TW201547317A - 於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器 - Google Patents

於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器 Download PDF

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Abstract

於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器包含功率因素校正單元、電源轉換單元、變壓器、整流單元、降電流單元、定電流/定電壓單元及控制單元。該功率因素校正單元轉換交流電壓為直流電壓；該電源轉換單元和該變壓器傳遞該直流電壓的能量；該整流單元產生一驅動電壓和一驅動電流至至少一串發光二極體；當該整流單元的溫度低於一第一預定值時，該定電流/定電壓單元產生一第一訊號，和當該整流單元的溫度高於該第一預定值時，該降電流單元控制該定電流/定電壓單元產生一第二訊號；控制單元產生一控制訊號至該電源轉換單元。

Description

於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器
本發明是有關於一種電源轉換器，尤指一種於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器。
當驅動發光二極體的電源轉換器開啟後，電源轉換器內的溫度會隨著時間而逐漸上升。在電源轉換器內的溫度隨著時間而逐漸上升的過程中，現有技術提供過溫度保護(Over temperature protection,OTP)的功能以使電源轉換器內的元件不會被電源轉換器內的溫度損壞(如第1圖所示，電源轉換器內的溫度大於溫度T1時，過溫度保護的功能啟動)，此時發光二極體會被關閉。然而在控制器尚未產生過溫度保護的訊號之前，電源轉換器的一些元件仍可能因電源轉換器內的溫度而損壞(如第2圖所示的溫度T2，其中溫度T2是小於溫度T1)，導致發光二極體亦被關閉。然而，現有技術所提供的過溫度保護功能是防止發光二極體免於損壞，但因為在控制器尚未產生過溫度保護的訊號之前，電源轉換器的一些元件仍可能因電源轉換器內的溫度而損壞，所以現有技術對於電源轉換器而言並不是一個好的技術方案。
本發明的一實施例提供一種於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器。該電源轉換器包含一功率因素校正單元、一電源轉換單元、一變壓器、一整流單元、一降電流單元、一定電流/定電壓單元及一控制單元。該功率因素校正單元是用以轉換一交流電壓為一直流電壓；該電源轉換單元 和該變壓器是用以根據一控制訊號，傳遞該直流電壓的能量；該整流單元是用以接收該直流電壓的能量，以及根據該直流電壓的能量，產生一驅動電壓和一驅動電流至至少一串發光二極體；該定電流/定電壓單元是耦接於該至少一串發光二極體和該降電流單元，用以當該整流單元的溫度低於一第一預定值時，根據驅動該至少一串發光二極體的該驅動電壓和該驅動電流，產生一第一訊號，和當該整流單元的溫度高於該第一預定值時，該降電流單元控制該定電流/定電壓單元產生一第二訊號；控制單元通過一耦合器耦接於該定電流/定電壓單元，用以根據該第一訊號或該第二訊號，產生該控制訊號至該電源轉換單元。
本發明提供一種電源轉換器。因為該電源轉換器在一定電流/定電壓單元產生一過溫度保護訊號至一控制單元前(一整流單元的溫度已高於一第一預定值)已先利用一降電流單元控制該定電流/定電壓單元產生一第二訊號以控制該控制單元和一電源轉換單元降低驅動至少一串發光二極體的驅動電流，所以相較於現有技術，本發明可在該定電流/定電壓單元產生該過溫度保護訊號至該控制單元前，防止該電源轉換器內的元件免於被該整流單元的高溫所損壞。
100‧‧‧電源轉換器
102‧‧‧功率因素校正單元
104‧‧‧電源轉換單元
106‧‧‧變壓器
108‧‧‧整流單元
110‧‧‧降電流單元
112‧‧‧定電流/定電壓單元
114‧‧‧控制單元
116‧‧‧至少一串發光二極體
118‧‧‧耦合器
1102‧‧‧第一電阻
