CN112803759A - 电源转换装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源转换装置包含：开关式电源供应器，根据一个直流输入电压与一个脉宽调变信号产生一个直流输出电压；光电耦合器，根据该直流输出电压产生一个电压信号；及控制器，电连接该开关式电源供应器及该光电耦合器，接收来自该光电耦合器的该电压信号，且至少根据该电压信号及一个预定电压值调整该脉宽调变信号的一个切换频率及一个工作周期中的至少一者，并产生及输出该脉宽调变信号至该开关式电源供应器。

Description

电源转换装置
技术领域
本发明涉及一种转换装置，特别是涉及一种电源转换装置。
背景技术
现有电源转换装置用于产生一个直流输出电压给一个负载(例如，发光二极管模块)，以驱动该负载。然而，现有电源转换装置无法连续调整其所产生的该直流输出电压，且电路设计较复杂。因此，现有电源转换装置仍有改进的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可连续调整自身所产生的一个直流输出电压，且电路设计简单的电源转换装置。
本发明的电源转换装置包含开关式电源供应器、光电耦合器，及控制器。
该开关式电源供应器用于接收一个直流输入电压及接收一个脉宽调变信号，且具有一个第一输出端，及一个第二输出端，该开关式电源供应器根据该直流输入电压与该脉宽调变信号在其所述第一输出端及所述第二输出端间产生一个直流输出电压。
该光电耦合器，电连接该开关式电源供应器的第一输出端及第二输出端以接收该直流输出电压，并根据该直流输出电压产生一个电压信号，且包括第一电阻、第二电阻、发光二极管，及光敏晶体管。
该第一电阻及该发光二极管串联连接在所述第一输出端及所述第二输出端间。
该第二电阻具有一个提供该电压信号的第一端，及一个第二端。
该光敏晶体管具有一个第一端，及一个电连接该第二电阻的该第一端的第二端。
该控制器电连接该开关式电源供应器及该光电耦合器的该第二电阻的该第一端，接收来自该光电耦合器的该电压信号，且至少根据该电压信号及一个预定电压值调整该脉宽调变信号的一个切换频率及一个工作周期中的至少一者，并产生及输出该脉宽调变信号至该开关式电源供应器。
本发明的电源转换装置，还包含：稳压电容，具有一个用于接收该直流输入电压的第一端，及一个接地的第二端；该控制器还根据该直流输入电压调整该脉宽调变信号的该切换频率及该工作周期中的至少一者。
本发明的电源转换装置，该第一电阻电连接所述第一输出端及所述第二输出端二者中的一者，当该第一电阻电连接该第一输出端时，该发光二极管电连接该第二输出端，当该第一电阻电连接该第二输出端时，该发光二极管电连接该第一输出端。
本发明的电源转换装置，该第二电阻的该第二端为电连接至地及用于接收该直流输入电压二者中的一者，当该第二电阻的该第二端电连接至地时，该光敏晶体管的该第一端用于接收该直流输入电压，当该第二电阻的该第二端用于接收该直流输入电压时，该光敏晶体管的该第一端电连接至地。
本发明的电源转换装置，该开关式电源供应器包括
二极管，具有一个用于接收该直流输入电压的阴极，及一个电连接该第二输出端的阳极，
晶体管，具有一个电连接该二极管的该阳极的第一端、一个接地的第二端，及一个电连接该控制器以接收该脉宽调变信号的控制端，
电容，电连接在所述第一输出端及所述第二输出端间，该电容的跨压作为该直流输出电压，及
电感，电连接在该二极管与所述第一输出端及所述第二输出端二者中的一者间。
本发明的电源转换装置，该电感的电连接方式为以下二者中的一者，
该电感电连接在该二极管的该阴极与该第一输出端间，
该电感电连接在该二极管的该阳极与该第二输出端间。
本发明的电源转换装置，还包含：
分压器，用于接收该直流输入电压，并根据该直流输入电压产生一个分压电压；
稳压器，具有一个用于接收该直流输入电压的输入端，及一个输出端，该稳压器根据该直流输入电压在其该输出端产生及输出一个稳压电压；及
