CN102024404A - 电源开关电路及液晶显示器电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低功率消耗及噪声的电源开关电路及其应用的液晶显示器电源系统，包含电源产生电路及电源开关电路。电源产生电路产生直流电源。电源开关电路包含第一滤波模块、电源处理单元、稳定模块、及第二滤波模块。第一滤波模块稳定直流电源的电流振动，滤除直流电源的高频噪声与低频噪声，以产生第一电源。电源处理单元产生第二电源。稳定模块储存第二电源及缓和第二电源的变化量以产生第三电源。第二滤波模块滤除第三电源的噪声并据以产生第四电源，并阻挡负载装置传来的噪声。电源处理单元根据第一电源及第四电源产生第二电源。

Description

电源开关电路及液晶显示器电源系统

技术领域

本发明涉及一种电源开关电路与相关的液晶显示器电源系统，特别是一种降低功率消耗及噪声的电源开关电路及液晶显示器电源系统。

背景技术

一般液晶显示器的电源系统会产生两种电位各为16伏特与5伏特的输出电源，其中16伏特的输出电源是用来提供给液晶显示器的背光模块，而5伏特的输出电源是用来提供给液晶显示器的控制电路或液晶面板的控制电路。现在市面上出现了部分外接有扬声器(Speaker)的液晶显示器，且此类型的扬声器在规格上所需的电压为12伏特，因此一般外接有扬声器的液晶显示器会选择以变压器转换电压或线性降压的方式，将16伏特的电源同时转换为5伏特与12伏特的两种输出电源。然而，当以变压器将16伏特的电源同时转换为5伏特与12伏特的两种输出电源时，需要另行针对12伏特的输出电源另外设计大面积的控制电路，且在现行的控制电路设计下，也难以控制所输出的12伏特电源。而当以线性降压的方式将16伏特的电源直接转换为12伏特的输出电源时，也会产生相当高比率的功率逸散而损失大量的功率。

请参阅图1，其为现有技术中所揭露一种以开关芯片来当作电源处理单元的电源开关电路101及包含电源开关电路101的一液晶显示器电源系统100的示意图，其中电源开关电路101是用来提供一扬声器130的运作电源。如图1所示，液晶显示器电源系统101包含液晶显示器电源电路110及电源开关电路101。电源开关电路101包含一第一滤波模块160、一电源处理单元120、一第二滤波模块170、一分压模块150、及一电容C863。分压模块150包含电阻R886及R885。电源开关电路101由一液晶显示器电源电路110来供应一电压值为16伏特的直流电压VDC，最后并将直流电压VDC转换为一直流电压VDD以驱动扬声器130。滤波模块160将直流电压VDC中包含的噪声滤除以产生一电压VDC1，并将电压VDC1输入于电源处理单元120的一电压输入端Vin。电源处理单元120会根据电压VCD1来产生一输出电压VDC2并输出于一电压输出端Vout。在产生输出电压VDC2的过程中，电源处理单元120会对电容C863进行充电，使得输出电压VDC2值逐渐接近直流电压VDC的电压值(亦即16伏特)。第二滤波模块170会将电压VDC2转为输出电压VDD，且输出电压VDD值接近于12伏特。除此以外，输出电压VDD也会透过电阻R886与R885的分压而转换为一电压VDC3，且电压VDC3会透过电源处理单元120的一回授端FB来回授给电源处理单元120。电源处理单元120会将被回授的电压VDC3与电源处理单元120内建的一参考电压Vref相比较。由于电压VDC2透过电容C863的充电而逐渐提高其电位，因此电压VDC3的电位也会逐渐升高，当电压VDC3的电位高于参考电压Vref的电位时，电源处理单元120会强制切断电压输出端Vout所输出的电压，使得电源处理单元120停止对C863充电，并使得输出电压VDD可约略维持在12伏特左右。

