CN101989854A - 负载驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载驱动装置，包括驱动器以及平均电压电流侦测器。驱动器接收输入电压及控制信号。驱动器依据控制信号以调整所输出的电气信号。平均电压电流侦测器接收流至负载的电气信号，并利用电气信号与参考信号进行比对以产生控制信号。本发明反馈负载上的电气信号，并使电气信号与参考信号进行比对，来藉以调整负载驱动装置的电气信号的输出。使负载驱动装置所输出的电气信号的平均值可以接近负载所需要的值，进而提升负载驱动装置的效能。

Description

负载驱动装置

技术领域

本发明涉及一种负载驱动装置。

背景技术

在现有的技术领域中的负载驱动装置中，常因为负载驱动装置所接收的输入电压有涟波(ripple)的现象，而导致其所传送以驱动负载的电气信号也同样具有涟波的现象。如此一来，负载所接收的电气信号会产生不足的现象而减低了整体的效率。

因此，现有技术提出了一种负载驱动装置来解决上述的问题。请参照图1，图1所示为现有的驱动器的示意图。其中驱动器110接收输入电压VIN并传送电气信号IV至负载120。并且，驱动器110还由负载120上侦测到反馈信号FB来做为动态调整电气信号IV的依据。

然而，这种现有的驱动器110所接收的反馈信号FB通常是负载120所接收的电气信号IV的峰值，但***设计时，负载120的最佳设定值一般是由平均电压值或平均电流值来表示，因此，前述的反馈控制方式并不合乎需求，可能使得实际驱动负载120的电气信号IV的平均值会低于负载120原本设计所须的最佳设定值，严重的降低负载120所能产生的效能。

发明内容

本发明提供一种负载驱动装置，其所提供用以驱动负载的电气信号的平均值等于负载的需求。

本发明提出一种负载驱动装置，用以输出电气信号至负载。负载驱动装置包括驱动器以及平均电压电流侦测器。驱动器耦接负载，接收输入电压及控制信号。驱动器依据控制信号以调整所输出的电气信号。平均电压电流侦测器耦接驱动器及负载，接收流至负载的电气信号，并利用电气信号与参考信号进行比对以产生控制信号。

在本发明的一实施例中，上述的驱动器为电源转换器

在本发明的一实施例中，上述的电气信号为驱动电流

在本发明的一实施例中，上述的平均电压电流侦测器包括电流感测器、电流电压转换器以及比较器。电流感测器耦接负载，用以感测驱动电流。电流电压转换器耦接电流感测器，用以转换感测到的驱动电流为比较电压。比较器耦接电流感测器及电流电压转换器，用以比较参考信号及比较电压，并藉以产生控制信号。

在本发明的一实施例中，上述的电流电压转换器为转换电阻，其一端接收驱动电流，另一端耦接接地电压。

在本发明的一实施例中，上述的比较器为运算转导放大器(Operational Transconductance Amplifier，OTA)。

在本发明的一实施例中，负载驱动装置还包括参考信号产生电路，用以产生参考信号。参考信号产生电路则包括参考电流源以及参考电阻。参考电流源耦接至比较器并提供参考电流。参考电阻的一端接收参考电流并产生参考信号，其另一端耦接接地电压。

在本发明的一实施例中，上述的电流电压转换器包括第一转换电容以及第一转换开关。第一转换电容的一端接收驱动电流，另一端耦接接地电压。第一转换开关则与第一转换电容并连耦接。

在本发明的一实施例中，上述的负载驱动装置还包括参考信号产生电路用以产生参考信号。参考信号产生电路包括参考电流源、第二转换电容以及第二转换开关。参考电流源耦接至比较器，提供参考电流。第二转换电容的一端接收参考电流，另一端耦接接地电压。第二转换开关与第二转换电容并连耦接。

在本发明的一实施例中，上述的电气信号为驱动电压。

在本发明的一实施例中，上述的平均电压电流侦测器包括第一电压电流转换器、电流电压转换器以及比较器。第一电压电流转换器耦接负载，用以接收并转换驱动电压以产生转换电流。电流电压转换器耦接第一电压电流转换器，用以将转换电流转换为比较电压。比较器耦接第一电压电流转换器及电流电压转换器，用以比较参考信号及比较电压并藉以产生控制信号。

