CN100511953C - 利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流的转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路，其以一转换电路控制全桥式换流电路的电子开关，故可使用推挽式脉波控制器以达到驱动全桥式换流电路动作，其中，一推挽式脉波控制器的二输出端连接至转换电路的二输入端，以产生分别控制四个全桥式电子开关的四个转换信号，本发明的电路将直流电源转换为交流电源传送至变压器的二次侧端，可供应一个以上的冷阴极荧光灯管的负载。

Description

利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流的转换电路

技术领域

本发明涉及一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路，尤其涉及一种可将直流电源转换为交流电源以供应冷阴极荧光灯管的负载的利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路。

背景技术

液晶面板背光源使用高频交流正弦波电源为冷阴极荧光灯管(CCFL)提供发光的能量，因此使用直流转交流的换流电路来达到能量转换的目的。已知的换流电路(InverterCircuit)因电路拓朴的不同，一般可分为半桥式换流电路、全桥式换流电路及推挽式换流电路等，都是将直流电转换成交流电的换流电路。

图1为已知的推挽式换流电路的电路示意图。如图1所示，推挽式换流电路包括主变压器T1，其将电路区分成为一次侧的初级电路101与二次侧的次级电路201。该初级电路101包括：直流电源VI、第一开关Q1、第二开关Q2等，该次级电路201包括：电容器C3、C4与C5、灯管负载CCFL、二极管D1与D2等等。推挽式脉波控制器102连接初级电路101与次级电路201之间，并回授次极电压及电流信号，以控制输出脉波宽度调变次极输出电压及灯管负载CCFL的电流。参考图2的已知推挽式换流电路波形示意图，推挽式脉波控制器102输出第一输出信号OUT1与第二输出信号OUT2，其中，第一输出信号OUT1与第二输出信号OUT2根据推挽式脉波控制器输出脉波宽度调变分别控制初级电路101的第一开关Q1与第二开关Q2的切换动作，同时直流电源VI的电压藉由变压器T1将直流电源转换为二次侧电路201供应灯管负载所需的交流电源。如图2所示，推挽式脉波控制器102输出第一输出信号OUT1与第二输出信号OUT2，变压器T1一次侧绕组产生具正负周期的交流电压波形PRI.WINDING，其振幅为直流电源VI电压的两倍，二次侧绕组感应产生交流电压波形SEC.WINDING。

上述说明中，推挽式脉波控制器102可使用市售任一推挽式脉波控制器产品如O2 Micro的OZ9RR，Bitec的BIT3193，Microsemi的LX1688等。

图3为已知的全桥式换流电路的电路示意图。如图3所示，变压器T1将电路区分成为一次侧的初级电路301与二次侧的次级电路401，初级电路301包括：四个电子开关A、B、C与D、全桥式脉波控制器302及直流阻隔电容器C1等，次级电路401包括：电容器C2与C3、灯管负载CCFL、二极管D5与D6等等。全桥式脉波控制器302输出四个控制信号P1、N1、P2与N2，用以分别控制四个电子开关A、B、C与D的切换动作，同时将直流电源VI的电压藉由变压器T1将直流电源转换为次级电路401供应灯管负载CCFL所需的交流电源。该全桥式脉波控制器302市售有O2 Micro的OZ960，Bitec的BIT3105等。

图4为已知的O2 Micro的OZ960脉波控制器的全桥式换流电路电流路径示意图。图5为已知的O2 Micro的OZ960脉波控制器的全桥式换流电路动作波形图。参考图4和图5，换流电路产生分别控制四个电子开关A、B、C与D的信号，此脉波控制器控制的全桥式换流电路电流路径共有如图5所示的时段图中的八个区间t1～t8，其中，于区间t1开关A与D开始导通，直流电源VI向变压器T1提供能量；于区间t2开关D关闭，开关A与二极管D3导通，变压器T1经开关A与二极管D3路径传送能量；于区间t3开关C开始导通，二极管D3因开关C导通被短路而关闭，电流路径更换流过开关C与A；于区间t4开关A关闭，变压器T1经二极管D2与开关C传送能量；于区间t5开关B开始导通，二极管D2因开关B导通被短路而关闭，直流电源VI经开关C与开关B向变压器T1提供能量；于区间t6开关C关闭，变压器T1经二极管D4与开关B传送能量；于区间t7开关D开始导通，二极管D4因开关D导通被短路而关闭，变压器T1经开关B与D传送能量；于区间t8开关B关闭，变压器T1经开关D与二极管D1传送能量。