然而，由于电源处理单元120强制切断电压输出端Vout所输出的电压的期间，虽然电压输出端Vout的电位是瞬间由高电位变成低电位，但是电压输出端Vout所输出的电流却无法与其电位同步而瞬间由一高值降到一低值，因此在电压输出端Vout的电流由其高值降至低值的这段期间，跟不上电压输出端Vout的电位下降量的电流下降量所对应的功率会在电源处理单元120以热能的方式逸散，也就是说该功率会被浪费掉。同理，在之后电源处理单元120再次强制开启电压输出端Vout所输出的电压的瞬间(亦即当回授输入端FB的电位再次降到低于参考电压Vref的电位的程度时)，电压输出端Vout的电位会瞬间由低电位转为高电位，但是电压输出端Vout所输出的电流却无法同步由其低值达到高值，因此在该电流由其低值达到高值 的期间，跟不上电压输出端Vout的电位上升量的电流上升量所对应的功率会同样的在电源处理单元120以热能形式逸散而被浪费掉。上述现象是与当电压与电流同时出现时才会出现功率消耗的原理有关，也可以用下列的公式表示：

P＝V*I    (1)

其中P为功率，V为电位，I为电流强度。

当电源处理单元120以较高的频率进行上述在电压输出端Vout的电位切换时，所产生以热能形式逸散的瞬间功率消耗将会更为可观，并使得电源处理单元极易过热。除此以外，由于扬声器130本身带有相当强的噪声，因此极易将噪声带给电源VDC3并将噪声回授至电源处理单元120，因而造成电源开关电路101运作上的错误。

发明内容

为解决现有技术电源开关电路功率消耗高及噪声大的问题，有必要提供一种降低功率消耗及噪声的电源开关电路。

为解决现有技术液晶显示器电源系统功率消耗高及噪声大的问题，有必要提供一种降低功率消耗及噪声的液晶显示器电源系统。

一种电源开关电路，其包含一第一滤波模块、一电源处理单元、一稳定模块、及一第二滤波模块。该第一滤波模块是用来稳定一直流电源的电流振动，并滤除该直流电源的高频噪声与低频噪声，以产生一第一电源。该电源处理单元是用来产生一第二电源。该稳定模块是用来储存该第二电源及缓和该第二电源的变化量以产生一第三电源。该第二滤波模块是用来滤除该第三电源中的噪声并据以产生一第四电源，并用来阻挡一负载装置传来的噪声。该电源处理单元是根据该第一电源及该第四电源来产生该第二电源。

一种液晶显示器电源系统，其包含一电源产生电路及一电源开关电路。该电源产生电路是用来产生一直流电源。该电源开关电路包含一第一滤波模块、一电源处理单元、一稳定模块、及一第二滤波模块。该第一滤波模块用来稳定该直流电源的电流振动，并滤除该直流电源的高频噪声与低频噪声，以产生一第一电源。该电源处理单元是用来产生一第二电源。该稳定模块是用来储存该第二电源及缓和该第二电源的变化量以产生一第三电源。该第二滤波模块是用来滤除该第三电源中的噪声并据以产生一第四电源，并用来阻挡一负载装置传来的噪声。该电源处理单元是根据该第一电源及该第四电源来产生该第二电源。从而解决现有技术中因为电源处理单元在其输出电压瞬间由高电位转为低电位或瞬间由低电位转为高电位时，电流变化量跟不上电位变化量因而以热能方式逸散于电源处理单元的不必要功率消耗的问题。

附图说明

图1为现有技术一种以开关芯片来当作电源处理单元的电源开关电路及包含该电源开关电路的一液晶显示器电源系统的示意图，其中该电源开关电路是用来提供一扬声器的运作电源。

图2及图3为根据本发明的不同实施例所揭露用于液晶显示器并供应电源给扬声器的一电源开关电路及包含该电源开关电路的一液晶显示器电源系统的示意图。

图4为用来说明图2及图3中电源处理单元的电压输出端的相关波形图。

具体实施方式

为了解决配备有扬声器的液晶显示器的电源系统需另行供应电源给扬声器时所衍生多余的瞬间功率消耗及产生噪声的问题，本发明揭露一种应用于液晶显示器的电源开关电路与相关的液晶显示器电源系统。在本发明所揭露的电源开关电路中，是以一稳定模块中所包含的元件来保存电源处理单元在输出电压端的电位在瞬间切换时所输出的功率并稳定该输出电压端的电流，并同时将扬声器所带来的噪声加以滤除。在本发明中，扬声器为一种负载装置，然而本发明也可应用于其它类型的负载装置。

