TWI425752B - A multi-performance power converter - Google Patents

Description

具有多效能的電源轉換器

本發明係關於一種交流電轉直流電的電源供應器技術領域，特別是具有多效能的電源轉換器。

現今大部分的電子或光電器材，其內部元件所使用的電源均為直流電，而一般市電皆是交流電，所以必須使用適當的電源供應器(整流器或電源轉換器)來把市電轉換成各種不同的直流電源，以供電器發揮正常功能。

台灣專利566761揭示一種非對稱半橋式與馳返式電力轉換器之磁滯切換電路，該專利前案揭示在重載時，使用非對稱半橋式電路；在輕載時，使用返馳式電路，並且藉由功因校正電路來增加電源的可使用率。此外該專利前案揭示其具有高轉換效率。

然而該專利前案的說明內容並未提及轉換效率的數值為何，所以無從判斷所稱之高轉換效率是否具備高實用價值；一般而言，轉換效率約可達70%左右；若轉換效率有達到90%以上才可實質的稱為高轉換效率。其次該專利前案對於電磁干擾(EMI)問題、電路溫升問題、及調光機制皆未提供適當的解決方式。

台灣專利M335874揭示一種高效率推挽式電源電路，其電路中利用場效電晶體之低消耗功率的特性，可降低開關元件之切換損失，同時將脈波寬度調變(PWM)晶片設置於隔離驅動變壓器之低壓側，使得PWM晶片可安全穩定地工作於低壓段，不受高壓側之高壓雜訊影響，同時方便整合各低壓側之電路而降低成本。此外，該專利前案提及其具有高轉換效率。

然而該專利前案的說明內容並未提及轉換效率的數值為何，所以無從判斷所稱之高轉換效率是否具備高實用價值；再者，該專利前案並未提供調光機制、寬輸出功率支援、EMI問題及電路溫升等問題的解決方式。

台灣專利M384460揭示一種具功因修正的電源轉換裝置，其包含電感性元件、單向導通元件、開關、儲能元件、電容性元件、及輸出電路，並藉此提供功因校正的功效。此外該專利搭配有電磁干擾濾波電路。

然而該專利前案並沒有提供調光機制、寬輸出功率支援、電路溫升、及高轉換效率等問題的解決手段。

台灣專利572544揭示一種調光電路控制裝置，其主要是利用DIAC與TRIAC所構成的觸發電路來達成調光的功能。

然而上述方式會使功率因數受調光動作的影響而下降；其次該專利前案並沒有進一步提供功因校正、寬輸出功率支援、EMI、電路溫升、及高轉換效率等問題的解決手段。

由於電源供應器的設計往往伴隨著：增加虛功、增加電壓電流諧波的污染、功率因數與轉換效率偏低、增加電磁干擾、及電路溫升偏高且不穩等問題，而上述的各專利前案都僅能針對其中一部份問題提供解決手段，因此各設計均未臻理想。

本發明的目的係在提供一種具有多效能的電源轉換器，其具有能夠提供EMI濾波、高功率因數、高轉換效率、可調光機制、可調式寬功率輸出、及低電路溫升等多種使用效能。

根據上述的目的與功效，本發明所揭示的電源轉換器包含一EMI濾波電路、一交流/直流轉換電路；一主動式功率因數校正電路係電性連接交流/直流轉換電路，其具有電性相連接的一第一調整器、一第二調整器、一第三調整器、一乘法器、一誤差放大器、及一比較器，其中第一調整器用以改變乘法器的輸入訊號，第二調整器用以改變比較器的輸入訊號，第三調整器用以改變誤差放大器的輸出訊號及乘法器的輸入電流波形；一切換式降壓隔離電路，係電性相連該主動式功率因數校正電路的第一調整器及第二調整器；一回授電路電性連接該切換式降壓隔離電路及主動式功率因數校正電路的第三調整器。

本發明更包含一脈波寬度調變控制電路與一調光電路，其中該脈波寬度調變控制電路配置於主動式功率因數校正電路且電性相連比較器及第二調整器，又調光電路電性連接切換式降壓隔離電路與回授電路。

