TW201628329A - 照明電源轉換裝置 - Google Patents

Abstract

一種照明電源轉換裝置電連接於一輸入電源與一發光二極體單元之間，並包含一電連接該輸入電源的輸入單元、一變壓器、一開關，及一包括一輸出電容的輸出單元，並藉由該開關切換於導通與不導通之間而使該變壓器被操作於充電或放電狀態，當該變壓器進行充電時，則由該輸出電容進行放電至該發光二極體單元，而當該變壓器進行放電時，該變壓器則提供一電流至該輸出電容和該發光二極體單元，故，本發明適用於將來自該輸入電源的一呈交流的輸入電壓進行轉換，以產生一呈直流的輸出電壓供該發光二極體單元使用。

Description

照明電源轉換裝置

本發明是有關於一種電源轉換裝置，特別是指一種能將一交流輸入電壓轉換成一直流輸出電壓以供一發光二極體單元使用的照明電源轉換裝置。

參閱圖1，傳統的照明電源轉換裝置是由前級的具功因修正功能的升壓型交流-直流轉換器4與後級的半橋式LLC諧振直流-直流轉換器5所組成，由於傳統的照明電源轉換裝置的前級和後級都需要有獨自的控制器，所以至少需要有三個以上的功率開關才能完成此照明電源轉換裝置，因此，電路會較為複雜，且組成元件的數目也會較多，造成電路成本較高。

因此，本發明之目的，即在提供一種能使電路結構較為簡單，且降低電路成本的照明電源轉換裝置。

於是本發明照明電源轉換裝置，適用於電連接於一輸入電源與一發光二極體單元之間，並將來自該輸入電源的一呈交流的輸入電壓進行轉換，以產生一呈直流的輸出電壓供該發光二極體單元使用，該照明電源轉換裝置包含一輸入單元、一變壓器、一開關、一電感、一電容、 一第一放電二極體、一第二放電二極體，及一輸出單元。

