TW200810334A - DC/DC converter having auto auxiliary voltage supply and output fail protection - Google Patents

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200810334 • 九、發明說明： ， 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種直流電源轉換電路，尤指一種用來驅動發光 裝置’具有自體辅助電壓源及負載開路及短路保護功能的直流電 源轉換電路。 【先前技術】 近年來，發光二極體（Light Emitting Diode，LED)已普遍應 用使用於資訊、通訊及消費性電子產品的指示燈與顯示裝置上， 如父通號誌燈等等。不同於一般白熾燈泡，發光二極體係屬冷發 光元件，因此具有耗電量低、元件壽命長、無須暖燈時間以及反 應速度快等優點，再加上其體積小、耐震動、適合量產，因此容 易配a應用需求而製成極小或陣列式的元件。在發光二極體的物 理特性中，通過發光二極體之電流隨著發光二極體之一順向偏壓 主寺曰數型的增加，而發光二極體之發光程度係與通過的電流成正 比，也就疋說，當通過的電流越大，二極體發光的強度也越高。 因此，一般來說，發光二極體需要一電壓轉換電路來控制其順向 偏壓，以穩定發光亮度。 凊芩考第1圖，第丨圖為一習知直流對直流電壓轉換器1〇 之示意圖。直流對直流電壓轉換器1G包含有—直流賴源觸、 -開關電晶體102、一電阻104、_二極體1〇6、一電感⑽、一 U成敲生$ iig、-貞載112及—線性鍵糾職叫⑴齡） 200810334 m。線性調塵器m通常為一 IC晶片或一簡單偏屢電路，可調 降直流電塵源1〇〇提供之賴至一適當的電群位，以供應控制 訊號產生器uo所需要的工作電屢。控制訊號產生器ιι〇透過感 測電阻1〇4兩端的電流或賴，產生一控制訊號Sc來開啟或關閉 開關電晶體1〇2,以控制輸出至負載112的電流，其工作原理如下。 當開關電晶體102導通時，二極體1〇6承受反偏屢而阻斷一迴路 U，使得直流電壓源、10㈣電感108儲能。一旦開關電晶體1〇2 關閉，則電感108會產生極性相反的電壓。換句話說，當開關電 晶體1〇2導通時，直流電壓源丨⑻對域⑽儲存能量，而當開 關電晶體102關閉時，二極體娜導通迴路L1，電感應則把能 量移送到電容110和負載U2。 在習知技術中，線性調壓器114透過降壓動作，轉換直流電 壓源。励之電壓至-較低的電壓，以提供一工作電源給控制訊號 產生时110㉟而’驾知直流對直流電壓轉換器1G之線性調壓器 114的調壓效率（輸出電壓與輸入電壓之比率）通常很差，約只有 5%〜10%。舉例來說，當直流電壓源觸提供17〇伏特之電壓給 直流對直流賴賴H雜雛器114 —般將⑽伏 之電壓調降至Π伏特，再輸出至控制訊號產生器削，由此可知 線性調壓器的效率為10%。若通過線性調壓器、114之電流大小約 為20毫安培（mA)，則線性調壓器114耗費之功率為：（17〇_17) X 20 3.06瓦特（w)。由上可知，習知直流對直流電壓轉換器 10係利m率的雜砸$、來提彳紅作電源給控觀號產生 200810334 為’不僅歸魏，亦可能目為雜讎n雜而損壞電路。 【發明内容】 因此’本發明之主要目的即在於提供一種具有自體輔助電壓 源及負載跳及短路簡功能流電_換電路。 本發明係揭露-種具有自體辅助電壓源及 負載開路及短路保 此的1：流電轉換電路。雜流電轉換電路包含有〆直流 電=源、-驅動電路及_輔助電路。該直流電壓源係絲提供一 直1源。該驅動電路包含有—開關、—第—電阻、—控制訊號 產生為、一第二雷P日 ^ —电阻、一二極體及一電感。該開關具有一第〆端 =於為直流電壓源，_第二端絲接收—控制訊號，以及一第 門删伽來根據該第二端所接收之控制訊號，導通或關 ‘二3:第=連結。該第—電阻具有—第—端減於 電阻之第—☆★弟二端。該控制訊號產生器轉接於該第〆 控制訊二:端5第二端’用來感測該第-電阻之電壓，以產生該 關之第1端知—電阻具有—第—端減於該直流電壓源及該開 有一裳’及—第二端_於該控制訊號產生器。該二極體具 地端。該·弟—電阻之第二端’及一第二端耦接於一接 二端心:負、:—二―端趣接於該第i阻之第二端^ 助電容及—Μ、载以辅助電路係並聯於該電感，其包含有一辅 電阻之第，"助電容具有一第一端輕接於該第〆 一’及—第二轉接於該第二電阻之第二端。該辅助 200810334 二極體具有—第—端爐於該辅助電容之第二端，及—第二端搞 接於該電感之第二端。 【實施方式】 請參考第2圖，第2圖為本發明具有自體辅助電壓源及負載 開路及短路保護魏的直流電轉換電路2G之示賴。直流電源 轉換電路20包含有-直流電壓源·、一負载212、一驅動電路 22及-辅助電路24。直流電壓源雛於_接地端漏，用 來提供一直流電源Vin。負載212係為發光裝置，通常由至少一發 光二極體（LightEmittingDiode，LED)組成，其亦編妾於接地端 GND。驅動電路22之構成元件類似於第丨圖之直流對直流電壓轉 換器10 ,包含有一開關202、一第一電阻2〇4、一二極體2〇6、一 電感208、-第二電阻210及一控制訊號產生器％。開關2〇2用 來根據一第二端2024所接收之一控制訊號Sc，導通或關閉一第一 端2022至一第三端2026之連結。開關2〇2通常為一金屬氧化半 導體場效電晶體（metal-oxide-semiconductor field-effect MOSFET)，其第一端2022係汲極，第二端2024係閘極，第三端 2026係源極。