CN102457184B - 电压转换装置 - Google Patents

Abstract

一种电压转换装置，包括整流器、电流路径选择器以及负载状态检测器。整流器接收交流输入电压并据以产生直流输入电压。电流路径选择器接收直流输入电压并产生直流输出电压。电流路径选择器包括第一及第二电流传输路径，依据选择信号来选择通过第一及第二电流传输路径的至少其中之一来传送直流输入电压至电流路径选择器的输出端，进而改变电流路径选择器的输入端与输出端间的等效阻抗。负载状态检测器依据检测负载装置的电流需求状态来产生选择信号。本发明通过提供不同阻抗的电流传输路径，来传输经整流器整流后的直流输入电压，并由此产生具有不同驱动能力的直流输出电压，来驱动不同电流需求状态下的负载装置，可以有效的提升用电效率。

Description

电压转换装置

技术领域

本发明涉及一种电压转换装置，且特别是涉及一种具有驱动电流调整机制的交流转直流电压转换装置。

背景技术

请参照图1A及图1B所分别绘示现有的电阻式及电容式交流直流电压转换器110、120的电路图。其中，在交流直流电压转换器110中，交流输入电压ACIN经过二极管D1整流后，经过电阻R1及作为稳压功用的齐纳二极管ZD1(zener diode)与电容C1后，产生直流输出电压来驱动负载111。而在交流直流电压转换器120中，交流输入电压ACIN则是先通过交流耦合电容C1后，再分别经过用来稳压以及整流的齐纳二极管ZD1、电容C1以及二极管D1，并由此产生直流输出电压来驱动负载121。

而在上述的两种交流直流电压转换器110、120中，不论是在负载111及121在工作模式下或是在待机模式下时，都不会对应改变交流直流电压转换器110、120所输出的驱动电流I。而当在负载111及121在待机模式下时，其所需要的驱动电流显然会比交流直流电压转换器110、120所固定输出的驱动电流I来得小。在此情况下，在负载111及121在待机模式下时，多余的电流就会由齐纳二极管ZD1流出而被浪费掉。

发明内容

本发明提供一种电压转换装置，依据所驱动的负载装置的电流需求状态，来改变电压转换装置所提供的电流大小，以有效节省电力的消耗。

本发明提出一种电压转换装置，用以接收交流输入电压，并依据转换交流输入电压来产生直流输出电压以驱动负载装置。电压转换装置包括整流器、电流路径选择器以及负载状态检测器。整流器接收交流输入电压并据以产生直流输入电压。电流路径选择器具有输入端与输出端，其输入端接收直流输入电压，其输出端产生直流输出电压。电流路径选择器包括串接在电流路径选择器的输入端与输出端间的第一及第二电流传输路径。电流路径选择器依据选择信号来选择通过第一及第二电流传输路径的至少其中之一来传送直流输入电压至电流路径选择器的输出端，进而改变电流路径选择器的输入端与输出端间的等效阻抗。负载状态检测器耦接电流路径选择器的输出端以及负载装置，依据检测负载装置的电流需求状态来产生选择信号。

在本发明的一实施例中，上述负载状态检测器包括控制单元。控制单元耦接电流路径选择器的输出端以及负载装置，控制单元接收并依据模式设定信号来产生选择信号。

在本发明的一实施例中，上述控制单元还依据模式设定信号来产生负载设定信号。控制单元接收并依据模式设定信号来控制该负载装置的该电流需求状态。

在本发明的一实施例中，上述负载状态检测器包括电流检测电路、控制单元以及逻辑运算电路。电流检测电路耦接电流路径选择器的输出端，用以检测电流路径选择器的输出电流，并依据输出电流产生检测结果信号。控制单元耦接电流检测电路以及负载装置，接收模式设定信号来产生模式设定结果。逻辑运算电路耦接电流检测电路、控制单元以及电流路径选择器，接收并依据检测结果信号以及模式设定结果进行逻辑运算以产生选择信号。