該輸入單元電連接該輸入電源以接收該輸入電壓，並用以濾除雜訊並進行整流而產生一整流電壓。

該變壓器電連接該輸入單元以接收該整流電壓，並包括一個具有一第一端和一第二端的一次側繞組，及一個具有一第一端和一第二端的二次側繞組。

該開關包括一電連接該一次側繞組的第二端的第一端，及一第二端，且該開關受控制以切換於導通狀態和不導通狀態之間。

該電感包括一電連接該開關的第二端的第一端，及一電連接該輸入單元的第二端。

該電容包括一第一端，及一電連接該開關的第二端的第二端。

該第一放電二極體包括一電連接該電感的第二端的陽極，及一電連接該電容的第一端的陰極。

該第二放電二極體包括一電連接該電容的第一端的陽極，及一電連接該一次側繞組的第一端的陰極。

該輸出單元與該二次側繞組並聯，並產生該輸出電壓以驅動該發光二極體單元。

本發明之功效在於僅用一個開關的架構即能完成如習知的至少需要三個以上的開關的照明電源轉換裝置，故，組成元件的數量會較少，更具有較低電路成本之優勢。

1‧‧‧輸入單元

11‧‧‧濾波電路

12‧‧‧整流電路

2‧‧‧變壓器

3‧‧‧輸出單元

4‧‧‧升壓型交流-直流轉換器

5‧‧‧直流-直流轉換器

6‧‧‧輸入電源

9‧‧‧發光二極體單元

C‧‧‧電容

Cr‧‧‧諧振電容

CO‧‧‧輸出電容

D1‧‧‧第一整流二極體

D2‧‧‧第二整流二極體

D3‧‧‧第三整流二極體

D4‧‧‧第四整流二極體

D5‧‧‧第一放電二極體

D6‧‧‧第二放電二極體

D7‧‧‧輸出二極體

L‧‧‧電感

Lf‧‧‧諧振電感

Lm‧‧‧激磁電感

n_p‧‧‧一次側繞組

n_s‧‧‧二次側繞組

S‧‧‧開關

V_AC‧‧‧輸入電壓

V_REC(t)‧‧‧整流電壓

VO‧‧‧輸出電壓

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一流程圖，說明傳統的照明電源轉換裝置之一實施例；圖2是一電路圖，說明本發明照明電源轉換裝置之一實施例；圖3是一時序圖，說明本發明照明電源轉換裝置之該實施例的時序模式圖；圖4是一電路圖，說明本發明照明電源轉換裝置之該實施例於模式一的電路圖；圖5是一電路圖，說明本發明照明電源轉換裝置之該實施例於模式二的電路圖；及圖6是一電路圖，說明本發明照明電源轉換裝置之該實施例於模式三的電路圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2，本發明照明電源轉換裝置之實施例適用於電連接於一輸入電源6一發光二極體單元9之間，並將來自該輸入電源6的一呈交流的輸入電壓V_AC進行轉換，以產生一呈直流的輸出電壓VO供該發光二極體單元9使用，且該照明電源轉換裝置包含一輸入單元1、一變壓器2、一開關S、一電感L、一電容C、一第一放電二極體D5、一第二放電二極體D6，及一輸出單元3。

該輸入單元1電連接該輸入電源6以接收該輸入電壓V_AC，並用以濾除雜訊並進行整流而產生一整流電壓V_REC(t)，且包括一濾波電路11和一整流電路12，該濾波電路11電連接該輸入電源6以接收該輸入電壓V_AC，並用以濾除該輸入電壓V_AC的雜訊，而產生一濾波電壓(圖未示)，該整流電路12電連接該濾波電路11以接收該濾波電壓，並將該濾波電壓進行整流而得到一呈脈波直流的整流電壓V_REC(t)。

其中，該濾波電路11具有一諧振電感Lf和一諧振電容Cr，該諧振電感Lf具有一電連接該輸入電源6的第一端，及一第二端，而該諧振電容Cr具有一電連接該諧振電感Lf的第二端的第一端，及一第二端。

而該整流電路12具有一第一整流二極體D1、一第二整流二極體D2、一第三整流二極體D3，及一第四整流二極體D4。

該第一整流二極體D1具有一電連接諧振電容Cr的第一端的陽極，及一陰極。

該第二整流二極體D2具有一電連接該第一整流二極體D1的陽極的陰極，及一陽極。

該第三整流二極體D3具有一電連接該第一整流二極體D1的陰極的陰極，及一電連接該諧振電容Cr的第二端的陽極。

該第四整流二極體D4具有一電連接該諧振電容Cr的第二端的的陰極，及一電連接該第二整流二極體 D2的陽極的陽極。

該變壓器2電連接該輸入單元1以接收該整流電壓V_REC(t)，並包括一個一次側繞組n_p和一個二次側繞組n_s，該一次側繞組n_p和二次側繞組n_s分別具有一第一端和一第二端，且該等第一端和該等第二端分別為極性點端和非極性點端。

該開關S包括一電連接該一次側繞組n_p的第二端的第一端、一第二端，及一控制以切換於導通狀態和不導通狀態之間的控制端，而在本實施例中，該開關S是一N型功率半導體電晶體，且該第一開關S的第一端是汲極、該第二端是源極，而該控制端是閘極。