或者，開關202亦可為一雙極性接面電晶體（Bip〇lar JunctionTmnsistor，BJT)，則第一端 2022 係集極，第二端 係基極，第三端2026係射極。第二電阻21〇係一高阻抗的電阻， 用來提供控制訊號產生器26的啟動電源。二極體2〇6通常為一坪 接面半導體元件，其第2圖中之右端為n極而左端為卩極。電感 200810334 綱耦接於負載212，用來儲 量。控制訊號產生器26通常為—=2顧_提供之能 之兩端，藉此用來感測第—電阻^轉接於弟一電阻204 根據第-電阻之電流改:：;：二⑽ 制訊號Sc，以控制開關如之導通或關閉。術生26调整控 本發明錢f轉換魏2叫购電路 聯辅助電路24。輔助電路24包含有―辅助電容214== =6。辅助電容214於直流電轉換電路2q啟 二 =〇，儲存直流電壓源200提供之能量。當儲滿電能時，_ 電谷2M即形成一辅助電壓源，可提供—穩定的辅助電壓*終 控制訊號產生器26。辅助二極體216_於辅助電容214盘電感 施之間，用來於開關搬導通時，防止歧電壓源·紗之電 源的電流流入輔助電路24導致負載212的電壓發生非職的改 變。辅助二極體216通常相同於二極體2〇6，具有相同的順向偏 壓’其第2圖中之右端為n極而左端為p極。直流電源轉換電路 2〇另包含-遽波電容（未示於第2圖）_於一接地端_與 電感208之間，用來濾、除輪出至負載212之電流的雜訊。 本發明直流電源轉換電路20之工作原理如下。首先，於直济 電源轉換電路20啟動時，第二電阻210調降直流電源Vh至一適 當的電壓準位，以啟動控制訊號產生器26，並同時提供能量給電 容214作儲能用。控制訊號產生器26於啟動後透過接線ρι及 200810334 不斷地感測通過第-電阻204之電流，並根據電流變化，事實調 整控制域Se。接著，當開關2〇2導通時，二極體施及辅助二 極體216皆承受反偏壓，分別阻斷迴路匕2及迴路u。直流電壓 源200對電感208儲能，此時第一電阻2〇4的電流隨著電感2〇8 的電流逐步往上升。當電阻2〇4的電流上升至一預定最大值時， 控制訊號產生器26透過控制訊號Sc關閉開關2〇2。一旦開關2〇2 關閉，二極體206及輔助二極體216皆運作於順向偏壓時，分別 導通迴路L2及L3。由於直流電壓源200之供電被截斷，電感2〇8 產生極性相反的電壓，同時提能量給負載212及輔助電容214，使 通過負載212之電流不會發生劇烈變化，亦可使辅助電容維 持穩定的電壓，維持控制訊號產生器26之正常運作。因此，無論 在開關202導通或關閉的情形下，對控制訊號產生器％來說，辅 助電容214如一穩定的電壓源，提供輔助電壓Vcc給控制訊號產 生器26。最後，當第一電阻2〇4的電流下降至一預定最小值時， 控制訊號產生器26再透過控制訊號Sc開啟開關2〇2，使直流電源 轉換電路20之工作因開關202導通及關閉不斷循環下去。 在直流電源轉換電路2〇中，若負載212、電感208及輔助電 容214的電壓大小分別為Vld、Vl及Vc，並根據迴路l2&l3， 可得出爾係式: …一 VL=二極體216的順向偏壓+vLD=二極體2〇6的順向偏壓 + VC 、 由於二極體216的順向偏壓與二極體2〇6的順向偏壓幾乎相同， 11 200810334 最後可得到負載212、電感208及辅助電容214的電壓之間的關係 式為：vL=vLD=vc。因此’若負载212發生短路，則由上述之 關係式可知vL=vLD=o (v〇it)，❿辅助電容214則快速放電。此 日年，換成由直流電壓源200透過高阻抗之電阻21〇提供輔助電壓 Vcc給控制訊號產生器26。由於電阻21〇之高阻抗的關係，輔助 電壓Vce將變為-很低的辦’將無法提供足觸功電壓而使 控制訊號產生n26進人-保護模式（hieeup)，也就是時而啟動時 而閒置。另外，若負載212有開路的情況發生，則由上述之關係 式可知vLD=vc ’此時直流電源轉換電路2〇可藉由輔助電容叫 之電壓vc來判斷負載212的電壓Vld是否過高。控制峨產生器 26根據判斷結果可自動地調整開關搬的導通時間，以防止負载 電壓過高而造成電路損壞。因此，無論負載212發生短路或開路， 直流電轉換電路20可根據辅助電容214輸出之辅助賴Vcc， 調整控制訊號產生器26之工作狀態，以適時改變開關搬之導通 頻率，以保護直流電源轉換電路2〇免於損壞。 總括來說，在習知技術中’習知直流電源轉換電路係利用— 低效率的麵電路來提供工作電源給訊號控制產生器，造成習知 直流電源轉換電路浪f電能。相對於習知技術，本發_並聯— ^電路於電壯，使關導通晴，猶電料可提供一 知疋的辅助魏給翻峨產±||，以轉電路正常猶 負载發生短路或斷路時’本發明可透過辅助電路提供之輔助恭、 壓，調整控制訊號產生器之工作狀態，以改變適時改變開關:導 12 200810334 通頻率，藉此預防電路因負載電流過高而損壞。 以上所逑僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為一習知降壓式直流對直流電壓轉換器之示意圖。 第2圖為本發明具自體辅助電壓源及負載開路及短路保護功At 直流電源轉換電路之示意圖。 此之 【主要元件符號說明】 10 直流對直流電壓轉換器 102 開關電晶體 20 直流電源轉換電路 22 驅動電路 24 辅助電路 100、200 直流電壓源 202 開關 104、204、210 電阻 106、206、216 二極體 108、208 電感 214 電容 112、212 負載 13 200810334 110、26 114

