CN1988750A - 电源供应器 - Google Patents
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Abstract
一种电源供应器,用于驱动灯管,包括电气隔离驱动器、切换单元、电气隔离变压器、以及控制器。电气隔离驱动器接收至少一控制信号,并根据该至少一控制信号而产生对应的至少一切换信号,其中,该至少一控制信号与对应的该至少一切换信号彼此电气隔离。切换单元接收来自直流电源的电压,并根据该至少一切换信号而将来自直流电源的电压转换成振荡信号。电气隔离变压器具有一次侧及二次侧,一次侧耦接切换单元且接收振荡信号,且二次侧输出操作信号以驱动灯管。控制器接收指示灯管的电性状态的反馈信号,并根据反馈信号而产生该至少一控制信号。其中,直流电源、切换单元及电气隔离变压器的一次侧耦合至第一接地线,且电气隔离变压器的二次侧及该控制器耦合至第二接地线。
Description
技术领域
本发明是有关于一种电源供应器,特别是有关于一种直流转交流的电源供应器,用于驱动灯管。
背景技术
荧光灯管(Fluorescent lamp)是将电能转换成光能,通常被使用于各种的照明场所,以提供所需的光源。并且为了使荧光灯管可以提供较为稳定的光源,通常会设计一个直流转交流(DC/AC)的电源供应器,以供应一个大约50kHz的高频交流信号给荧光灯管。
图1是表示已知直流转交流的电源供应器。此直流转交流的电源供应器1包括降压式转换器102、自振式直流交流转换器103、荧光灯管104、负载指示器105、以及信号产生器106。自振式直流交流转换器103包括多组输出的变压器114、共振电容器115、阻隔电容器116、电阻器117及118、以及一组晶体管119及120。降压式转换器102包括功率切换开关111、二极管112、以及电感器113。其中,降压式转换器102与自振式直流交流转换器103组合称荧光灯管驱动电路。
参阅图1,直流电源101提供直流电压至荧光灯管驱动电路中的降压式转换器102及自振式直流交流转换器103。降压式转换器102将此直流电源101预先调整成较低的直流电压,并提供至自振式直流交流转换器103。自振式直流交流转换器103则将直流电源101所提供的直流电压以及降压式转换器102所提供的较低电平的直流电压转换成交流电压,并供应给光灯管104。负载指示器105连接于荧光灯管104,检测流经荧光灯管104的电流,并将检测到的电流值传送到信号产生器106。此信号产生器106接收到负载指示器105所提供的荧光灯管的电流值,则输出一个可变宽度的脉宽调制(PulseWidth Modulation,PWM)控制信号至荧光灯管驱动电路的降压式转换器102。降压式转换器102的功率切换开关111接收到此PWM控制信号后,则通过电感器113和二极管112的动作,以控制供应至自振式直流交流转换器103的低电平直流电压,且更进一步控制荧光灯管104的操作电流。
参阅图1,由于直流电源101一般为交流转直流转换器,其并无电气隔离效果,而降压式转换器102、自振式直流交流转换器103、荧光灯管104、负载指示器105、以及信号产生器106皆是耦接接地GND,也无电气隔离效果。故,已知的电源供应器无法达到良好的电气隔离效果。
发明内容
有鉴于此,为了解决上述问题,本发明主要目的在于提供一种电源供应器,用于驱动灯管,包括电气隔离驱动器、切换单元、电气隔离变压器、以及控制器。电气隔离驱动器接收至少一控制信号,并根据该至少一控制信号而产生对应的至少一切换信号,其中,该至少一控制信号与对应的该至少一切换信号彼此电气隔离。切换单元接收来自直流电源的电压,并根据该至少一切换信号而将来自直流电源的电压转换成振荡信号。电气隔离变压器具有一次侧及二次侧,一次侧耦接切换单元且接收振荡信号,且二次侧输出操作信号以驱动灯管。控制器接收指示灯管的电性状态的反馈信号,并根据反馈信号而产生该至少一控制信号。其中,直流电源、切换单元及电气隔离变压器的一次侧耦合至第一接地线,且电气隔离变压器的二次侧及该控制器耦合至第二接地线。