該電感L包括一電連接該開關的第二端的第一端，及電連接該輸入單元1的該第四整流二極體D4的陽極的該第二端。

該電容C包括一第一端，及一電連接該開關S的第二端的第二端。

該第一放電二極體D5包括一電連接該電感L的第二端的陽極，及一電連接該電容C的第一端的陰極。

該第二放電二極體D6包括一電連接該電容的第一端的陽極，及一電連接該一次側繞組n_p的第一端的陰極。

該輸出單元3與該二次側繞組n_s並聯，並產生該輸出電壓VO以驅動該發光二極體單元9，其中，該輸出單元3包括一輸出二極體D7，及一輸出電容CO。

該輸出二極體D7具有一電連接該二次側繞組n_s的第二端的陽極，及一陰極。

該輸出電容CO並聯於該發光二極體單元9，且具有一電連接該輸出二極體D7的陰極並提供該輸出電壓的第一端，及一電連接該二次側繞組n_s的第一端的第二端。

參閱圖3，為本實施例的操作時序圖，其中，參數V_GS、V_DS分別為該開關S的該控制端與該第二端和該第一端與該第二端之間的電壓差，參數V_L和V_Lm分別代表該電感L和一激磁電感Lm(圖未示)的跨壓，參數i_L和i_Lm分別代表流經該電感L和該激磁電感Lm的電流，參數i_D5、i_D6和i_D7分別代表流經該第一放電二極體D5、該第二放電二極體D6及該輸出二極體D7的電流。依據該開關S的切換，本實施例會在三種模式下輪流操作以驅動該發光二極體單元9，且在以下模式中會於圖示4~6中畫出該變壓器2的該激磁電感Lm，並以實線表示導通的元件，以虛線表示不導通的元件，以下分別針對每一模式進行說明，且假設該輸出電容CO和該電容C已於前一輪的模式三完成儲存能量之動作。

模式一(時間：t0~t1)：

同時參閱圖4，此時的V_GS為一高電位所以該開關S處於導通之狀態，而該第一放電二極體D5則不導通，使得該電容C提供一電流經由該第二放電二極體D6形成流經該第二放電二極體D6的電流i_D6而對該激磁電感Lm進 行充電，且一相關於該整流電壓V_REC(t)的電流亦會經由導通的該開關S對該激磁電感Lm及該電感L進行充電，因此該激磁電感Lm的電流i_Lm和該電感L的電流i_L分別呈現線性上升之趨勢。

但此時的該二次側繞組n_s的一跨壓仍不足以使該輸出二極體D7導通，故，該輸出電容CO提供該輸出電壓VO以驅動該發光二極體單元9。

模式二(時間：t1~t2)：

同時參閱圖5，此時的V_GS為一低電位所以該開關S處於不導通之狀態，而該第二放電二極體D6亦不導通，這時的該電感L提供一電流經由該第一放電二極體D5而形成流經該第一放電二極體D5的電流i_D5而對該電容C進行充電。

而該激磁電感Lm則提供一電流經由該輸出二極體D7形成流經該輸出二極體D7的電流i_D7而放電至該輸出電容CO和該發光二極體單元9。

模式三(時間：t2~t3)：

同時參閱圖6，V_GS仍為該低電位所以該開關S依舊處於不導通之狀態，因此該第二放電二極體D6亦不導通，此時的該電容C的電位和該電感L的電位之電位差無法使該第一放電二極體D5導通，所以該第一放電二極體D5轉為不導通。

但由於該激磁電感Lm的電位和該輸出電容CO的電位之電位差仍能使該輸出二極體D7導通，所以該激磁 電感Lm持續提供該電流經由該輸出二極體D7形成流經該輸出二極體D7的電流i_D7而放電至該輸出電容CO和該發光二極體單元9，使該發光二極體單元9持續被驅動且該輸出電容CO也持續充電，當模式三結束後，則回到模式一。

綜上所述，本實施例僅需要一個開關S的簡單電路架構即能達到與習知的交流轉直流的照明電源轉換裝置相同之功效，且具有低電路成本之優點、以及功因修正的功能，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧輸入單元

11‧‧‧濾波電路

12‧‧‧整流電路

2‧‧‧變壓器

3‧‧‧輸出單元

6‧‧‧輸入電源

9‧‧‧發光二極體單元

C‧‧‧電容

Cr‧‧‧諧振電容

CO‧‧‧輸出電容

D1‧‧‧第一整流二極體

D2‧‧‧第二整流二極體

D3‧‧‧第三整流二極體

D4‧‧‧第四整流二極體

D5‧‧‧第一放電二極體

D6‧‧‧第二放電二極體

D7‧‧‧輸出二極體

L‧‧‧電感

Lf‧‧‧諧振電感

n_p‧‧‧一次側繞組

n_s‧‧‧二次側繞組

S‧‧‧開關

V_AC‧‧‧輸入電壓

V_REC(t)‧‧‧整流電壓

VO‧‧‧輸出電壓

Claims (10)