电容，电连接在该稳压器的该输出端与地间；
该控制器还电连接该分压器及该稳压器的该输出端，以分别接收该分压电压及该稳压电压，且还根据该分压电压调整该脉宽调变信号的该切换频率及该工作周期中的至少一者。
本发明的电源转换装置，该分压器包括
第三电阻，具有一个用于接收该直流输入电压的第一端，及第二端，
第四电阻，具有一个第一端，及一个接地的第二端，该第四电阻的该第一端电连接该第三电阻的该第二端及该控制器，且提供该分压电压，及
电容，电连接在该第四电阻的所述第一及第二端间。
本发明的电源转换装置，该控制器还根据该稳压电压产生一个电压输出。
本发明的电源转换装置，该第二电阻的该第二端为电连接至地及电连接该控制器以接收该电压输出二者中的一者，当该第二电阻的该第二端电连接至地时，该光敏晶体管的该第一端电连接该控制器以接收该电压输出，当该第二电阻的该第二端电连接该控制器以接收该电压输出时，该光敏晶体管的该第一端电连接至地。
本发明的有益效果在于：利用该光电耦合器连续产生该电压信号，进而该控制器可根据该电压信号连续调整其所产生的该直流输出电压。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现：
图1是一个电路图，说明本发明电源转换装置的一个第一实施例；及
图2是一个电路图，说明本发明电源转换装置的一个第二实施例。
具体实施方式
在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
<第一实施例>
参阅图1，本发明电源转换装置的一个第一实施例适用于接收一个直流输入电压Vin，并将该直流输入电压Vin转换成一个直流输出电压Vout，以供电给一个负载(图未示，例如，发光二极管模块)。在本实施例中，该直流输入电压Vin是来自一个电源供应器(图未示，例如一个电池)，且该直流输入电压Vin的电压值为，例如，3.6V～5.5V。
本实施例的该电源转换装置包含一个开关式电源供应器1、一个光电耦合器2、一个稳压电容3，及一个控制器4。
该开关式电源供应器1用于接收该直流输入电压Vin及接收一个脉宽调变信号，且具有一个第一输出端Q1，及一个第二输出端Q2。该开关式电源供应器1根据该直流输入电压Vin与该脉宽调变信号在其所述第一输出端Q1及所述第二输出端Q2间产生该直流输出电压Vout。在本实施例中，该开关式电源供应器1包括一个二极管11、一个晶体管12、一个电感13，及一个电容14。
该二极管11具有一个用于接收该直流输入电压Vin的阴极，及一个电连接该第二输出端Q2的阳极。该晶体管12具有一个电连接该二极管11的该阳极的第一端、一个接地的第二端，及一个电连接该控制器4以接收该脉宽调变信号的控制端。该电感13电连接在该二极管11的该阴极与该第一输出端Q1间。该电容14电连接在所述第一输出端Q1及第二输出端Q2间，且该电容14的跨压作为该直流输出电压Vout。在本实施例中，该晶体管12为一个N型金氧半场效晶体管，该N型金氧半场效晶体管的漏极、源极与栅极分别为该晶体管12的该第一端、该第二端及该控制端，但不限于此，在其他实施中，该晶体管12为，例如，一个绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。
该光电耦合器2电连接该开关式电源供应器1的第一输出端Q1及第二输出端Q2以接收该直流输出电压Vout，并根据该直流输出电压Vout产生一个相关于该直流输出电压Vout的电压信号。在本实施例中，该光电耦合器2包括一个第一电阻21、一个发光二极管22、一个第二电阻23，及一个光敏晶体管24。
该第一电阻21及该发光二极管22串联连接在所述第一输出端Q1及第二输出端Q2间。该第二电阻23具有一个提供该电压信号的第一端，及一个第二端。该光敏晶体管24具有一个第一端，及一个电连接该第二电阻23的该第一端的第二端。