在本发明的一实施例中，上述电流检测电路包括比较器、感测电阻以及临界电压源。比较器的输出端产生检测结果信号。感测电阻串接在比较器的第一输入端及电流路径选择器的输出端间。临界电压源则串接在比较器的第二输入端及电流路径选择器的输出端间，用以提供临界电压。

在本发明的一实施例中，上述逻辑运算单元为或门。或门的输入端接收检测结果信号以及模式设定结果，并在其输出端产生选择信号。

在本发明的一实施例中，上述负载状态检测器包括电流检测电路。电流检测电路耦接电流路径选择器的输出端，用以检测电流路径选择器的输出电流，并依据输出电流产生选择信号。

在本发明的一实施例中，上述负载状态检测器还包括控制单元。控制单元耦接电流检测电路以及负载装置，接收并依据模式设定信号来控制负载装置的电流需求状态。

在本发明的一实施例中，其中还包括稳压电路。稳压电路耦接电流路径选择器的输出端，用以稳定直流输出电压的电压值。

在本发明的一实施例中，上述稳压电路包括齐纳二极管以及稳压电容。齐纳二极管串接在电流路径选择器的输出端与接地电压间。稳压电容则与齐纳二极管并联耦接。

在本发明的一实施例中，上述电流路径选择器还包括选择开关。选择开关的一端接收直流输入电压以及第一电流传输路径的第一端，其另一端耦接第二电流传输路径的第一端。选择开关接收选择信号以导通或断开。其中，第一及第二电流传输路径的第二端耦接至电流路径选择器的输出端。

在本发明的一实施例中，上述第一电流传输路径所提供的等效阻抗大于第二电流传输路径所提供的等效阻抗。

在本发明的一实施例中，上述电流路径选择器还包括选择开关。选择开关的一端接收直流输入电压，其另一端依据选择信号选择耦接第一电流传输路径的第一端或第二电流传输路径的第一端。其中，第一及第二电流传输路径的第二端耦接至电流路径选择器的输出端，且第一电流传输路径所提供的等效阻抗大于第二电流传输路径所提供的等效阻抗。

在本发明的一实施例中，上述电流需求状态为负载装置启动或关闭时，负载装置所消耗的电流。

基于上述，本发明通过提供不同阻抗的电流传输路径，来传输经整流器整流后的直流输入电压，并由此产生具有不同驱动能力的直流输出电压，来驱动不同电流需求状态下的负载装置。如此一来，可以有效的提升效率，达到绿色能源的需求。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B所分别绘示现有的电阻式及电容式交流直流电压转换器110、120的电路图。

图2绘示本发明的一实施例的电压转换装置200的示意图；

图3绘示本发明的另一实施例的电压转换装置300的示意图；

图4A绘示本发明的再一实施例的电压转换装置400的示意图；

图4B绘示本发明图4A绘示的实施例的一实施方式；

图5绘示本发明图4A实施例的另一实施方式；

图6绘示本发明图4A实施例的再一实施方式。

主要元件符号说明

110、120、200、300、400、500、600：电压转换器

111、121：负载

210、310、410：整流器

220、320、420、460、520、620：电流路径选择器

230、330、430、530、630：负载状态检测器

240、340、440：稳压电路

250、350、450：负载装置

221、222、321、322、421、422、461、462：电流传输路径

231、331、431：控制单元

332、432、532、632：电流检测电路

CMP1：比较器

OR1：或门

VO：临界电压源

DR：检测结果信号

MR：模式设定结果

ACVIN：交流输入电压

DCVIN：直流输入电压

P1、P2：端点

DCVOUT：直流输出电压

SEL：选择信号

SW1：选择开关

MODSET：模式设定信号

C2、C3、C4：稳压电容

D1：二极管

ZD1：齐纳二极管

R1、R2、RA：电阻

C1：电容

LS：负载设定信号

具体实施方式

以下请参照图2，图2绘示本发明的一实施例的电压转换装置200的示意图。电压转换装置200包括整流器210、电流路径选择器220、负载状态检测器230以及稳压电路240。其中，电压转换装置200接收交流输入电压ACVIN，并依据转换交流输入电压ACVIN来产生直流输出电压DCVOUT以驱动负载装置250。