1. 一種照明電源轉換裝置，適用於電連接於一輸入電源與一發光二極體單元之間，並將來自該輸入電源的一呈交流的輸入電壓進行轉換，以產生一呈直流的輸出電壓供該發光二極體單元使用，該照明電源轉換裝置包含：一輸入單元，電連接該輸入電源以接收該輸入電壓，並用以濾除雜訊並進行整流而產生一整流電壓；一變壓器，電連接該輸入單元以接收該整流電壓，並包括一個具有一第一端和一第二端的一次側繞組，及一個具有一第一端和一第二端的二次側繞組；一開關，包括一電連接該一次側繞組的第二端的第一端，及一第二端，且該開關受控制以切換於導通狀態和不導通狀態之間；一電感，包括一電連接該開關的第二端的第一端，及一電連接該輸入單元的第二端；一電容，包括一第一端，及一電連接該開關的第二端的第二端；一第一放電二極體，包括一電連接該電感的第二端的陽極，及一電連接該電容的第一端的陰極；一第二放電二極體，包括一電連接該電容的第一端的陽極，及一電連接該一次側繞組的第一端的陰極；及一輸出單元，與該二次側繞組並聯，並產生該輸出電壓以驅動該發光二極體單元。
2. 如請求項1所述的照明電源轉換裝置，其中，該輸入單 元包括：一濾波電路，電連接該輸入電源以接收該輸入電壓，並用以濾除該輸入電壓的雜訊，而產生一濾波電壓；及一整流電路，電連接該濾波電路以接收該濾波電壓，並將該濾波電壓進行整流而得到一整流電壓。
3. 如請求項2所述的照明電源轉換裝置，其中，該濾波電路具有：一諧振電感，具有一電連接該輸入電源的第一端，及一第二端；及一諧振電容，具有一電連接該諧振電感的第二端的第一端，及一第二端。
4. 如請求項3所述的照明電源轉換裝置，其中，該整流電路具有：一第一整流二極體，具有一電連接諧振電容的第一端的陽極，及一陰極；一第二整流二極體，具有一電連接該第一整流二極體的陽極的陰極，及一陽極；一第三整流二極體，具有一電連接該第一整流二極體的陰極的陰極，及一電連接該諧振電容的第二端的陽極；及一第四整流二極體，具有一電連接該諧振電容的第二端的陰極，及一電連接該第二整流二極體的陽極的陽極。
5. 如請求項4所述的照明電源轉換裝置，其中，該輸出單元包括：一輸出二極體，具有一電連接該二次側繞組的第二端的陽極，及一陰極；及一輸出電容，並聯於該發光二極體單元，且具有一電連接該輸出二極體的陰極並提供該輸出電壓的第一端，及一電連接該二次側繞組的第一端的第二端。
6. 如請求項5所述的照明電源轉換裝置，其中，當該開關導通時，一相關於該整流電壓的電流經由該開關對該變壓器和該電感進行充電，而該電容則提供一電流經由該第二放電二極體對該變壓器進行充電。
7. 如請求項6所述的照明電源轉換裝置，其中，當該開關不導通時，該電感提供一電流經由該第一放電二極體對該電容進行充電，而該變壓器則提供一電流經由該輸出二極體放電至該輸出電容與該發光二極體單元。
8. 如請求項7所述的照明電源轉換裝置，其中，當該開關不導通且該電容的電位和該電感的電位之電位差無法使該第一放電二極體導通時，則該第一放電二極體轉為不導通，但該變壓器持續提供該電流經由該輸出二極體放電至該輸出電容與該發光二極體單元。
9. 如請求項1所述的照明電源轉換裝置，其中，該一次側繞組和該二次側繞組的第一端和第二端分別為極性點端和非極性點端。
10. 如請求項1所述的照明電源轉換裝置，其中，該開關是 一N型功率半導體電晶體，且該開關的第一端是汲極，該第二端是源極。