TW385587B - Transformerless high-voltage generator circuit useful in electronic photoflash unit - Google Patents

Description

經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（丨） 發明背景： 本發明的領域涵蓋高壓產生器電路，尤與一不使用變壓 器且可產生高壓的電路有關，且與一無變壓器高壓產生器 電路具關聯性。 此類型的產生器電路可參見美國專利申請案案號 5,457,434。 具代表性且用於電晶體及積體電路的電子電路一般使用 低電壓（20伏以下）電源。因此，對於需要相當高的高壓（即 大致上超過20V)的電路應用來説，必需併入特殊的電路以 從使用中的低電壓·產生所需要的高電.壓。 在具代表性用於產生高壓之習知技術包含對來自低壓DC 電源的振盪器電路賦能而產生一低壓AC信號，且然後使用 步階上（step-up)變壓器產生高壓AC信號。如果需要的話， 可對高壓AC信號整流以提供高壓DC輸出。 但是，使用步階上變壓器將產生多項缺點，其導源於頻 階上轉換器的大小，質量及成本，在使用電晶體及/或積體 電路之相當小 < 且可攜帶的電子裝置中此款設計別具意義 ，該裝置如光閃儀其中尺寸，質量及成本爲主要的考量。 結果，必需要有一高壓產生器電路，其不需要使用步階 上變壓器以產生高壓，可完成一經濟，精緻且質輕的高壓 產生器電路。 在上述的美國專利申請案案號5,457,434中，高壓產生器 電路包含一反相放大器，其結合回饋電路以形成一振盪器 ，且含一將在回饋電路内產生的高壓輸出信號。回饋電路 一 4 - 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~ I 衣 訂— T (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 、發明説明（ 出端及反相放大器的輸入端之間，以使得電路可 在知作期間振盪。 發明概述·· 纟發明的目的係提供-高壓產生器電路，此高壓 。本：：路不需要使用步階上變壓器，以產生-高壓信號 輕的目的即提供-在設計上簡I，精緻，且質 去低z g電路’且此高壓產生器電路的製造成本相 即可產本發明，可應用一種不需要使用步階上係數 、產生阿壓的新電路，完成上述目的。 入回饋包含一耦合於放大器輸出端及反相輸 輸=1，卫第一及第二電容㈣合於該放大器 之間’且—第—及第二電容之間的共 士運…形成一對應共同或接地端的高壓輸出端。由—電感 基本的回饋電路，該電感耦合於高壓輸出端及共同^ 二了（間。依此方式，不需要使用步階上變壓器即可形 —π壓產生器電路’且回#電路只包含兩電容，—電感及 —電阻。 在本發明的較佳實施例中使用—操作放大器，且— 镇合於高壓輸出端及共同或接地端之間。如果需要—言、 電壓，整流器可與負載串難合，且負載可包含容， 以濾波且儲存因此產生的DC電壓。 六在本發明的另-較佳實施例中，一放電燈與負載中的電 谷形成並聯〈切換搞合，以限制來自高壓產生器之 載所抽取的電流》 一 本纸張尺度適用中國國家標 I----；--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 I n . 0- A7 B7 五、發明説明（3 ) 依此方式，本發明提供一無變壓器高壓產生器電路，此 無高壓產生器電路精緻，質輕且具經濟效益。因此尤適用 於如光閃儀的可攜式電子装置中，及用於充氣燈泡丨高壓 電視電路，LCD背光或其他類似應用的發火電路中。 圖式之簡單説明 由下文中的説明可更進一步了解本發明，閲讀時▲請參 考附圖，其中 圖1爲本發明之基本無變壓器高壓產生器電路之示意圖； 圖2示圖1之放大器之等效電路示意圖； 圖3爲圖1之無變壓器高壓產生器電路之回饋電路之等效 電路之TF意圖； 圖4爲一電子光閃電路的示意圖，該電路使用無變壓器高 壓產生器電路。 較佳實施例説明 , 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1爲一本發明基本無變壓器高壓產生器電路10的簡化示 意圖。高壓產生器電路10包含一放大器1〇〇(此爲操作放大 器），此放大器100具有高壓產生器電路終端D反相輸入終端 (-)及連接共同端的輸入端（+ )。在此爲接地端，及連接至 終端A的輸出端。回饋電路102耦合於終端A的放大器輸出 端及終端D之反相輸入端之間，以使得產生器電路在操作 期間振盪。 回饋電路102包含耦合於終端A及D的第一電阻R，串聯連 結於終端A及D間的第一及第二電容Cl，C2，其共同連結在 終端B處形成高壓輸出端，以對應共同端產生高壓輸出。 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 回饋電路102亦包含耦合於端B及接地間的電感L。圖1中簡 化的電路驅動耦合於在回饋電路102内的高壓輸出端B及接 地之間的負載104。 爲了更準確説明圖1之電路的操作，如圖2，3所示該電 路分成兩部份等效電路，圖2爲電路之放大器部位之一示 意等效電路圖，而圖3爲高壓產生器電路回饋電路部份的 示意等效電路圖。下文將使用圖2 , 3之部份等效電路圖説 明圖1之電路的操作原理（在圖4説明之後），電路組件及終 端所攜帶的組件如同圖1中對應的組件及終端，只是在圖3 中多了電阻Re及電感L，電阻Re爲對應負載104之電阻組 件的平行連結的等效電阻。 圖4爲電子’光閃電路12中圖1之基本無變壓器高壓產生器 電路的示意圖。對應先前在圖1中所述組件的圖4之組件其 標示數字與圖1相同，在此不再複述。爲了形成圖4中的光 閃電路12，對操作放大器100提供'電源連結Vee及接地，且 對其反相輸入提供偏壓及濾波網路，其包含分壓器，此分 壓器包含兩電阻Rd及電容Cd。爲了在操作期間使用在輸出 端B產生的高AC電壓，負載104包含一限流電阻\，一整流 二極體D1，一電容Ce此電容串聯於終端B及接地之間。開 關SW1及光閃燈LA跨電容G串聯而完成該電路。操作時， 由於電路振盪在終端Β產生的高AC電壓爲二極體D1整流， 且爲電阻\限流，且然後對電容(^充電至高DC電壓。隨後 ，當需要動作閃光單元時，開關SW1關閉，且跨電容C。儲 存的高DC電壓經燈LA放電，因此使燈發火。, -7 - 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0',< 297公釐） I /w衣 訂 " (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 、發明説明（ σ待到表不増益係數KBA及回饋係數K处乘積的迴路增益 係數KL ’而進行本發明產生器電路的分析： KL= ΚΒΑΚΑΒ· (1) 圖2爲放大器等效電路圖，且増益係數之複數値爲 ^baC] ω ) = -j ω RC, (2) ::回饋電路（等效電路，且反應回積電路的性能，其 圖1，2及3中節點D爲虚擬接地，Re爲表示負載1〇4 及電感L串聯電阻的等效電阻。 回饋係數爲：