图6为已知Bitec的BIT3105脉波控制器的全桥式换流电路电流路径示意图。图7为已知Bitec的BIT3105脉波控制器的全桥式换流电路动作波形图。参考图6和图7，在四个电子开关A、B、C、D的一个控制周期中，此脉波控制器控制的全桥式换流电路电流路径共有八个时段区间t1～t8，其中，于区间t1开关B与C开始导通，直流电源VI向变压器T1提供能量；于区间t2开关C关闭，开关B与二极管D4导通，变压器T1经开关B与二极管D4路径传送能量；于区间t3开关D开始导通，二极管D4因开关D导通被短路而关闭，电流路径更换流过开关D与B；于区间t4开关B关闭，变压器T1经二极管D1与开关D传送能量；于区间t5开关A开始导通，二极管D1因开关A导通被短路而关闭，直流电源VI经开关A与开关D向变压器T1提供能量；于区间t6开关A关闭，变压器T1经二极管D2与开关D传送能量；于区间t7开关B开始导通，二极管D2因开关B导通被短路而关闭，变压器T1经开关B与D传送能量；于区间t8开关D关闭，变压器T1经开关B与二极管D3传送能量。

上述说明中，参考图3所示，若使用的换流电路(InverterCircuit)为全桥式换流电路时，需要搭配全桥式脉波控制器302的控制才能动作，若为推挽式换流电路时，参考图1所示，需要搭配推挽式脉波控制器102的控制才能动作。因此，在实用上缺乏弹性，而且全桥式控制器价格较为昂贵。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路，以提升应用的弹性，并降低成本。为达此目的，本发明的一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路包括：推挽式脉波控制器，其设有第一推挽输出端与第二推挽输出端，分别产生第一推挽信号与第二推挽信号；转换电路，其将该第一推挽信号分别延迟产生第一转换信号与第二转换信号，且将该第二推挽信号分别延迟产生第三转换信号与第四转换信号；以及全桥式开关单元，其包含第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关与第四电子开关的四电子开关，该第一、第二、第三与第四转换信号分别控制该四电子开关的开关状态，从而将该直流电源切换成该交流电源并传送至该变压器的一次侧。

上述本发明的电路中，更可用于驱动复数组全桥式电子开关，以同时控制多组全桥式换流器，亦可应用于半桥式换流器，故可将一个推挽式脉波控制器应用于换流器中各种不同的电路拓朴，在实用上更具有弹性与价值。

附图说明

图1为已知的推挽式换流电路驱动灯管负载的电路示意图；

图2为已知的推挽式换流电路波形示意图；

图3为已知的全桥式换流电路驱动灯管负载的电路示意图；

图4为已知的O2 Micro的OZ960脉波控制器的全桥式换流电路电流路径示意图；

图5为已知的O2 Micro的OZ960脉波控制器的全桥式换流电路动作波形示意图；

图6为已知的Bitec的BIT3105脉波控制器的全桥式换流电路电流路径示意图；

图7为已知的Bitec的BIT3105脉波控制器的全桥式换流电路动作波形示意图；

图8为本发明的一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路示意图；

图9为本发明的全桥式换流电路电流路径示意图；

图10为本发明的全桥式换流电路的动作波形图；以及

图11为本发明的全桥式换流电路含准位偏移电路的另一实施例示意图。

【主要组件符号说明】

101  一次侧的初级电路

102  推挽式脉波控制器

201  二次侧的次级电路

301  变压器T1一次侧的初级电路

302  全桥式脉波控制器

401  变压器T1二次侧的次级电路

501  一次侧的初级电路

502  推挽式脉波控制器

503  转换电路

504  准位偏移电路

505  准位偏移电路

601  二次侧的次级电路

602A、B、C、D  电子开关

C1、C2、C3、C5  直流阻隔电容器

CCFL  灯管负载

D1、D2、D3、D4  体二极管

D5、D6  二极管

DELAY1、DELAY2、DELAY3、DELAY4  延迟单元

DRIVER A、DRIVER B、DRIVER C、DRIVER D  驱动器

OUT1  第一推挽信号

OUT2  第二推挽信号

Q1    电子开关

Q2    电子开关

P1、N1 全桥式脉波控制器输出的控制信号

R1、R2 电阻

PRI.WINDING  变压器T1初级侧绕组电压波形

SEC.WINDING  变压器T1次级侧绕组电压波形

P1、N1、P2、N2  全桥式脉波控制器输出的控制信号

T1  变压器

VI  直流电源

具体实施方式

图8为本发明的一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路的一个实施例示意图。如图8所示，本发明的一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路中，全桥式换流电路501的四个电子开关A、B、C、D与推挽式脉波控制器502之间连接了一转换电路503，其中，四端输出的全桥式脉波控制器可以用两端输出的推挽式脉波控制器502替代，转换电路503接收推挽式脉波控制器502所输出的推挽信号，转换后输出四个转换信号以控制四个电子开关A、B、C、D的切换动作。

