升降压变换器及其控制器和控制方法与流程

1.本发明涉及电子电路技术领域，更具体地涉及一种升降压变换器及其控制器和控制方法。


背景技术：

2.现代便携式电子设备通常设置有诸如电池的电源，其用作装置内的各种电子部件的直流(dc)。然而，通常这些部件将具有不同的电压要求，因此这类装置通常采用一个或多个电压转换器，该电压转换器将与电源相关联的标称电压降低到适合于不同电子部件的电压。
3.现有的具有宽输入电压的dc/dc变换器包括级联降压-升压变换器、h桥降压-升压变换器、库克变换器以及sepic(single enable primary inductance converter，单端初级电感变换器)等结构。其中h桥降压-升压变换器(单电感器或者非反相降压-升压变换器)具有良好的性能。
4.基于输入电压和输出电压之间的关系，升降压变换器工作在三种不同的操作模式下。这些模式包括纯降压模式、纯升压模式以及升降压转换模式。当输入电压高于输出电压时，变换器工作在纯降压模式，将输入电压降低至其输出所需的电压水平；当输入电压低于输出电压时，变换器工作在纯升压模式，将输入电压增大至输出所需要的电压水平；当输入电压接近输出电压时，变换器工作在升降压转换模式。
5.现有技术的主要缺点为控制模式中必须含有升降压转换区段，否则会造成系统不稳定。而在升降压转换模式时，任一周期内变换器中的四个功率开关都会切换，会造成切换损失(switching loss)，使得能量损耗增加。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种升降压变换器及其控制器和控制方法，在每个开关周期里只有一对功率开关工作，可极大地降低切换损耗，提高电源效率。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种升降压变换器的控制器，该升降压变换器包括耦接于输入电压和参考地之间的降压开关管对、耦接于输出电压和参考地之间的升压开关管对以及电感器，其中所述降压开关管对的第一功率开关和第一整流开关的公共端形成第一开关节点，所述升压开关管对的第二功率开关和第二整流开关的公共端形成第二开关节点，所述电感器耦接于所述第一开关节点和所述第二开关节点之间，所述控制器包括：一振荡器，用于产生具有多个脉冲的时钟信号，相邻的脉冲限定了一个时钟周期；一误差放大器，适于将所述输出电压的反馈信号与一基准电压进行比较，以产生第一误差信号；第一pwm比较器，用于将与电感电流相关的三角波信号与所述第一误差信号进行比较，并在所述第一误差信号与所述三角波信号相交时产生第一关断逻辑信号；以及逻辑电路，其在每个脉冲来临前判断是否接收到所述第一关断逻辑信号，若检测到所述第一关断逻辑信号，则控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于降压模式，否则，控制所述升降压变换器在
当前时钟周期工作于升压模式。
8.可选的，所述逻辑电路还适于在所述降压模式下根据所述第一关断逻辑信号控制所述降压开关管对的开关占空比。
9.可选的，所述控制器还包括：电平转换电路，适于将所述第一误差信号电平转换得到第二误差信号；以及第二pwm比较器，适于将所述三角波信号与所述第二误差信号进行比较，并在所述第二误差信号与所述三角波信号相交时产生一第二关断逻辑信号，其中，所述逻辑电路适于在所述升压模式下根据所述第二关断逻辑信号控制所述升压开关管对的开关占空比。
10.可选的，所述逻辑电路包括：第一逻辑模块，其具有第一置位端、第一复位端、第一正输出端和第一负输出端，其中第一置位端接收所述时钟信号，第一复位端接收所述第一关断逻辑信号，第一正输出端输出用于控制所述降压开关管对的降压开关驱动信号，第一负输出端输出一强制清空信号；第二逻辑模块，其具有第二置位端、第二复位端、第三输入端和第二负输出端，其中第二置位端接收所述时钟信号，第二复位端接收所述第二关断逻辑信号，第三输入端接收所述强制清空信号，第二负输出端输出用于控制所述升压开关管对的升压开关驱动信号。
11.可选的，所述第一逻辑模块用于在每个脉冲来临之前若检测到所述第一关断逻辑信号的情况下，产生有效的强制清空信号，强制清空所述第二逻辑模块的升压模式。
12.可选的，所述控制器还包括：电流采样电路，用于获得表征所述电感电流的电流采样信号，所述电流采样信号用于与斜坡补偿信号进行叠加以产生所述三角波信号。
13.可选的，所述电流采样电路包括：采样管和采样电阻，用于采样流过所述降压开关管对的电感电流；以及电流放大器，通过在所述采样电阻的两端产生感测电压，以获得所述电流采样信号。
14.可选的，所述控制器还包括：电流反向比较器，用于检测流过所述电感器的电流是否过零，并在检测到流过电感器的电流过零时，将所述第一整流开关和所述第二整流开关关断。
