TWI454875B - 負載驅動裝置 - Google Patents

Description

負載驅動裝置

本發明是有關於一種負載驅動裝置。

在習知的技術領域中的負載驅動裝置中，常因為負載驅動裝置所接收的輸入電壓有漣波(ripple)的現象，而導致其所傳送以驅動負載的電氣信號也同樣具有漣波的現象。如此一來，負載所接收的電氣信號會產生不足的現象而減低了整體的效率。

有鑑於此，習知技術提出了一種負載驅動裝置來解決上述的問題。請參照圖1，圖1繪示習知的驅動器的示意圖。其中驅動器110接收輸入電壓VIN並傳送電氣信號IV至負載120。並且，驅動器110還由負載120上偵測到回授信號FB來做為動態調整電氣信號IV的依據。

然而，這種習知的驅動器110所接收的回授信號FB通常是負載120所接收的電氣信號IV的峰值，但系統設計時，負載120的最佳設定值一般是由平均電壓值或平均電流值來表示，因此，前述的回授控制方式並不合乎需求，可能使得實際驅動負載120的電氣信號IV的平均值會低於負載120原本設計所須的最佳設定值，嚴重的降低負載120所能產生的效能。

本發明提供一種負載驅動裝置，其所提供用以驅動負載的電氣信號的平均值等於負載的需求。

本發明提出一種負載驅動裝置，用以輸出電氣信號至負載。負載驅動裝置包括驅動器以及平均電壓電流偵測器。驅動器耦接負載，接收輸入電壓及控制信號。驅動器依據控制信號以調整所輸出的電氣信號。平均電壓電流偵測器耦接驅動器及負載，接收流至負載的電氣信號，並利用電氣信號與參考信號進行比對以產生控制信號。

在本發明之一實施例中，上述之驅動器為電源轉換器在本發明之一實施例中，上述之電氣信號為驅動電流在本發明之一實施例中，上述之平均電壓電流偵測器包括電流感測器、電流電壓轉換器以及比較器。電流感測器耦接負載，用以感測驅動電流。電流電壓轉換器耦接電流感測器，用以轉換感測到的驅動電流為比較電壓。比較器耦接電流感測器及電流電壓轉換器，用以比較參考信號及比較電壓，並藉以產生控制信號。

在本發明之一實施例中，上述之電流電壓轉換器為轉換電阻，其一端接收驅動電流，另一端耦接接地電壓。

在本發明之一實施例中，上述之比較器為運算轉導放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA)。

在本發明之一實施例中，負載驅動裝置更包括參考信號產生電路，用以產生參考信號。參考信號產生電路則包括參考電流源以及參考電阻。參考電流源耦接至比較器並提供參考電流。參考電阻的一端接收參考電流並產生參考信號，其另一端耦接接地電壓。

在本發明之一實施例中，上述之電流電壓轉換器包括第一轉換電容以及第一轉換開關。第一轉換電容的一端接收驅動電流，另一端耦接接地電壓。第一轉換開關則與第一轉換電容並連耦接。

在本發明之一實施例中，上述之負載驅動裝置更包括參考信號產生電路用以產生參考信號。參考信號產生電路包括參考電流源、第二轉換電容以及第二轉換開關。參考電流源耦接至比較器，提供參考電流。第二轉換電容的一端接收參考電流，另一端耦接接地電壓。第二轉換開關與第二轉換電容並連耦接。

在本發明之一實施例中，上述之電氣信號為驅動電壓。

在本發明之一實施例中，上述之平均電壓電流偵測器包括第一電壓電流轉換器、電流電壓轉換器以及比較器。第一電壓電流轉換器耦接負載，用以接收並轉換驅動電壓以產生轉換電流。電流電壓轉換器耦接第一電壓電流轉換器，用以將轉換電流轉換為比較電壓。比較器耦接第一電壓電流轉換器及電流電壓轉換器，用以比較參考信號及比較電壓並藉以產生控制信號。

在本發明之一實施例中，上述之電流電壓轉換器為轉換電阻，其一端接收轉換電流，另一端耦接接地電壓。

在本發明之一實施例中，上述之負載驅動裝置其中更包括參考信號產生電路，用以產生該參考信號。參考信號產生電路包括第二電壓電流轉換器以及參考電阻。第二電壓電流轉換器耦接至比較器，接收參考電壓並轉換參考電壓以產生參考電流。參考電阻的一端接收參考電流並產生參考信號，其另一端耦接接地電壓。