本发明还提供一种电源供应器,用于驱动至少一负载,包括直流隔离电源单元以及直流/交流转换器。直流隔离电源单元具有一次侧及二次侧,其中,其一次侧连接交流电源,并根据交流电源于二次侧提供直流电压。直流/交流转换器将提供自直流隔离电源单元的直流电压转换成交流信号以驱动负载。其中,直流隔离电源单元的一次侧耦合至第一接地线,该直流隔离电源单元的二次侧与直流/交流转换器耦合至第二接地线。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举一较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
图1表示已知直流转交流的电源供应器。
图2表示本发明第一实施例的电源供应器的示意图。
图3表示第一实施例中,控制信号SC1及SC2与交流正弦波信号SA的示意图。
图4表示第一实施例中,电气隔离驱动器的驱动单元的一例子。
图5表示第一实施例中,电气隔离驱动器的驱动单元的另一例子。
图6表示本发明第二实施例的电源供应器的示意图。
[主要元件标号说明]
1~电源供应器;101~直流电源;102~降压式转换器;103~自振式直流交流转换器;104~荧光灯管;105~负载指示器;106~信号产生器;111~功率切换开关;112~二极管;113~电感器;114~变压器;115~共振电容器;116~阻隔电容器;117、118~电阻器;119、120~晶体管;GND~接地;
2~电源供应器;200~直流电源;201~电气隔离驱动器;202~功率切换单元;203~谐振网络;204~荧光灯管;205~负载指示器;206~信号产生器;207~检测器;208~电压检测电路;209、210~切换开关;211~阻隔电容器;212~电气隔离变压器;213~共振电容器;214~开路保护单元;215~短路保护单元;216~控制器;NO1、NO2~节点;GND1、GND2~接地;
400~功率放大器;401~脉冲变压器;402~输出缓冲器;
500~功率放大器;501~光偶合器;502~输出缓冲器;
6~电源供应器;600~市电电源;601~直流隔离电源单元;602~功率切换单元;603~谐振网络;604~荧光灯管;605~负载指示器;606~信号产生器;607~检测器;608~电压检测电路;609~电气隔离变压器;610~转换单元;611...614~二极管;615~电容器;616、617~切换开关;618~阻隔电容器;619~变压器;620~共振电容器;621~开路保护单元;622~短路保护单元;623~控制器;624~直流/交流转换器;NO1、NO2~节点;GND1、GND2~接地。
具体实施方式
图2是表示本发明第一实施例的电源供应器的示意图。如图2所示,电源供应器2包括电气隔离驱动器201、功率切换单元202、谐振网络203、荧光灯管(负载)204、以及控制器216。其中,控制器216包括负载指示器205、信号产生器206、以及检测器207。电气隔离驱动器201具有两组驱动单元201a及201b,每一驱动单元皆提供电气隔离的作用,使得电气隔离驱动器201的输入端与输出端彼此电气隔离。功率切换单元202具有半桥式开关,包括一组切换开关209及210。谐振网络203包括阻隔电容器211、电气隔离变压器212、以及共振电容器213,其特性为一带通滤波器。电气隔离变压器212提供功率转换及电气隔离的作用。开关209及210、阻隔电容器211、电气隔离变压器212、以及共振电容器213一起组成半桥式直流/交流转换器功率系统。
如图2所示,直流电源200提供直流电压至功率切换单元202。功率切换单元202耦接于电气隔离驱动器201的输出端与谐振网络203的一次侧输入端IN203之间。荧光灯管204的一端耦接谐振网络203的二次侧输出端OUT203。负载指示器205耦接荧光灯管204的另一端。信号产生器206的输入端耦接负载指示器205以及检测器207。信号产生器206的两输出端耦接电气隔离驱动器201的输入端。由于电气隔离变压器212提供电气隔离的作用,电气隔离变压器212的一次侧输入端IN203与二次侧输出端OUT203彼此电气隔离。