15.根据本发明的第二方面，提供了一种升降压变换器的控制方法，该升降压变换器包括耦接于输入电压和参考地之间的降压开关管对、耦接于输出电压和参考地之间的升压开关管对以及电感器，其中所述降压开关管对的第一功率开关和第一整流开关的公共端形成第一开关节点，所述升压开关管对的第二功率开关和第二整流开关的公共端形成第二开关节点，所述电感器耦接于所述第一开关节点和所述第二开关节点之间，所述控制方法包括：产生具有多个脉冲的时钟信号，相邻的脉冲限定了一个时钟周期；将所述输出电压的反馈信号与一基准电压进行比较，以产生第一误差信号；将与电感电流相关的三角波信号与所述第一误差信号进行比较，并在所述第一误差信号与所述三角波信号相交时产生一第一关断逻辑信号；以及在每个脉冲来临前判断是否接收到所述第一关断逻辑信号，若检测到所述第一关断逻辑信号，则控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于降压模式，否则，控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于升压模式。
16.可选的，所述第一关断逻辑信号还用于在所述降压模式下控制所述降压开关管对的开关占空比。
17.可选的，所述控制方法还包括：将所述第一误差信号电平转换得到第二误差信号；
以及将所述三角波信号与所述第二误差信号进行比较，并在所述第二误差信号与所述三角波信号相交时产生一第二关断逻辑信号，其中，所述第二关断逻辑信号适于在所述升压模式下控制所述升压开关管对的开关占空比。
18.可选的，在每个脉冲来临前判断是否接收到所述第一关断逻辑信号，若检测到所述第一关断逻辑信号，则控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于降压模式包括：根据所述时钟信号和第一关断逻辑信号产生用于控制所述降压开关管对的降压开关驱动信号和强制清空信号；根据所述时钟信号、所述第二关断逻辑信号以及所述强制清空信号产生用于控制所述升压开关管对的升压开关驱动信号，其中，在每个脉冲来临之前若检测到所述第一关断逻辑信号，则产生有效的强制清空信号，强制清空升压模式。
19.可选的，所述控制方法还包括：获得表征所述电感电流的电流采样信号，并将所述电流采样信号与斜坡补偿信号进行叠加以产生所述三角波信号。
20.可选的，所述控制方法还包括：检测流过所述电感器的电流是否过零；若检测到流过电感器的电流过零，将所述第一整流开关和所述第二整流开关关断。
21.根据本发明的第三方面，提供了一种升降压变换器，包括：耦接于输入电压和参考地之间的降压开关管对，所述降压开关管对的第一功率开关和第一整流开关的公共端形成第一开关节点；耦接于输出电压和参考地之间的升压开关管对，所述升压开关管对的第二功率开关和第二整流开关的公共端形成第二开关节点；电感器，耦接于所述第一开关节点和所述第二开关节点之间；以及上述的控制器。
22.本发明的升降压变换器及其控制器和控制方法中，控制器在每个时钟周期里以降压优先的方式进行控制，只有当不满足降压模式的条件时才会切换至升压模式。控制器在每个时钟脉冲来临之前判断是否接收到第一关断逻辑信号，若检测到所述第一关断逻辑信号，则控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于降压模式；否则，控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于升压模式。从而可以在一个时钟周期里只需要开关一次降压开关管对或者升压开关管对，将开关损耗大大降低，显著提高电源的效率。此外，固定频率电源模式的变换器与传统的电压模式相比，负载动态响应更好，可以提高变换器的瞬态响应速度。
附图说明
23.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
24.图1为根据本发明实施例的一种升降压变换器的示意性电路图；
25.图2为根据本发明实施例的升降压变换器的工作波形图；
26.图3为根据本发明实施例的升降压变换器中的逻辑电路的一种示意性电路图；
27.图4为根据本发明实施例的升降压变换器中的逻辑电路在输入电压和输出电压很接近时的一种工作波形图。
具体实施方式
28.以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示
出某些公知的部分。
29.在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
30.应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。此外，本发明所涉及的成对出现的晶体管是相互匹配的晶体管，除特别说明的，尺寸和/或类型均相同。