在本發明之一實施例中，上述之電流電壓轉換器包括第一轉換電容以及第一轉換開關。第一轉換電容的一端接收驅動電流，另一端耦接接地電壓。第一轉換開關則與第一轉換電容並連耦接在本發明之一實施例中，上述之負載驅動裝置更包括一參考信號產生電路，用以產生該參考信號，包括第二電壓電流轉換器、第二轉換電容以及第二轉換開關。第二電壓電流轉換器耦接至比較器，接收參考電壓並轉換參考電壓以產生參考電流。第二轉換電容的一端接收參考電流，另一端耦接接地電壓。第二轉換開關與第二轉換電容並連耦接。

在本發明之一實施例中，上述之負載驅動裝置更包括緩衝器，串接在比較器接收驅動電壓的路徑上。

在本發明之一實施例中，上述之平均電壓電流偵測器包括比較器。比較器接收驅動電壓及參考信號，並比較參考信號及驅動電壓，藉以產生控制信號。其中，參考信號為電壓信號。

基於上述，本發明回授負載上的電氣信號(電流或電壓)，並使電氣信號與參考信號進行比對，來藉以調整負載驅動裝置的電氣信號的輸出。使負載驅動裝置所輸出的電氣信號的平均值可以接近負載所需要的值，進而提升負載驅動裝置的效能。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖2，圖2繪示本發明的第一實施例的負載驅動裝置的示意圖。其中，負載驅動裝置200連接負載230並輸出電氣信號IV以驅動負載230。負載驅動裝置200包括驅動器210以及平均電壓電流偵測器220。驅動器210與負載230及平均電壓電流偵測器220相耦接，驅動器210接收輸入電壓VIN及控制信號CTRL。而電氣信號IV即是由驅動器210所輸出，並且，驅動器210依據控制信號CTRL來調整其所輸出的電氣信號IV。

驅動器210可以由電源轉換器(power converter)來建構。也就是說，驅動器210可以是電壓轉換器或是電流轉換器中的一種。而這種電源轉換器會依據其所接收的輸入電壓VIN來產生輸出的電氣信號IV。在此所述的電源轉換器為本領域具通常知識者都熟知的電路，其工作細節此處不多詳述。

平均電壓電流偵測器220同樣也與負載230耦接，並由負載230接收電氣信號IV。平均電壓電流偵測器220則是依據其所接收的電氣信號IV與參考信號來進行比較，再藉由比較的結果來產生控制信號CTRL。

在此，電氣信號IV可以是用來驅動負載230的驅動電流或是驅動電壓。電氣信號IV的形式可以由負載230是為電流驅動或是電壓驅動的方式來決定，當負載230是為電流驅動時，電氣信號IV是驅動電流。相反的，當負載230是為電壓驅動時，電氣信號IV是驅動電壓。

在此請注意，上述的參考信號則可以依據負載230所需要的電氣信號IV的值來設定。以電氣信號IV為驅動電壓為例子，若是負載230所需要的最佳驅動電壓為5伏特(volt,V)，則參考信號可以依據5V來設定，例如設定為5V。

以下將針對電氣信號IV的不同形式的不同的負載驅動裝置的實施例來做介紹，使本領域具通常知識者更能清楚瞭解本發明，並具以實施。

請參照圖3，圖3繪示本發明的第二實施例的負載驅動裝置的示意圖。負載驅動裝置由電源轉換器310及平均電壓電流偵測器320所構成。電源轉換器310接收控制信號CTRL並據以產生驅動電流形式的電氣信號IV，用來驅動負載330。其中，平均電壓電流偵測器320包括電流感測器321、電流電壓轉換器323、比較器CMP1以及參考信號產生電路322。

電流感測器321與負載330耦接，電流感測器321接收驅動電流形式的電氣信號IV，並傳送感測到的驅動電流ISENSE通過電流電壓轉換器323。電流電壓轉換器323由轉換電阻R1所建構。轉換電阻R1串接在電流感測器321與接地電壓GND間，轉換電阻R1的一端接收感測到的驅動電流ISENSE而另一端則連接接地電壓GND。當感測到的驅動電流ISENSE流過轉換電阻R1時，會在轉換電阻R1接收感測到的驅動電流ISENSE的端點上產生比較電壓V-。

另外，參考信號V+可以藉由參考信號產生電路322來產生。在本實施例中，參考信號產生電路322包括參考電流源REF以及參考電阻R2。參考電阻R2的一端接收參考電流源REF所提供的參考電流Iref，而參考電阻R2的另一端則連接至接地電壓GND。在參考電流通過參考電阻R2時，參考電阻R2連接參考電流源REF的端點上即產生參考信號V+。