需说明的是，该第一电阻21电连接所述第一输出端Q1及所述第二输出端Q2二者中的一者。该第二电阻23的该第二端电连接至地及用于接收该直流输入电压Vin二者中的一者。在本实施例中，该第一电阻21电连接该第一输出端Q1，该发光二极管22电连接该第二输出端Q2，该第二电阻23的该第二端电连接至地，该光敏晶体管24的该第一端用于接收该直流输入电压Vin。在其他实施例中，当该第一电阻21电连接该第二输出端Q2时，该发光二极管22电连接该第一输出端Q1。当该第二电阻23的该第二端用于接收该直流输入电压Vin时，该光敏晶体管24的该第一端电连接至地。
该稳压电容3具有一个用于接收该直流输入电压Vin的第一端，及一个接地的第二端。
该控制器4电连接该开关式电源供应器1的该晶体管12的该控制端及该光电耦合器2的该第二电阻23的该第一端，接收该直流输入电压Vin，及来自该第二电阻23的该第一端的该电压信号。在本实施例中，该控制器4具有第一接脚Vcc、第二接脚Vi1、第三接脚GND及第四接脚PWM。该第一接脚Vcc用于接收该直流输入电压Vin以作为该控制器4所需的一个工作电压。该第二接脚Vi1电连接该第二电阻23的该第一端以接收该电压信号。该第三接脚GND电连接至地。该第四接脚PWM电连接该晶体管12的该控制端且提供该脉宽调变信号。该控制器4根据该直流输入电压Vin、该电压信号及一个预定电压值调整该脉宽调变信号的一个切换频率及一个工作周期(Duty Cycle)中的至少一者，并产生及输出该脉宽调变信号至该晶体管12的该控制端。
举例来说，当该电压信号的电压值小于该预定电压值时，该控制器4将该脉宽调变信号的该工作周期增加，以提升该直流输出电压Vout。相反地，当该电压信号的电压值大于该预定电压值时，该控制器4将该脉宽调变信号的该工作周期降低，以降低该直流输出电压Vout。同样的，由于该直流输出电压Vout也会随着该脉宽调变信号的该切换频率的变化而改变，因此通过增加或降低该切换频率，可使得该直流输出电压Vout的大小也跟着增加或降低。此外，例如，当该电压信号的电压值等于该预定电压值或在一个允许误差范围内时，则该控制器4不调整该脉宽调变信号的该切换频率及该工作周期。
在本实施例中，当该电源转换装置为大电流连续输出，且该晶体管12导通时流经其自身的电流等于该电源转换装置的一个对应该直流输出电压Vout的输出电流时，该控制器4所输出的该脉宽调变信号的该工作周期的一个最大值及该切换频率的一个最大值分别可表示成下述式(1)、(2)：
Figure BDA0002270545330000061
Figure BDA0002270545330000062
参数DCmax是该脉宽调变信号的该工作周期的该最大值，参数Ton是该晶体管12的一个导通时间，参数T是该脉宽调变信号的一个周期时间，参数Vout是该直流输出电压Vout，参数Vin是该直流输入电压Vin，参数fmax是该脉宽调变信号的该切换频率的该最大值，参数L是该电感13的一个电感值，参数Iout_max是该电源转换装置的该输出电流的一个预设上限值。
该控制器4还可根据式(1)、(2)来控制该输出电流Iout的上限。举例来说，在本实施例中，该电感值L固定，当该脉宽调变信号的该工作周期及该切换频率分别不超过式(1)该工作周期的该最大值DCmax及式(2)该切换频率的该最大值fmax时，则该输出电流Iout不会超过该预设上限值Iout_max。因此，本实施例该电源转换装置在增加该脉宽调变信号的该切换频率或该工作周期，以调整该直流输出电压Vout的同时，通过使该脉宽调变信号的该工作周期及该切换频率分别不超过该工作周期的该最大值DCmax及该切换频率的该最大值fmax，可以限制该输出电流Iout的大小，避免该输出电流Iout过大而导致负载烧毁。
<第二实施例>