1104‧‧‧熱敏電阻
1106‧‧‧第二電阻
1108‧‧‧第一電容
1110‧‧‧第三電阻
1112‧‧‧雙載子電晶體
1114‧‧‧第四電阻
A‧‧‧點
CS‧‧‧控制訊號
DRV‧‧‧驅動電壓
DRC‧‧‧驅動電流
DRCMAX‧‧‧最大值
FS‧‧‧第一訊號
FPV‧‧‧第一預定值
GND‧‧‧地端
OTPS‧‧‧過溫度保護訊號
PRI‧‧‧一次側
SS‧‧‧第二訊號
SPV‧‧‧第二預定值
SEC‧‧‧二次側
TPV‧‧‧第三預定值
T1、T2‧‧‧溫度
VAC‧‧‧交流電壓
VDC‧‧‧直流電壓
Vce‧‧‧集射極跨壓
V1‧‧‧第一電壓
第1圖是說明電源轉換器內過溫度保護的功能啟動的示意圖。
第2圖是說明電源轉換器內的一些元件因電源轉換器內的溫度而損壞的示意圖。
第3圖是本發明的一實施例說明一種於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器的示意圖。
第4圖是說明驅動至少一串發光二極體的驅動電流與整流單元的溫度的關係示意圖。
請參照第3圖，第3圖是本發明的一實施例說明一種於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器100的示意圖。如第3圖所示，電源轉換器100包含一功率因素校正單元102、一電源轉換單元104、一變壓器106、一整流單元108、一降電流單元110、一定電流/定電壓單元112及一控制單元114。功率因素校正單元102是用以轉換一交流電壓VAC為一直流電壓VDC。電源轉換單元104和變壓器106是用以根據一控制訊號CS，傳遞直流電壓VDC的能量，其中電源轉換單元104是一返馳式轉換器(fly-back converter)或一電感電感電容諧振轉換器(LLC resonant converter)。整流單元108是用以接收直流電壓VDC的能量，以及根據直流電壓VDC的能量，產生一驅動電壓DRV和一驅動電流DRC至至少一串發光二極體116，其中整流單元108是一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)或一蕭特基二極體(Schottky diode)。定電流/定電壓單元112是耦接於至少一串發光二極體116和降電流單元110，用以當整流單元108的溫度低於一第一預定值FPV時，根據驅動至少一串發光二極體116的驅動電壓DRV和驅動電流DRC，產生一第一訊號FS，和當整流單元108的溫度高於第一預定值FPV時，降電流單元110控制定電流/定電壓單元112產生一第二訊號SS；控制單元114通過一耦合器118耦接於定電流/定電壓單元112，用以根據第一訊號FS或第二訊號SS，產生控制訊號CS至電源轉換單元104，其中耦合器118是一光耦合器。如第1圖所示，功率因素校正單元102、電源轉換單元104和控制單元114是位於電源轉換器100的一次側PRI，以及整流單元108、降電流單元110、定電流/定電壓單元112和耦合器118是位於電源轉換器100的二次側SEC。
如第1圖所示，降電流單元110包含一第一電阻1102、一熱敏電 阻1104、一第二電阻1106、一第一電容1108、一第三電阻1110、一雙載子電晶體1112和一第四電阻1114。第一電阻1102具有一第一端，用以接收一第一電壓V1，及一第二端；熱敏電阻1104具有一第一端，用以接收第一電壓V1，及一第二端，耦接於第一電阻1102的第二端，其中熱敏電阻1104是鄰近於整流單元108，且具有一負溫度係數；第二電阻1106具有一第一端，耦接於第一電阻1102的第二端，及一第二端，耦接於一地端GND；第一電容1108具有一第一端，耦接於第一電阻1102的第二端，及一第二端，耦接於地端GND；第三電阻1110具有一第一端，耦接於第一電阻1102的第二端，及一第二端；雙載子電晶體1112具有一第一端，一第二端，耦接於第三電阻1110的第二端，及一第三端，耦接於地端GND；第四電阻1114具有一第一端，耦接於定電流/定電壓單元112，及一第二端，耦接於雙載子電晶體1112的第一端。
