CN2859927Y - 驱动电源供应器 - Google Patents

Abstract

一种驱动电源供应器，包括有一控制单元、一驱动单元以及一输出单元；其中，控制单元是以一信号控制电路产生具高低准位的数字信号，驱动单元是将接收自控制单元的数字信号处理成多组输出的数字信号，且上述多组输出的数字信号是包含有两种彼此间隔有一小段怠迟时间的数字信号，输出单元是以一转换电路将接收自驱动单元的数字信号处理成一模拟信号，此模拟信号即为驱动电源供应器所提供的交流电源输出，同时可使转换电路的功率消耗降至最低。

Description

驱动电源供应器

技术领域

本实用新型是与电力供应系统有关，特别是指一种高效率的驱动电源供应器。

背景技术

现有的电源供应器是为数字/模拟转换作业的电力供应系统，一般以直流电压源供应至变频器(inverter)，并由所搭配的变压器与共振电路的设计而输出所需的交流电源，然变频器主要包含有多组晶体管，容易因晶体管本身内部电容特性的影响，在各晶体管开/关切换的瞬间，亦即为导通(on)与截止(off)的转换瞬时，受其内部电容充、放电的瞬时延迟现象，该延迟时段为各晶体管呈现半导通的状态，因此所有晶体管便产生不必要的功率消耗，故而使变频器的开关损耗大，并且整体的电路效率低。

如图1所示现有的冷阴极管(Cold-Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)驱动电源供应器1，是包括有：一半桥式变频器(HalfBridge Inverter)10、一变压器T1、复数个阻抗匹配器C2以及复数个冷阴极管11，其中变频器10是提供有一直流电压Vdc，且具有由二晶体管S1、S2组成的开关组件，晶体管S1、S2为闸极电场VGS1、VGS2控制的金属氧化物半导体(金氧半场效晶体管，MOSFET)，故通过由提供闸极电场VGS1、VGS2的高频率数字信号的输入，晶体管S1、S2即输出高频率切换的方波电压，并透过输出负载端A所连接的共振电容器C1传送负载电流IR至变压器T1，变压器T1即依照内部线圈构造及配合电路的共振效应输出正弦波电流及升高的电压，因此驱动各冷阴极管11，配合图18参照的作业波形。

实际上若提供各闸极电场VGS1、VGS2的数字控制信号为对称的工作周期(duty cycle)，而使晶体管S1、S2交互导通，则需避免如前述瞬时延迟的现象发生时，因晶体管S1、S2同时导通而使电性短路造成开关故障，因此晶体管S1、S2交互导通之间需有一小段怠迟时间(dead time)，大约为各晶体管S1、S2内部电容充、放电的延迟时段，一般以提供脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)电路达成此数字控制信号所需的怠迟时间，配合图19参照的作业波形，当晶体管S1导通时，输出的负载电压VAB约等于Vdc，反之，当晶体管S2导通时，输出的负载电压VAB约等于0，然由于实务上所有电性零件的特性非固定不变，因此电路的共振频率无法与开关的切换频率相同，故当晶体管S1、S2同时截止的怠迟时间内，存在的负载电流IR造成变频器10的负载电压VAB非为零，因此晶体管S1、S2即无法以零电压切换，致使变频器10组成的开关电路产生不必要的功率损耗，同样降低驱动电源供应器1的电路效率。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种驱动电源供应器，可有效降低功率损耗，故而达到提升该驱动电源供应器的工作效率。

为达成前揭目的，本实用新型的驱动电源供应器，包括有一控制单元、一驱动单元以及一输出单元；其中：

该控制单元具有一第一输入端组、一信号控制电路以及至少一个的第一输出端组，该第一输入端组是可供直流电压源输入，该信号控制电路是为电性连接于该第一输入端组以及各该第一输出端组，且该信号控制电路可用以产生具高低准位的数字信号，上述的数字信号是有搭配电路所需的特定工作周期，可为高低准位之间互相对称或不对称的工作周期，并透过各该第一输出端组输出。

该驱动单元具有二第二输入端组以及至少二第二输出端组，各该第二输入端组是分别为供直流电压源输入以及电性连接于该至少一个的第一输出端组，该驱动单元透过该第二输入端组输入该控制单元的数字信号后，并处理成多组输出的数字信号，而分别自各该第二输出端组输出，且该些多组输出的数字信号是包含有两种彼此间隔有一小段怠迟时间的数字信号。