比較器CMP1則接收參考信號V+以及比較電壓V-，並依據比較參考信號V+以及比較電壓V-來產生控制信號CTRL。此外，比較器CMP1輸出控制信號CTRL的端點上，可以串接一個穩壓電容C1至接地電壓GND。在本實施例中，比較器CMP1是利用運算放大器來建構。當然，比較器CMP1也可以利用運算轉導放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA)來建構。

由上述的說明可以得知，在經由比較器CMP1依據參考信號V+以及比較電壓V-來改變其所產生的控制信號CTRL的情況下，電源轉換器310所依據控制信號CTRL所產生的電氣信號(驅動電流)IV的平均值就可以與負載330所需要的驅動電流相當接近，使負載330可以發揮其最大的功效。

接著請參照圖4，圖4繪示本發明的第三實施例的負載驅動裝置的示意圖。負載驅動裝置由電源轉換器410及平均電壓電流偵測器420所構成。而電源轉換器410耦接負載430並提供電氣信號IV以驅動負載430。與上一實施例不同的是，本實施例中的平均電壓電流偵測器420所包括的電流電壓轉換器423是利用轉換電容C2以及轉換開關SW1所建構的。其中轉換電容C2與轉換開關SW1相並連，而轉換電容C2的一端接收感測到的驅動電流ISENSE而其另一端連接接地電壓GND。

轉換開關SW1則受控於重置信號RST，當轉換開關SW1依據重置信號RST而形成斷路時，轉換電容C2會接收驅動電流ISENSE而進行充電，因此，比較電壓V-將會隨著時間而升高。而當轉換開關SW1依據重置信號RST而導通時，轉換電容C2中的電荷將會漏出至接地電壓GND，使得比較電壓V-等於接地電壓GND。

另外，本實施例中的參考信號產生電路422包括參考電流源REF外，還包括轉換電容C3以及轉換開關SW2。轉換電容C3與轉換開關SW2相並連，而轉換電容C3的一端接收參考電流源REF所產生的參考電流Iref，而其另一端連接接地電壓GND，轉換開關SW2受控於重置信號RST。轉換電容C3以及轉換開關SW2與電流電壓轉換器323的動作方式相同，此處不多贅述。

接著請參照圖5，圖5繪示圖4的實施例的動作波形圖。其中當重置信號RST維持在低準位時，轉換開關SW1、SW2保持斷路，而比較電壓V-及參考電壓V+隨著時間上升，一旦重置信號RST於時間點T1產生高準位突波時，轉換電容C2、C3被瞬間放電而比較電壓V-及參考電壓V+皆被重置為零準位。

此外，由圖5的繪示可以得知，當比較電壓V-低於參考電壓V+時，表示驅動電流ISENSE低於參考電流Iref。此時電源轉換器410依據控制信號CTRL調高驅動電流ISENSE。相反的，當比較電壓V-高於參考電壓V+時，表示驅動電流ISENSE高於參考電流Iref。此時電源轉換器410依據控制信號CTRL調低驅動電流ISENSE。如此一來，驅動電流ISENSE的平均值將會很接近參考電流Iref。

請參照圖6，圖6繪示本發明的第四實施例的負載驅動裝置的示意圖。負載驅動裝置由電源轉換器610及平均電壓電流偵測器620所構成。電源轉換器610接收控制信號CTRL並據以產生驅動電壓形式的電氣信號IV，用來驅動負載630。其中，平均電壓電流偵測器620包括電壓電流轉換器621、電流電壓轉換器623以及參考信號產生電路622。

電壓電流轉換器621接收驅動電壓形式的電氣信號IV，並轉換電氣信號IV而產生轉換電流ISENSE。電流電壓轉換器623則可以由轉換電阻R1來建構，其中轉換電阻R1的一端接收轉換電流ISENSE，而其另一端連接接地電壓GND。

參考信號產生電路622則包括電壓電流轉換器6221以及參考電阻R2。電壓電流轉換器6221接收參考電壓VR並轉換參考電壓VR以產生參考電流Iref。參考電阻R2的一端接收參考電流Iref，而其另一端連接接地電壓GND。

