TWI446834B - Electronic lighting drive circuit - Google Patents

Description

電子照明驅動電路

本發明是有關於一種驅動電路，特別是指一種電子照明驅動電路。

在強調綠色環保且節能減碳的重點原則下，高效能的照明電路已經成為電子照明一個重要的主題，更將這個概念推向汽車照明產業。由於汽車在世界各國為相當普遍的交通工具，而良好的照明設備對駕駛人極為重要。

以高強度氣體放電燈(High Intensity Discharge Lamp；簡稱HID燈)為例，其發光原理是利用電流刺激氣體發光，並不會像鹵素燈一樣產生高溫，所以只要燈管內還有惰性氣體存在，便可一直正常發光，不易損壞，具有壽命長之特點，該HID燈應用於汽車上，可大幅增加汽車照明之需求。在與市面上另一種常見的汽車用鹵素燈相較，在電子照明驅動電路的穩定運作下，該汽車用鹵素燈所需功率約為55瓦(W)，而該HID燈所需功率則約為35瓦(W)，該HID燈明顯能節省近一半的功率消耗。

參閱圖1，為一種現有的車用電子照明驅動電路1，其電連接於一車用電源V_I 與一HID燈之間，用以將車用電源V_I 所輸出的直流電壓進行轉換，而產生一呈交流形態的低頻方波電壓以驅動該HID燈。該車用電子照明驅動電路1包含一返馳式直流-直流轉換器11，及一全橋式直流-交流轉換器12。其中，該返馳式直流-直流轉換器11包括一功率開關S、一單輸出繞組變壓器111，及一輸出二極體D，且將輸入的直流電壓進行升壓以提供一穩定及漣波小的直流高電壓，而該功率開關S以高頻的方式操作，以將輸入的直流電壓提高至一直流高電壓。

該全橋式直流-交流轉換器12包括一輸出電容C1，及四個功率開關S1、S2、S3、S4，且電連接於該返馳式直流-直流轉換器11和該HID燈之間，該等功率開關S1、S2、S3、S4以低頻的方式操作，將輸入的直流高電壓轉換成該HID燈於穩態操作時所需之低頻方波電壓。

然而，該全橋式直流-交流轉換器12需要四個功率開關S1、S2、S3、S4，使得整體車用電子照明驅動電路1需要較多的電子零件數目，導致電路成本提高。

另外，圖2為圖1所示之現有的車用電子照明驅動電路1之延伸架構，可用於兩個HID燈的場合，而圖2與圖1相較之下，所需要的電子零件數目須額外再增加一個輸出電容C2，及四個功率開關S5、S6、S7、S8，因而使整個車用電子照明驅動電路1的電路成本更高，因此，在實際使用上仍有上述缺失，亟待改良。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有低電路成本的電子照明驅動電路。

於是，本發明電子照明驅動電路用以與一直流電源電連接，並能驅動一照明單元發光，該電子照明驅動電路包含一返馳式轉換單元，及一第一半橋式轉換單元。該返馳式轉換單元用以將該直流電源所輸入的一直流輸入電壓轉換形成一低漣波直流電壓，該返馳式轉換單元包括一與該第一半橋式轉換單元電連接的雙輸出繞組變壓器、一電連接於該雙輸出繞組變壓器與該第一半橋式轉換單元之間的倍壓模組，以及二分別電連接於該倍壓模組與該第一半橋式轉換單元之間的第一二極體與第二二極體，該雙輸出繞組變壓器具有位於一次側的一第一繞組和位於二次側的一第二繞組與一第三繞組。該第一二極體及該第二二極體分別具有一陽極和一陰極。該倍壓模組具有一第一升壓電容、一第二升壓電容、一第一升壓二極體，及一第二升壓二極體，該第一升壓電容電連接於該第一二極體之陽極與該第二繞組之一第一端之間，該第二升壓電容電連接於該第二二極體之陽極與該第三繞組之一第一端之間，該第一升壓二極體具有一與該第一二極體之陽極電連接之陰極，及一與該第二繞組之一第二端電連接之陽極，該第二升壓二極體具有一與該第二二極體之陽極電連接之陰極，及一與該第三繞組之一第二端電連接之陽極。該第一半橋式轉換單元與該返馳式轉換單元電連接，且用以將該低漣波直流電壓轉換形成一呈低頻方波之輸出電壓，以驅動該照明單元發光，且該雙輸出繞組變壓器之該第三繞組用以接收該第一繞組與該第二繞組產生的漏感，並將漏感轉換成電能再回送到該第一半橋式轉換單元。