请参阅图2，其为本发明所揭露的用于液晶显示器供应电源给扬声器的一电源开关电路201及包含电源开关电路201的一液晶显示器电源系统200的示意图。如图2所示，液晶显示器电源系统200包含液晶显示器电源电路110与一电源开关电路201。电源开关电路201是用来接收液晶显示器电源电路110所供应的直流电源VDC，并据以产生一输出电源VDO以推动扬声器130。电源开关电路201包含一第一滤波模块260、一稳定模块280、一第二滤波模块270、及图1所示的电源开关单元120及分压模块150。

第一滤波模块260将直流电源VDC加以滤波并转换为一电源VDB1。电源处理单元120根据电源VDB1及电源处理单元120的回授输入端FB所接收的一电源VDB5来产生一电源VDB2。稳定模块280是用来将电源VDB2转换为一电源VDB3。第二滤波模块270是用来将电源VDB3转换为一电源VDB4。分压模块150将电源VDB4以电阻分压的方式转换为电源VDB5并输入于电源开关单元120的回授输入端FB。第二滤波模块270并将电源VDB4加以滤波而转换成一输出电源VDO，并用来阻挡扬声器130所传来的噪声。液晶显示器电源电路110透过一开关端ON/OFF传输给电源处理单元120的一开关端ON/OFF的一开关讯号ON/OFF_S用来决定是否开启电源处理单元120。

稳定模块280包含一第一电感L809、一第一电容C863、及一电阻R853。第一电感L809用来将电源VDB2转换为电源VDB3。第一电容C863耦接于第一电感L809。电阻R853耦接于第一电容C863。电阻R853另耦接于一第一接地端。

第一滤波模块260包含一第二电感L857、一第二电容C873、及一第三电容C856。第二电感L857耦接于液晶显示器电源电路110及电源处理单元120之间。第二电容C873耦接于第二电感L857及该第一接地端之间。第三电容C856并联于第二电容C873。在本发明的一较佳实施例中，第二电容C873的电容值低于第三电容C856的电容值，使得第二电容C873是用来滤除直流电源VDC的高频噪声，且第三电容C856是用来滤除直流电源VDC的低频噪声。

第二滤波模块280包含一第三电感、一第四电容、一第五电容、及一二极管D855。第三电感L854耦接于第一电感L809及电源处理单元120的回授输入端FB之间。第四电容C871耦接于第三电感L854及该第一接地端之间。第五电容C874并联于第四电容C871。二极管D855耦接于第三电感L854及该第一接地端之间。在本发明的一较佳实施例中，二极管D855为一齐纳二极管，且第四电容C871的电容值高于第五电容C874的电容值，使得第四电容C871用来滤除电源VDB3的低频噪声，且第五电容C874是用来滤除电源VDB3的高频噪声。

第二滤波模块270另包含一变压器240及一第六电容C877。变压器240包含一第一输入端S1及一第二输入端S2，其中第二输入端S2耦接于一第二接地端，且第一输入端S1及第二输入端S2形成变压器240的一次侧。第六电容C877包含一第一端及一第二端，其中第六电容C877的第一端耦接于变压器240的第一输出端S3及扬声器的一第一端Vin1，第六电容C877的第二端耦接于变压器240的一第二输出端S4及扬声器130的一第二端Vin2。第六电容C877的该第二端耦接于该第二接地端。变压器240的第一输出端S3及第二输出端S4形成变压器240的二次侧。

在分压模块150中，电阻R886耦接于第二滤波模块270及电源处理单元120的回授输入端FB之间。电阻R885耦接于电源处理单元120的回授输入端FB及该第一接地端之间。

