專利名稱：有自體輔助電壓源及負(fù)載故障保護(hù)的直流電源轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是指一種直流電源轉(zhuǎn)換電路，尤指一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光裝置，具有 自體輔助電壓源及負(fù)載開路及短路保護(hù)功能的直流電源轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)已普遍應(yīng)用使用于信 息、通訊及消費(fèi)性電子產(chǎn)品的指示燈與顯示裝置上，如交通號(hào)志燈等等。不 同于一般白熾燈泡，發(fā)光二極管是屬冷發(fā)光元件，因此具有耗電量低、元件 壽命長(zhǎng)、無(wú)須暖燈時(shí)間以及反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，再加上其體積小、耐震動(dòng)、 適合量產(chǎn)，因此容易配合應(yīng)用需求而制成極小或陣列式的元件。在發(fā)光二極 管的物理特性中，通過(guò)發(fā)光二極管的電流隨著發(fā)光二極管的順向偏壓呈指數(shù) 型的增加，而發(fā)光二極管的發(fā)光程度是與通過(guò)的電流成正比，也就是說(shuō)，當(dāng) 通過(guò)的電流越大，二極管發(fā)光的強(qiáng)度也越高。因此， 一般來(lái)說(shuō)，發(fā)光二極管 需要電壓轉(zhuǎn)換電路來(lái)控制其順向偏壓，以穩(wěn)定發(fā)光亮度。
請(qǐng)參考圖1,圖1為已知直流對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換器10的示意圖。直流對(duì)直 流電壓轉(zhuǎn)換器10包含有直流電壓源100、開關(guān)晶體管102、電阻104、 二極 管106、電感108、控制信號(hào)產(chǎn)生器110、負(fù)載112及線性調(diào)壓器(linear regulator) 114。線性調(diào)壓器114通常為IC芯片或簡(jiǎn)單偏壓電路，可調(diào)降直 流電壓源IOO提供的電壓至適當(dāng)?shù)碾妷弘娖?，以供?yīng)控制信號(hào)產(chǎn)生器110所 需要的工作電壓?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生器IIO通過(guò)感測(cè)電阻104兩端的電流或電壓， 產(chǎn)生控制信號(hào)Sc來(lái)開啟或關(guān)閉開關(guān)晶體管102，以控制輸出至負(fù)載112的電 流，其工作原理如下。當(dāng)開關(guān)晶體管102導(dǎo)通時(shí)，二極管106承受反偏壓而 阻斷回路Ll,使得直流電壓源100對(duì)電感108儲(chǔ)能。 一旦開關(guān)晶體管102關(guān) 閉，則電感108會(huì)產(chǎn)生極性相反的電壓。換句話說(shuō)，當(dāng)開關(guān)晶體管102導(dǎo)通 時(shí)，直流電壓源100對(duì)電感108儲(chǔ)存能量，而當(dāng)開關(guān)晶體管102關(guān)閉時(shí)，二 極管106導(dǎo)通回路L1，電感108則把能量移送到電容110和負(fù)載112。
在已知技術(shù)中，線性調(diào)壓器114通過(guò)降壓操作，轉(zhuǎn)換直流電壓源100的 電壓至較低的電壓，以提供工作電源給控制信號(hào)產(chǎn)生器110。然而，已知直流對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換器10的線性調(diào)壓器114的調(diào)壓效率(輸出電壓與輸入電壓 的比率)通常很差，約只有5%~10%。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)直流電壓源IOO提供 伏特的電壓給直流對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換器IO,線性調(diào)壓器114 一般將170伏特(V) 的電壓調(diào)降至17伏特，再輸出至控制信號(hào)產(chǎn)生器110,由此可知線性調(diào)壓器 的效率為10%。若通過(guò)線性調(diào)壓器114的電流大小約為20毫安(mA),則線性 調(diào)壓器114耗費(fèi)的功率為(170-17) x 20 = 3. 06瓦特(W)。由上可知，已 知直流對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換器10是利用低效率的線性調(diào)壓器來(lái)提供工作電源給 控制信號(hào)產(chǎn)生器，不僅耗費(fèi)電能，亦可能因?yàn)榫€性調(diào)壓器過(guò)熱而損壞電路。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種具有自體輔助電壓源及負(fù)載開 路及短路保護(hù)功能的直流電源轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明是揭露一種具有自體輔助電壓源及負(fù)載開路及短路保護(hù)功能的直 流電源轉(zhuǎn)換電路。