该输出单元具有复数个与各该第二输出端组对应的第三输入端组、一转换电路以及一第三输出端组，各该第三输入端组是电性连接于所对应的各该第二输出端组，该转换电路是为电性连接于各该第三输入端组以及该第三输出端组，且该转换电路具有复数个与各该第三输入端组对应的金属氧化物半导体，该转换电路用以处理来自各该第三输入端组的数字信号，并转换成一模拟信号后，由该第三输出端组输出，此模拟信号即为驱动电源供应器所提供的交流电源输出，由于驱动该些金属氧化物半导体的数字信号为上述的两种间隔有一怠迟时间的数字信号，故使各该金属氧化物半导体于导通与截止的切换瞬时皆各为零电压的负载，因此可使转换电路的功率消耗降至最低。

附图说明

以下，兹配合若干图式列举一较佳实施例，用以对本实用新型的组成构件及功效作进一步说明，其中所用各图式的简要说明如下：

图1是现有驱动电源供应器的示意图；

图2是本实用新型的方块示意图；

图3是为本实用新型第一及第二较佳实施例的驱动单元的应用电路；

图4以及图4A、图4B、图4C是为上述第一较佳实施例的输出单元的应用电路；

图5以及图5A、图5B、图5C是为上述第二较佳实施例的输出单元的应用电路；

图6是为本实用新型第三及第四较佳实施例的驱动单元的应用电路；

图7是为上述第三较佳实施例的输出单元的应用电路；

图8以及图8A、图8B是为上述第四较佳实施例的输出单元的应用电路；

图9是为本实用新型第五较佳实施例的具体应用电路图；

图10及图11是为上述第一较佳实施例的输出单元的关键作业波形图；

图12及图13是为上述第二较佳实施例的输出单元的关键作业波形图；

图14及图15是为上述第三较佳实施例的输出单元的关键作业波形图；

图16及图17是为上述第四较佳实施例的输出单元的关键作业波形图。

具体实施方式

请参阅图2所示，为本实用新型所提供驱动电源供应器2的方块示意图，是应用于提供发光灯管所需的交流电源，该驱动电源供应器2具有一直流电压源20、一控制单元21、一驱动单元22、一输出单元23、一灯管组24以及一稳定电路25；其中，该直流电压源20是与该控制单元21、该驱动单元22以及该输出单元23电性连接，可提供电路直流操作所需的电压；该控制单元21是用以产生特定工作周期的数字信号，并输出至该驱动单元22以及该稳定电路25；该驱动单元22是将接收自该控制单元21的数字信号处理成多组输出的数字信号，且该些多组输出的数字信号是包含有两种彼此间隔有一小段怠迟时间的数字信号；该输出单元23是将接收自该驱动单元22的数字信号转换成一交流电源后，输出至该灯管组24，由于输入该输出单元23的开关电路组件的数字信号间隔有一小段的怠迟时间，因此使上述开关电路得以零电压切换，可降低不必要的功率损耗；另外该灯管组24与该控制单元21之间是连接有该稳定电路25，是可对该灯管组24提供电路保护或控制电流的稳定，因此提供高品质输出的发光源。

请参阅图3及图4所示，为本实用新型所提供一驱动电源供应器3的驱动单元30及输出单元40的应用电路，其中，该驱动单元30更电性连接有一控制单元50；各电路单元的内部功能运作详述于下：

该控制单元50包括有一第一输入端组501、一信号控制电路51以及一第一输出端组502，该第一输入端组501是可供直流电压源输入，该信号控制电路51是与该第一输入端组501相电性连接，因此获得电路直流操作所需的电压源，且该信号控制电路51为一脉波宽度调变电路，可产生具有非对称工作周期的数字信号，并与该第一输出端组502相电性连接，而输出上述的数字信号。

该驱动单元30包括有一怠迟电路31、二驱动电路32、33、二第二输入端组301、302以及二第二输出端组320、330，该第二输入端组301是电性连接于该第一输出端组502与该怠迟电路31，因此该怠迟电路31透过该第二输入端组301获得该信号控制电路51所输出的数字信号；该第二输入端组302是电性连接于该二驱动电路32、33，因此该二驱动电路32、33透过该第二输入端组302获得电路直流操作所需的电压源；该二驱动电路32、33与各该第二输出端组320、330以及该怠迟电路31电性连接，该怠迟电路31是为二组各以正反向二极管D6、D7构成的电路，当该信号控制电路51的脉波宽度调变信号为低准位(low)转为高准位(high)时，该驱动电路32的电容器C8以及该驱动电路33的电容器C311即转为高准位，且电流流过该正向二极管D6较之于流过与该反向二极管D7所并联的电阻R14为快，故电容器C8转为高准位的时间即较电容器C311为快，因此由组成各该驱动电路32、33的各晶体管的特性可知，该驱动电路32可于该第二输出端组320输出高准位的信号，该驱动电路33可于该第二输出端组330输出高准位的信号，且该第二输出端组320输出的信号较之于该第二输出端组330输出的信号为快；反之，当该信号控制电路51的脉波宽度调变信号为高准位转为低准位时，电流流过该反向二极管D7较之于流过与该正向二极管D6所并联的电阻R13为快，因此该驱动电路32透过该第二输出端组320输出低准位的信号较之于该驱动电路33透过该第二输出端组330输出低准位的信号为快；上述各该第二输出端组320、330所输出数字信号的时间差，即为该驱动单元30所产生的怠迟时间。