K

AB

Xe

Xe + Xa (3) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装. 、1Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 其中X e爲節點B及接地點之間的阻抗 = l/jcjCjj End

j<^ReL e (.l/R^ + ；ω02 + (1/;ωΙ) ;ωΙ + Re(l-^ZLC2) (4) (5) -8 ------ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X W7公釐） 38558¾ A7 B7 五、發明説明（ 將xci，xe從式（4)，（5)代入式（3)則得到

j<^ReL /ωΐ + Re(l-a>2LC2) ^ReLC, J〇Ci j^L + i?e(l-Q2LC2) j^L + ^[Ι-ω^Ο, + C2)] ⑹ 將式（2)，（6)中的KBA及KAB代入式（1)得 ^(/ω) j(xi3RRtLCxC2 jcoL + Λ [1 - + C2)] ⑺ 從上文中的分析可得到下列結果： l)Nyquist振盈條件爲 ⑻ Ιί：,(/ω)Ι (9) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 此產生振盪頻率及最小增益公式如下 ωο = 1/^Cj + C2); (10) -9 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ------- 五、發明説明（ 2)在條件（1〇)下’式（6)成爲 ω〇2^ςο2 ^ ΚΑΒ〇*ω) = jwo^Cj . 式12反應㈣電路中的諧振》假設丨Kab(叫丨大大〜 則必需滿足R大大於1/ω c此 狀 '， 1扣蒽相在即點B的電壓比節 A的電壓高很多，在達成本發明的目的。例如 ’· 大器議供應則c vcc電壓源，輸出電壓 == 爲4V，且如旲γ-Γ 八 „ 、亨値振幅 去…果〜卜〇1^+。2)，，（Q爲品質 素（quahty factor))然後電壓 ％ =QVa/ 2=i4ivAc。 土更進一步了解本發明的操作，式ι〇，11中的振i 件重寫爲 里