开关209的控制端耦接驱动单元201a,其输入端耦接直流电源200,且其输出端耦接电气隔离变压器212的一次侧输入端IN203开关210的控制端耦接驱动单元201b,其输入端及输出端耦接电气隔离变压器212的一次侧输入端IN203。在第一实施例中,是以N型晶体管为例,因此,开关209及210的控制端、输入端、以及输出端分别对应栅极、漏极、以及源极。
直流电源200提供直流电压供应至功率切换单元202。当信号产生器206处于正常操作时,其输出脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制信号SC1及SC2。电气隔离驱动器201接收来自信号产生器206的PWM控制信号SC1及SC2。驱动单元201a及201b则分别根据PWM控制信号SC1及SC2来输出切换信号SW1及SW2。参阅图3,PWM控制信号SC1及SC2具有180度的相角差,因此,驱动单元201a及201b根据PWM控制信号SC1及SC2所输出的切换信号SW1及SW2,亦具有180度的相角差,使得开关209及210交替切换导通状态。功率切换单元202则会将直流电源200所提供的直流电压切换成振荡信号,并输入到谐振网络203。其中,此振荡信号为方波信号。谐振网络203接着通过其带通滤波器的特性,将所接收的振荡信号转换成操作信号SA,其中,此操作信号为交流正弦波信号,如图3所示,以驱动荧光灯管204。负载指示器205接收指示荧光灯管204的电性状态的反馈信号SF,并根据反馈信号SF来输出指示信号SD。在此实施例中,反馈信号SF可以是荧光灯管204的操作电流信号,负载指示器205可根据荧光灯管204的操作电流来产生指示信号SD。信号产生器206则根据该指示信号SD来改变及调整其所输出的PWM控制信号SC1及SC2。通过调整后的PWM控制信号SC1及SC2,来调整切换信号SW1及SW2,并进一步控制荧光灯管204的操作电流。
参阅图2,检测器207检测荧光灯管204处于开路或短路状态。当荧光灯管204的操作处于开路或短路状态时,检测器207输出停止信号至信号产生器206,使信号产生器206停止输出控制信号SC1及SC2。详细说明如下。
如图2所示,检测器207包括电压检测电路208、开路保护单元214、以及短路保护单元215。当荧光灯管204的操作处于开路状态时,电压检测电路208的节点NO1的电压将逐渐降低而低于第一既定电压值。开路保护单元214于节点NO1的电压低于第一既定电压值时,输出停止信号SB1至信号产生器206。根据此停止信号SB1,信号产生器206则停止输出PWM控制信号SC1及SC2。当荧光灯管204的操作处于短路状态时,电压检测电路208的节点NO2的电压将逐渐降低而低于第二既定电压值。短路保护单元215于节点NO2的电压低于第二既定电压值时,输出停止信号SB2至信号产生器206。根据此停止信号SB1及SB2,信号产生器206停止输出PWM控制信号SC1及SC2。换句话说,只要检测器207检测到荧光灯管204处于开路及短路状态的任一者时,则控制信号产生器206停止输出PWM控制信号SC1及SC2。
在第一实施例中,通过驱动单元201a及201b所提供电气隔离的作用,可使信号产生器206与功率切换单元202电气隔离;以及,通过电气隔离变压器212所提供电气隔离的作用,可使荧光灯管204与直流电源200电气隔离。参阅图2,直流电源200、功率切换单元202、电器隔离变压器212的一次侧输入端IN203是耦接接地GND1。电器隔离变压器212的二次侧输出端OUT203、荧光灯管204、以及控制器216的负载指示器205、信号产生器206、及检测器207皆是耦接于接地GND2。
上述实施例中的功率切换单元是以半桥式为例说明,但实际上的功率切换单元可以是Royer式、推挽式、半桥式、全桥式等,故控制信号、切换信号或相关的信号的数量可随实际上采用的功率切换单元而调整。