该输出单元40包括有一半桥式变频器41、一变压器42、一阻抗匹配器43、二第三输入端组401、402以及一430，该变频器41是电性连接于一直流电压Vdc，且具有由二晶体管S1、S2组成的开关组件，各该晶体管S1、S2为闸极电场控制的金属氧化物半导体(金氧半场效晶体管，MOSFET)，该二第三输入端组401、402是电性连接于各该第二输出端组320、330以及各该晶体管S1、S2的闸极，故各该晶体管S1、S2可获得由该驱动单元30所输入具时间差的数字信号；该晶体管S1是以电洞为通道载子的场效晶体管(正型金氧半场效晶体管，p-MOSFET)，该晶体管S2是以电子为信道载子的场效晶体管(负型金氧半场效晶体管，n-MOSFET)，因此该二晶体管S1、S2所提供的数字信号即彼此互补且间隔一小段的怠迟时间，请参照图10的关键作业波形，并产生出一输出负载VAB的方波电压，该输出负载VAB的基本波形是由该晶体管S1的工作周期而控制其大小，故使由该二晶体管S1、S2所组成的该变频器41为零电压切换的开关组件；至于该变压器42是电性连接于该变频器41与该阻抗匹配器43，该阻抗匹配器43由复数个电容器C2所构成，是与该第三输出端组430为电性连接，该第三输出端组430并连接至复数个冷阴极管60，故由该变频器41透过电容器C1输出的负载电流IR输入该变压器42后，配合电路的共振效应与该阻抗匹配器43，而透过该第三输出端组430输出正弦波的交流电源信号至该些冷阴极管60。

因此通过由该控制单元50所产生的非对称工作周期的数字信号，而由该驱动单元30处理为两组彼此互补且间隔一小段怠迟时间的数字信号，并驱动该输出单元40的变频器41的开关组件，进而控制该些冷阴极管60的电流大小使达到调光控制，同时具有零电压切换的开关电路的优点，因此达到降低功率损耗的目的，使该驱动电源供应器3的电路效率提升。

另参阅图4A、图4B、图4C，为上述该变频器41的输出负载电路结构的应用，图4A的关键作业波形同样如图10所示，该输出负载VAB的基本波形是由该晶体管S1的工作周期而控制其大小，图4B、图4C的关键作业波形如图11所示，该输出负载VAB的基本波形是由该晶体管S2的工作周期而控制其大小，因此皆具有零电压切换的开关电路的优点，使该驱动电源供应器3的电路效率提升。

另请参阅图5所示本实用新型另一驱动电源供应器4的输出单元70，为上述该驱动电源供应器3的输出单元40的另一有效应用电路，而除了该控制单元50是输出为对称工作周期的数字信号，其余该控制单元50以及该驱动单元30的各电路关连与作用皆相同，同样具有零电压切换的开关电路的优点，因此不再赘述；该输出单元70的特征是在于一具有升压电路的半桥式变频器71，其余的变压器72、阻抗匹配器73以及第三输出端组730则类似该输出单元40的作用，因此针对该变频器71的功能构造而详述于下：

该变频器71同样以二晶体管S1、S2组成开关组件，且各该晶体管S1、S2的闸极为电性连接于一第三输入端组701、702，因此接收该驱动单元30所产生的具有怠迟时间差的各组数字信号；各该晶体管S1、S2更串联一电容器C3，以及并联一与该直流电压Vdc串联的电感器L1，当该晶体管S2导通时，电能储存在该电感器L1，而当晶体管S2截止且该晶体管S1导通时，电能即由该电感器L1传导至该电容器C3，因此该电容器C3的储存电能电压VC则提供为该变频器71的直流输入电压源，取代了该变频器41直接以直流电压Vdc作为直流输入电压源的作用，该电容器C3所提供的电源电压VC为直流电压Vdc的1/(1-D)倍，其中D为晶体管S2的开关切换周期。