整流器210接收交流输入电压ACVIN，整流器210并针对交流输入电压ACVIN进行整流以产生直流输入电压DCVIN。在本实施例中，整流器210为利用二极管所建构的半波整流器。也就是说，在本实施例中，直流输入电压DCVIN是整流器210通过滤除交流输入电压ACVIN的负半周期的电压所产生的。

电流路径选择器220具有输入端P1以及输出端P2。电流路径选择器220的输入端P1耦接至整流器210以接收直流输入电压DCVIN，而电流路径选择器220的输出端P2则产生直流输出电压DCVOUT。电流路径选择器220中则包括两个电流传输路径221及222。电流传输路径221及222串连耦接在电流路径选择器220的输入端P1与输出端P2间。电流路径选择器220另接收选择信号SEL，并依据选择信号SEL来选择通过电流传输路径221及222的至少其中之一来传送直流输入电压DCVIN至电流路径选择器220的输出端P2并由此产生直流输出电压DCVOUT。其中，在电流路径选择器220依据选择信号SEL来改变直流输入电压DCVIN的传输路径时，电流路径选择器220的输入端P1与输出端P2间的等效阻抗也随之改变。

在本实施例中，电流路径选择器220中另包括选择开关SW1。选择开关SW1受控于选择信号SEL来导通或断开。选择开关SW1的一端耦接电流路径选择器220的输入端P1以接收直流输入电压DCVIN，另一端则耦接到电流传输路径222。而电流传输路径221则跨接在电流路径选择器220的输入端P1及电流传输路径222的第二端间。当在选择开关SW1依据选择信号SEL断开时，直流输入电压DCVIN由电流传输路径221接收并传输至电流路径选择器220的输出端P2并产生直流输出电压DCVOUT。当选择开关SW1依据选择信号SEL导通时，直流输入电压DCVIN则会同时由电流传输路径221及222进行传输。

在此请注意，电流传输路径221及222分别提供一等效阻抗，并且，电流传输路径221所提供的等效阻抗大于电流传输路径222所提供的等效阻抗。当直流输入电压DCVIN仅由电流传输路径221进行传输时(选择开关SW1断开时)，电流路径选择器220的输入端P1及输出端P2间的等效阻抗等于电流传输路径221所提供的等效阻抗。而当直流输入电压DCVIN同时由电流传输路径221及222进行传输时(选择开关SW1导通时)，电流路径选择器220的输入端P1及输出端P2间的等效阻抗等于电流传输路径221及222所提供的等效阻抗并联的阻抗值。也就是说，选择开关SW1断开时的电流路径选择器220的输入端P1及输出端P2间的等效阻抗大于选择开关SW1导通时的电流路径选择器220的输入端P1及输出端P2间的等效阻抗。

负载状态检测器230耦接电流路径选择器220的输出端P2以及负载装置250。负载状态检测器230检测负载装置250的电流需求状态并据以产生选择信号SEL。在本实施例中，负载状态检测器230包括控制单元231。控制单元231接收模式设定信号MODSET，并依据模式设定信号MODSET来获知负载装置250的电流需求状态。模式设定信号MODSET是由外部输入的信号，用来指示设定负载装置250进入工作模式或是待机模式。而当模式设定信号MODSET指示负载装置250进入工作模式时，表示负载装置250的电流需求状态为需要较大的驱动电流。此时，控制单元231依据模式设定信号MODSET产生选择信号SEL来导通选择开关SW1，以选择较小的等效阻抗的传输路径来传输直流输入电压DCVIN。并且，控制单元231依据模式设定信号MODSET产生负载设定信号LS以启动负载装置250，使负载装置250进入工作模式。

