CN101064469A - 直流转直流电源转换器 - Google Patents

Abstract

一种直流转直流电源转换器，可用以驱动发光二极管模块，包括：一切换开关、一电感、一整流开关以及一电容。该切换开关具有一第一端、一第二端及一控制端，该第一端电性耦接一直流电源，该控制端接收一切换控制讯号。该电感的一第一端电性耦接该切换开关的该第二端。该整流开关的第一端电性耦接该电感的该第一端。该电容的一第一端电性耦接该整流开关的一第二端，该电容的一第二端电性耦接该电感的该第二端。其中，该切换开关根据该切换控制讯号切换于一第一状态或一第二状态，当切换开关处于该第一状态时，传送该直流电源的电力至该电感储存；当切换开关于该第二状态时，该电感释放储存的电力并通过该整流开关提供能量至该电容与发光二极管模块。

Description

直流转直流电源转换器

技术领域

本发明涉及一种电源转换器，特别是涉及一种直流转直流的电源转换器，用以驱动发光二极管。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是将电能转换成光能，通常被使用于各种的照明场所或消费性产品的背光模块中，以作为所需的光源。并且为了使发光二极管可以提供较为稳定的光源，通常会设计一个直流转直流(DC/DC)的电源转换器，以提供一个稳定的直流电源给发光二极管。

图1表示已知直流转直流的电源转换器。此直流转直流的电源转换器1包括直流电源100、升压式转换器110、发光二极管模块105、负载指示器108、讯号产生器109。其中升压转换器110包括电感器101、二极管102、功率切换开关103、电容器104。

参阅图1，直流电源100提供直流电压至升压式转换器110。升压转换器110藉由功率切换开关103高速切换与电感器101、电容器104的储能、释能，以将直流电源100的电压VIN调整成较高的直流输出电压VOUT供发光二极管模块105使用。负载指示器108连接于发光二极管模块105，检测流经发光二极管模块105的电流，并将检测到的电流值传送到讯号产生器109。此讯号产生器109接收到负载指示器108所提供的发光二极管模块105的电流值，则输出一个可变宽度的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制讯号至升压式转换器110。升压式转换器110的功率切换开关103接收到此PWM控制讯号后，用以调控升压式转换器的输出电压VOUT，且更进一步控制发光二极管模块105的操作电流。

但是，图1所示的已有技术的直流转直流的电源转换器使用升压式转换器，若驱动发光二极管模块105所需的电压比直流电源100的电压低，则无法使用。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述的问题，本发明提出一种，可用以驱动发光二极管，且转换输出的电压与输入电源电压间的倍率关系并无限制。

为达到上述目的，本发明提供一种直流转直流电源转换器，可用以驱动发光二极管模块，包括一切换开关、一电感、一整流开关以及一电容。该切换开关具有一第一端、一第二端及一控制端，该第一端电性耦接一直流电源，该控制端接收一切换控制讯号。该电感的一第一端电性耦接该切换开关的该第二端。该整流开关的第一端电性耦接该电感的该第一端。该电容的一第一端电性耦接该整流开关的一第二端，该电容的一第二端电性耦接该电感的该第二端。其中，该切换开关根据该切换控制讯号切换于一第一状态或一第二状态，当切换开关处于该第一状态时，传送该直流电源的电力至该电感储存；当切换开关于该第二状态时，该电感释放储存的电力并通过该整流开关提供能量至该电容与发光二极管模块。

当本发明的直流转直流电源转换器用以驱动发光二极管模块时，可通过负载指示器检测发光二极管模块操作电流的值，并根据检测结果产生负载指示讯号。讯号产生器耦接负载指示器且根据其负载指示讯号提供控制讯号来调控切换关开，使系统维持稳定操作。

另外，为保护电源转换器及使用者，可加入一电压检测器及一保护模块判断电压检测器的检测电压讯号高于或低于某一电平值，并根据其比较结果，输出保护讯号。讯号产生器接收该保护讯号以决定是否停止切换开关的导通动作，来达到保护的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1显示已知技艺的发光二极管驱动器的电路示意图。

图2表示本发明一较佳实施例的发光二极管驱动器的电路示意图。

图3(a)-(c)分别显示图2的实施例中，控制讯号SW1、方波切换讯号VD以及输出电压讯号VOUT的波形示意图。

图4(a)-(d)分别显示图2的实施例中，于异常状态时输出电压讯号VOUT、电压检测讯号SF2、保护讯号SE以及控制讯号SW1的波形示意图。

图5(a)、(b)显示较佳偏压电路的电路示意图。

附图符号说明

2～发光二极管驱动器；200～直流电源；201～功率切换开关；202～二极管；203～电感器；204～电容器；205～发光二极管模块；207～第一偏压单元；208～第二偏压单元；209～保护模块；210～负载指示器；211～电压检测器；212～讯号产生器；213～电源转换器；501～电阻；502～电源稳压器；503～电阻；504～电阻。