本第四實施例的負載驅動裝置的運作方式與前述的第二實施例的負載驅動裝置是非常相似的。所存在的差別是在於本第四實施例的電源轉換器610所產生的電氣信號IV是驅動電壓的形式。因此，在本第四實施例中，必須藉由電壓電流轉換器621將電氣信號IV轉換成轉換電流ISENSE。而提供參考電流Iref的部份，也是利用提供參考電壓VR並藉由電壓電流轉換器6221轉換參考電壓VR來獲得參考電流Iref。而除了上述說明的差異外，本第四實施例的負載驅動裝置的動作方式與第二實施例中所說明的均相同，此處不多贅述。

以下請參照圖7，圖7繪示本發明的第五實施例的負載驅動裝置的示意圖。本發明的第五實施例的負載驅動裝置與前述第四實施例的負載驅動裝置大致上是相同的。差別在於第四實施例中的轉換電阻R1在本第五實施例中置換為轉換電容C2及轉換開關SW1所並連構成的電流電壓轉換器723。而參考信號產生電路中，第四實施例的參考電阻R2在本第五實施例被置換為轉換電容C3及轉換開關SW2。

其中的轉換電容C2的一端接收轉換電流ISENSE而其另一端連接接地電壓GND。而轉換電容C3及轉換開關SW2相互並連，且轉換電容C3的一端接收參考電流Iref且其另一端連接接地電壓GND。轉換開關SW1、SW2皆受控於重置信號RST。關於轉換電容C2、C3及轉換開關SW1、SW2的動作細節在前述第三實施例中以有詳細的說明，此處不再贅述。

最後請參照圖8，圖8繪示本發明的第六實施例的負載驅動裝置的示意圖。負載驅動裝置由電源轉換器810及平均電壓電流偵測器820所構成。電源轉換器810依據控制信號CTRL產生驅動電壓形式的電氣信號IV來驅動負載830。平均電壓電流偵測器820包括比較器CMP1，比較器CMP1可以直接接收電氣信號IV以及參考信號Vref來進行比較並產生控制信號CTRL。在此，參考信號Vref是一個電壓形式的電壓信號。

此外，在比較器CMP1接收電氣信號IV的路徑上，還可以串接緩衝器821，用以確保電氣信號IV的穩定度。

綜上所述，本發明利用回授負載上的電氣信號，來與設定的參考信號進行比對，使得電氣信號的平均值可以接近負載所需要的驅動信號的能量。有效提升負載的工作效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110、210．．．驅動器

120、230、330、430、630、830．．．負載

200．．．負載驅動裝置

220、320、420、620、820．．．平均電壓電流偵測器

310、410、610、810．．．電源轉換器

321、421．．．電流感測器

322、422、622．．．參考信號產生電路

323、423、623、723．．．電流電壓轉換器

621、6221．．．電壓電流轉換器

821．．．緩衝器

ISENSE、Iref．．．電流

RST．．．重置信號

CMP1．．．比較器

IV．．．電氣信號

VIN．．．輸入電壓

FB．．．回授信號

CTRL．．．控制信號

Vref．．．參考信號

R1、R2．．．電阻

C1~C3．．．電容

SW1、SW2．．．開關

GND．．．接地電壓

V+、V-、VR．．．電壓

REF．．．電流源

T1．．．時間點

圖1繪示習知的驅動器的示意圖。

圖2繪示本發明的第一實施例的負載驅動裝置的示意圖。

圖3繪示本發明的第二實施例的負載驅動裝置的示意圖。

圖4繪示本發明的第三實施例的負載驅動裝置的示意圖。

圖5繪示圖4的實施例的動作波形圖。

圖6繪示本發明的第四實施例的負載驅動裝置的示意圖。

圖7繪示本發明的第五實施例的負載驅動裝置的示意圖。

圖8繪示本發明的第六實施例的負載驅動裝置的示意圖。

210．．．驅動器

230．．．負載

200．．．負載驅動裝置

220．．．平均電壓電流偵測器

IV．．．電氣信號

VIN．．．輸入電壓

CTRL．．．控制信號

Claims (16)