在本发明的一实施例中，上述的电流电压转换器为转换电阻，其一端接收转换电流，另一端耦接接地电压。

在本发明的一实施例中，上述的负载驱动装置其中还包括参考信号产生电路，用以产生该参考信号。参考信号产生电路包括第二电压电流转换器以及参考电阻。第二电压电流转换器耦接至比较器，接收参考电压并转换参考电压以产生参考电流。参考电阻的一端接收参考电流并产生参考信号，其另一端耦接接地电压。

在本发明的一实施例中，上述的电流电压转换器包括第一转换电容以及第一转换开关。第一转换电容的一端接收驱动电流，另一端耦接接地电压。第一转换开关则与第一转换电容并连耦接

在本发明的一实施例中，上述的负载驱动装置还包括一参考信号产生电路，用以产生该参考信号，包括第二电压电流转换器、第二转换电容以及第二转换开关。第二电压电流转换器耦接至比较器，接收参考电压并转换参考电压以产生参考电流。第二转换电容的一端接收参考电流，另一端耦接接地电压。第二转换开关与第二转换电容并连耦接。

在本发明的一实施例中，上述的负载驱动装置还包括缓冲器，串接在比较器接收驱动电压的路径上。

在本发明的一实施例中，上述的平均电压电流侦测器包括比较器。比较器接收驱动电压及参考信号，并比较参考信号及驱动电压，藉以产生控制信号。其中，参考信号为电压信号。

基于上述，本发明反馈负载上的电气信号(电流或电压)，并使电气信号与参考信号进行比对，来藉以调整负载驱动装置的电气信号的输出。使负载驱动装置所输出的电气信号的平均值可以接近负载所需要的值，进而提升负载驱动装置的效能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1所示为现有的驱动器的示意图；

图2所示为本发明的第一实施例的负载驱动装置的示意图；

图3所示为本发明的第二实施例的负载驱动装置的示意图；

图4所示为本发明的第三实施例的负载驱动装置的示意图；

图5所示为图4的实施例的动作波形图；

图6所示为本发明的第四实施例的负载驱动装置的示意图；

图7所示为本发明的第五实施例的负载驱动装置的示意图；

图8所示为本发明的第六实施例的负载驱动装置的示意图。

主要元件符号说明

110、210：驱动器；               120、230、330、430、630、830：

                                 负载；

200：负载驱动装置；              220、320、420、620、820：平均电

                                 压电流侦测器；

310、410、610、810：电源转换器； 321、421：电流感测器；

322、422、622：参考信号产生电路；323、423、623、723：电流电压转

                                 换器；

621，6221：电压电流转换器；      821：缓冲器；

ISENSE、Iref：电流；  RST：重置信号；

CMP1：比较器；        IV：电气信号；

VIN：输入电压；       FB：反馈信号；

CTRL：控制信号；      Vref：参考信号；

R1、R2：电阻；        C1～C3：电容；

SW1、SW2：开关；      GND：接地电压；

V+、V-、VR：电压；    REF：电流源；

T1：时间点。

具体实施方式

请参照图2，图2所示为本发明第一实施例的负载驱动装置的示意图。其中，负载驱动装置200连接负载230并输出电气信号IV以驱动负载230。负载驱动装置200包括驱动器210及平均电压电流侦测器220。驱动器210与负载230及平均电压电流侦测器220相耦接，驱动器210接收输入电压VIN及控制信号CTRL。而电气信号IV即是由驱动器210所输出，并且，驱动器210依据控制信号CTRL来调整其所输出的电气信号IV。

驱动器210可以由电源转换器(power converter)来建构。也就是说，驱动器210可以是电压转换器或是电流转换器中的一种。而这种电源转换器会依据其所接收的输入电压VIN来产生输出的电气信号IV。在此所述的电源转换器为本领域技术人员都熟知的电路，其工作细节此处不多详述。

平均电压电流侦测器220同样也与负载230耦接，并由负载230接收电气信号IV。平均电压电流侦测器220则是依据其所接收的电气信号IV与参考信号来进行比较，再藉由比较的结果来产生控制信号CTRL。