电源开关电路201的运作方式描述如下。首先第一滤波模块260由液晶显示器电源电路110接收直流电压VDC后，是以电感L857稳定直流电压VDC的电流，并以电容C873、C856分别滤除直流电压VDC中的高频噪声与低频噪声，而据以产生电源VDB1。电源处理单元120接收电源VDB1后，会以方波方式在电压输出端Vout输出电源VDB2。当电源处理单元120将电压输出端Vout的电位由低电位瞬间拉升至高电位而产生出高电位的电源VDB2时，稳定模块280所包含的电感L809与电容C863会同时被充电，使得电源VDB3的电位会因为电感L809的稳流作用与电容C863的稳压作用而逐渐稳定提升。由于电感L809的存在，使得电压输出端Vout的电流强度不再需要强制跟随其电位提升量而快速上升，换言之，图1中电压输出端Vout上无法跟随电位上升而一起上升的电流强度提升量所对应的功率会在图2所示的状况中被储存于电感L809、C863等储能元件，因此所对应的该功率不会以热能的方式逸散于电源处理单元120而被浪费掉。

于此同时，第二滤波模块270所包含的电感L854、电容C871、C874也会透过输出电源VDB3被充电，使得电源VDB4的电位被逐渐提升至接近扬声器130所需的12伏特，且电源VDB4会因L854、C871、C874共同滤除其噪声。电源VDB4此时会经由变压器240转换为输出电源VDO；其中电源VDB4会因为变压器240(可视为一电感)与电容C877的共同滤波作用而免于被扬声器130所带的大量噪声影响。再者，电源VDB4也会因为电阻R885、R886的分压作用而转换为电源VDB5，并输入于电源处理单元120的回授输入端FB；如同之前对电源处理单元120的叙述，电源处理单元120会将电源VDB5与其内建参考电源Vref作比较，以决定是否关闭电源处理单元120本身，且Vref可远小于电源VOB4所需的12伏特。

参考电压Vref被设计成当电源VOB4持续提升而到达扬声器130所需的12伏特时，与所对应产生的电源VOB5相等或略低；如此一来，当电源VOB4提升至使电源VOB5高于参考电压Vref时，电源处理单元120会截止电源输出端Vout的电源供输，亦即将电源输出端Vout的电位由高电位瞬间拉低为低电位。因此，当之后电源输出端Vout的电位由高电位瞬间变成低电位时，在电源输出端Vout所输出的电流由高值降到低值的期间所产生的功率亦会被电感L809及电容C863所储存而不致以热能的形式逸散于电源处理单元120。同时，电感L809与电容C863在之前所储存的能量也会被持续释放出来给第二滤波模块270所包含的各元件，使得电感L854、电容C871、及二极管D855会形成一电流回路，且该电流回路使经过电感L809及L854的电流稳定减少其强度至其低值。请注意，电阻R853的存在会使得上述电流回路的路径被局限于流经二极管D855，而不致流经电容C863使得电容C863无法顺利释放其所储存的电能。

变压器240与电感C877主要的作用在于将扬声器130所带的大量噪声隔绝于变压器240的二次侧，使得噪声不会扩散到电源VDB4及电源处理单元120的回授输入端FB，而正确的维持电源处理单元120在切换电源输出端Vout的高低电位操作。

请参阅图3，其为根据本发明的第二实施例所揭露的一电源开关电路301与包含电源开关电路301的液晶显示器电源系统300的示意图。如图3所示，液晶显示器电源系统300包含液晶显示器电源电路110与电源开关电路301。电源开关电路301与图2所示的电源开关电路201主要的差别在于以电容C877取代电容C871；再者，图3中第二滤波模块270运作的方式与图2中所述第二滤波模块270相似。在稳定模块280将电源VDB2转换为电源VDB3后，电源VDB3会直接被分压模块150以分压的方式转换为电源VDB6并输入于电压处理单元120的回授输入端FB。而在第二滤波模块270中，电压VDB3中所包含的高频与低频噪声亦同样的会被变压器240及电容C877与C874的滤波效应所滤除，而据以产生输出电源VDO，以用来驱动扬声器130。除此以外，电源VDB3亦会因为变压器240及电容C877与C874的滤波效应而免于被扬声器130所带的大量噪声影响。