因為熱敏電阻1104具有負溫度特性，所以當整流單元108的溫度上升時，熱敏電阻1104的電阻值會隨著整流單元108的溫度上升而減少。因為熱敏電阻1104的電阻值會隨著整流單元108的溫度上升而減少，所以第二電阻1106的跨壓(亦即雙載子電晶體1112的基極電壓)會隨著整流單元108的溫度上升而上升，直到整流單元108的溫度高於第一預定值FPV時，雙載子電晶體1112開啟。因此，當雙載子電晶體1112開啟時，降電流單元110即可利用第四電阻1114產生一電阻並聯效應以控制定電流/定電壓單元112產生第二訊號SS。亦即當雙載子電晶體1112尚未開啟(整流單元108的溫度低於第一預定值FPV)前，定電流/定電壓單元112可根據驅動至少一串發光二極體116的驅動電壓DRV和驅動電流DRC，產生第一訊號FS；以及當雙載子電晶體1112開啟(整流單元108的溫度高於第一預定值FPV)後，降電流單元110即可利用第四電阻1114產生電阻並聯效應以控制定電流/定電壓單元112產生第二訊號SS。請參照第4圖，第4圖是說明驅動至少一串發光二極體116的 驅動電流DRC與整流單元108的溫度的關係示意圖。如第4圖所示，當整流單元108的溫度高於第一預定值FPV時，控制單元114即可根據第二訊號SS，產生控制訊號CS至電源轉換單元104以使驅動至少一串發光二極體116的驅動電流DRC開始降低。另外，當雙載子電晶體1112開啟後，如果整流單元108的溫度繼續上升，則雙載子電晶體1112的集射極跨壓Vce會隨著二電阻1106的跨壓上升而繼續降低直到雙載子電晶體1112的集射極跨壓Vce進入集射極跨壓Vce的飽和電壓(約為0.2V)。此時，整流單元108的溫度等於一第二預定值SPV，驅動電流DRC降至驅動電流DRC的最大值DRCMAX的70%-80%(如第4圖所示的A點)，且第二預定值SPV大於第一預定值FPV。如此，當雙載子電晶體1112開啟後，因為驅動至少一串發光二極體116的驅動電流DRC開始降低，所以電源轉換器100內的元件可免於被整流單元108的高溫所損壞。另外，當第四電阻1114的阻值較大時，驅動電流DRC是以較平緩方式由驅動電流DRC的最大值DRCMAX開始降低至A點；以及當第四電阻1114的阻值較小時，驅動電流DRC是以較陡峭方式由驅動電流DRC的最大值DRCMAX開始降低至A點。另外，在本發明的另一實施例中，因為電源轉換器100是以灌膠封裝，所以整流單元108的溫度可被灌膠均勻散開，導致熱敏電阻1104不必鄰近於整流單元108。
另外，如第4圖所示，當整流單元108的溫度大於一第三預定值TPV時，定電流/定電壓單元112產生一過溫度保護訊號OTPS至控制單元114。此時，控制單元114即可根據過溫度保護訊號OTPS，產生控制訊號CS至電源轉換單元104以關閉電源轉換器100。因此，如第4圖所示，當整流單元108的溫度大於第三預定值TPV時，驅動電流DRC會降至零。
綜上所述，因為本發明所提供的電源轉換器在定電流/定電壓單元產生一過溫度保護訊號至控制單元前(整流單元的溫度已高於一第一預定值) 已先利用降電流單元控制定電流/定電壓單元產生一第二訊號以控制控制單元和電源轉換單元降低驅動至少一串發光二極體的驅動電流，所以相較於現有技術，本發明可在定電流/定電壓單元產生過溫度保護訊號至控制單元前，防止電源轉換器內的元件免於被整流單元的高溫所損壞。
以上所述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。
100‧‧‧電源轉換器
102‧‧‧功率因素校正單元
104‧‧‧電源轉換單元
106‧‧‧變壓器
108‧‧‧整流單元
110‧‧‧降電流單元
112‧‧‧定電流/定電壓單元
114‧‧‧控制單元
116‧‧‧至少一串發光二極體
118‧‧‧耦合器
1102‧‧‧第一電阻
1104‧‧‧熱敏電阻
1106‧‧‧第二電阻
1108‧‧‧第一電容
1110‧‧‧第三電阻
1112‧‧‧雙載子電晶體
1114‧‧‧第四電阻
CS‧‧‧控制訊號
DRV‧‧‧驅動電壓
DRC‧‧‧驅動電流
FS‧‧‧第一訊號
GND‧‧‧地端
OTPS‧‧‧過溫度保護訊號
PRI‧‧‧一次側
SS‧‧‧第二訊號
SEC‧‧‧二次側
VAC‧‧‧交流電壓
VDC‧‧‧直流電壓
Vce‧‧‧集射極跨壓
V1‧‧‧第一電壓