在此，电气信号IV可以是用来驱动负载230的驱动电流或是驱动电压。电气信号IV的形式可以由负载230是为电流驱动或是电压驱动的方式来决定，当负载230是为电流驱动时，电气信号IV是驱动电流。相反的，当负载230是为电压驱动时，电气信号IV是驱动电压。

在此请注意，上述的参考信号则可以依据负载230所需要的电气信号IV的值来设定。以电气信号IV为驱动电压为例子，若是负载230所需要的最佳驱动电压为5伏特(volt，V)，则参考信号可以依据5V来设定，例如设定为5V。

以下将针对电气信号IV的不同形式的不同的负载驱动装置的实施例来做介绍，使本领域技术人员更能清楚了解本发明，并具以实施。

请参照图3，图3所示为本发明第二实施例的负载驱动装置的示意图。负载驱动装置由电源转换器310及平均电压电流侦测器320所构成。电源转换器310接收控制信号CTRL并据以产生驱动电流形式的电气信号IV，用来驱动负载330。其中，平均电压电流侦测器320包括电流感测器321、电流电压转换器323、比较器CMP1以及参考信号产生电路322。

电流感测器321与负载330耦接，电流感测器321接收驱动电流形式的电气信号IV，并传送感测到的驱动电流ISENSE通过电流电压转换器323。电流电压转换器323由转换电阻R1所建构。转换电阻R1串接在电流感测器321与接地电压GND间，转换电阻R1的一端接收感测到的驱动电流ISENSE而另一端则连接接地电压GND。当感测到的驱动电流ISENSE流过转换电阻R1时，会在转换电阻R1接收感测到的驱动电流ISENSE的端点上产生比较电压V-。

另外，参考信号V+可以藉由参考信号产生电路322来产生。在本实施例中，参考信号产生电路322包括参考电流源REF以及参考电阻R2。参考电阻R2的一端接收参考电流源REF所提供的参考电流Iref，而参考电阻R2的另一端则连接至接地电压GND。在参考电流通过参考电阻R2时，参考电阻R2连接参考电流源REF的端点上即产生参考信号V+。

比较器CMP1则接收参考信号V+以及比较电压V-，并依据比较参考信号V+以及比较电压V-来产生控制信号CTRL。此外，比较器CMP1输出控制信号CTRL的端点上，可以串接一个稳压电容C1至接地电压GND。在本实施例中，比较器CMP1是利用运算放大器来建构。当然，比较器CMP1也可以利用运算转导放大器(Operational TransconductanceAmplifier，OTA)来建构。

由上述的说明可以得知，在经由比较器CMP1依据参考信号V+以及比较电压V-来改变其所产生的控制信号CTRL的情况下，电源转换器310所依据控制信号CTRL所产生的电气信号(驱动电流)IV的平均值就可以与负载330所需要的驱动电流相当接近，使负载330可以发挥其最大的功效。

接着请参照图4，图4所示为本发明第三实施例的负载驱动装置的示意图。负载驱动装置由电源转换器410及平均电压电流侦测器420所构成。而电源转换器410耦接负载430并提供电气信号IV以驱动负载430。与上一实施例不同的是，本实施例中的平均电压电流侦测器420所包括的电流电压转换器423是利用转换电容C2以及转换开关SW1所建构的。其中转换电容C2与转换开关SW1相并连，而转换电容C2的一端接收感测到的驱动电流ISENSE而其另一端连接接地电压GND。

转换开关SW1则受控于重置信号RST，当转换开关SW1依据重置信号RST而形成断路时，转换电容C2会接收驱动电流ISENSE而进行充电，因此，比较电压V-将会随着时间而升高。而当转换开关SW1依据重置信号RST而导通时，转换电容C2中的电荷将会漏出至接地电压GND，使得比较电压V-等于接地电压GND。

另外，本实施例中的参考信号产生电路422包括参考电流源REF外，还包括转换电容C3以及转换开关SW2。转换电容C3与转换开关SW2相并连，而转换电容C3的一端接收参考电流源REF所产生的参考电流Iref，而其另一端连接接地电压GND，转换开关SW2受控于重置信号RST。转换电容C3以及转换开关SW2与电流电压转换器323的动作方式相同，此处不多赘述。