相对的，当模式设定信号MODSET指示负载装置250进入待机模式时，表示负载装置250的电流需求状态为需要较小的驱动电流。此时，控制单元231依据模式设定信号MODSET产生选择信号SEL来断开选择开关SW1，以选择较大的等效阻抗的传输路径来传输直流输入电压DCVIN。并且，控制单元231依据模式设定信号MODSET产生负载设定信号LS以关闭负载装置250，使负载装置250进入待机模式。

稳压电路240耦接在电流路径选择器220的输出端P2上，用以稳定电流路径选择器220的输出端P2上的直流输出电压DCVOUT的电压值。在本实施例中，稳压电路240包括齐纳二极管ZD1以及稳压电容C2。齐纳二极管ZD1串接在电流路径选择器220的输出端P2与接地电压GND间，而稳压电容C2则与齐纳二极管ZD1并联耦接。齐纳二极管ZD1用来使直流输出电压DCVOUT被前置在一定的电压(齐纳二极管ZD1的崩溃电压)以下，而稳压电容C2则可以有效降低直流输出电压DCVOUT的纹波(ripple)程度。

接着请参照图3，图3绘示本发明的另一实施例的电压转换装置300的示意图。电压转换装置300包括整流器310、电流路径选择器320、负载状态检测器330以及稳压电路340。电压转换装置300接收交流输入电压ACVIN，并依据转换交流输入电压ACVIN来产生直流输出电压DCVOUT以驱动负载装置350。

与前一实施例不同的，本实施例中的负载状态检测器330包括控制单元331以及电流检测电路332。电流检测电路332耦接电流路径选择器320的输出端，用以检测电流路径选择器320的输出电流，并依据所检测出的输出电流来产生选择信号SEL。控制单元331耦接电流检测电路332以及负载装置350，用以接收并依据模式设定信号MODSET来启动或关闭负载装置350。

请注意，在本实施例中，选择信号SEL是由电流检测电路332来检测实际流至负载装置350的电流大小，来获知负载装置350的电流需求状态。并依据实际的负载装置350的电流需求状态来产生选择信号SEL，以改变电压转换装置300所提供的驱动电流大小。也就是说，电压转换装置300可以主动的侦知负载装置350处于待机模式或工作模式，并据以调整其所产生的直流输入电压的传输选择路径，来进以调整电压转换装置300所提供的驱动电流大小。

以下再请参照图4A，图4A绘示本发明的再一实施例的电压转换装置400的示意图。电压转换装置400包括整流器410、电流路径选择器420、负载状态检测器430以及稳压电路440。电压转换装置400接收交流输入电压ACVIN，并依据转换交流输入电压ACVIN来产生直流输出电压DCVOUT以驱动负载装置450。

与前述实施例不同的，本实施例中的负载状态检测器430包括控制单元431、电流检测电路432以及由或门OR1建构的逻辑运算单元。电流检测电路432耦接电流路径选择器420的输出端，用以检测电流路径选择器420的输出电流，并依据所检测出的输出电流来产生检测结果信号DR。控制单元431耦接电流检测电路432以及负载装置435，并接收模式设定信号MODSET来产生模式设定结果MR。作为逻辑运算单元的或门OR1的输入端则接收检测结果信号DR以及模式设定结果MR，并针对检测结果信号DR以及模式设定结果MR进行逻辑运算来产生选择信号SEL。

也就是说，在图4A的实施例中，负载状态检测器430除了可以通过电流检测电路432主动检测到的负载装置450的电流需求状态所获得的检测结果信号DR来设定选择信号SEL外，还可以通过控制单元431依据模式设定信号MODSET所产生的模式设定结果MR来设定选择信号SEL。举一个实际的实施范例来说明，在负载装置450进入工作模式时，电流检测电路432会检测出负载装置450需要较大的驱动电流并产生逻辑高电平的检测结果信号DR。而或门OR1则会依据逻辑高电平的检测结果信号DR来产生逻辑高电平的选择信号SEL使选择开关SW1导通，并使电压转换装置400提供较高的驱动电流。或者，在负载装置450进入工作模式时，控制单元431依据设定负载装置450进入工作模式的模式设定信号MODSET所产生的逻辑高电平的模式设定结果MR，来通过或门OR1产生逻辑高电平的选择信号SEL使选择开关SW1导通，并使电压转换装置400提供较高的驱动电流。

