由負載所產生的一反饋信號，而在該輸出端輸出一誤差狀態信號。該比較器具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，該第一輸入端接收該誤差狀態信號，該第二輸入端接收一比較信號，而該輸出端輸出該脈寬調制信號。該控制電路依據至少一控制信號而提供一設定信號耦合至該誤差信號產生器的該輸出端。
文檔編號H05B37/02GK101155449SQ200610154390
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月25日 優先權日2006年9月25日
發明者余仲哲, 李智順, 李立民 申請人:碩頡科技股份有限公司