本發明的功效在於：藉由該第三繞組將該第一繞組與該第二繞組產生的漏感轉換成電能回送到該第一半橋式轉 換單元，能使該雙輸出繞組變壓器因漏感所造成的損失降低，進而使整個電路的效率提高。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之八個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，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3，本發明電子照明驅動電路的第一較佳實施例，該電子照明驅動電路包含一返馳式轉換單元3、一與該返馳式轉換單元3電連接之第一半橋式轉換單元4，及一電連接於該返馳式轉換單元3與該第一半橋式轉換單元4之間的照明單元5。該返馳式轉換單元3並與一直流電源Vin電連接，藉由該返馳式轉換單元3與該第一半橋式轉換單元4之運作，而能驅動該照明單元5發光。

該返馳式轉換單元3包括一用以將該直流電源Vin所提供的直流輸入電壓進行升壓且將漏感轉換成電能並回送到輸出端之雙輸出繞組變壓器31、一與該雙輸出繞組變壓器31電連接且控制該直流輸入電壓能否進入該雙輸出繞組變壓器31之第一功率開關S₁ 、一電連接於該雙輸出繞組變壓器31與該第一半橋式轉換單元4之間的倍壓模組32、二分別電連接於該倍壓模組32與該第一半橋式轉換單元4之間的第一二極體D₃ 與第二二極體D₄ ，該第一二極體D₃ 及第二二極體D₄ 分別具有一陽極和一陰極。其中該第一功率開關S₁ 是以高頻 方式操作，以使該直流電源Vin所提供的直流輸入電壓提高至一直流高電壓準位。

該雙輸出繞組變壓器31具有位於一次側的一第一繞組N_P ，以及位於二次側的一第二繞組N_S1 與一第三繞組N_S2 ，該第一繞組N_P 、第二繞組N_S1 與第三繞組N_S2 均具有一第一端，及一第二端，該第一繞組N_P 的第一端與第二端分別電連接於該直流電源Vin與該第一功率開關S₁ 之間。

該倍壓模組32具有一第一升壓電容C_S1 、一第二升壓電容C_S2 、一第一升壓二極體D₁ ，及一第二升壓二極體D₂ ，該第一升壓電容C_S1 電連接於該第一二極體D₃ 之陽極與該第二繞組N_S1 之第一端之間，該第二升壓電容C_S2 電連接於該第二二極體D₄ 之陽極與該第三繞組N_S2 之第一端之間，該第一升壓二極體D₁ 具有一與該第一二極體D₃ 之陽極電連接之陰極，及一與該第二繞組N_S1 之第二端電連接之陽極，該第二升壓二極體D₂ 具有一與該第二二極體D₄ 之陽極電連接之陰極，及一與該第三繞組N_S2 之第二端電連接之陽極。

該第一半橋式轉換單元4包括一第一輸出電容C_O1 、一第二輸出電容C_O2 、一第二功率開關S₂ 、一第三功率開關S₃ 、一第一降壓電感L_buck1 ，及一第一電容C_buck1 。其中，該第一輸出電容C_O1 電連接於該第一二極體D₃ 之陰極與該第二繞組N_S1 之第二端之間，而該第二輸出電容C_O2 電連接於該第二二極體D₄ 之陰極與該第三繞組N_S2 之第二端之間。另外，該第二功率開關S₂ 具有一電連接於該第一二極體D₃ 之陰極的第一端和一第二端，而該第三功率開關S₃ 則電連接於該第 二功率開關S₂ 之第二端與該第三繞組N_S2 之第二端之間，該第二功率開關S₂ 之第二端與該第三功率開關S₃ 之第一端電連接。值得一提的是，該第二功率開關S₂ 及第三功率開關S₃ 是以高頻方波結合低頻方波方式操作。此外，該第一降壓電感L_buck1 一端電連接於該第三功率開關S₃ 之第一端，該第一降壓電感L_buck1 另一端則與照明單元5電連接。而該第一電容C_buck1 一端電連接於該照明單元5與該第一降壓電感L_buck1 之間，第一電容C_buck1 另一端則電連接於該第一輸出電容C_O1 與該第二輸出電容C_O2 之間。