該直流電源轉(zhuǎn)換電路包含有直流電壓源、驅(qū)動(dòng)電路及輔助 電路。該直流電壓源用來(lái)提供直流電源。該驅(qū)動(dòng)電路包含有開關(guān)、第一電阻、 控制信號(hào)產(chǎn)生器、第二電阻、二極管及電感。該開關(guān)具有第一端耦接于該直 流電壓源，第二端用來(lái)接收控制信號(hào)，以及第三端。該開關(guān)用來(lái)根據(jù)該第二 端所接收的控制信號(hào)，導(dǎo)通或關(guān)閉該第一端至該第三端的連結(jié)。該第一電阻 具有第一端耦接于該開關(guān)的第三端，及第二端。該控制信號(hào)產(chǎn)生器耦接于該 第一電阻的第一端及第二端，用來(lái)感測(cè)該第一電阻的電壓，以產(chǎn)生該控制信 號(hào)。該第二電阻具有第一端耦接于該直流電壓源及該開關(guān)的第一端，及第二 端耦接于該控制信號(hào)產(chǎn)生器。該二極管具有第一端耦接于該第一電阻的第二 端，及第二端耦接于接地端。該電感具有第一端耦接于該第一電阻的第二端， 及第二端耦接于負(fù)載。該輔助電路是并聯(lián)于該電感，其包含有輔助電容及輔 助二極管。該輔助電容具有第一端耦接于該第一電阻的第二端，及第二端耦 接于該第二電阻的第二端。該輔助二極管具有第一端耦接于該輔助電容的第 二端，及第二端耦接于該電感的第二端。


圖1為已知降壓式直流對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖2為本發(fā)明具自體輔助電壓源及負(fù)載開路及短路保護(hù)功能的直流電源 轉(zhuǎn)換電路的示意圖。[主要元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明]10直流對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換器102開關(guān)晶體管20直流電源轉(zhuǎn)換電路22驅(qū)動(dòng)電路24輔助電路100、 200直流電壓源202開關(guān)104、 204、 210電阻106、 206、 216二極管108、 208電感214電容112、 212負(fù)載110、 26控制信號(hào)產(chǎn)生器114線性調(diào)壓器Sc控制信號(hào)Ll、 L2、 L3回路2022、 2024、 2026端點(diǎn)GND接地端Vcc電壓Vin直流電源Pl、 P2接線具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明具有自體輔助電壓源及負(fù)載開路及短路保護(hù) 功能的直流電源轉(zhuǎn)換電路20的示意圖。直流電源轉(zhuǎn)換電路20包含有直流電 壓源200、負(fù)載212、驅(qū)動(dòng)電路22及輔助電路24。直流電壓源200耦接于接 地端GND，用來(lái)提供直流電源Vin。負(fù)載212為發(fā)光裝置，通常由至少一發(fā)光
二極管(Light Emitting Diode, LED)組成，其亦耦接于接地端GND。驅(qū)動(dòng)電 路22的構(gòu)成元件類似于圖1的直流對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換器10,包含有開關(guān)202、 第一電阻204、 二極管206、電感208、第二電阻210及控制信號(hào)產(chǎn)生器26。 開關(guān)202用來(lái)根據(jù)第二端2024所接收的控制信號(hào)Sc,導(dǎo)通或關(guān)閉第一端2022 至第三端2026的連結(jié)。開關(guān)202通常為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET)， 其第一 端2022是漏極，第二端2024是^l冊(cè)極，第三端2026是源極?；蛘?，開關(guān)202 亦可為雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junction Transistor, BJT)，則第一端2022 是集極，第二端2024是基極，第三端2026是射極。第二電阻210是高阻抗 的電阻，用來(lái)提供控制信號(hào)產(chǎn)生器26的啟動(dòng)電源。二極管206通常為pn接 面半導(dǎo)體元件，其圖2中的右端為n極而左端為p極。電感208耦接于負(fù)載 212，用來(lái)儲(chǔ)存或釋放直流電壓源200提供的能量?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生器26通常 為脈寬調(diào)制器，耦接于第一電阻204的兩端，藉此用來(lái)感測(cè)第一電阻204的 電壓，以產(chǎn)生控制信號(hào)Sc。根據(jù)第一電阻204的電流改變的程度，控制信號(hào) 產(chǎn)生器26調(diào)整控制信號(hào)Sc,以控制開關(guān)202的導(dǎo)通或關(guān)閉。本發(fā)明直流電源轉(zhuǎn)換電路20于驅(qū)動(dòng)電路22的電感208上并聯(lián)輔助電路 24。輔助電路24包含有輔助電容214及輔助二極管216。輔助電容214于直 流電源轉(zhuǎn)換電路20啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)第二電阻210，儲(chǔ)存直流電壓源200提供的 能量。