以下即根據本發明的目的、功效及結構組態，舉出較佳實施例，並配合圖式詳細說明。

請參閱第1圖，圖中揭示本發明可將交流電轉換成直流電，並可對一個受驅動裝置10提供適當的驅動電力使其正常運作。上述的受驅動裝置10主要是LED模組，然而LED模組只是受驅動裝置10之實施例之一，並非用以限制受驅動裝置10的種類。

又本發明所揭示的電源轉換器之構成包含一EMI濾波電路20、一交流/直流(AC/DC)轉換電路30、一主動式功率因數校正電路40、一切換降壓隔離電路50、及一驅動處理電路60。該驅動處理電路60電性連接該受驅動裝置10，而且又與主動式功率因數校正電路40電性連接，藉以提供一回授訊號至主動式功率因數校正電路40。

請參閱第2圖，EMI濾波電路20與AC/DC轉換電路30電性連接。其中EMI濾波電路20可以防止電磁波對整體電路架構干擾；而AC/DC轉換電路30可使輸入的交流電轉換成直流電輸出。

主動式功率因數校正電路40與切換式降壓隔離電路50電性相連；其中主動式功率因數校正電路40包含一第一調整器41、一第二調整器42、一第三調整器43、一乘法器44、一誤差放大器45、及一比較器46，且上述各構成單元互相電性相連。

該第一調整器41可由二個電阻(R1,R2)與一個可變電容(C1)互相搭配組合而成；該第一調整器41係電性相連該AC/DC轉換電路30，以及電性相連該切換式降壓隔離電路50；此外該第一調整器41與該乘法器44電性相連。

該第二調整器42可由一個可變電阻(Rs)構成；該第二調整器42電性連接該切換式降壓隔離電路50，且電性連接該比較器46。

該第三調整器43可由一個可變電容(C2)與一個可變電阻(R3)互相搭配組合而成；其電性相連該誤差放大器45及該乘法器44。

再者，主動式功率因數校正電路40中的乘法器44電性連接該比較器46；此外主動式功率因數校正電路40還包含一脈波寬度調變(PWM)控制電路47與一開關48的組合，該PWM控制電路47電性相連該比較器46，而該開關48位在該切換式降壓隔離電路50與第二調整器42的電路路徑。

切換式降壓隔離電路50與驅動處理電路60電性相連；其中本實施例所揭示的驅動處理電路60包含一個調光電路61及一回授電路62。

該調光電路61係電性連接該切換式降壓隔離電路50與受驅動裝置(LED模組)10。

回授電路62電性連接該調光電路61及該主動式功率因數校正電路40之誤差放大器45與第三調整器43。

以上電路架構為本發明對LED模組10所提供之較佳實施例；在此電路架構下，除了解決EMI的問題外，更具有以下的優點：

1.本發明的整體電路設計為單級返馳式(flyback)電路設計，其電路拓樸結構簡單，整體元件功率消耗低，因此可以具有大於92%以上的轉換效率，堪稱具有實質意義的高轉換效率。

2.使用時，操作者可調整該第三調整器43，利用可變電阻(R3)與可變電容(C2)的調整改變誤差放大器45的輸出訊號，使得乘法器44之輸出電流波形追隨電壓波形而調整至同相位，進而達到0.97以上的高功率因數效能。

3.本發明使用切換式降壓隔離電路50搭配主動式功率因數校正電路40可提供可調式寬功率輸出。具體而言，第一調整器41之電阻(R1,R2)具固定阻抗，藉由調整可變電容(C1)可以改變進入乘法器的輸入訊號；微調第二調整器42(可變電阻RS)以改變進入比較器46的輸入訊號；因此在第一調整器41與第二調整器42的搭配下，可以使電源轉換器產生不同的輸出功率；舉例而言，藉由上述的調整手段可使100瓦(W)以下之輸出功率分成三個區段，且能相互切換。此種可調式寬功率輸出切換設計，未見於一般的電源轉換器，同時也提供更佳、更廣的使用性。