該照明單元5包括一第一照明燈51，該第一照明燈51是以高強度氣體放電燈(即HID燈)做說明，但不以此為限，當然該第一照明燈51也可以是其他的照明元件。

該電子照明驅動電路還包含一電連接於該第一半橋式轉換單元4與該第一照明燈51之間的第一點燈單元6，利用該第一點燈單元6能提高該第一照明燈51點亮的機率。

特別說明的是，前述第一電容C_buck1 並與第一照明燈51及第一點燈單元6並聯。藉此該第一降壓電感L_buck1 用以將該輸出電壓降至一穩態電壓，且與該第一電容C_buck1 構成一濾波器以濾除由該第二功率開關S₂ 與該第三功率開關S₃ 所產生之高頻漣波，以避免音頻共振現象的發生。

在使用上，該電子照明驅動電路之返馳式轉換單元3接收該直流電源Vin之直流輸入電壓後，由該雙輸出繞組變壓器31將該直流入電壓轉換成一低漣波直流電壓，而該第一半橋式轉換單元4用以接收該低漣波直流電壓，進而透過該倍 壓模組32提高該低漣波直流電壓的電壓值，並將該低漣波直流電壓轉換成一結合有高頻及低頻之方波狀之輸出電壓，用以驅動該第二功率開關S₂ 及第三功率開關S₃ ，進而提供輸出電壓給照明單元5之第一照明燈51，以使該第一照明燈51發光。

參閱圖4，為本發明電子照明驅動電路的第二較佳實施例，本較佳實施例大致類似於該第一較佳實施例，不同的地方在於：該電子照明驅動電路還包含一第二半橋式轉換單元7，及一第二點燈單元8。另外，該照明單元5還包括有一第二照明燈52。該第二照明燈52在本實施例中亦是以高強度氣體放電燈(即HID燈)做說明，但不以此為限，當然也可以是其他的照明設備。

其中，該第二半橋式轉換單元7包括一第三輸出電容C_O3 、一第四輸出電容C_O4 、一第四功率開關S₄ 、一第五功率開關S₅ 、一第二降壓電感L_buck2 ，及一第二電容C_buck2 。其中，第四功率開關S₄ 與第五功率開關S₅ 同樣分別具有一第一端與一第二端，第四功率開關S₄ 之第二端與第五功率開關S₅ 之第一端電連接。該第三輸出電容C_O3 一端與該第一二極體D₃ 之陰極電連接，另一端則與該第四輸出電容C_O4 一端電連接，該第四輸出電容C_O4 另一端與該第五功率開關S₅ 之第二端電連接。

至於該第四功率開關S₄ 第一端亦與第一二極體D₃ 之陰極電連接。該第二降壓電感L_buck2 一端電連接於該第五功率開關S₅ 之第一端，該第二降壓電感L_buck2 另一端則與照明單 元5之第二照明燈52電連接。而該第二電容C_buck2 一端電連接於第二照明燈52與第二降壓電感L_buck2 之間，第二電容C_buck2 另一端則電連接於該第三輸出電容C_O3 與該第四輸出電容C_O4 之間，該第二電容C_buck2 亦與第二照明燈52及第二點燈單元8並聯。

本實施例藉由上述構造設計，該第二半橋式轉換單元7亦能提供該輸出電壓以驅動該第二照明燈52發亮。

參閱圖5，為本發明電子照明驅動電路的第三較佳實施例，本較佳實施例大致類似於該第二較佳實施例，不同的地方在於：該第二半橋式轉換單元7之第三輸出電容C_O3 、第四輸出電容C_O4 也可省略不用，而第四功率開關S₄ 之第一端與該第一二極體D₃ 之陰極電連接，第四功率開關S₄ 之第二端與第五功率開關S₅ 之第一端電連接，而第五功率開關S₅ 之第二端與該第三繞組N_S2 之第二端電連接。本實施例藉由上述構造設計提供另一種更為精簡之電路設計，該第二半橋式轉換單元7亦能提供該輸出電壓以驅動該第二照明燈52發亮。

