CN202085071U

CN202085071U - 非隔离型反激式升压转换器

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Publication number: CN202085071U
Application number: CN2011201657192U
Authority: CN
Inventors: 林立韦; 余祚尚
Original assignee: TPV Investment Co Ltd
Current assignee: Top Victory Investments Ltd; TPV Investment Co Ltd
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2021-05-23

Abstract

非隔离型反激式升压转换器（24），用以驱动LED光源（3），包括变压器（T1）、功率开关（Q2）、二极管（D2）及电容器（C2）。变压器具有初级绕组（N_P）及次级绕组（N_S），初级绕组打点端接收输入电压（V_I2）。功率开关第一端耦接初级绕组非打点端及次级绕组打点端，功率开关第二端耦接地端，功率开关控制端接收控制信号（CTL）。二极管阳极端耦接次级绕组非打点端。电容器第一端耦接二极管阴极端并提供输出电压（V_O2）至LED光源输入端，电容器第二端耦接地端。本实用新型非隔离型反激式升压转换器与传统升压转换器相比可在相同功率开关占空比下获得更高电压增益或输出电压。

Description

非隔离型反激式升压转换器

技术领域

本实用新型是有关于一种用以驱动发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)光源的升压转换器，且特别是有关于一种用以驱动LED光源的非隔离型反激式升压转换器。

背景技术

图1为一种采用传统升压转换器的LED驱动电路方块图。请参照图1，LED驱动电路1用以驱动LED光源3，LED光源3具有输入端及输出端。LED驱动电路1包括电磁干扰(ElectroMagnetic Interference，简称EMI)滤波器11、整流滤波器12、隔离型反激式转换器13、升压转换器14及控制器15。EMI滤波器11、整流滤波器12及隔离型反激式转换器13组成直流电源供应器以提供具有隔离特性的直流输入电压V_I1。EMI滤波器11用以接收交流电源V_AC并滤除交流电源V_AC的电磁噪声。整流滤波器12耦接EMI滤波器11，用以将滤除电磁噪声后的交流电源V_AC整流及滤波成直流电源V_DC。隔离型反激式转换器13耦接整流滤波器12，用以接收直流电源V_DC并将直流电源V_DC转换成具有隔离特性的直流输入电压V_I1。

传统的升压转换器14包括电感器L1、功率开关Q1、二极管D1及电容器C1。升压转换器14耦接隔离型反激式转换器13，用以接收输入电压V_I1并将输入电压V_I1升压成输出电压V_O1以提供至LED光源3的输入端。若忽略二极管D1的导通压降，假设功率开关Q1的占空比(duty cycle)为D_B，则传统的升压转换器14的电压增益为：

（1）。

控制器15采用脉宽调制(Pulse-Width Modulation，简称PWM)控制器，其耦接LED光源3的输出端及升压转换器14的功率开关Q1，用以接收LED光源3的输出端的输出电流I_O1，并根据输出电流I_O1在其回馈端产生的回馈电压输出PWM形式的控制信号CTL，以控制功率开关Q1的占空比，进而改变输出电压V_O1。控制器15另接收致能信号EN及调光信号DIM，其中致能信号EN用以决定LED光源3是否工作，调光信号DIM用以决定LED光源3的亮度。

传统的升压转换器14因受限于功率开关Q1的占空比D_B及用于储能的电感器L1的组件物理特性影响，在实际的应用中，无法具有很高的电压增益。当应用于低电压输入场合下，传统的升压转换器存在着输出电压无法提升的问题。当应用于高电压输出场合下，往往需要串接两个以上传统的升压转换器来提供高输出电压的需求，如此将增加设计的成本及电路的复杂度。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在提出一种非隔离型反激式升压转换器，与传统的升压转换器相比，可在相同的功率开关占空比下获得更高的电压增益或输出电压。

为达到上述目的或其它目的，本实用新型提出一种非隔离型反激式升压转换器，用以驱动LED光源，LED光源具有输入端及输出端。LED光源可应用于显示装置的背光源，显示装置例如为计算机屏幕(monitor)、电视机或一体机计算机(all-in-one computer)。非隔离型反激式升压转换器包括具有储能特性的变压器、功率开关、二极管以及电容器，其中功率开关例如为场效晶体管。变压器具有初级绕组及次级绕组，初级绕组及次级绕组均具有打点端及非打点端，初级绕组的打点端接收输入电压。功率开关具有第一端、第二端及控制端，功率开关的第一端耦接初级绕组的非打点端及次级绕组的打点端，功率开关的第二端耦接地端，功率开关的控制端接收控制信号，功率开关根据控制信号进行切换。二极管具有阳极端及阴极端，二极管的阳极端耦接次级绕组的非打点端。电容器具有第一端及第二端，电容器的第一端耦接二极管的阴极端并提供输出电压至LED光源的输入端，电容器的第二端耦接地端。