當(dāng)儲(chǔ)滿電能時(shí)，輔助電容214即形成輔助電壓源，可提供穩(wěn)定的輔助 電壓Vcc給控制信號(hào)產(chǎn)生器26。輔助二極管216耦接于輔助電容214與電感 208之間，用來(lái)于開關(guān)202導(dǎo)通時(shí)，防止直流電壓源200提供的電源的電流 流入輔助電路24導(dǎo)致負(fù)載212的電壓發(fā)生非預(yù)期的改變。輔助二極管216通 常相同于二極管206,具有相同的順向偏壓，其圖2中的右端為n極而左端 為p極。直流電源轉(zhuǎn)換電路20還包含濾波電容(未示于圖2)耦接于接地端GND 與電感208之間，用來(lái)濾除輸出至負(fù)載212的電流的噪聲。本發(fā)明直流電源轉(zhuǎn)換電路20的工作原理如下。首先，于直流電源轉(zhuǎn)換電 路20啟動(dòng)時(shí)，第二電阻210調(diào)降直流電源Vin至適當(dāng)?shù)碾妷弘娖?，以啟?dòng)控 制信號(hào)產(chǎn)生器26,并同時(shí)提供能量給電容214作儲(chǔ)能用?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生器26 于啟動(dòng)后通過(guò)接線Pl及P2,不斷地感測(cè)通過(guò)第一電阻204的電流，并根據(jù) 電流變化，事實(shí)調(diào)整控制信號(hào)Sc。接著，當(dāng)開關(guān)202導(dǎo)通時(shí)，二極管206及 輔助二極管216皆承受反偏壓，分別阻斷回路L2及回路L3。直流電壓源20 對(duì)電感208儲(chǔ)能，此時(shí)第一電阻204的電流隨著電感208的電流逐步往上升。 當(dāng)電阻204的電流上升至預(yù)定最大值時(shí)，控制信號(hào)產(chǎn)生器26通過(guò)控制信號(hào) Sc關(guān)閉開關(guān)202。 一旦開關(guān)202關(guān)閉，二極管206及輔助二極管216皆運(yùn)作 于順向偏壓時(shí)，分別導(dǎo)通回路L2及L3。由于直流電壓源200的供電被截?cái)啵?電感208產(chǎn)生極性相反的電壓，同時(shí)提能量給負(fù)載212及輔助電容214,使 通過(guò)負(fù)載212的電流不會(huì)發(fā)生劇烈變化，亦可使輔助電容214維持穩(wěn)定的電 壓，維持控制信號(hào)產(chǎn)生器26的正常運(yùn)作。因此，無(wú)論在開關(guān)202導(dǎo)通或關(guān)閉 的情形下，對(duì)控制信號(hào)產(chǎn)生器26來(lái)說(shuō)，輔助電容214如穩(wěn)定的電壓源，提供 輔助電壓Vcc給控制信號(hào)產(chǎn)生器26。最后，當(dāng)?shù)谝浑娮?04的電流下降至預(yù) 定最小值時(shí)，控制信號(hào)產(chǎn)生器26再通過(guò)控制信號(hào)Sc開啟開關(guān)202,使直流 電源轉(zhuǎn)換電路20的工作因開關(guān)202導(dǎo)通及關(guān)閉不斷循環(huán)下去。在直流電源轉(zhuǎn)換電路20中，若負(fù)載212、電感208及輔助電容214的電 壓大小分別為Vuu 、叭及Vc，并根據(jù)回路L2及L3，可得出關(guān)系式 V「二極管216的順向偏壓+ Vu)-二極管206的順向偏壓+ Vc 由于二極管216的順向偏壓與二極管206的順向偏壓幾乎相同，最后可 得到負(fù)載212 、電感208及輔助電容214的電壓之間的關(guān)系式為VL = VLD = Vc。 因此，若負(fù)載212發(fā)生短路，則由上述的關(guān)系式可知V^VL^O(Volt),而輔 助電容214則快速放電。此時(shí)，換成由直流電壓源200通過(guò)高阻抗的電阻210 提供輔助電壓Vcc給控制信號(hào)產(chǎn)生器26。由于電阻210的高阻抗的關(guān)系，輔 助電壓Vcc將變?yōu)楹艿偷碾娖剑瑢o(wú)法提供足夠的工作電壓而使控制信號(hào)產(chǎn) 生器26進(jìn)入保護(hù)模式(hicc叩)，也就是時(shí)而啟動(dòng)時(shí)而閑置。另外，若負(fù)載 212有開路的情況發(fā)生，則由上述的關(guān)系式可知VLD = VC,此時(shí)直流電源轉(zhuǎn)換 電路20可通過(guò)輔助電容214的電壓Ve來(lái)判斷負(fù)載212的電壓Vu)是否過(guò)高。 控制信號(hào)產(chǎn)生器26根據(jù)判斷結(jié)果可自動(dòng)地調(diào)整開關(guān)202的導(dǎo)通時(shí)間，以防止 負(fù)載電壓過(guò)高而造成電路損壞。因此，無(wú)論負(fù)載212發(fā)生短路或開路，直流 電源轉(zhuǎn)換電路20可根據(jù)輔助電容214輸出的輔助電壓Vcc，調(diào)整控制信號(hào)產(chǎn) 生器26的工作狀態(tài)，以適時(shí)改變開關(guān)202的導(dǎo)通頻率，以保護(hù)直流電源轉(zhuǎn)換 電路20免于損壞?？偫▉?lái)說(shuō)，在已知技術(shù)中，已知直流電源轉(zhuǎn)換電路是利用低效率的調(diào)壓 電路來(lái)提供工作電源給信號(hào)控制產(chǎn)生器，造成已知直流電源轉(zhuǎn)換電路浪費(fèi)電 能。相對(duì)于已知技術(shù)，本發(fā)明是并聯(lián)輔助電路于電感上，使開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)閉