31.在本发明的上下文中，当晶体管处于“断开(off)状态”或“断开”时，晶体管阻挡电流和/或基本不传导电流。相反，当晶体管从处于“导通(on)状态”或“导通”时，晶体管能够显著地传导电流。举例来说，在一个实施例中，高压晶体管包括n沟道金属氧化物半导体(nmos)场效应晶体管(fet)，其中高压被提供在晶体管的第一端子(即漏极)和第二端子(即源极)之间。在一些实施例中，当调节提供到负载的能量时，可以使用集成控制器电路来驱动功率开关。另外，出于本公开内容的目的，本发明中的“接地”或“接地电势”是指如下参考电压或电势，相对于参考电压或电势来定义或测量电子电路或集成电路(ic)的所有其他电压或电势。
32.图1为根据本发明实施例的一种升降压变换器的示意性电路图。本实施例的升降压变换器包括控制器300以及外部的功率电路。其中，功率电路包括一个或多个开关和滤波器元件(例如，电感和电容等)，所述一个或多个开关和滤波器被配置为响应于来自控制器300的一个或多个开关驱动信号来调节开关变换器输入端至输出端的电能传输。在一些实施例中，将功率电路中的一个或多个开关与控制器210集成在一起以形成集成电路芯片。
33.如图1所示，该功率电路包括耦接于输入电压vin和参考地之间的降压开关管对100、耦接于输出电压vout和参考地之间的升压开关管对和电感器l。降压开关管对100包括功率开关a和整流开关b，功率开关a具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至输入电压vin。整流开关b具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至功率开关a的第二端，其第二端耦接至参考地。电感器l具有第一端和第二端，功率开关a和整流开关b的公共端形成第一开关节点，电感器l的第一端与该第一开关节点耦接。升压开关管对200包括功率开关c和整流开关d，功率开关c具有第一端、第二端和控制端，其第二端与该参考地连接。整流开关d具有第一端、第二端和控制端，其第一端与功率开关c的第一端耦接，第二端耦接至该输出电压vout。功率开关c和整流开关d的公共端形成第二开关节点，电感器l的第二端与该第二开关节点耦接。其中功率开关a、整流开关b以及电感器l构成了升降压变换器的降压电路，功率开关c、整流开关d以及电感器l构成了升降压变换器的升压电路。开关a～d可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、绝缘栅双极晶体管(igbt)等。
34.应当指出，尽管在本实施例中将mosfet用于开关元件，在不偏离本发明原理的前提下，可以使用任何其他类型的合适开关元件。此外，本实施例虽然以同步升降压变换器进行说明，但是，本发明不以此为限制，本发明同样适用于非同步升降压变换器，本领域技术
人员也可以采用整流二极管代替上述实施例中的整流开关b和d。
35.控制器300用来控制开关元件a～d的导通和关断，以控制电感器l以不连续的脉冲输出能量。控制器300包括电流采样电路301、振荡器302、逻辑电路303、误差放大器304、电平转换电路305、pwm比较器306、pwm比较器307和电流反向比较器308。
36.电流采样电路301采样流经电感器l的电流，产生电流采样信号。上述采样可以通过采样电阻器、电流互感器或电流镜等方式实现，而且，电流采样电路301也可以通过采样流过各个开关元件(例如功率开关a)的电流来估算流过电感器l的电流并获取电流采样信号。
37.如图1所示，本实施例的电流采样电路301包括采样管s、采样电阻rs和电流放大器311。采样电阻rs具有第一端和第二端，其第一端耦接至所述功率开关a的第一端。采样管s具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至所述采样电阻rs的第二端，其第二端耦接至所述功率开关a的第二端。电流放大器311具有同相输入端、反相输入端和输出端，其同相输入端与所述采样电阻rs的第一端耦接，其反相输入端与采样电阻rs的第二端耦接。当功率开关a导通时，电流放大器311通过采样管s间接对功率开关a进行采样，电感电流流过采样电阻rs，并且在其两端产生感测电压，该感测电压大约等于电感电流与采样电阻值的乘积，然后通过电流放大器311放大该电压以得到电流采样信号。
38.振荡器302用于为电路提供开关定时的内部时钟(例如，通过在恒频下生成多个窄脉冲，相邻的脉冲限定了一个时钟周期)，同时产生出锯齿波，提供给pwm比较器和为斜坡补偿电路提供补偿信号。
39.逻辑电路303用于实现系统的逻辑控制功能，对控制开关元件a～d的工作状态的各个模块的逻辑信号进行处理，产生开关驱动信号va～vd提供给开关元件a～d。逻辑电路303可以包括脉宽调制器(pwm)电路或任何其他能够控制功率开关a～d的占空比的适当电路。
