TWI424675B - Pre-level voltage converter - Google Patents

Description

前級調壓之換流器

一種前級調壓之換流器，特別是指一種驅動背光模組之半橋式換流器。

現今液晶顯示器已普及於各種電子商品中為世人所熟知，該液晶顯示器之表現與效能除了受液晶模組之優劣所影響以外，背光模組之穩定度也非常的重要，而背光模組包括一燈管組以及一換流器(inverter)，該換流器必須提供燈管組穩定的電流且具有長時間穩定工作之能力；換流器之基本原理係取得一直流電力輸入利用電子切換型式切換該直流電力流經一變壓器一次側之方向，使該變壓器之二次側轉換輸出一交流電力，換言之，換流器係將直流電力轉換為交流電力以驅動如冷陰極燈管(CCFL)之類的交流負載，而換流器大致分為Royer式、全橋式、半橋式以及推挽式，其中Royer式是自振盪設計，受元件參數偏差的影響，很難嚴格控制燈頻和燈電流，無法精準的驅動控制，而推挽式換流器所使用之功率電晶體必須能承受兩倍的輸入電壓，因而功率電晶體之成本較高且具有對於輸入電壓的限制，較普遍的為全橋式或半橋式換流器，而半橋式換流器較為單純且使用之功率電晶體更為全橋式的一半，為成本較低之選擇；習知用以驅動背光模組之換流器架構請參閱圖1，該換流器係包括連接一取得輸入電力並整流為直流電力之整流單元40，連接該整流單元40之一工作週期調變單元42與一功因校正單元41、一半橋驅動單元43、以及一變壓單元44，並且為達到穩定輸出之功效，該變壓單元44之二次側連接一回授單元45產生一回授訊號送至該工作週期調變單元42，該功因校正單元41自該整流單元40取得一輸入電力並調整其電流與電壓之相位差，而該工作週期調變單元42連接一調光訊號源3取得一調光訊號以及取得該回授訊號，並依該調光訊號以及該回授訊號產生一週期訊號決定該半橋驅動單元43之責任週期(duty cycle)，藉此調整半橋驅動單元43導通該輸入電力流經該變壓單元44之時序而產生一交流之驅動電力驅動至少一負載2；上述之半橋驅動單元43係利用功率開關元件之啟閉達到改變導通時序之功效，為了達到零電壓切換以降低功率開關元件兩端之損耗，半橋式換流器必須要限制其責任週期(duty cycle)以符合零電壓切換之條件，然而習知之換流器為了提供穩定之輸出以驅動該負載2，勢必要產生一回授訊號改變該半橋式換流器之責任週期(duty cycle)，因而使該半橋式換流期大部份時間無法在零電壓切換之狀態下工作，使實際工作之效率低於理想狀態，該類先前創作如中華民國專利公告第I273764號、第I242177號、第518633號以及美國專利第6995989號；又，習知驅動背光模組之換流器大都採用低頻脈衝式調光(burst mode dimming)，此種方式係令燈管重複啟動、熄滅之動作，雖可得到良好的調光特性，但因換流器供電呈脈衝式變化，會使提供輸入電力之電源以及該換流器之變壓器產生低頻噪音，造成人體之不適，亦會產生電路元件與燈管壽命降低以及電磁干擾(EMI)更加嚴重等問題。

有鑑於習知半橋式換流器具有上述之缺失，因而本發明之目的即在於提供一種改善之半橋式換流器，以改善上述效率較低以及燈管壽命較短之缺失。

本發明為一種前級調壓之換流器，該換流器係包括一整流單元、一功因校正單元、一工作週期調變單元、一半橋驅動單元、一變壓單元以及一前級調壓單元，其中該整流單元取得一輸入電力，並整流送至該前級調壓單元，且該前級調壓單元連接一調光訊號源以取得一調光訊號，又該前級調壓單元更自該變壓單元二次側取得一回授訊號，使該前級調壓單元得依該調光訊號之大小決定一調壓位準改變該輸入電力之電壓，並以該回授訊號進行回授調整，而該工作週期調變單元得產生一固定之週期訊號控制該半橋驅動單元於固定之責任週期下工作，以改變該變壓單元轉換至二次側之驅動電力電壓，令該變壓單元之二次側得以輸出一驅動電力驅動至少一負載；由於該調光訊號與該回授訊號係藉由控制該前級調壓單元預先調整該輸入電力之電壓而改變該換流器之輸出，該半橋驅動單元可固定工作於零電壓切換之狀態以降低切換損耗，且不需使用低頻脈衝式調光之方式而延長電路元件與負載之壽命。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：本發明較佳之一實施例請參閱圖2，本發明為一種前級調壓之換流器，係取得一輸入電力並轉換為一驅動電力以驅動至少一負載2，該換流器包括一整流單元40、一工作週期調變單元42、一半橋驅動單元43以及一變壓單元44，而該半橋驅動單元43與該整流單元40之間設一前級調壓單元46，該整流單元40將該輸入電力轉換為直流，該前級調壓單元46自該整流單元40取得該輸入電力，且該前級調壓單元46與該整流單元40間更包括一功因校正單元41調整該輸入電力之電流相位，該前級調壓單元46連接一調光訊號源3取得一調光訊號，並依該調光訊號決定一調壓位準，並依該調壓位準改變該半橋驅動單元43導通至該變壓單元44之輸入電力電壓，該工作週期調變單元42自該整流單元40取得該輸入電力啟動後產生一週期訊號，該週期訊號驅動該半橋驅動單元43導通該輸入電力流經變壓單元44之方向，藉此驅動該變壓單元44轉換該輸入電力形成一驅動電力驅動至少一負載2，又該變壓單元44之二次側更連接一回授單元45以產生一回授訊號，且該前級調壓單元46得依該回授訊號之大小調整該輸入電力之電壓而穩定該驅動電力之電壓；藉由上述之架構，該調光訊號與該回授訊號藉由該前級調壓單元46調整該輸入電力之電壓，進而改變該驅動電力之大小，因此該工作週期調變單元42產生之週期訊號不需隨該調光訊號與該回授訊號變動，使該半橋驅動單元43可維持固定之責任週期(duty cycle)而達到工作於零電壓切換狀態之效果。