參閱圖6，為本發明電子照明驅動電路的第四較佳實施例，本較佳實施例大致類似於該第一較佳實施例，不同的地方在於：省略如圖3所示之倍壓模組32，藉此提供另一種更為精簡的電路設計，本較佳實施例雖同樣能達成驅動該第一照明燈51發亮，但其發亮效果會較第一較佳實施例弱。

參閱圖7，為本發明電子照明驅動電路的第五較佳實施 例，本較佳實施例大致類似於該第一較佳實施例，不同的地方在於：該返馳式轉換單元3還包括一用以將該直流輸入電壓進行升壓處理之升壓器33，以及一電連接於該升壓器33與該雙輸出繞組變壓器31之間的二極體D_a2 。該升壓器33包括一電感L_b 、一二極體D_a1 ，及一電容C_dc 。該電感L_b 具有一與該直流電源Vin電連接之第一端，及一與該二極體D_a1 陽極電連接之第二端，該二極體D_a1 陰極與該雙輸出繞組變壓器31之第一繞組N_P 第一端電連接，電容C_dc 一端電連接於該二極體D_a1 陰極與該雙輸出繞組變壓器31之第一繞組N_P 第一端之間，另一端則接地。

藉此本較佳實施例除了仍可達成與第一較佳實施例相同的功效外，還可利用升壓器33將輸入雙輸出繞組變壓器31之直流輸入電壓先進行升壓處理，再輸入該雙輸出繞組變壓器31，藉此同樣能達成同樣能達成驅動該第一照明燈51發亮之功效。

參閱圖8，為本發明電子照明驅動電路的第六較佳實施例，本較佳實施例大致類似於該第五較佳實施例，不同的地方在於：還可如圖4之第二實施例般，該電子照明驅動電路還包含一第二半橋式轉換單元7，及一第二點燈單元8。本實施例藉由上述構造設計，使得該第一半橋式轉換單元4及第二半橋式轉換單元7能分別提供該輸出電壓以分別驅動該第一照明燈51及該第二照明燈52發亮。

參閱圖9，為本發明電子照明驅動電路的第七較佳實施例，大致類似於該第六較佳實施例，不同的地方在於：本 較佳實施例之第二半橋式轉換單元7的第三輸出電容C_O3 、第四輸出電容C_O4 也可省略不用，而第四功率開關S₄ 之第一端與該第一二極體D₃ 之陰極電連接，第四功率開關S₄ 之第二端與第五功率開關S₅ 之第一端電連接，而第五功率開關S₅ 之第二端與該第三繞組N_S2 之第二端電連接。本實施例藉由上述構造設計亦能提供另一種更為精簡之電路設計，該第二半橋式轉換單元7亦能提供該輸出電壓以驅動該第二照明燈52發亮。

參閱圖10，為本發明電子照明驅動電路的第八較佳實施例，大致類似於該第五較佳實施例，不同的地方在於：本較佳實施例亦可省略如圖7所示之倍壓模組32，藉此提供另一種更為精簡的電路設計，本較佳實施例雖同樣能達成驅動該第一照明燈51發亮，但其發亮效果會較第一較佳實施例弱。

藉由以上所述的設計，本發明電子照明驅動電路於實際使用時具有以下所述優點：

(1)提高效率：

藉由該第三繞組N_S2 將該第一繞組N_P 與該第二繞組N_S1 產生的漏感轉換成電能並回送到該第一半橋式轉換單元4，能使該雙輸出繞組變壓器31因漏感所造成的損失降低，進而使整個電路的效率提高。

(2)可將低電路成本：

藉由該第一半橋式轉換單元4只包括兩個功率開關，而不是如習知之設計方式，該全橋式直流-交流轉換器 12包括四個功率開關(見圖1)，因此本發明電子照明驅動電路能應用在多照明燈場合時達到電路高擴充性、低電路成本，及精簡電路架構的功能。