40.误差放大器304具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收基准电压vref，反相输入端接收输出电压vout的反馈信号vfb。误差放大器适于将所述反馈信号vfb与该基准电压vref进行比较，在输出端产生第一误差信号vc1。一般的，在误差放大器304的输出端与参考地之间设置有由电阻器和电容器组成的补偿网络(图1中未示出)。虽然图1中所示实施例采用了误差放大器304，但本领域技术人员可知，其他合适的模拟或者数字的电路也同样适用，只要能实现误差放大功能即可。
41.电平转换电路305具有输入端和输出端，其输入端与误差放大器304的输出端耦接。电平转换电路305用于对第一误差信号vc1进行电平转换，从而在输出端提供第二误差信号vc2。
42.pwm比较器306具有同相输入端、反相输入端和输出端，其同相输入端耦接至所述误差放大器304的输出端以接收第一误差信号vc1，其反相输入端用于接收与电感电流相关的三角波信号vsum。示例的，可以将电流采样电路301产生的电流采样信号与振荡器302提供的斜坡补偿信号进行叠加以产生所述三角波信号vsum。pwm比较器306适于将第一误差信号vc1与三角波信号vsum进行比较，并在二者相交时产生第一关断逻辑信号rst1，第一关断逻辑信号rst1用来控制降压模式下降压开关管对100的开关占空比。
43.pwm比较器307具有同相输入端、反相输入端和输出端，其同相输入端耦接至电平
转换电路305的输出端以接收第二误差信号vc2，其反相输入端用于接收所述三角波信号vsum。pwm比较器307适于将第二误差信号vc2与三角波信号vsum进行比较，并在二者相交时产生第二关断逻辑信号rst2，第二关断逻辑信号rst2用来控制升压模式下升压开关管对200的开关占空比。
44.电流反向比较器308具有同相输入端、反相输入端和输出端，其同相输入端与整流开关d的第一端耦接，反相输入端与整流开关d的第二端耦接，输出端与逻辑电路303耦接。电流反向比较器308用于检测流过所述电感器l的电流是否过零，并在检测到流过电感器l的电流过零时，将所述整流开关b和d关断。
45.根据本实施例的教导，升降压变换器可以在多个模式下运行和在多个模式下转变，所述模式包括但不限于降压模式、升压模式和升降压模式。进一步的，本实施例的升降压变换器的架构为固定频率电流模式电源，在每个时钟周期的循环开始时，振荡器302以固定频率向逻辑电路303提供窄脉冲的时钟信号set，逻辑电路303根据接收到的时钟信号set结合其他信号进行逻辑判断，控制升降压变换器的工作模式，使得升降压变换器在当前时钟周期里工作于降压模式或升压模式。进一步的，本实施例的升降压变换器的控制器在每个时钟周期里以降压优先的方式进行控制，只有当不满足降压模式的条件时才会切换至升压模式。即，逻辑电路303在每个脉冲来临之前判断是否接收到第一关断逻辑信号rst1，若检测到所述第一关断逻辑信号rst1，则控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于降压模式；否则，控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于升压模式。从而可以在一个时钟周期里只需要开关一次降压开关管对或者升压开关管对，将开关损耗大大降低，从而可以显著提高电源的效率。此外，固定频率电源模式的变换器与传统的电压模式相比，负载动态响应更好，可以提高变换器的瞬态响应速度。
46.图2为根据本发明实施例的升降压变换器的工作波形图。如图2所示，当输入电压vin远远大于输出电压vout时，第一误差信号vc1与三角波信号vsum相交，第二误差信号vc2根据第一误差信号vc1平移得到，因此第二误差信号vc2与三角波信号vsum不会相交，此时变换器工作在降压模式下，同时第一误差信号vc1与三角波信号vsum相交的部分用来控制降压模式下降压开关管对100的开关占空比。随着输入电压vin的逐渐减小，第一误差信号vc1逐渐增大以产生更大的占空比来控制降压开关管对。当输入电压vin和输出电压vout相等时，降压开关管对的占空比达到100％，此时第一误差信号vc1超过三角波信号vsum的峰值部分，因此在之后的时间周期里第一误差信号vc1与三角波信号vsum不再相交，而第二误差信号vc2与三角波信号vsum相交，此时变换器工作在升压模式下，同时第二误差信号vc2与三角波信号vsum的相交部分将用来控制升压开关管对的占空比。随着输入电压vin的进一步降低，第一误差信号vc1和第二误差信号vc2继续增大，第二误差信号vc2会与三角波信号vsum产生一个更大的占空比来控制升压模式。由此，可以得到一个固定频率电流模式的升降压变换器。