如图8所示，上述本发明的一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路包括：推挽式脉波控制器502，其设有第一推挽输出端OUT1与第二推挽输出端OUT2，分别产生第一推挽信号与第二推挽信号；转换电路503；以及全桥式开关单元501，以将直流电源VI切换成交流电源并传送至变压器T1的一次侧。上述转换电路含四个延迟单元DELAY1、DELAY2、DELAY3、DELAY4，分别产生个别延迟信号至驱动器DRIVER A、DRIVER B、DRIVER C、DRIVER D。推挽式脉波控制器502的第一推挽输出端OUT1接于延迟单元DELAY1与DELAY2，推挽式脉波控制器502的第二推挽输出端OUT2接于延迟单元DELAY3与DELAY4，当推挽式脉波控制器502的第一推挽输出端OUT1脉波由低电位转高电位时，延迟单元DELAY1无延迟地直接将驱动器DRIVER A的输出由低电位转为高电位，迅速关闭电子开关A，此时，延迟单元DELAY2则产生延迟信号，使驱动器DRIVER B的输出延迟由低电位变高电位延后开启电子开关B，当推挽式脉波控制器502的第一推挽输出端OUT1脉波由高电位转低电位时，延迟单元DELAY1则延迟经驱动器DRIVER A输出高变低的电位后开启电子开关A，此时，延迟单元DELAY2无延迟地直接使驱动器DRIVER B的输出由高电位转为低电位，迅速关闭电子开关B，同样地，当推挽式脉波控制器502的第二推挽输出端OUT2脉波由低电位转高电位时，延迟单元DELAY3无延迟地直接使驱动器DRIVER C的输出由低电位转为高电位，迅速关闭电子开关C，此时，延迟单元DELAY4则产生延迟信号，使驱动器DRIVER D的输出延迟由低电位变高电位延后开启电子开关D，当脉波控制器的第二推挽输出端OUT2脉波由高电位转低电位时，延迟单元DELAY3则延迟使驱动器DRIVER C的输出延迟由高变低电位延后开启电子开关C，此时，延迟单元DELAY4无延迟地直接将驱动器DRIVERD的输出由高电位转为低电位，迅速关闭电子开关D；四个输出驱动器DRIVER A、DRIVER B、DRIVER C、DRIVER D分别产生四个转换信号，以分别驱动四个电子开关A、B、C、D的切换动作，其中电子开关B及C控制负半周的电流导通，电子开关A及D控制正半周的电流导通，以形成变压器T1次级侧所需的交流电源。

如上所述，本发明中利用推挽式脉波控制器502转换控制全桥式换流器电路，可将直流电源VI转换成为高频交流电源，并通过变压器T1传送至次级侧以提供灯管负载CCFL发光所需的能量；其中，推挽式脉波控制器502可为市售任一推挽式脉波控制器产品，或零组件组合成的推挽式脉波控制电路。

请注意在图8中，变压器T1的一次绕组可经一直流阻隔电容器C1与全桥式开关组件501连接，以阻隔变压器T1初级侧交流电源的直流成份。

图9为上述本发明的电路的电流路径示意图。图10为上述本发明的电路的动作波形图。参考图9和图10，并比较图4，图5，图6和图7中的已知技术，可了解本发明的全桥式换流电路电流路径及电路的动作波形的不同特点，但可充分达成换流目的。已知的O2 Micro的OZ960脉波控制器四个输出控制电子开关A、B、C、D的脉波全部为相同且固定的波宽形式，并利用回授信号控制各输出相位移动方式，依据对角电流开关同时导通周期A与D、B与C，以利用直流电源VI供应变压器T1的工作周期。而已知的Bitec的BIT3105则是输出控制电子开关B、D的脉波为两个相同且固定但不同相位的波宽，控制电子开关A、C的两个脉波则随回授产生变化波宽大小。如图10所示，本发明的的全桥式换流电路中，A、B、C、D四个电子开关的控制周期随推挽式脉波控制器502的二输出OUT1、OUT2波宽大小而变化，非上述已知技术中的固定波宽方式。本发明中，全桥式换流电路电流路径共有t1～t8八个时段，其中，区间t1电子开关B与C开始导通，直流电源VI向T1提供能量；区间t2电子开关B关闭，电子开关C与二极管D1导通，变压器T1经电子开关C与二极管D1路径传送能量；t3区间电子开关A开始导通，二极管D1因电子开关A导通被短路而关闭，电流路径更换流过电子开关A与C；区间t4电子开关C关闭，变压器T1经二极管D4与开关A传送能量。区间t5电子开关D开始导通，二极管D4因电子开关D导通被短路而关闭，直流电源VI经电子开关D与A向T1提供能量；区间t6电子开关D关闭，变压器T1经二极管D3与电子开关A传送能量；区间t7开关C开始导通，二极管D3因电子开关D导通被短路而关闭，变压器T1经开关C与电子开关A传送能量。区间t8电子开关A关闭，T1经电子开关C与二极管D2传送能量。