(12) (11) 因 條 RReC^^LCc^^) 此式子的實質意義爲如果增益係數大到足以補償回饋電路 中的耗損時，電路將振盪。 迴路係數與頻率有關，但在某些條件下，在某些頻帶中 其値大於1，此足以確保振盪狀沉。在此頻帶内，存在一 頻率ωο。在此頻率下迴路增益的相似轉動爲此頻率爲 振盪頻率。 如果在振里條件外\大大於1/ω〇(：1，則在〜及心中的ac 私紙張尺度適财關家辟（CNS ) A4«i7l^ 297¾ ) f請先閲讀背面之注意事項再填寫本耳) 裝· -訂------^ 38558Ϊ A7 B7 五、發明説明（8 ) 電壓降甚高於這些電壓峰値的向量和。此爲電壓諧振的效 應。峰對峰値輸出電壓爲vec: - 2Λ v，其中νπ爲電源電壓 ，ZXV爲放大器電壓降參數（通常爲0.5V或1.0V)，因此有效 的放大器輸出電壓爲 (Vcc- 2AY)/2/~2 對於圖4中示意圖的實際配置，放大器100可爲操作放大 器，LF351型，△ V=1.0V，且Vcc = 9.0V。負載頻率爲

100kHz，使得 ω 〇 = 2 π X 105 ;設 =330pf ;則式 11之 L 爲3.84 mH。在此頻率下之Q値爲400，如果使用適當的線圈 核心，貝1J 汉芑：⑴ oQL=965 1<;Ω ;K^B=cy〇ReC1=200;VA=(Vcc-2AV) / 2 / V2 = 2.47 V ； x 2.47=494 V ;且選 擇5^ = 3/0021^(^(:2 =72Ω。因爲所計算之R高於振盪所需要 最少之3倍，至少等於Re之半。對此電路，選擇1^=720 kn，Cc=i〇〇y f，且Re=i〇 kn。則含這些値的電路可使Cc 充電至峰値Vmax X 494 = 696V ;因此顯然的符合本發明 的目的。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 因此本發明提供一高壓產生器電路，其不需要使用步階 向上（step-up)變壓器以產生高壓信號。而且，本發明提供一 無變壓器高壓產生器電路，其設計上相當簡單，精緻且質 輕。且製造上相當經濟。上文中已應用多個較佳實施例説 明本發明，須了解熟習本技術者可對該本發明進行不同的 更動，而不偏離本發明的精神及觀點。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1.38〇58 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 一種無變壓器高壓產生器電路，包含·· 一具有一輸入端的放大器，及一放大器輸出端；以、友 一轉合於該放大器輸出端及該輸入端之間的回饋電路 ’可使得該高壓產生器電路在操作期間振盪，其特徵爲 該回饋電路包含： 經濟.部中央標準局員工消費合作社印製 一搞合於該放大器輸出端及該反相輸入端之間 電阻； 串聯耦合於該放大器輸出端及該輸入端之間的 第二電容，介於該第一及第二電容之間的一共同 ，形成一高壓輸出端，以相對於該共同端產生— 出；以及 轉合於該高壓輸出端及該共同端之間的電感。 根據申請專利範圍第1項之無變壓器高壓產生器 其中該放大器包含一操作放大器。 ° ·根據申請專利範圍第1項之無變壓器高壓產生器 更包含一镇合於該高壓輸出端及該共同端之間的 4.根據申請專利範圍第3項之無變壓器高壓產生器 更包含一與該負載串聯耦合的整流器。 5 .根據申請專利範園第4項之無變壓器高壓產生器 其中該負載包含一第三電容及一可切換搞合該第 的放電燈。 6_根據申請專利範圍第5項之無變壓器高壓產生器 其中該負載更包含與該第三電容串聯耦合的第二 的第 第一及 連結點 高壓輸 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) m tl 装！ 2 電路， 電路， 負载乂 電路， 電路， 三·電容 電路， 電阻。 、1T 玫-·-'... ,i----- -12 - 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（2丨0x297公董）