時(shí)，輔助電路皆可提供穩(wěn)定的輔助電源給控制信號(hào)產(chǎn)生器，以維持電路正常 運(yùn)作。并于負(fù)載發(fā)生短路或斷路時(shí)，本發(fā)明可通過(guò)輔助電路提供的輔助電壓， 調(diào)整控制信號(hào)產(chǎn)生器的工作狀態(tài)，以改變適時(shí)改變開關(guān)的導(dǎo)通頻率，藉此預(yù) 防電路因負(fù)載電流過(guò)高而損壞。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均 等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1. 一種具有自體輔助電壓源并具有負(fù)載開路及短路保護(hù)功能的直流電源轉(zhuǎn)換電路，包含有直流電壓源，耦接于接地端，用來(lái)提供直流電源； 驅(qū)動(dòng)電路，包含有開關(guān)，具有第一端耦接于該直流電壓源，第二端用來(lái)接收控制信號(hào)， 以及第三端，該開關(guān)用來(lái)根據(jù)該第二端所接收的控制信號(hào)，導(dǎo)通或關(guān)閉該第 一端至該第三端的連結(jié)；第一電阻，具有第一端耦接于該開關(guān)的第三端，及第二端；控制信號(hào)產(chǎn)生器，耦接于該第一電阻的第一端及第二端，用來(lái)感測(cè)該 第一電阻的電壓，以產(chǎn)生該控制信號(hào)；第二電阻，具有第一端耦接于該直流電壓源及該開關(guān)的第一端，及第 二端耦接于該控制信號(hào)產(chǎn)生器；二極管，具有第一端耦接于該第一電阻的第二端，及第二端耦接于該 4妻地端；以及電感，具有第一端耦接于該第一電阻的第二端，及第二端耦接于負(fù)載；以及輔助電路，并聯(lián)于該電感，包含有 輔助電容，具有第一端耦接于該第一電阻的第二端，及第二端耦接于 該第二電阻的第二端；以及輔助二極管，具有第一端耦接于該輔助電容的第二端，及第二端耦接于該電感的第二端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中控制信號(hào)產(chǎn)生器是脈 寬調(diào)制器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中還包含濾波電容，耦 接于該二極管的第二端與該電感的第二端之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該開關(guān)為金屬氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該開關(guān)的該第一端是 漏極，該第二端是柵極，以及該第三端是源極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該開關(guān)為雙極結(jié)型晶 體管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該開關(guān)的該第一端是集極，該第二端是基極，以及該第三端是射極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該二極管的該第一端 為n極，該第二端為p極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該輔助二極管的該第 一端為n極，該第二端為p極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該二極管與該輔助 二極管的順向偏壓大約相同。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該第二電阻是高阻 抗的電阻。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源轉(zhuǎn)換電路，其中該負(fù)載包含有至少 一發(fā)光二極管。
全文摘要
一種具有自體輔助電壓源及負(fù)載開路及短路保護(hù)功能的直流電源轉(zhuǎn)換電路包含有直流電壓源、驅(qū)動(dòng)電路及輔助電路。該驅(qū)動(dòng)電路包含有開關(guān)、第一電阻、控制信號(hào)產(chǎn)生器、第二電阻、二極管及電感。該開關(guān)用來(lái)根據(jù)控制信號(hào)，導(dǎo)通或關(guān)閉一連結(jié)。該控制信號(hào)產(chǎn)生器用來(lái)產(chǎn)生該控制信號(hào)。該第二電阻的一端耦接于該控制信號(hào)產(chǎn)生器。該電感耦接于該第一電阻及負(fù)載之間。該輔助電路并聯(lián)于該電感，其包含有輔助電容及輔助二極管。該輔助電容的一端耦接于該第二電阻的一端。該輔助二極管耦接于該輔助電容該電感之間。
文檔編號(hào)H02H7/10GK101123397SQ20061017179
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月7日
發(fā)明者王仕元 申請(qǐng)人:廣鵬科技股份有限公司