接着请参照图5，图5所示为图4实施例的动作波形图。其中当重置信号RST维持在低准位时，转换开关SW1、SW2保持断路，而比较电压V-及参考电压V+随着时间上升，一旦重置信号RST于时间点T1产生高准位突波时，转换电容C2、C3被瞬间放电而比较电压V-及参考电压V+皆被重置为零准位。

此外，由图5所示可以得知，当比较电压V-低于参考电压V+时，表示驱动电流ISENSE低于参考电流Iref。此时电源转换器410依据控制信号CTRL调高驱动电流ISENSE。相反的，当比较电压V-高于参考电压V+时，表示驱动电流ISENSE高于参考电流Iref。此时电源转换器410依据控制信号CTRL调低驱动电流ISENSE。如此一来，驱动电流ISENSE的平均值将会很接近参考电流Iref。

请参照图6，图6所示为本发明的第四实施例的负载驱动装置的示意图。负载驱动装置由电源转换器610及平均电压电流侦测器620所构成。电源转换器610接收控制信号CTRL并据以产生驱动电压形式的电气信号IV，用来驱动负载630。其中，平均电压电流侦测器620包括电压电流转换器621、电流电压转换器623以及参考信号产生电路622。

电压电流转换器621接收驱动电压形式的电气信号IV，并转换电气信号IV而产生转换电流ISENSE。电流电压转换器623则可以由转换电阻R1来建构，其中转换电阻R1的一端接收转换电流ISENSE，而其另一端连接接地电压GND。

参考信号产生电路622则包括电压电流转换器6221以及参考电阻R2。电压电流转换器6221接收参考电压VR并转换参考电压VR以产生参考电流Iref。参考电阻R2的一端接收参考电流Iref，而其另一端连接接地电压GND。

本第四实施例的负载驱动装置的运作方式与前述的第二实施例的负载驱动装置是非常相似的。所存在的差别是在于本第四实施例的电源转换器610所产生的电气信号IV是驱动电压的形式。因此，在本第四实施例中，必须藉由电压电流转换器621将电气信号IV转换成转换电流ISENSE。而提供参考电流Iref的部份，也是利用提供参考电压VR并藉由电压电流转换器6221转换参考电压VR来获得参考电流Iref。而除了上述说明的差异外，本第四实施例的负载驱动装置的动作方式与第二实施例中所说明的均相同，此处不多赘述。

以下请参照图7，图7所示为本发明的第五实施例的负载驱动装置的示意图。本发明的第五实施例的负载驱动装置与前述第四实施例的负载驱动装置大致上是相同的。差别在于第四实施例中的转换电阻R1在本第五实施例中置换为转换电容C2及转换开关SW1所并连构成的电流电压转换器723。而参考信号产生电路中，第四实施例的参考电阻R2在本第五实施例被置换为转换电容C3及转换开关SW2。

其中的转换电容C2的一端接收转换电流ISENSE而其另一端连接接地电压GND。而转换电容C3及转换开关SW2相互并连，且转换电容C3的一端接收参考电流Iref且其另一端连接接地电压GND。转换开关SW1、SW2皆受控于重置信号RST。关于转换电容C2、C3及转换开关SW1、SW2的动作细节在前述第三实施例中以有详细的说明，此处不再赘述。

最后请参照图8，图8所示为本发明的第六实施例的负载驱动装置的示意图。负载驱动装置由电源转换器810及平均电压电流侦测器820所构成。电源转换器810依据控制信号CTRL产生驱动电压形式的电气信号IV来驱动负载830。平均电压电流侦测器820包括比较器CMP1，比较器CMP1可以直接接收电气信号IV以及参考信号Vref来进行比较并产生控制信号CTRL。在此，参考信号Vref是一个电压形式的电压信号。

此外，在比较器CMP1接收电气信号IV的路径上，还可以串接缓冲器821，用以确保电气信号IV的稳定度。

综上所述，本发明利用反馈负载上的电气信号，来与设定的参考信号进行比对，使得电气信号的平均值可以接近负载所需要的驱动信号的能量。有效提升负载的工作效能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (19)