4.本發明的PWM調光電路設計搭配前述的三段輸出功率切換，可提供大範圍的調光效果，例如可以將100W以下輸出功率區分成36W以下、36W至72W、及72W至100W三個區段；而且在調光過程中，不會造成本發明所具備之高功率因數及高轉換效率等效能的降低，因此本發明具備良好的實用性。

5.由於本發明具高轉換效率，電路元件消耗功率佔整體電路消耗功率比例低，所以電路溫升的溫度較低，例如在小於36W之輸出功率下，電路溫升可穩定在小於50℃的狀態下；在36W~72W之輸出功率下，電路溫升可穩定在小於55℃的狀態下；在72W~100W之輸出功率下，電路溫升可穩定在小於60℃的狀態下。將本發明之電路溫升情形與現今之廠商的產品比較，如下表1、表2、及表3，可看出本發明的電路溫升明顯優於現有的產品。

以上乃本發明之較佳實施例以及設計圖式，惟較佳實施例以及設計圖式僅是舉例說明，並非用於限制本發明技藝之權利範圍，凡以均等之技藝手段、或為下述「申請專利範圍」內容所涵蓋之權利範圍而實施者，均不脫離本發明之範疇而為申請人之權利範圍。

10．．．受驅動裝置

20．．．EMI濾波電路

30．．．交流/直流轉換電路

40．．．主動式功率因數校正電路

41．．．第一調整器

42．．．第二調整器

43．．．第三調整器

44．．．乘法器

45．．．誤差放大器

46．．．比較器

47．．．脈波寬度調變控制電路

48．．．開關

50．．．切換式降壓隔離電路

60．．．驅動處理電路

61．．．調光電路

62．．．回授電路

第1圖係本發明的電路架構方塊圖；

第2圖係本發明的電路圖。

10．．．受驅動裝置

20．．．EMI濾波電路

30．．．交流/直流轉換電路

40．．．主動式功率因數校正電路

41．．．第一調整器

42．．．第二調整器

43．．．第三調整器

44．．．乘法器

45．．．誤差放大器

46．．．比較器

47．．．脈波寬度調變控制電路

48．．．開關

50．．．切換式降壓隔離電路

60．．．驅動處理電路

61．．．調光電路

62．．．回授電路

Claims (5)

1. 一種具有多效能的電源轉換器，係用以承接交流電力及輸出直流電力至一受驅動裝置，其包含：一交流/直流轉換電路；一主動式功率因數校正電路，係電性相連該交流/直流轉換電路；一切換式降壓隔離電路，係電性相連該主動式功率因數校正電路；一驅動處理電路，係電性連接該切換式降壓隔離電路、該主動式功率因數校正電路、及該受驅動裝置；其中，該主動式功率因數校正電路具有電性相連接的一第一調整器、一第二調整器、一第三調整器、一乘法器、一誤差放大器及一比較器，其中；該第一調整器用以調整該乘法器的輸入訊號；該第二調整器用以調整該比較器的輸入訊號；該第三調整器用以調整該誤差放大器的輸出訊號，使得乘法器的輸出電流波形追隨電壓波形而調整至相同相位；該切換式降壓隔離電路電性連接該第一調整器及該第二調整器；該驅動處理電路電性連接該主動式功率因數校正電路的第三調整器，並提供一回授訊號至該誤差放大器；又該主動式功率因數校正電路具有一脈波寬度調變控制電路，該驅動處理電路具有一調光電路及一回授電路，且該受驅動裝置為一個LED模組；該脈波寬度調變控制電路電性相連該比較器及該第二調整器，該調光電路電性連接該切換式降壓隔離電路，且能搭配該回授電路所輸出的回授訊號以控制脈波寬度調變控制電路及調整LED模組的亮度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有多效能的電源轉換器，其中該第一調整器由電阻與可變電容組成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有多效能的電源轉換器，其 中第二調整器由可變電阻組成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有多效能的電源轉換器，其中第三調整器由可變電阻與可變電容組成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有多效能的電源轉換器，更包含一電磁干擾濾波電路，其電性連接該交流/直流轉換電路。