在一实施例中，输入电压由直流电源供应器提供。直流电源供应器包括EMI滤波器、整流滤波器以及隔离型直流至直流转换器，其中隔离型直流至直流转换器例如为隔离型反激式转换器。EMI滤波器用以接收交流电源并滤除交流电源的电磁噪声。整流滤波器耦接EMI滤波器，用以将滤除电磁噪声后的交流电源整流及滤波成直流电源。隔离型直流至直流转换器耦接整流滤波器，用以接收直流电源并将直流电源转换成输入电压。

在一实施例中，控制信号由控制器提供，其中控制器例如为PWM控制器。控制器耦接LED光源的输出端及功率开关的控制端，控制器用以接收LED光源的输出端的输出电流并根据输出电流提供控制信号。

本实用新型因使用具有储能特性的变压器来取代传统升压转换器中用于储能的电感器，变压器在功率开关导通时储存顺向能量，在功率开关截止时除了释放先前储存的能量外，还兼具匝数比增益效果而有电位提升效果，再搭配升压转换器本身的升压倍率，因此可在相同的功率开关占空比下获得更高的电压增益或输出电压，适合应用于低电压输入、高电压输出的场合。

为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为一种采用传统升压转换器的LED驱动电路方块图。

图2为采用本实用新型非隔离型反激式升压转换器的LED驱动电路方块图。

图3为图1所示传统升压转换器及图2所示本实用新型非隔离型反激式升压转换器在相同输入电压下的输出电压特性曲线图。

标识说明

1、2：LED驱动电路

11：EMI滤波器

12：整流滤波器

13：隔离型反激式转换器

14：升压转换器

15：控制器

24：非隔离型反激式升压转换器

3：LED光源

C1、C2：电容器

D1、D2：二极管

L1：电感器

Q1、Q2：功率开关

T1：变压器

N_P：初级绕组

N_S：次级绕组

I_O1、I_O2：输出电流

V_AC：交流电源

V_DC：直流电源

V_I1、V_I2：输入电压

V_O1、V_O2：输出电压

CTL：控制信号

DIM：调光信号

EN：致能信号。

具体实施方式

图2为采用本实用新型非隔离型反激式升压转换器的LED驱动电路方块图。请参照图2，LED驱动电路2用以驱动LED光源3，LED光源3具有输入端及输出端。LED光源3例如由多个发光二极管组成，这些发光二极管串联耦接于LED光源3的输入端及输出端之间。LED光源3可应用于如液晶显示器等显示装置中作为背光源，显示装置例如为计算机屏幕、电视机或一体机计算机等用途的显示装置。

LED驱动电路2包括EMI滤波器11、整流滤波器12、隔离型反激式转换器13、非隔离型反激式升压转换器24及控制器15，但并非用以限制本实用新型，例如隔离型反激式转换器13还可为其它隔离型直流至直流转换器。EMI滤波器11、整流滤波器12及隔离型反激式转换器13组成直流电源供应器以提供具有隔离特性的直流输入电压V_I2，各组件耦接关系及功能已于先前技术中描述，在此不再赘述。非隔离型反激式升压转换器24耦接隔离型反激式转换器13，用以接收输入电压V_I2并将输入电压V_I2升压成输出电压V_O2以提供至LED光源3的输入端。控制器15例如为PWM控制器，其耦接LED光源3的输出端及非隔离型反激式升压转换器24，用以接收LED光源3的输出电流I_O2，并根据输出电流I_O2在其回馈端产生的回馈电压输出PWM形式的控制信号CTL，以控制非隔离型反激式升压转换器24改变输出电压V_O2。控制器15另接收致能信号EN及调光信号DIM，其中致能信号EN用以决定LED光源3是否工作，调光信号DIM用以决定LED光源3的亮度。

本实用新型非隔离型反激式升压转换器24包括具有储能特性的变压器T1、功率开关Q2、二极管D2及电容器C2，其中功率开关Q2例如为场效晶体管。变压器T1具有初级绕组N_P及次级绕组N_S，初级绕组N_P及次级绕组N_S均具有打点端及非打点端，初级绕组N_P的打点端接收输入电压V_I2。功率开关Q2具有第一端、第二端及控制端，功率开关Q2的第一端耦接初级绕组N_P的非打点端及次级绕组N_S的打点端，功率开关Q2的第二端耦接地端，功率开关Q2的控制端耦接控制器15以接收控制信号CTL，功率开关Q2根据控制信号CTL进行切换。二极管D2具有阳极端及阴极端，二极管D2的阳极端耦接次级绕组N_S的非打点端。电容器C2具有第一端及第二端，电容器C2的第一端耦接二极管D2的阴极端并提供输出电压V_O2至LED光源3的输入端，电容器C2的第二端耦接地端。

下面将推导本实用新型非隔离型反激式升压转换器24的电压增益，推导过程中忽略二极管D2的导通压降。假设功率开关Q2的切换周期为T，在一个切换周期中的导通时间为T_ON且截止时间为T_OFF，即T=T_ON+T_OFF，则功率开关Q2的占空比为D_FB=T_ON/T。换言之，T_ON=D_FB×T，T_OFF=(1-D_FB)×T。