47.图3为根据本发明实施例的升降压变换器中的逻辑电路的一种示意性电路图，图4为根据本发明实施例的升降压变换器中的逻辑电路在输入电压和输出电压很接近时的一种工作波形图。下面结合图3和图4来说明如何实现本实施例的升降压变换器在输入电压和输出电压很接近时一个时钟周期里仅有一对开关管工作。
48.如图3所示，本实施例的升降压变换器的逻辑电路303包括第一逻辑模块331和第
二逻辑模块332。第一逻辑模块331具有第一复位端r1、第一置位端s1、第一正输出端q和第一负输出端qn，其第一复位端r1接收第一关断逻辑信号rst1，第一置位端s1接收时钟信号set，第一正输出端q输出降压开关驱动信号va(由于整流开关b与功率开关a互补工作，因此仅示出了功率开关a的驱动信号)，第一负输出端qn输出一强制清空信号。第二逻辑模块332具有第二复位端r2、第二置位端s2、第三输入端cd和第二负输出端q2n，其第二复位端r2接收第二关断逻辑信号rst2，第二置位端s2接收时钟信号set，第三输入端cd与第一逻辑模块331的第一负输出端qn耦接以接收该强制清空信号，第二负输出端q2n用于输出升压开关驱动信号vc(同样的，由于整流开关d与功率开关c互补工作，因此仅示出了功率开关c的驱动信号)。
49.如图4所示，时钟信号set由振荡器303按照恒定频率产生，每个脉冲触发一次开关信号，第一逻辑模块331和第二逻辑模块332在该脉冲的触发下控制当前时钟周期下降压开关管工作或者升压开关管工作。以第n(n为正整数)个脉冲为例，当第n个脉冲到来之前，第一误差信号vc1与三角波信号vsum相交，第一关断逻辑信号rst1翻转为高电平，第一逻辑控制模块331根据高电平的第一关断逻辑信号rst1产生高电平的降压开关驱动信号va，将功率开关a关断，整流开关b导通。同时第一逻辑模块331的第一负输出端qn输出一个低电平的信号(第一正输出端q和第一负输出端qn输出的信号相反)，即有效的强制清空信号，第二逻辑模块332的第三输入端cd根据该有效的强制清空信号强制清空升压模式，使得第二逻辑模块332的第二负输出端q2n输出低电平的升压开关驱动信号vc。因此当第n个时钟脉冲到来那一刻，第一逻辑模块331的第一正输出端q会被时钟信号set置位为低电平，第一负输出端qn置位为高电平，而第二逻辑模块332的第二负输出端q2n依旧保持为低电平，由此在该时钟周期里升降压变换器工作在降压模式，即功率开关a和整流开关b互补工作，而功率开关c保持关断，整流开关d保持导通。在降压模式下，电感器l被输入电压vin与输出电压vout之间的电压差充电，因为输入电压vin和输出电压vout非常接近，充电能量很小，一旦负载能量大于电感器提供的能量时，输出电压vout会掉落，而由于第一误差信号vc1＝a(vref-vfb)，a为放大倍数，因此当输出电压vout掉落时第一误差信号vc1会增大，当第一误差信号vc1超过三角波信号vsum的峰值时，第一误差信号vc1和三角波信号vsum将不再相交。在第n+1个脉冲到来之前，由于第一逻辑模块331未检测到高电平的第一关断逻辑信号rst1，因此第一逻辑模块331的第一正输出端q保持为输出低电平，第一负输出端qn保持为高电平(即，第一逻辑模块331未产生有效的强制清空信号)，则第二逻辑模块332的升压模式不会被强制清空。因此当第n+1个脉冲到来时，第二逻辑模块332的第二负输出端q2n被时钟信号set置位为高电平，由此在该时钟周期里升降压变换器工作在升压模式，即功率开关a保持导通，整流开关b保持关断，而功率开关c和整流开关d互补工作。
50.由此可以得到，本实施例的升降压变换器在一个时钟周期里仅有降压开关管对或者升压开关管对进行工作，系统根据输入输出能量的平衡，在每个时钟仅触发一次，自动调节升压和降压的次数，从而大大提高了电源系统的效率。
51.综上所述，本实施例的升降压变换器及其控制器和控制方法中，控制器在每个时钟周期里以降压优先的方式进行控制，只有当不满足降压模式的条件时才会切换至升压模式。控制器在每个时钟脉冲来临之前判断是否接收到第一关断逻辑信号，若检测到所述第一关断逻辑信号，则控制所述升降压变换器在当前时钟周期工作于降压模式；否则，控制所
述升降压变换器在当前时钟周期工作于升压模式。从而可以在一个时钟周期里只需要开关一次降压开关管对或者升压开关管对，将开关损耗大大降低，显著提高电源的效率。此外，固定频率电源模式的变换器与传统的电压模式相比，负载动态响应更好，可以提高变换器的瞬态响应速度。
52.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
53.依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。