相反的，当负载装置450进入待机模式时，控制单元431以及电流检测电路432都不会产生逻辑高电平的模式设定结果MR以及检测结果信号DR。因此，或门OR1会提供逻辑低电平的选择信号SEL使选择开关SW1关闭。并有效降低电压转换装置400提供的驱动电流。

附带一提的，上述实施范例中的模式设定结果MR、检测结果信号DR以及选择信号SEL的逻辑高低电平的设定只是一个范例，并不用来限制本发明的保护范围。

另请参照图4B，图4B绘示本发明图4A绘示的实施例的一实施方式。其中，在本实施方式的电流路径选择器460中的选择开关SW1的一端接收直流输入电压DCVIN，其另一端依据选择信号SEL选择耦接电流传输路径461的第一端或电流传输路径462的第一端。其中，电流传输路径461及462的第二端耦接至电流路径选择器460的输出端，且电流传输路径461所提供的等效阻抗大于电流传输路径462所提供的等效阻抗。简单来说，电流路径选择器460是利用选择开关SW1来选择电流传输路径461或462的其中之一来进行传送直流输入电压DCVIN。并通过电流传输路径461及462所提供的等效阻抗的不同，来调整电压转换装置400所提供的驱动电流。

请参照图5，图5绘示本发明图4A实施例的另一实施方式。其中，电压转换装置500为电阻式电压转换装置。其中的电流路径选择器520中利用电阻RA来形成提供较高阻抗的电流传输路径，并利用开关SW1来形成提供较低阻抗的电流传输路径。

另外，负载状态检测器530中的电流检测电路532则包括比较器CMP1、感测电阻R2以及临界电压源VO。感测电阻R2串接在比较器CMP1的第一输入端及电流路径选择器520的输出端间。临界电压源VO串接在比较器CMP1的第二输入端及电流路径选择器520的输出端间，用以提供临界电压。比较器CMP1则依据其两输入端所接收的信号来进行比较，并在其输出端产生检测结果信号DR。附带一提的，电容C3及C4为稳压电容。

以下并请参照图6，图6绘示本发明图4A实施例的再一实施方式。电压转换装置600包括电流路径选择器620及负载状态检测器630。与图5绘示的实施方式不相同的，电压转换装置600为电容式电压转换装置。也就是说，本发明利用不同电流传输路径来提供不同的驱动电流的作法，不但可以实施于电阻式电压转换装置，也可以实施于电容式电压转换装置。

综上所述，本发明通过依据电压转换装置所驱动的负载装置处于工作模式或是待机模式，来选择直流输入电压的电流传输路径。并通过选择不同的电流传输路径来调整其上的等效阻抗，以控制电压转换装置所输出的驱动电流大小。达到有效针对负载装置的电流需求状态来动态调整电压转换装置所输出的驱动电流，以减低驱动电流的虚耗，增加能源的使用效率。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定为准。

Claims (15)

1.一种电压转换装置，用以接收一交流输入电压，并依据转换该交流输入电压来产生一直流输出电压以驱动一负载装置，其特征在于，包括：

一整流器，接收该交流输入电压并据以产生一直流输入电压；

一电流路径选择器，具有输入端与输出端，其输入端接收该直流输入电压，其输出端产生该直流输出电压，包括：

一第一电流传输路径以及一第二电流传输路径，串接在该电流路径选择器的输入端与输出端间，该电流路径选择器依据一选择信号来选择通过该第一电流传输路径及该第二电流传输路径的至少其中之一来传送该直流输入电压至该电流路径选择器的输出端，进而改变该电流路径选择器的输入端与输出端间的等效阻抗；以及