参阅图2，本发明该电源转换装置的一个第二实施例与该第一实施例相似，二者不同处在于：该直流输入电压Vin的电压值为，例如，100V～240V；该电源转换装置还包含一个分压器5、一个稳压器6，及一个电容7；该控制器4还电连接该分压器5及该稳压器6；该控制器4的该第一接脚Vcc与该光敏晶体管24的该第一端未直接接收该直流输入电压Vin；及该电感13电连接在该二极管11的该阳极与该第二输出端Q2间(但不限于此，图2的该电感13也可如图1电连接在该二极管11的该阴极与该第一输出端Q1间)。在本实施例中，该直流输入电压Vin是由一个交流电源(图未示)所输出的一个交流信号经一个桥式整流器(图未示)而产生。
该分压器5用于接收该直流输入电压Vin，并根据该直流输入电压Vin产生一个分压电压。在本实施例中，该分压器5包括第三与第四电阻51、52，及一个电容53。
该第三电阻51具有一个用于接收该直流输入电压Vin的第一端，及一个第二端。该第四电阻52具有一个第一端，及一个接地的第二端。该第四电阻52的该第一端电连接该第三电阻51的该第二端及该控制器4，且提供该分压电压。该电容53电连接在该第四电阻52的第一端及第二端间。
该稳压器6具有一个用于接收该直流输入电压Vin的输入端，及一个输出端。该稳压器6根据该直流输入电压Vin在其该输出端产生及输出一个稳压电压。该稳压电压的电压值为，例如，3.6V～5.5V。
该电容7电连接在该稳压器6的该输出端与地间。
在本实施例中，该控制器4还具有第五接脚Vo1及第六接脚Vi2。该控制器4的该第一接脚Vcc是电连接该稳压器6以接收该稳压电压，并根据该稳压电压在其第五接脚Vo1产生一个电压输出。该控制器4的该第六接脚Vi2电连接该第四电阻52的该第一端以接收该分压电压，且还根据该分压电压取得该直流输入电压Vin，以调整该脉宽调变信号的该切换频率及该工作周期中的至少一者。需说明的是，该控制器4是将该分压电压与所述第三电阻51与第四电阻52的电阻值总和相乘后，再将所获得的运算值除以该第四电阻52的电阻值及乘以一个系数，以取得该直流输入电压Vin，即Vin＝Vd×(R51+R52)/R52×0.707，参数Vd、R51、R52分别是该分压电压、该第三电阻51的电阻值、该第四电阻52的电阻值，0.707为该系数。该控制器4是在无负载状态且该电容53的跨压上升至一个峰值时取得该直流输入电压Vin。
此外，该第二电阻23的该第二端是电连接至地及电连接该控制器4的该第五接脚Vo1以接收该电压输出二者中的一者。在本实施例中，该第二电阻23的该第二端电连接至地，该光敏晶体管24的该第一端电连接该控制器4的该第五接脚Vo1以接收该电压输出。在其他实施例中，当该第二电阻23的该第二端电连接该控制器4的该第五接脚Vo1以接收该电压输出时，该光敏晶体管24的该第一端电连接至地。
该第二实施例的该电源转换装置的操作与该第一实施例的该电源转换装置的作动相似，所以于此不再赘述。
综上所述，本发明电源转换装置利用该光电耦合器2连续产生该电压信号，使得该控制器4可据以连续调整其所产生的该直流输出电压Vout。此外，本发明电源转换装置具有电路较简单及成本较低等特点。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (10)

1.一种电源转换装置，其特征在于，包含：
开关式电源供应器，用于接收一个直流输入电压及接收一个脉宽调变信号，且具有一个第一输出端，及一个第二输出端，该开关式电源供应器根据该直流输入电压与该脉宽调变信号在其所述第一输出端及所述第二输出端间产生一个直流输出电压；
光电耦合器，电连接该开关式电源供应器的第一输出端及第二输出端以接收该直流输出电压，并根据该直流输出电压产生一个电压信号，且包括
第一电阻及发光二极管，串联连接在所述第一输出端及所述第二输出端间，
第二电阻，具有一个提供该电压信号的第一端，及一个第二端，及
光敏晶体管，具有一个第一端，及一个电连接该第二电阻的该第一端的第二端；及