請參閱圖3，該圖所示為該前級調壓單元46之一實施架構，其中該前級調壓單元46包含一降壓型(BUCK)電路461以及一調壓控制電路462，該輸入電力經過該功因校正單元41送至該降壓型(BUCK)電路461，而該調壓控制電路462連接該調光訊號源3以及該回授單元45，藉由該調光訊號以及該回授訊號產生一啟閉週期訊號控制該降壓型(BUCK)電路461切換之責任週期，藉此使該降壓型(BUCK)電路461依其責任週期調整該輸入電力之電壓，該半橋驅動單元43則依其固定之週期訊號導通該輸入電力流經該變壓單元44；藉由上述之架構，本發明可固定該半橋驅動單元43於零電壓切換之狀態下工作，且不因該負載2或該調光訊號變動而改變責任週期，即可達到降低切換損耗、延長電子元件壽命之效果。

上述之調壓控制電路462為一積體電路，而該負載2為一燈管組，該半橋驅動單元43可為一不對稱半橋式(Asymmetrical Half－Bridge)電源轉換電路，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，而所作之些許更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明中，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

綜上所述，本發明較習知之電路增進上述功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定創新專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

2．．．負載

3．．．調光訊號源

40．．．整流單元

41．．．功因校正單元

42．．．工作週期調變單元

43．．．半橋驅動單元

44．．．變壓單元

45．．．回授單元

46．．．前級調壓單元

461．．．降壓型電路

462．．．調壓控制電路

圖1為習知換流器之架構方塊圖。

圖2為本發明較佳之一實施例之架構方塊圖。

圖3為本發明之前級調壓單元較佳之實施架構方塊圖。

2．．．負載

3．．．調光訊號源

40．．．整流單元

41．．．功因校正單元

42．．．工作週期調變單元

43．．．半橋驅動單元

44．．．變壓單元

45．．．回授單元

46．．．前級調壓單元

Claims (6)

1. 一種前級調壓之換流器，係取得一輸入電力並轉換為一驅動電力以驅動至少一負載，該換流器包括取得該輸入電力並整流之一整流單元、一根據該整流單元整流後之輸入電力而產生一固定週期訊號之工作週期調變單元、一受該週期訊號驅動之半橋驅動單元、以及由該半橋驅動單元驅動而轉換該輸入電力形成該驅動電力之一變壓單元，而該換流器連接一調光訊號源取得一調光訊號，且該換流器更包括：一前級調壓單元，係連接於該整流單元與該半橋驅動單元之間，該前級調壓單元取得該輸入電力並得藉該調光訊號的大小決定一調壓位準，並依該調壓位準改變該半橋驅動單元導通至該變壓單元之輸入電力電壓，以調整該變壓單元轉換至二次側之驅動電力電壓；及一回授單元，連接該變壓單元之二次側，該回授單元用以產生一回授訊號，且該前級調壓單元得依該回授訊號之大小調整該輸入電力之電壓而穩定該驅動電力之電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之前級調壓之換流器，其中該前級調壓單元包含一降壓型(BUCK)電路以及一調壓控制電路，其中該調壓控制電路接收該回授訊號與該調光訊號以產生一啟閉週期訊號控制該降壓型(BUCK)電路切換之責任週期。
3. 如申請專利範圍第2項所述之前級調壓之換流器，其中該調壓控制電路為一積體電路。
4. 如申請專利範圍第1項所述之前級調壓之換流器，其中該負載為一燈管組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之前級調壓之換流器，其中該前級調壓單元以及該整流單元之間更包括一功因校正單元調整該輸入電力之電流相位。
6. 如申請專利範圍第1項所述之前級調壓之換流器，其中該半橋驅動單元可為一不對稱半橋式電源轉換電路。