Claims (10)

  1. 一種於高溫時可降低發光二極體驅動電流的電源轉換器，包含：一功率因素校正單元，用以轉換一交流電壓為一直流電壓；一電源轉換單元；一變壓器，其中該電源轉換單元和該變壓器是用以根據一控制訊號，傳遞該直流電壓的能量；一整流單元，用以接收該直流電壓的能量，以及根據該直流電壓的能量，產生一驅動電壓和一驅動電流至至少一串發光二極體；一降電流單元；一定電流/定電壓單元，耦接於該至少一串發光二極體和該降電流單元，用以當該整流單元的溫度低於一第一預定值時，根據驅動該至少一串發光二極體的該驅動電壓和該驅動電流，產生一第一訊號，和當該整流單元的溫度高於該第一預定值時，該降電流單元控制該定電流/定電壓單元產生一第二訊號；及一控制單元，通過一耦合器耦接於該定電流/定電壓單元，用以根據該第一訊號或該第二訊號，產生該控制訊號至該電源轉換單元。
  2. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該耦合器是一光耦合器。
  3. 如請求項1所述的電源轉換器，其中當該整流單元的溫度等於一第二預定值時，該驅動電流降至該驅動電流的最大值的70%-80%，且該第二預定值大於該第一預定值。
  4. 如請求項3所述的電源轉換器，其中當該整流單元的溫度大於一第三預定值時，該定電流/定電壓單元產生一過溫度保護訊號至該控制單元，以及該控制單元另用以根據該過溫度保護訊號，產生該控制訊號至該電源 轉換單元。
  5. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該降電流單元包含：一第一電阻，具有一第一端，用以接收一第一電壓，及一第二端；一熱敏電阻，具有一第一端，用以接收該第一電壓，及一第二端，耦接於該第一電阻的第二端，其中該熱敏電阻是鄰近於該整流單元；一第二電阻，具有一第一端，耦接於該第一電阻的第二端，及一第二端，耦接於一地端；一第一電容，具有一第一端，耦接於該第一電阻的第二端，及一第二端，耦接於該地端；一第三電阻，具有一第一端，耦接於該第一電阻的第二端，及一第二端；一雙載子電晶體，具有一第一端，一第二端，耦接於該第三電阻的第二端，及一第三端，耦接於該地端；及一第四電阻，具有一第一端，耦接於該定電流/定電壓單元，及一第二端，耦接於該雙載子電晶體的第一端。
  6. 如請求項5所述的電源轉換器，其中該熱敏電阻具有一負溫度係數。
  7. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該電源轉換單元是一返馳式轉換器(fly-back converter)或一電感電感電容諧振轉換器(LLC resonant converter)。
  8. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該整流單元是一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)或一蕭特基二極體(Schottky diode)。
  9. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該功率因素校正單元、該電源轉換單元和該控制單元是位於該電源轉換器的一次側。
  10. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該整流單元、該降電流單元、該定電流/定電壓單元和該耦合器是位於該電源轉換器的二次側。
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