具体实施方式

图2显示本发明的一较佳实施例的发光二极管驱动器示意图。如图2所示，发光二极管驱动器2包括直流电源200、电源转换器213、第一偏压单元207、第二偏压单元208、保护模块209、负载指示器210、电压检测器211、讯号产生器212。其中电源转换器213包括切换开关201、整流开关(二极管)202、电感器203、电容器204。

图2所示，电源转换器213中的功率切换开关201的第一端耦接于直流电源200，而功率切换开关201的第二端耦接电感器203的第一端与二极管202的负极。在本实施例中，该功率切换开关201为PMOS晶体管，上述第一端为源极，上述第二端为漏极。输出电容器204的第一端则耦接于二极管202的正极，而输出电容器204的第二端耦接该电感器203的第二端，也就是说输出电容器204通过二极管202与电感器203并联。输出电容器204的第一端输出经电源转换器213转换的输出电压VOUT，以驱动耦接该电源转换器213输出端的负载。在本实施例中的负载为发光二极管模块205，由一个以上的发光二极管所组成。发光二极管模块205的负极端耦接该电源转换器213的输出端(即电容器204的第一端)，正极端耦接至地。

在该实施例中，加入负载指示器210、电压检测器211、讯号产生器212，可以使电源转换器213的输出稳定，以及达到保护发光二极管驱动器、发光二极管模块205及使用者的功能。负载指示器210，包含一电阻，用以检测负载端的发光二极管模块205的操作状态，其第一端耦接发光二极管模块205的正极端与第一偏压单元207，而第二端接地，其中第一偏压单元207用以调整负载指示器210输出至讯号产生器212的负载指示讯号SF1的电平，使负载指示讯亏SF1的电平适合讯亏产生器212的接收。电压检测器211，包含两电阻，用以检测电源转换器213输出电压VOUT而产生一电压检测讯号SF2。第二偏压单元208耦接电压检测器211，以调整电压检测讯号SF2的电平，使其适合保护模块209的接收。保护模块209根据电压检测讯号SF2来判断电源转换器213的输出是否异常，并输出一保护讯号SE。

讯号产生器212的输入端耦接负载指示器210以及保护模块209。讯号产生器212输出端耦接功率切换开关201的控制端，即栅极。讯号产生器212根据负载指示讯号SF1来调整所输出的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制讯号SW1的占空比。而功率切换开关201根据讯号产生器212的所提供的脉宽调制控制讯号SW1在导通、关闭两个状态间进行切换，于导通状态时提供直流电源200的电力至电感器203(及发光二极管模块205)；于关闭状态时停止电力提供，而由电感器203提供能量至发光二极管模块205。讯号产生器212并根据保护讯号SE来决定是否控制功率切换开关201处于关闭状态以停止电力提供。

图3(a)、(b)及(c)分别显示于正常操作下讯号VIN、VD及VOUT的示意图。如图3(a)图所示，电源转换器213中的切换开关201会根据讯号产生器212所提供的PWM控制讯号SW1，交替切换导通、关闭状态，使所提供的直流电压切换成如3(b)所示的方波讯号VD。在本实施例中的切换开关201(但不限于)为PMOS晶体管，故SW1为高电平时切换开关201关闭(turn off)，而低电平时切换开关201导通(turn on)。同时参考图2，在SW1为低电平、切换开关201导通时，直流电源200通过电感器203接地，故电感器203的电流随时增加；在SW1为高电平、切换开关201关闭时，电感器203为维持电流的连续，电流由电感器203的第二端流经电容器204的第二端与发光二极管模块205中，并流回电感器203的第一端，如此即可将电感器203所储存的电能释放而转移到电容器204与发光二极管模块205。藉此，电容器204的电压将调整至可驱动发光二极管模块205的电压值。当电容器204的跨压经上述的过程而上升到足以使发光二极管模块205开始操作发光时稳定，而此时电源转换器213产生的输出电压VOUT与输入电压VIN的电压为反向，即VOUT/VIN为负值，且范围为-∞＜VOUT/VIN＜0。也就是说，藉由电感器203与电容器204的滤波器特性，电源转换器213将所接收的方波讯号VD转成近乎直流的讯号VOUT，如图3(c)图所示，并提供给发光二极管模块205作为操作电压，以驱动发光二极管模块205。发光二极管模块205根据此操作电压决定其操作电流。