1. 一種負載驅動裝置，用以輸出一電氣信號至一負載，包括：一驅動器，耦接該負載，接收一輸入電壓及一控制信號，該驅動器依據該控制信號以調整所輸出的該電氣信號，其中該電氣信號為一驅動電流；以及一平均電壓電流偵測器，耦接該驅動器及該負載，接收流至該負載且經該驅動器所調整的該電氣信號，並利用該電氣信號與一參考信號進行比對以產生該控制信號，該平均電壓電流偵測器包括：一電流感測器，耦接該負載，用以感測該驅動電流；一電流電壓轉換器，耦接該電流感測器，將感測到的該驅動電流轉換為一比較電壓；以及一比較器，耦接該電流感測器及該電流電壓轉換器，比較該參考信號及該比較電壓，並藉以產生該控制信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之負載驅動裝置，其中該驅動器為一電源轉換器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之負載驅動裝置，其中該電流電壓轉換器為一轉換電阻，其一端接收該驅動電流，另一端耦接一接地電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之負載驅動裝置，其中該比較器為運算轉導放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA)。
5. 如申請專利範圍第4項所述之負載驅動裝置，其中更包括：一參考信號產生電路，用以產生該參考信號，包括：一參考電流源，耦接至該比較器，提供一參考電流；以及一參考電阻，其一端接收該參考電流並產生該參考信號，其另一端耦接該接地電壓。
6. 如申請專利範圍第3項所述之負載驅動裝置，其中該電流電壓轉換器包括：一第一轉換電容，其一端接收該驅動電流，另一端耦接一接地電壓；以及一第一轉換開關，與該第一轉換電容以並聯方式相互耦接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之負載驅動裝置，其中更包括：一參考信號產生電路，用以產生該參考信號，包括：一參考電流源，耦接至該比較器，提供一參考電流；一第二轉換電容，其一端接收該參考電流，另一端耦接一接地電壓；以及一第二轉換開關，與該第二轉換電容以並聯方式相互耦接。
8. 一種負載驅動裝置，用以輸出一電氣信號至一負 載，包括：一驅動器，耦接該負載，接收一輸入電壓及一控制信號，該驅動器依據該控制信號以調整所輸出的該電氣信號，其中該電氣信號為一驅動電壓；以及一平均電壓電流偵測器，耦接該驅動器及該負載，接收流至該負載且經該驅動器所調整的該電氣信號，並利用該電氣信號與一參考信號進行比對以產生該控制信號，該平均電壓電流偵測器包括：一第一電壓電流轉換器，耦接該負載，接收並轉換該驅動電壓以產生一轉換電流；一電流電壓轉換器，耦接該第一電壓電流轉換器，轉換該轉換電流為一比較電壓；以及一比較器，耦接該第一電壓電流轉換器及該電流電壓轉換器，比較該參考信號及該比較電壓，並藉以產生該控制信號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之負載驅動裝置，其中該比較器為運算轉導放大器。
10. 如申請專利範圍第8項所述之負載驅動裝置，其中該電流電壓轉換器為一轉換電阻，其一端接收該轉換電流，另一端耦接一接地電壓。
11. 如申請專利範圍第10項所述之負載驅動裝置，其中更包括：一參考信號產生電路，用以產生該參考信號，包括：一第二電壓電流轉換器，耦接至該比較器，接收 一參考電壓並轉換該參考電壓以產生一參考電流；以及一參考電阻，其一端接收該參考電流並產生該參考信號，其另一端耦接該接地電壓。
12. 如申請專利範圍第8項所述之負載驅動裝置，其中該電流電壓轉換器包括：一第一轉換電容，其一端接收該驅動電流，另一端耦接一接地電壓；以及一第一轉換開關，與該第一轉換電容以並聯方式相互耦接。
13. 如申請專利範圍第12項所述之負載驅動裝置，其中更包括：一參考信號產生電路，用以產生該參考信號，包括：一第二電壓電流轉換器，耦接至該比較器，接收一參考電壓並轉換該參考電壓以產生一參考電流；一第二轉換電容，其一端接收該參考電流，另一端耦接一接地電壓；以及一第二轉換開關，與該第二轉換電容以並聯方式相互耦接。
14. 一種負載驅動裝置，用以輸出一電氣信號至一負載，包括：一驅動器，耦接該負載，接收一輸入電壓及一控制信號，該驅動器依據該控制信號以調整所輸出的該電氣信號，其中該電氣信號為一驅動電壓；以及一平均電壓電流偵測器，耦接該驅動器及該負載，接 收流至該負載且經該驅動器所調整的該電氣信號，並利用該電氣信號與一參考信號進行比對以產生該控制信號，該平均電壓電流偵測器包括：一比較器，接收該驅動電壓及該參考信號，並比較該參考信號及該驅動電壓，藉以產生該控制信號，其中該參考信號為電壓信號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之負載驅動裝置，其中更包括：一緩衝器，串接在該比較器接收該驅動電壓的路徑上。
16. 如申請專利範圍第14項所述之負載驅動裝置，其中該比較器為運算轉導放大器。