图4是表示第一实施例中电气隔离驱动器201的驱动单元的一例子。在图4的说明中,将以驱动单元201a为例。图4的驱动单元201a包括功率放大器400、转换器元件401、以及输出缓冲器402。在图4中,转换器元件401为脉冲变压器。驱动单元201a具有一次侧输入端IN201a及二次侧输出端OUT201a。功率放大器400耦接一次侧输入端IN201a。脉冲变压器401耦接于功率放大器400与输出缓冲器402之间。输出缓冲器402亦耦接二次侧输出端OUT201a。功率放大器400通过一次侧输入端IN201a接收来自信号产生器206的PWM控制信号SC1,并对PWM控制信号SC1执行功率放大和电平调整。功率放大器400的可进行功率放大和电平调整的操作,也可滤除传送到脉冲变压器401的直流成分。脉冲变压器401对来自功率放大器400的信号执行电压转变,并输出交流成分的信号,且同时将来自功率放大器400的信号转换成非电能信号后,再转换成电气的交流成分的信号。输出缓冲器402转换来自脉冲变压器401的交流信号的电平,以产生切换信号SW1,并通过二次侧输出端OUT201a将切换信号SW1输出至开关209。同样地,驱动单元201b亦包括功率放大器400、脉冲变压器401、以及输出缓冲器402。其中,驱动单元201b系接收自信号产生器206的PWM控制信号SC2。由上述得知,电气隔离驱动器201的每一驱动单元会将信号产生器206所输出的PWM控制信号做功率放大、电气隔离、以及输出电平调整,以控制功率切换单元202的开关209及210。
图5是表示第一实施例中电气隔离驱动器201的驱动单元的另一例子。在图5的说明中,将以驱动单元201a为例。图5的驱动单元201a包括功率放大器500、转换器元件501、以及输出缓冲器502。在图4中,转换器元件501为光耦合器。驱动单元201a具有一次侧输入端IN201及二次侧输出端OUT201a。功率放大器500耦接一次侧输入端IN201a。光偶合器501耦接于功率放大器500与输出缓冲器502之间。输出缓冲器502亦耦接二次侧输出端OUT201a。由于光偶合器501提供电气隔离的作用,使得一次侧输入端IN201a及二次侧输出端OUT201a彼此电气隔离。
功率放大器500通过一次侧输入端IN201a接收来自信号产生器206的PWM控制信号SC1,并对PWM控制信号SC1执行功率放大和电平调整。功率放大器500的功率放大和电平调整操作,可加强对光偶合器501的驱动能力。光偶合器501被驱动后产生电压信号,并同时将来自功率放大器500的信号转换成非电能信号后,再转换成电气的电压信号。输出缓冲器502转换来自光偶合器501的电压信号的电平,以产生切换信号SW1并通过二次侧输出端OUT201a将切换信号SW1输出至开关209。同样地,驱动单元201b亦包括功率放大器500、光偶合器501、以及输出缓冲器502。其中,驱动单元201b系接收自信号产生器206的PWM控制信号SC2。由上述得知,电气隔离驱动器201的每一驱动单元会将信号产生器206所输出的PWM控制信号做功率放大、电气隔离、以及输出电平调整,以控制功率切换单元202的开关209及210。
上述的电气隔离驱动器,实务上,当输入端的信号不需经功率放大或电平调整,则可以省略功率放大器;同样地,输出端的输出信号不需经电平调整,也可省略输出缓冲器。
图6是表示本发明第二实施例的电源供应器的示意图。如图6所示,电源供应器6包括直流隔离电源单元601、荧光灯管(负载)604、以及直流/交流转换器624。参阅图6,直流/交流转换器624包括功率切换单元602、谐振网络603、以及控制器623。其中,控制器623还包括负载指示器605、信号产生器606、以及检测器607。其中,直流隔离电源单元601包括市电电源600、转换器元件609、以及交流转直流的转换单元610。其中,转换器元件609为电气隔离变压器,且提供电气隔离,以使得直流隔离电源单元601的输出端与市电电源600电气隔离。交流转直流的转换单元610是由二极管611至614以及电容器615所构成。功率切换单元602具有半桥式开关,包括一组切换开关616及617。谐振网络603包括阻隔电容器618、变压器619、以及共振电容器620,其特性为带通滤波。变压器619提供功率转换。开关616及617、阻隔电容器618、变压器619、以及共振电容器620一起组成半桥式直流/交流转换器功率系统。