控制器，电连接该开关式电源供应器及该光电耦合器的该第二电阻的该第一端，接收来自该光电耦合器的该电压信号，且至少根据该电压信号及一个预定电压值调整该脉宽调变信号的一个切换频率及一个工作周期中的至少一者，并产生及输出该脉宽调变信号至该开关式电源供应器。
2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，还包含：
稳压电容，具有一个用于接收该直流输入电压的第一端，及一个接地的第二端；
该控制器还根据该直流输入电压调整该脉宽调变信号的该切换频率及该工作周期中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于：该第一电阻电连接所述第一输出端及所述第二输出端二者中的一者，当该第一电阻电连接该第一输出端时，该发光二极管电连接该第二输出端，当该第一电阻电连接该第二输出端时，该发光二极管电连接该第一输出端。
4.根据权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于：该第二电阻的该第二端为电连接至地及用于接收该直流输入电压二者中的一者，当该第二电阻的该第二端电连接至地时，该光敏晶体管的该第一端用于接收该直流输入电压，当该第二电阻的该第二端用于接收该直流输入电压时，该光敏晶体管的该第一端电连接至地。
5.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于：该开关式电源供应器包括
二极管，具有一个用于接收该直流输入电压的阴极，及一个电连接该第二输出端的阳极，
晶体管，具有一个电连接该二极管的该阳极的第一端、一个接地的第二端，及一个电连接该控制器以接收该脉宽调变信号的控制端，
电容，电连接在所述第一输出端及所述第二输出端间，该电容的跨压作为该直流输出电压，及
电感，电连接在该二极管与所述第一输出端及所述第二输出端二者中的一者间。
6.根据权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于：该电感的电连接方式为以下二者中的一者，
该电感电连接在该二极管的该阴极与该第一输出端间，
该电感电连接在该二极管的该阳极与该第二输出端间。
7.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，还包含：
分压器，用于接收该直流输入电压，并根据该直流输入电压产生一个分压电压；
稳压器，具有一个用于接收该直流输入电压的输入端，及一个输出端，该稳压器根据该直流输入电压在其该输出端产生及输出一个稳压电压；及
电容，电连接在该稳压器的该输出端与地间；
该控制器还电连接该分压器及该稳压器的该输出端，以分别接收该分压电压及该稳压电压，且还根据该分压电压调整该脉宽调变信号的该切换频率及该工作周期中的至少一者。
8.根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于：该分压器包括
第三电阻，具有一个用于接收该直流输入电压的第一端，及一个第二端，
第四电阻，具有一个第一端，及一个接地的第二端，该第四电阻的该第一端电连接该第三电阻的该第二端及该控制器，且提供该分压电压，及
电容，电连接在该第四电阻的所述第一及第二端间。
9.根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于：该控制器还根据该稳压电压产生一个电压输出。
10.根据权利要求9所述的电源转换装置，其特征在于：该第二电阻的该第二端为电连接至地及电连接该控制器以接收该电压输出二者中的一者，当该第二电阻的该第二端电连接至地时，该光敏晶体管的该第一端电连接该控制器以接收该电压输出，当该第二电阻的该第二端电连接该控制器以接收该电压输出时，该光敏晶体管的该第一端电连接至地。
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