Sc LI、L2、L3 2022、2024

GND

Vcc

Vin PI > P2 控制訊號產生 線性調壓器 控制訊號 迴路 2026 端點 接地端 電壓 直流電源 接線 14

Claims (1)

1. 200810334 十、申請專利範圍： L 一種具有自體辅助電壓源並具有負載開路及短路保護功能的 直流電源轉換電路，包含有： 一直流電壓源，耦接於一接地端，用來提供一直流電源； 一驅動電路，包含有： 一開關，具有一第一端耦接於該直流電壓源，—第二端用 來=收-控制訊號，以及一第三端，該開關用來根據 該第二端所接收之控制訊號，導通或關閉該第—端至 該第三端之連結； -第-電阻，具有_第_她接於該職之第三端，及一 么不迅丨且心罘_端及第二 -第对—驗之，以產生該控制訊號； —山、弟㈣接於該直流電壓源及該開關 弟端，及-第二端輕接於該控制訊號產生器； 一二極體具有一第一端耦接於該第一電阻之第二端，’ 一第二端輕接於該接地端；以及 一電感第:：:第—卿該第一電阻之第二〜 弟一鳊耦接於一負載；以及 .輔助電路，並聯於該電感，包·· 一輔助電容，具有一_ 及-第二端 1: 該第—電阻之第二端， … 轉接於該第二電阻之第二端 -輔助-極體，具有_第_輪接於該輔助電容之第二 15 200810334 知’及弟一搞接於該電感之第二端。 2·如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中控制訊號產生器 係一脈見调變器（Pulse width modulator )。 3·如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中另包含一濾波電 容，耦接於該二極體之第二端與該電感之第二端之間。 4·如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該開關為一金屬 氧化半導體％效電晶體（metal-oxide-semiconduetOT field-effect transistor，MOSFE丁 transistor )。 5·如請求項4所述之直流電源轉換電路，其中該開關之該第一 端係一汲極，該第二端係一閘極，以及該第三端係—源極。 6·如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該開關為_雙極 性接面電晶體（Bipolar Junction Transistor，BJT )。 ^ 7·如請求項6所述之直流電轉換電路，其中該開關之該第— 端係一集極，該第二端係一基極，以及該第三端係一射極。 如明求項1所述之直流電源轉換電路，其中該二極體之該第 一端係為一η極，該第二端係為一ρ極。 16 200810334 9. 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該辅助二極體之 該第一端係為一η極，該第二端係為一p極。 10. 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該二極體與該辅 助二極體之順向偏壓大約相同。 11. 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該第二電阻係一 高阻抗之電阻。 12. 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該負載包含有至 少一發光二極體（Light Emitting Diode，LED)。 17