图11为本发明的全桥式换流电路含准位偏移电路的另一实施例示意图。如图11所示，上述本发明的电路中，该全桥式开关单元还可包含准位偏移电路504、505，其分别设于该四电子开关中至少一电子开关与该转换电路之间，以将输入信号OUT1、OUT2的准位转换至适当的电压准位来驱动电子开关。

上述本发明的电路中，二极管D1、D2、D3、D4可为四电子开关A、B、C、D之内含体二极管(BODY DIODE)，或分别于电子开关的电流通道两端并联的二极管。此外，上述本发明的电路中，各延迟单元DELAY1、DELAY2、DELAY3、DELAY4的延迟时间可为相同或不同。

综上所述，本发明的推挽式控制器驱动全桥式换流器的电路除了可利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流电路外，更可通过准位偏移电路将输入信号准位转换至更高的输出驱动位阶变化，让电流开关工作在更佳的导通状态(更低的导通阻抗)，此外，还可利用一个推挽式脉波控制器控制一个以上的转换电路，以同时控制多组全桥式换流器，也可使用于半桥式换流器，故可使一推挽式脉波控制器应用于各种不同换流器拓朴中，在实用上更具有弹性与价值。

本发明虽对上述实施例进行详细说明，但其内涵并不限于上述的实施例。任何本领域的技术人员依据本发明作出的简易修改、修饰、改良或变化，都应属于本发明的宗旨并落入所要求的专利权范围内。

Claims (8)

1、一种利用推挽式脉波控制器驱动全桥式换流器的电路，可将直流电源转换为交流电源经变压器输出，包括：

推挽式脉波控制器，设有第一推挽输出端与第二推挽输出端，分别产生第一推挽信号与第二推挽信号；

转换电路，利用该第一推挽信号与该第二推挽信号，延迟该第一推挽信号的每一脉波的起始、延迟该第一推挽信号的每一脉波的结束、延迟该第二推挽信号的每一脉波的起始以及延迟该第二推挽信号的每一脉波的结束，以分别产生第一转换信号、第二转换信号、第三转换信号与第四转换信号，其中，该第一转换信号相较于该第一推挽信号的每一脉波是同时开始且延迟结束的，该第二转换信号相较于该第一推挽信号的每一脉波是延迟开始且同时结束的，该第三转换信号相较于该第二推挽信号的每一脉波是同时开始且延迟结束的，该第四转换信号相较于该第二推挽信号的每一脉波是延迟开始且同时结束的；以及

全桥式开关单元，包含第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关与第四电子开关的四电子开关，该第一、第二、第三与第四转换信号分别控制该四电子开关的开关状态，以将该直流电源切换成该交流电源并传送至该变压器的一次侧。

2、如权利要求1所述的电路，其中，该四电子开关中的二电子开关为P沟道场效晶体管，另二电子开关为N沟道场效晶体管。

3、如权利要求1所述的电路，其中，该转换电路包含第一延迟单元与第二延迟单元，其输入该第一推挽信号且分别产生该第一转换信号与该第二转换信号，该转换电路还包含第三延迟单元与第四延迟单元，其输入该第二推挽信号且分别产生该第三转换信号与该第四转换信号。

4、如权利要求3所述的电路，其中，该第一、第二、第三与第四延迟单元分别经驱动器输出该第一、第二、第三与第四转换信号。

5、如权利要求1所述的电路，其中，该四电子开关内含体二极管或分别在其电流通道两端并联一二极管。

6、如权利要求1所述的电路，其中，利用该第一、第二、第三与第四转换信号同时驱动多组全桥式电子开关。

7、如权利要求1所述的电路，其中，该变压器一次侧端与该全桥式开关单元间设有电容器，以阻隔该交流电源的直流成份。

8、如权利要求1所述的电路，其中，该全桥式开关单元还包含至少一电平移位电路，其分别设于该四电子开关中至少一电子开关与该转换电路之间。

Images