根据能量守恒及伏特-秒平衡(voltage-second balance)定律，在一个工作周期内存入的能量总和必须等于释放的能量总和，如此才能确保输出不存在变异性。因此，在一个功率开关Q2的切换周期中，变压器T1在导通时的磁通变化量及在截止时的磁通变化量是相等的，亦即：

（2）。

当功率开关Q2导通时，可在变压器T1的初级绕组N_P上产生压降为：

（3）。

当功率开关Q2截止时，可在变压器T1的初级绕组N_P及次级绕组N_S上产生压降为：

（4）

将(3)、(4)两式代入(2)式中，可得到：

再将T_ON=D_FB×T、T_OFF=(1-D_FB)×T代入上式，整理可得本实用新型非隔离型反激式升压转换器24的电压增益为：

（5）。

比较(1)、(5)两式，可知在相同的功率开关占空比(D_B=D_FB=D)条件下，本实用新型非隔离型反激式升压转换器24的电压增益为传统升压转换器14的电压增益的(1+D×N_S/N_P)倍，因此非隔离型反激式升压转换器24可在相同的功率开关占空比下获得更高的电压增益或输出电压。

从另一个观点来看，本实用新型非隔离型反激式升压转换器24使用具有储能特性的变压器T1取代传统升压转换器14中用于储能的电感器L1，变压器T1在功率开关Q2导通时储存顺向能量，在功率开关Q2截止时除了释放先前储存的能量外，还兼具匝数比增益效果(即D×(N_S/N_P))而有电位提升效果，再搭配升压转换器本身的升压倍率(即1/(1-D))，因此可在相同的功率开关占空比下获得更高的电压增益或输出电压。

图3为图1所示传统升压转换器14及图2所示本实用新型非隔离型反激式升压转换器24在相同输入电压下的输出电压特性曲线图。请参照图3，此特性曲线图为(1)、(5)两式在相同的输入电压(V_I2=V_I1=V_I)及匝数比为2 (N_S/N_P=2)的条件下所绘制而成。从图3可清楚看出，在相同的功率开关占空比下，本实用新型非隔离型反激式升压转换器24的输出电压V_O2高于传统升压转换器14的输出电压V_O1。

综上所述，本实用新型因使用具有储能特性的变压器来取代传统升压转换器中用于储能的电感器，变压器在功率开关导通时储存顺向能量，在功率开关截止时除了释放先前储存的能量外，还兼具匝数比增益效果而有电位提升效果，再搭配升压转换器本身的升压倍率，因此可在相同的功率开关占空比下获得更高的电压增益或输出电压，适合应用于低电压输入、高电压输出的场合。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用于限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求界定者为准。

Claims

1.非隔离型反激式升压转换器（24），用以驱动一发光二极管光源（3），该发光二极管光源具有一输入端及一输出端，其特征在于包括：

一变压器（T1），具有一初级绕组（N_P）及一次级绕组（N_S），该初级绕组及该次级绕组均具有一打点端及一非打点端，该初级绕组的打点端接收一输入电压（V_I2）；

一功率开关（Q2），具有一第一端、一第二端及一控制端，该功率开关的第一端耦接该初级绕组的非打点端及该次级绕组的打点端，该功率开关的第二端耦接一地端，该功率开关的控制端接收一控制信号（CTL），该功率开关根据该控制信号进行切换；

一二极管（D2），具有一阳极端及一阴极端，该二极管的阳极端耦接该次级绕组的非打点端；以及

一电容器（C2），具有一第一端及一第二端，该电容器的第一端耦接该二极管的阴极端并提供一输出电压（V_O2）至该发光二极管光源的输入端，该电容器的第二端耦接该地端。

2.如权利要求1所述的非隔离型反激式升压转换器，其中，该输入电压由一直流电源供应器提供，该直流电源供应器包括：

一电磁干扰滤波器（11），用以接收一交流电源（V_AC）并滤除该交流电源的电磁噪声；

一整流滤波器（12），耦接该电磁干扰滤波器，用以将滤除电磁噪声后的该交流电源整流及滤波成一直流电源（V_DC）；以及

一隔离型直流至直流转换器，耦接该整流滤波器，用以接收该直流电源并将该直流电源转换成该输入电压。

3.如权利要求2所述的非隔离型反激式升压转换器，其中，该隔离型直流至直流转换器为一隔离型反激式转换器（13）。

4.如权利要求1所述的非隔离型反激式升压转换器，其中，该控制信号由一控制器（15）提供，该控制器耦接该发光二极管光源的输出端及该功率开关的控制端，该控制器用以接收该发光二极管光源的输出端的一输出电流（I_O2）并根据该输出电流提供该控制信号。

5.如权利要求4所述的非隔离型反激式升压转换器，其中，该控制器为一脉宽调制控制器。

6.如权利要求1所述的非隔离型反激式升压转换器，其中，该功率开关为一场效晶体管。

7.如权利要求1所述的非隔离型反激式升压转换器，其中，该发光二极管光源应用于一显示装置的一背光源。

8.如权利要求7所述的非隔离型反激式升压转换器，其中，该显示装置为一计算机屏幕、一电视机或一一体机计算机。