由于该控制单元50输出为对称工作周期的数字信号，使D为50％，而造成该变频器71的直流输入电压VC为直流电压Vdc的两倍，因此该变频器71的输出负载电压VAB可提供该变压器72有更高的操作电压，参照图12的关键作业波形，故达到维持输出电流却可使输出电路升压的功能，因此减少了变压器的损耗，即可以较小的变压器达到升压的功效，且由于同样具有零电压切换的开关电路的优点，更因此不但减轻产品重量及成本，亦使该驱动电源供应器4的电路效率提升。

当然该控制单元50若输出为非对称工作周期的数字信号，图13参照，同样可达到本实用新型的上述升压电路的作用。

另参阅图5A、图5B、图5C，为上述该变频器71的输出负载电路结构的应用，同样具有升压电路的作用，以及零电压切换的开关电路的优点。

另请参阅图6及图7所示，分别为本实用新型所提供另一驱动电源供应器5的驱动单元80及输出单元90的应用电路，而该驱动单元80亦电性连接有上述的该控制单元50；其中，该驱动单元80与该输出单元90的内部电路功能运作详述于下：

该驱动单元80包括有该怠迟电路31、四驱动电路81、82、83、84、二第二输入端组801、802，以及该些驱动电路81、82、83、84所分别电性连接的各第二输出端组810、820、830、840；该第二输入端组801是电性连接于该控制单元50与该怠迟电路31，因此该怠迟电路31透过该第二输入端组801获得该信号控制电路51所输出的数字信号；该第二输入端组802是电性连接于各该驱动电路81、82、83、84，因此各该驱动电路81、82、83、84透过该第二输入端组302获得电路直流操作所需的电压源。

该怠迟电路31的电性作用已于前述说明，因此当该信号控制电路51的脉波宽度调变信号为低准位转为高准位时，该驱动电路84的电容器C8即较该驱动电路82的电容器C10更快转为高准位，由于该驱动电路81可于该第二输出组810输出高准位的信号，该驱动电路84可于该第二输出组840输出低准位的信号，该驱动电路82可于该第二输出组820输出高准位的信号，该驱动电路83可于该第二输出组830输出低准位的信号，因此该二第二输出端组810、840所输出的信号较之于该二第二输出端组820、830输出的信号为快；反之，当该信号控制电路51的脉波宽度调变信号为高准位转为低准位时，该驱动电路81可于该第二输出组810输出低准位的信号，该驱动电路84可于该第二输出组840输出高准位的信号，该驱动电路82可于该第二输出组820输出低准位的信号，该驱动电路83可于该第二输出组830输出高准位的信号，因此该二第二输出端组820、830所输出的信号较之于该二第二输出端组810、840输出的信号为快；上述该二第二输出端组810、840以及该二第二输出端组820、830所输出数字信号的时间差，即为该驱动单元80所产生的怠迟时间。

该输出单元90包括有一全桥式变频器91、一变压器92、一阻抗匹配器93、四第三输入端组901、902、903、904以及一第三输出端组930，该变压器92以及该阻抗匹配器93的结构与功能运作是与该输出单元40所具有的电路相同；至于该变频器91的电路结构为上述该变频器41的晶体管数量上的变化，是由四晶体管S1、S2、S3、S4组成的开关组件，其中该二晶体管S1、S3为正型晶体管，该二晶体管S2、S4为负型晶体管，由于该些第三输入端组901、902、903、904分别电性连接于各该第二输出端组810、820、830、840以及各该晶体管S1、S2、S3、S4的闸极，因此该二晶体管S2、S3与该二晶体管S1、S4所提供的数字信号即彼此互补且间隔一小段的怠迟时间。

故当该控制单元50产生具有对称工作周期的数字信号，其关键作业波形即如图14所示，该输出负载VAB的基本波形是由该二晶体管S1、S4的工作周期而控制其大小，当该控制单元50产生具有非对称工作周期的数字信号，其关键作业波形即如图15所示，因此皆使该驱动电源供应器5具有零电压切换的开关电路的优点，而达到降低功率损耗的目的，使该驱动电源供应器5的电路效率提升。

另，该驱动电源供应器5亦可将上述该驱动电源供应器4的升压电路原理应用于该变频器91，图8A、图8B参照，故当该控制单元50产生具有对称工作周期的数字信号，其关键作业波形即如图16所示，当该控制单元50产生具有非对称工作周期的数字信号，其关键作业波形即如图17所示，因此皆使该驱动电源供应器5具有升压的功效，以及零电压切换的开关电路的优点。