图4(a)-(d)，显示当检测到电源转换器213的输出异常时各讯号的示意图。发光二极管驱动器2会根据发光二极管模块205来设定操作电压的范围。参考图4(a)，电源转换器213的输出电压于时间点t1时异常上升，于时间点t2超越设定操作电压的范围。电压检测器211的电压检测讯号SF2的电平经第二偏压单元208进行讯号合成后，产生适合保护模块209接收的输出讯号SF2。保护模块209将电压检测讯号SF2与对应设定操作电压的范围的第一电平值及第二电平值进行比较，以产生比较结果输出讯号SE至讯号产生器212。参考图4(b)，当于时间点t2操作电压异常的情况发生(即高于第一电平值或低于第二电平值)时，保护模块209则根据比较结果产生代表输出停止的保护讯号SE至讯号产生器212。参考图4(c)，讯号产生器212则根据该指示讯号SE停止输出PWM控制讯号SW1至切换开关201。如图4(d)，切换开关201将关闭而停止系统运作以达到保护的目的。

图2中的第一偏压单元207、第二偏压单元208的电路可以如图5(a)或(b)图所示的电路。电源转换器213的输出电压VOUT为负电压，故负载指示器210、电压检测器211所检测到的讯号原来也为负的电压讯号，并不符合保护模块209、讯号产生器212的讯号操作范围，故须以偏压单元将讯号电平予以调整至正的电压。在图5(a)中的较佳偏压电路包含电阻501及电源稳压器(Regulator)502。电阻501耦接一电压源，例如：供发光二极管驱动器操作的电压源VDD，电源稳压器502耦接电阻501的另一端及接地之间，以控制电源稳压器502与电阻501的耦接点的电压为一固定电压值Vref。将固定电压值Vref加入欲调整电平的讯号后，即可使讯号的电平获得提升。若欲调整该电平位移的量，可以藉由一外部电阻503的调整，从而增加或减少该位移量。在图5(b)显示另一较佳偏压电路，其固定电压值Vref是由讯号产生器212所产生，并通过电阻504提供该调整的电平到欲调整的讯号内，以提高负载指示讯号SF1或电压检测讯号SF2的电平。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (33)

1.一种发光二极管驱动器，包括：

一电源转换器，接收来自一直流电源的一输入电压，并根据一控制讯号将该输入电压转换成一输出电压；

一发光二极管模块，包含至少一发光二极管，电性耦接该电源转换器，以接收该输出电压；

一负载指示器，检测该发光二极管模块的操作状态，以产生一负载指示讯号；以及

一讯号产生器，耦接该负载指示器，并根据该负载指示讯号产生所述控制讯号；

其中，该电源转换器的电压放大倍率：输出电压/输入电压的值为负数。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中所述控制讯号为脉冲宽度调制讯号。

3.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中该电源转换器包括：

一切换开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，该第一端电性耦接该直流电源，该控制端接收该控制讯号；

一电感，该电感的一第一端电性耦接该切换开关的该第二端；

一整流开关，该整流开关的第一端电性耦接该电感的该第一端；以及

一电容，用以产生该输出电压，该电容的一第一端电性耦接该整流开关的一第二端，该电容的一第二端电性耦接该电感的该第二端。

4.如权利要求3所述的发光二极管转换器，其中该整流开关为一二极管，该二极管的该第一端为负极端、该第二端为正极端。

5.如权利要求1所述的发光二极管转换器，其中还包含一第一偏压单元，耦接该负载指示器，用以调整该负载指示讯号的电平。

6.如权利要求5所述的发光二极管驱动器，其中该第一偏压单元包含：

一参考电压产生器，产生一参考电压；

一第一电阻，耦接该参考电压产生器及该负载指示器，以根据该参考电压调整该负载指示讯号的电平。

7.如权利要求6所述的发光二极管驱动器，其中该参考电压产生器包含：

一第二电阻，耦接一直流电压源；

一电源稳压器，一端耦接该第二电阻，另一端耦接地，以提供该参考电压。

8.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，还包含一电压检测器，检测该发光二极管模块的操作电压并根据检测结果产生一电压检测讯号。

9.如权利要求8所述的发光二极管驱动器，还包含一保护模块，该保护模块根据该电压检测讯号以产生一保护讯号，该讯号产生器根据该保护讯号以决定是否停止该电源转换器的运作。

10.如权利要求8所述的发光二极管转换器，还包含一第二偏压单元，耦接该电压检测器，用以调整该电压检测讯号的电平。

11.如权利要求10所述的发光二极管驱动器，其中该第二偏压单元包含：

一参考电压产生器，产生一参考电压；

一第三电阻，耦接该参考电压产生器及该负载指示器，以根据该参考电压调整该负载指示讯号的电平。

12.如权利要求11所述的发光二极管驱动器，其中该参考电压产生器包含：

一第四电阻，耦接一直流电压源；

一电源稳压器，一端耦接该第四电阻，另一端耦接地，以提供该参考电压。

13.如权利要求9所述的发光二极管驱动器，其中电压检测讯号指示出该输出电压大于一第一预定电压值或小于一第二预定电压值时，该讯号产生器停止该电源转换器的运作。

14.一种直流转直流电源转换器，包含：

一切换开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，该第一端电性耦接一直流电源，该控制端接收一切换控制讯号；