1.一种负载驱动装置，用以输出一电气信号至一负载，包括：

一驱动器，耦接该负载，接收一输入电压及一控制信号，该驱动器依据该控制信号以调整所输出的该电气信号；以及

一平均电压电流侦测器，耦接该驱动器及该负载，接收流至该负载的该电气信号，并利用该电气信号与一参考信号进行比对以产生该控制信号。

2.根据权利要求1所述的负载驱动装置，其中该驱动器为一电源转换器。

3.根据权利要求1所述的负载驱动装置，其中该电气信号为一驱动电流。

4.根据权利要求3所述的负载驱动装置，其中该平均电压电流侦测器包括：

一电流感测器，耦接该负载，用以感测该驱动电流；

一电流电压转换器，耦接该电流感测器，将感测到的该驱动电流转换为一比较电压；以及

一比较器，耦接该电流感测器及该电流电压转换器，比较该参考信号及该比较电压，并藉以产生该控制信号。

5.根据权利要求4所述的负载驱动装置，其中该电流电压转换器为一转换电阻，其一端接收该驱动电流，另一端耦接一接地电压。

6.根据权利要求4所述的负载驱动装置，其中该比较器为运算转导放大器。

7.根据权利要求6所述的负载驱动装置，其中还包括：

一参考信号产生电路，用以产生该参考信号，包括：

一参考电流源，耦接至该比较器，提供一参考电流；以及

一参考电阻，其一端接收该参考电流并产生该参考信号，其另一端耦接该接地电压。

8.根据权利要求5所述的负载驱动装置，其中该电流电压转换器包括：

一第一转换电容，其一端接收该驱动电流，另一端耦接一接地电压；以及

一第一转换开关，与该第一转换电容以并联方式相互耦接。

9.根据权利要求8所述的负载驱动装置，其中还包括：

一参考信号产生电路，用以产生该参考信号，包括：

一参考电流源，耦接至该比较器，提供一参考电流；

一第二转换电容，其一端接收该参考电流，另一端耦接一接地电压；以及

一第二转换开关，与该第二转换电容以并联方式相互耦接。

10.根据权利要求1所述的负载驱动装置，其中该电气信号为一驱动电压。

11.根据权利要求10所述的负载驱动装置，其中该平均电压电流侦测器包括：

一第一电压电流转换器，耦接该负载，接收并转换该驱动电压以产生一转换电流；

一电流电压转换器，耦接该第一电压电流转换器，转换该转换电流为一比较电压；

一比较器，耦接该第一电压电流转换器及该电流电压转换器，比较该参考信号及该比较电压，并藉以产生该控制信号。

12.根据权利要求11所述的负载驱动装置，其中该比较器为跨导运算放大器。

13.根据权利要求11所述的负载驱动装置，其中该电流电压转换器为一转换电阻，其一端接收该转换电流，另一端耦接一接地电压。

14.根据权利要求13项所述的负载驱动装置，其中还包括：

一参考信号产生电路，用以产生该参考信号，包括：

一第二电压电流转换器，耦接至该比较器，接收一参考电压并转换该参考电压以产生一参考电流；以及

一参考电阻，其一端接收该参考电流并产生该参考信号，其另一端耦接该接地电压。

15.根据权利要求11所述的负载驱动装置，其中该电流电压转换器包括：

一第一转换电容，其一端接收该驱动电流，另一端耦接一接地电压；以及

一第一转换开关，与该第一转换电容以并联方式相互耦接。

16.根据权利要求15所述的负载驱动装置，其中还包括：

一参考信号产生电路，用以产生该参考信号，包括：

一第二电压电流转换器，耦接至该比较器，接收一参考电压并转换该参考电压以产生一参考电流；

一第二转换电容，其一端接收该参考电流，另一端耦接一接地电压；以及

一第二转换开关，与该第二转换电容以并联方式相互耦接。

17.根据权利要求10所述的负载驱动装置，其中该平均电压电流侦测器包括：

一比较器，接收该驱动电压及该参考信号，并比较该参考信号及该驱动电压，藉以产生该控制信号，其中，该参考信号为电压信号。

18.根据权利要求17所述的负载驱动装置，其中还包括：

一缓冲器，串接在该比较器接收该驱动电压的路径上。

19.根据权利要求17所述的负载驱动装置，其中该比较器为运算转导放大器。

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