当然，上述所提供的该些驱动电源供应器2、3、4、5皆可等效应用于多种电性组件的驱动电源，如图9所示为本实用新型所提供气体放电灯灯源组的驱动电源供应器6的具体电路实施，是可与该驱动电源供应器2的方块示意图相互参照，因此包含有与该直流电压源20等效的各直流输入电压I/P 12V、与该控制单元21等效的脉波宽度调变电路PWMIC、与该驱动单元22等效的转换驱动电路INVERTER DRIVER、与该输出单元23等效的数字转模拟全桥式变频器DC/AC BRIDGE INVERTER、与该灯管组24等效的气体放电灯灯源组LAMP1、2、3、4、5、6，以及与该稳定电路25等效的电流开关保护控制电路LAMP CURRENTCONTROL & LAMPS OPEN PRO.。

以上所述，仅为本实用新型的较佳可行实施例而已，故举凡应用本实用新型说明书及申请专利范围所为的等效结构变化，理应包含在本实用新型的专利范围内。

Claims (11)

1、一种驱动电源供应器，其特征在于，包括有：

一控制单元，该控制单元具有一第一输入端组、一信号控制电路以及至少一个的第一输出端组，该第一输入端组是可供直流电压源输入，该信号控制电路是为电性连接于该第一输入端组以及各该第一输出端组，且该信号控制电路可用以产生具高低准位的数字信号，并透过各该第一输出端组输出；

一驱动单元，该驱动单元具有二第二输入端组以及至少二第二输出端组，各该第二输入端组是分别为供直流电压源输入以及电性连接于该至少一个的第一输出端组，该驱动单元透过该第二输入端组输入该控制单元的数字信号后，并处理成多组输出的数字信号，而分别自各该第二输出端组输出，且该些多组输出的数字信号是包含有两种彼此间隔有一小段怠迟时间的数字信号；以及，

一输出单元，该输出单元具有复数个与各该第二输出端组对应的第三输入端组、一转换电路以及一第三输出端组，各该第三输入端组是电性连接于所对应的各该第二输出端组，该转换电路是为电性连接于各该第三输入端组以及该第三输出端组，且该转换电路具有复数个与各该第三输入端组对应的金属氧化物半导体，该转换电路用以处理来自各该第三输入端组的数字信号，并转换成一模拟信号后，由该第三输出端组输出，该模拟信号即为该驱动电源供应器所提供的交流电源输出，且各该金属氧化物半导体于导通与截止的切换瞬时皆各为零电压的负载。

2、依据权利要求1所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该输出单元更电性连接一气体放电灯灯源组，因此获得该驱动电源供应器所提供的交流电源输出，使该气体放电灯灯源组的灯管电流大小得以控制。

3、依据权利要求2所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该控制单元具有二第一输出端组，是分别电性连接于该驱动单元与一稳定电路，该稳定电路更与该气体放电灯灯源组为电性连接，是用以提供该气体放电灯灯源组的过电压保护、灯管开路保护、灯管老化保护以及灯管电流控制。

4、依据权利要求1所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该信号控制电路为一脉波宽度调变电路。

5、依据权利要求4所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该脉波宽度调变可产生具有非对称工作周期的数字信号。

6、依据权利要求1所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该驱动单元包含有一怠迟电路，是具有一正向二极管并联一电阻器以及一反向二极管并联一电阻器，且各该二极管为与该控制单元的一第一输出端组电性连接，因此该怠迟电路是接收该第一输出端组所输出的数字信号，并分成二数字信号，且该二数字信号相互间隔有一时间差。

7、依据权利要求6所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该驱动单元更包含有至少二个的驱动电路，是对应于各该第二输出端组，且各该驱动电路为电性连接于该怠迟电路及与的相对应的各该第二输出端组，因此该些驱动电路是接收该怠迟电路所输出的数字信号，经开关电路的处理后，而输出两种彼此间隔有上述该怠迟时间的数字信号至该些第二输出端组。

8、依据权利要求1所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该输出单元的转换电路包括有一半桥式变频器与一变压器，该半桥式变频器是电性连接于该些第三输入端组以及该变压器，且该半桥式变频器为具有二个的上述该些金属氧化物半导体。

9、依据权利要求1所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该输出单元的转换电路包括有一全桥式变频器与一变压器，该全桥式变频器是电性连接于该些第三输入端组，且该全桥式变频器为具有四个的上述该些金属氧化物半导体。

10、依据权利要求8或9所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该转换电路更包括有一电容器以及一电感器，该电容器是并联于输入该输出单元的直流电压源，因此构成该输出单元的升压电路，使输入至该变压器的电压高于上述该直流电压源。

11、依据权利要求8或9所述的驱动电源供应器，其特征在于，所述该金属氧化物半导体的半数为负型金氧半场效晶体管，半数为正型金氧半场效晶体管。

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