图3所示的液晶显示器电源系统300与电源开关电路301的运作方式与图2所示的液晶显示器电源系统200与电源开关电路201相似。在电源处理单元120的电压输出端Vout由低电位瞬间转为高电位时，亦由稳定模块280所包含的电感L809及电容C803来共同储存电压输出端Vout瞬间切换其电位时原本会逸散为热能的功率，并在之后电压输出端Vout由高电位瞬间转为低电位时，释放原本所储存的功率以使流经电感L809的电流强度稳定下降。图2中电感L854的功能被变压器240所取代，此因变压器240本身即为一电感，故图2中所示以电感L854、电容C871、及二极管D855所形成的电流回路在图3中以变压器240、电容C877、及二极管D855所形成的电流回路所取代。扬声器130所带的大量噪声仍会被隔绝于变压器240的二次侧，使得该噪声无法影响到电源VDB3及电源处理单元120在切换电压输出端Vout时的操作。除此以外图3中电容C877亦取代图2中电容C874滤除高频噪声的功能。

请参阅图4，其为用来说明图2及图3中电源处理单元120的电压输出端Vout的相关波形图。图4图标有一控制电压Vctrl的电位、电源VDB2的电位、电源VDB2的电流强度IDB2、电源VDB2在电源处理单元120上所消耗的功率PDB2。控制电压Vctrl为电源处理单元120根据参考电压Vref与位于回授输入端FB两者的电位的比较结果所产生；其中当控制电压Vctrl位于低电位时，代表参考电压Vref的电位高于回授输入端FB的电位，而当控制电压Vctrl位于高电位时，代表参考电压Vref的电位低于回授输入端FB的电位，以控制电源VDB2的电位变化。在图4中，当控制电压Vctrl的电位由低电位转高电位时，即代表上述输出电压Vout的电位由高电位瞬间降至低电位的状况，此时电压输出端Vout所输出的电流亦需瞬间由一高值降低至一低值，因而产生如图4所示电流IDB2的一瞬间低峰值(Peak)，且之后因电感L809的稳流作用而马上平缓下来；此时功率PDB2亦产生一高峰值，只是该高峰值所代表的功率会被图2及图3所示的电感L809及电容C863所吸收。接下来当控制电压Vctrl的电位由高电位转至低电位时，电压输出端Vout的电位(亦即电源VDB2的电位)会瞬间上升，且电源VDB2的电流IDB2与功率PDB2亦会瞬间对应上升而产生峰值，其中电流IDB2会马上因为电感L809的稳流作用而趋于平缓，功率PDB2的峰值亦会在此被电感L809及电容C863所吸收。

本发明揭露的电源开关电路及应用该电源开关电路的液晶显示器电源系统，包含电源产生电路及电源开关电路。电源产生电路产生直流电源。电源开关电路包含第一滤波模块、电源处理单元、稳定模块、及第二滤波模块。第一滤波模块稳定直流电源的电流振动，滤除直流电源的高频噪声与低频噪声，以产生第一电源。电源处理单元产生第二电源。稳定模块储存第二电源及缓和第二电源的变化量以产生第三电源。第二滤波模块滤除第三电源的噪声并据以产生第四电源，并阻挡负载装置传来的噪声。电源处理单元根据第一电源及第四电源产生第二电源，从而解决现有技术中因为电源处理单元在其输出电压瞬间由高电位转为低电位或瞬间由低电位转为高电位时，电流变化量跟不上电位变化量，而以热能方式逸散于电源处理单元的功率消耗的问题。

Claims (14)