一电感，该电感的一第一端电性耦接该切换开关的该第二端；

一整流开关，该整流开关的第一端电性耦接该电感的该第一端；以及

一电容，该电容的一第一端电性耦接该整流开关的一第二端，该电容的一第二端电性耦接该电感的该第二端；

其中，该切换开关根据该切换控制讯号切换于一第一状态或一第二状态，当切换开关处于该第一状态时，传送该直流电源的电力至该电感储存；当切换开关于该第二状态时，该电感释放储存的电力并通过该整流开关提供能量至该电容。

15.如权利要求14所述的直流转直流电源转换器，其中该整流开关为一二极管，该二极管的该第一端为负极端、该第二端为正极端。

16.如权利要求14所述的直流转直流电源转换器，其中该电容的该第二端及该电感的该第二端接地。

17.如权利要求14所述的直流转直流电源转换器，其中该电容的该第一端的电压值低于该第二端的电压值。

18.如权利要求14所述的直流转直流电源转换器，还包含一讯号产生器以产生该切换控制讯号。

19.如权利要求18所述的直流转直流电源转换器，其中该电容的该第一端耦接一负载，以驱动该负载。

20.如权利要求19所述的直流转直流电源转换器，还包含一负载指示器，该负载指示器根据该负载的状态产生一负载指示讯号。

21.如权利要求20所述的直流转直流电源转换器，其中该讯号产生器根据该负载指示讯号以产生该切换控制讯号。

22.如权利要求20所述的直流转直流电源转换器，还包含一偏压单元，耦接该负载指示器，用以调整该负载指示讯号的电平。

23.如权利要求22所述的直流转直流电源转换器，其中该偏压单元包含：

一参考电压产生器，产生一参考电压；

一第一电阻，耦接该参考电压产生器及该负载指示器，以根据该参考电压调整该负载指示讯号的电平。

24.如权利要求23所述的直流转直流电源转换器，其中该参考电压产生器包含：

一第二电阻，耦接一直流电压源；

一电源稳压器，一端耦接该第二电阻，另一端耦接地，以提供该参考电压。

25.如权利要求18所述的直流转直流电源转换器，还包含一保护模块，该保护模块检测该电容的该第一端的状态以产生一保护讯号，该讯号产生器根据该保护讯号以决定是否控制该切换开关停止传送该直流电源的电力至该电感。

26.如权利要求25所述的直流转直流电源转换器，其中该电容的该第一端的电压大于一第一预定电压值或小于一第二预定电压值时，该讯号产生器控制该切换开关停止传送该直流电源的电力至该电感。

27.如权利要求14所述的直流转直流电源转换器，其中该整流开关为一二极管，其中该电感于切换开关于该第二状态时，还释放储存的电力至该负载。

28.一种偏压单元，用于一电源转换器以调整电压讯号的电平，包含：

一参考电压产生器，产生一参考电压；

一第一电阻，耦接该参考电压产生器及该电源转换器的一讯号处理器，以根据该参考电压调整输至该讯号处理器的该电压讯号至正电压值。

29.如权利要求28所述的偏压单元，其中该参考电压产生器包含：

一第二电阻，耦接一直流电压源；

一电源稳压器，一端耦接该第二电阻，另一端耦接地，以提供该参考电压。

30.一种直流转直流电源转换器，包括：

一电源转换器，接收来自一直流电源的一输入电压，并根据一控制讯号将该输入电压转换成一输出电压，该电源转换器包含：

一电感，电性耦接该直流电源，以储存该直流电源传来的电力；以及

一电容，与该电感以并联方式电性耦接该直流电源；

一负载，包含至少一发光二极管，电性耦接该电源转换器，以接收该输出电压；

一负载指示器，检测该负载的操作状态，以产生一负载指示讯号；以及

一讯号产生器，耦接该负载指示器，并根据该负载指示讯号产生所述控制讯号；

其中，该电源转换器的电压放大倍率：输出电压/输入电压的绝对值大于零。

31.如权利要求30所述的直流转直流电源转换器，其中该电容通过一整流开关与该电感并联。

32.如权利要求31所述的直流转直流电源转换器，其中该电感通过一切换开关电性耦接至该直流电源，且该切换开关根据该控制讯号进行切换动作。

33.如权利要求31所述的直流转直流电源转换器，其中该电压放大倍率为负数。

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