如图6所示,直流隔离电源单元601提供直流电压至功率切换单元602。功率切换单元602耦接于直流隔离电源单元601的输出端与谐振网络603的一次侧输入端IN603之间。荧光灯管604的一端耦接谐振网络603的二次侧输出端OUT603。负载指示器605耦接荧光灯管604的另一端。信号产生器606的输入端耦接检测器607、以及负载指示器605。信号产生器606的两输出端耦接功率切换单元602的开关616及617。
开关616的控制端耦接信号产生器606的输出端,其输入端耦接直流隔离电源单元601,且其输出端耦接谐振网络603的一次侧输入端IN603。开关217的控制端耦接信号产生器606的输出端,其输入端及输出端耦接谐振网络603的一次侧输入端IN603。在第二实施例中,是以N型晶体管为例,因此,开关616及617的控制端、输入端、以及输出端分别对应栅极、漏极、以及源极。
直流隔离电源单元601的一次侧输入端耦接市电电源600。电气隔离变压器609对市电电源600(交流电源)所提供的交流电压执行电压转变,且同时将来自市电电源600的交流电压转换成非电能信号后,再转换成电气信号。转变后的交流电压经由通过交流转直流的转换单元610而转变为直流电压,且由直流隔离电源单元601的一次侧输出端输出。由于电气隔离变压器609提供了电气隔离的效果,因此,提供至交流转直流的转换单元610的直流电压与市电电源600电气隔离。当信号产生器606处于正常操作时,其输出脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制信号SC1及SC2。功率切换单元602的开关616及617分别接收来自信号产生器606的PWM控制信号SC1及SC2,并根据PWM控制信号SC1及SC2交替切换导通状态。功率切换单元602则会将直流隔离电源单元601所提供的直流电压切换成振荡信号,并输入到谐振网络603。其中,此振荡信号为方波信号。谐振网络603接着通过其带通滤波器的特性,以将所接收的振荡信号转换成操作信号SA,其中,此操作信号为交流正弦波信号,以驱动荧光灯管604。负载指示器605接收指示荧光灯管604的电性状态的反馈信号SF,并根据反馈信号SF来输出指示信号SD。在此实施例中,反馈信号SF可以是荧光灯管604的操作电流信号,负载指示器605可根据荧光灯管604的操作电流来指示信号SD。信号产生器606则根据指示信号SD来改变及调整其所输出的PWM控制信号SC1及SC2。通过调整后的PWM控制信号SC1及SC2,可进一步控制荧光灯管604的操作电流。
参阅图6,检测器607检测荧光灯管604的操作处于开路或短路状态。荧光灯管604的操作处于开路或短路状态时,检测器607输出停止信号至信号产生器606,使信号产生器606停止输出控制信号SC1及SC2。详细说明如下。
如图6所示,检测器607包括电压检测电路608、开路保护单元621、以及短路保护单元622。当荧光灯管604的操作处于开路状态时,电压检测电路608的节点NO1的电压将逐渐降低而低于第一既定电压值。开路保护单元621于节点NO1的电压低于第一既定电压值时,输出停止信号SB1至信号产生器606。根据此停止信号SB1,信号产生器606则停止输出PWM控制信号SC1及SC2。当荧光灯管604的操作处于短路状态时,电压检测电路608的节点NO2的电压将逐渐降低而低于第二既定电压值。短路保护单元622于节点NO2的电压低于第二既定电压值时,输出停止信号SB2至信号产生器606。根据此停止信号SB1及SB2,信号产生器606则停止输出PWM控制信号SC1及SC2。换句话说,只要检测器607检测到荧光灯管604处于开路及短路状态的任一者时,则控制信号产生器606停止输出PWM控制信号SC1及SC2。
在第二实施例中,通过电气隔离变压器609所提供电气隔离的作用,可使荧光灯管604与市电电源600间的电气隔离。参阅图6,直流隔离电源单元601的一次侧输入端是耦接接地GND1。直流隔离电源单元601的二次侧输出端、功率切换单元602、谐振网络603、荧光灯管604、负载指示器605、信号产生器606、检测器607、以及交流转直流的转换单元610是耦接于接地GND2。
在本发明的实施例中,是以一荧光灯管为例,然而在实际应用上,可使用多个荧光灯管。