1.一种电源开关电路，其包括：

一第一滤波模块，稳定一直流电源的电流，滤除该直流电源的高频噪声与低频噪声，并产生一第一电源；

一电源处理单元，产生一第二电源；

一稳定模块，储存该第二电源及依据该第二电源以产生一第三电源；及

一第二滤波模块，滤除该第三电源的噪声以产生一第四电源，并阻挡一负载装置的噪声；

其特征在于：该电源处理单元根据该第一电源及该第四电源产生该第二电源。

2.如权利要求1所述的电源开关电路，其特征在于：该稳定模块包括：

一第一电感，用来将该第二电源转换为该第三电源；

一第一电容，其耦接于该第一电感；及

一第一电阻，其耦接于该第一电容。

3.如权利要求2所述的电源开关电路，其特征在于：该第一电阻另耦接于一接地端。

4.如权利要求2所述的电源开关电路，其特征在于：该第一滤波模块包括：

一第二电感，耦接于该直流电源及该电源处理单元之间；

一第二电容，耦接于该第二电感及一接地端之间；及

一第三电容，并联于该第二电容。

5.如权利要求4所述的电源开关电路，其特征在于：该第二电容的电容值低于该第三电容的电容值，该第二电容用来滤除该直流电源的高频噪声，且该第三电容是用来滤除该直流电源的低频噪声。

6.如权利要求1所述的电源开关电路，其特征在于：该第二滤波模块包括：

一第一子滤波模块，滤除该第三电源中的噪声及产生该第四电源；及

一第二子滤波模块，阻挡该负载装置传来的噪声，对该第四电源进行变压及输出一第五电源予该负载装置。

7.如权利要求6所述的电源开关电路，其特征在于：该第二子滤波模块包括：

一变压器，包括：

一第一输入端，耦接于该电源处理单元的一回授输入端；及

一第二输入端，耦接于一接地端；及

一电容，包括：

一第一端，耦接于该变压器的一第一输出端及该负载装置的一第一端；及

一第二端，耦接于该变压器的一第二输出端及该负载装置的一第二端；

其中该电容的该第二端接地。

8.如权利要求6所述的电源开关电路，其特征在于：该第一子滤波模块包括：

一电感；

一第一电容，耦接于该电感及一接地端之间；

一第二电容，并联于该第一电容；及

一二极管，耦接于该电感及该接地端之间1。

9.如权利要求8所述的电源开关电路，其特征在于：该第一电容的电容值高于该第二电容的电容值，该第一电容滤除该第三电源的低频噪声，该第二电容滤除该第三电源的高频噪声。

10.如权利要求1所述的电源开关电路，其特征在于：该第二滤波模块包括：

一变压器，包括：

一第一输入端，耦接于该电源处理单元的一回授输入端；及

一第二输入端，耦接于一接地端；

一二极管，耦接于该变压器的该第一输入端与该第二输入端；

一第一电容，耦接于该变压器的一第一输出端与一第二输出端；及

一第二电容，并联于该第一电容，并耦接于该负载装置的一第一端与一第二端之间。

11.如权利要求1所述的电源开关电路，其特征在于：该电源开关电路进一步包括一第二电阻和一第三电阻，该第二电阻耦接于该第二滤波模块及该电源处理单元的一回授输入端之间该第三电阻，耦接于该电源处理单元的该回授输入端及一接地端之间。

12.如权利要求11所述的电源开关电路，其特征在于：当该电源处理单元的该回授输入端的电位高于一参考电位时，该电源处理单元停止产生该第二电源。

13.如权利要求11所述的电源开关电路，其特征在于：当该电源处理单元的该回授输入端的电位低于一参考电位时，该电源处理单元持续产生该第二电源。

14.一种液晶显示器电源系统，其包括：

一电源产生电路，产生一直流电源；及

一电源开关电路，包含：

一第一滤波模块，稳定该直流电源之电流振动，并滤除该直流电源之高频噪声与低频噪声，以产生一第一电源；

一电源处理单元，产生一第二电源；

一稳定模块，储存该第二电源及缓和该第二电源之变化量以产生一第三电源；及

一第二滤波模块，滤除该第三电源中的噪声以产生一第四电源，并用来阻挡一负载装置传来之噪声；

其中该电源处理单元系根据该第一电源及该第四电源来产生该第二电源。

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