一负载状态检测器，耦接该电流路径选择器的输出端以及该负载装置，依据检测该负载装置的一电流需求状态来产生该选择信号；

其中该负载状态检测器包括：一控制单元，耦接该电流路径选择器的输出端以及该负载装置，接收并依据一模式设定信号来产生该选择信号。

2.如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，该控制单元还依据该模式设定信号来产生一负载设定信号，接收并依据一模式设定信号来控制该负载装置的该电流需求状态。

3.如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，该负载状态检测器包括：

一电流检测电路，耦接该电流路径选择器的输出端，用以检测该电流路径选择器的一输出电流，并依据该输出电流产生一检测结果信号；

一控制单元，耦接该电流检测电路以及该负载装置，接收一模式设定信号来产生一模式设定结果；以及

一逻辑运算电路，耦接该电流检测电路、该控制单元以及该电流路径选择器，接收并依据该检测结果信号以及该模式设定结果进行逻辑运算以产生该选择信号。

4.如权利要求3所述的电压转换装置，其特征在于，该电流检测电路包括：

一比较器，其输出端产生该检测结果信号；

一感测电阻，串接在该比较器的第一输入端及该电流路径选择器的输出端间；以及

一临界电压源，串接在该比较器的第二输入端及该电流路径选择器的输出端间，用以提供一临界电压。

5.如权利要求3所述的电压转换装置，其特征在于，该控制单元还依据该模式设定信号来产生一负载设定信号，接收并依据一模式设定信号来控制该负载装置的该电流需求状态。

6.如权利要求3所述的电压转换装置，其特征在于，该逻辑运算单元为一或门，该或门的输入端接收该检测结果信号以及该模式设定结果，并在其输出端产生该选择信号。

7.如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，该负载状态检测器包括：

一电流检测电路，耦接该电流路径选择器的输出端，用以检测该电流路径选择器的一输出电流，并依据该输出电流产生该选择信号。

8.如权利要求7所述的电压转换装置，其特征在于，该电流检测电路包括：

一比较器，其输出端产生该选择信号；

一感测电阻，串接在该比较器的第一输入端及该电流路径选择器的输出端间；以及

一临界电压源，串接在该比较器的第二输入端及该电流路径选择器的输出端间，用以提供一临界电压。

9.如权利要求7所述的电压转换装置，其特征在于，该负载状态检测器还包括：

一控制单元，耦接该电流检测电路以及该负载装置，接收并依据一模式设定信号来控制该负载装置的该电流需求状态。

10.如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，还包括：

一稳压电路，耦接该电流路径选择器的输出端，用以稳定该直流输出电压的电压值。

11.如权利要求10所述的电压转换装置，其特征在于，该稳压电路包括：

一齐纳二极管，串接在该电流路径选择器的输出端与一接地电压间；以及

一稳压电容，与该齐纳二极管并联耦接。

12.如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，该电流路径选择器还包括：

一选择开关，其一端接收该直流输入电压以及该第一电流传输路径的第一端，其另一端耦接该第二电流传输路径的第一端，该选择开关接收该选择信号以导通或断开，

其中，该第一及第二电流传输路径的第二端耦接至该电流路径选择器的输出端。

13.如权利要求12所述的电压转换装置，其特征在于，该第一电流传输路径所提供的等效阻抗大于该第二电流传输路径所提供的等效阻抗。

14.如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，该电流路径选择器还包括：

一选择开关，其一端接收该直流输入电压，其另一端依据该选择信号选择耦接该第一电流传输路径的第一端或该第二电流传输路径的第一端，

其中，该第一及第二电流传输路径的第二端耦接至该电流路径选择器的输出端，且该第一电流传输路径所提供的等效阻抗大于该第二电流传输路径所提供的等效阻抗。

15.如权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，该电流需求状态为该负载装置启动或关闭时，该负载装置所消耗的电流。

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