另外,本发明除了上述的实施例的脉冲式变压器及光偶合器外,线圈式变压器、压电式变压器或者其它可将电能转换成另一种能量后再转换为电能的转换元件均可提供电气隔离的作用。
本发明虽以较佳实施例揭露如上,然其并非用于限定本发明的范围,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。
Claims (17)
1.一种电源供应器,用于驱动至少一灯管,包括:
电气隔离驱动器,接收至少一控制信号,并根据该至少一控制信号而产生对应的至少一切换信号,该至少一控制信号与对应的该至少一切换信号彼此电气隔离;
切换单元,接收来自直流电源的电压,并根据该至少一切换信号而将来自该直流电源的电压转换成振荡信号;
电气隔离变压器,具有一次侧及二次侧,该一次侧耦接该切换单元且接收该振荡信号,该二次侧输出操作信号以驱动该灯管;
控制器,接收指示该灯管的电性状态的反馈信号,并根据该反馈信号而产生该至少一控制信号;
其中,该直流电源、该切换单元及该电气隔离变压器的该一次侧耦合至第一接地线,该电气隔离变压器的该二次侧及该控制器耦合至第二接地线。
2.根据权利要求1所述的电源供应器,其中,该振荡信号为方波信号。
3.根据权利要求2所述的电源供应器,其中,该控制器包含:
负载指示器,接收该反馈信号,以产生指示信号;以及
信号产生器,根据该指示信号以产生该至少一控制信号。
4.根据权利要求3所述的电源供应器,该控制器还包括:
检测器,检测该灯管的操作处于开路或短路状态;
其中,当该灯管的操作处于开路或短路状态时,该检测器输出停止信号至该信号产生器,使该信号产生器停止输出该至少一控制信号。
5.根据权利要求2所述的电源供应器,其中,该至少一控制信号为脉宽调制信号。
6.根据权利要求2所述的电源供应器,其中,该电气隔离驱动器包括:
转换器元件,接收该至少一控制信号,将该控制信号转换成非电能后,再转换成电气的该至少一切换信号。
7.根据权利要求6所述的电源供应器,其中,该转换器元件为脉冲变压器、光耦合器、线圈式变压器或压电变压器。
8.根据权利要求6所述的电源供应器,其中,该电气隔离驱动器还包括:
功率放大器,将该至少一控制信号进行功率放大后输出给该转换器元件;以及
输出缓冲器,耦接该转换器元件,以且转换该至少一切换信号的电平。
9.一种电源供应器,用于驱动至少一负载,包括:
直流隔离电源单元,具有一次侧及二次侧,该一次侧连接交流电源,并根据该交流电源于该二次侧提供直流电压;
直流/交流转换器,将该直流电压转换成交流信号以驱动该负载;
其中,该一次侧耦合至第一接地线,该直流隔离电源单元的该二次侧与该直流/交流转换器耦合至第二接地线。
10.根据权利要求9所述的电源供应器,其中,该直流/交流转换器包含:
切换单元,接收该直流电压及至少一控制信号,并根据该至少一控制信号而将该直流电压转换成振荡信号;
谐振网络,耦接该切换单元且接收该振荡信号,并将该振荡信号转换成操作信号以驱动该灯管;以及
控制器,接收指示该灯管的电性状态的反馈信号,并根据该反馈信号而产生该至少一控制信号。
11.根据权利要求10所述的电源供应器,其中,该控制器包含:
负载指示器,接收该反馈信号,以产生指示信号;以及
信号产生器,根据该指示信号以产生该至少一控制信号。
12.根据权利要求11所述的电源供应器,该控制器还包括:
检测器,检测该灯管的操作处于开路或短路状态;
其中,当该灯管的操作处于开路或短路状态时,该检测器输出停止信号至该信号产生器,使该信号产生器停止输出该至少一控制信号。
13.根据权利要求10所述的电源供应器,其中,该至少一控制信号为脉宽调制信号。
14.根据权利要求9所述的电源供应器,其中,该直流隔离电源单元包括:
转换器元件,耦接该交流电源,将该交流电转换成非电能后,再转换成电气信号;以及
转换单元,耦接该转换器元件,用于将该电气信号转换为该直流电压。
15.根据权利要求14所述的电源供应器,其中,该转换器元件为变压器。
16.根据权利要求14所述的电源供应器,其中,该转换单元由多个二极管以及一电容器所构成。
17.根据权利要求9所述的电源供应器,其中,该负载为荧光灯。
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