(3)可避免音頻共振現象的發生：

藉由該第一降壓電感L_buck1 與該第一電容C_buck1 的搭配，能濾除由該第二功率開關S₂ 與該第三功率開關S₃ 所產生之高頻漣波，進而能避免音頻共振現象的發生。

綜上所述，本發明電子照明驅動電路藉由上述設計，在實用上能達到提高效率、可將低電路成本，及避免音頻共振現象的發生等功效，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發明說明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。

3‧‧‧返馳式轉換單元

31‧‧‧雙輸出繞組變壓器

32‧‧‧倍壓模組

33‧‧‧升壓器

4‧‧‧第一半橋式轉換單元

5‧‧‧照明單元

51‧‧‧第一照明燈

52‧‧‧第二照明燈

6‧‧‧第一點燈單元

7‧‧‧第二半橋式轉換單元

8‧‧‧第二點燈單元

C_buck1 ‧‧‧第一電容

C_buck2 ‧‧‧第二電容

C_dc ‧‧‧電容

C_O1 ‧‧‧第一輸出電容

C_O2 ‧‧‧第二輸出電容

C_O3 ‧‧‧第三輸出電容

C_O4 ‧‧‧第四輸出電容

C_S1 ‧‧‧第一升壓電容

C_S2 ‧‧‧第二升壓電容

D₁ ‧‧‧第一升壓二極體

D₂ ‧‧‧第二升壓二極體

D₃ ‧‧‧第一二極體

D₄ ‧‧‧第二二極體

D_a1 ‧‧‧二極體

D_a2 ‧‧‧二極體

L_b ‧‧‧電感

L_buck1 ‧‧‧第一降壓電感

L_buck2 ‧‧‧第二降壓電感

N_P ‧‧‧第一繞組

N_S1 ‧‧‧第二繞組

N_S2 ‧‧‧第三繞組

S₁ ‧‧‧第一功率開關

S₂ ‧‧‧第二功率開關

S₃ ‧‧‧第三功率開關

S₄ ‧‧‧第四功率開關

S₅ ‧‧‧第五功率開關

Vin‧‧‧直流電源

圖1是一電路圖，說明現有電子照明驅動電路；圖2是一電路圖，說明現有電子照明驅動電路的延伸架構；圖3是一電路圖，說明本發明電子照明驅動電路的第一較佳實施例；圖4是一電路圖，說明本發明電子照明驅動電路的第二較佳實施例；圖5是一電路圖，說明本發明電子照明驅動電路的第三較佳實施例； 圖6是一電路圖，說明本發明電子照明驅動電路的第四較佳實施例；圖7是一電路圖，說明本發明電子照明驅動電路的第五較佳實施例；圖8是一電路圖，說明本發明電子照明驅動電路的第六較佳實施例；圖9是一電路圖，說明本發明電子照明驅動電路的第七較佳實施例；圖10是一電路圖，說明本發明電子照明驅動電路的第八較佳實施例。

3．．．返馳式轉換單元

31．．．雙輸出繞組變壓器

32．．．倍壓模組

4．．．第一半橋式轉換單元

5．．．照明單元

51．．．第一照明燈

6．．．第一點燈單元

C_buck1 ．．．第一電容

C_O1 ．．．第一輸出電容

C_O2 ．．．第二輸出電容

C_S1 ．．．第一升壓電容

C_S2 ．．．第二升壓電容

D₁ ．．．第一升壓二極體

D₂ ．．．第二升壓二極體

D₃ ．．．第一二極體

D₄ ．．．第二二極體

L_buck1 ．．．第一降壓電感

N_P ．．．第一繞組

N_S1 ．．．第二繞組

N_S2 ．．．第三繞組

S₁ ．．．第一功率開關

S₂ ．．．第二功率開關

S₃ ．．．第三功率開關

Vin．．．直流電源

Claims (7)

1. 一種電子照明驅動電路，用以與一直流電源電連接，並能驅動一照明單元發光，該電子照明驅動電路包含：一返馳式轉換單元，用以將該直流電源所輸入的一直流輸入電壓轉換形成一低漣波直流電壓，該返馳式轉換單元包括一與該第一半橋式轉換單元電連接的雙輸出繞組變壓器、一電連接於該雙輸出繞組變壓器與該第一半橋式轉換單元之間的倍壓模組，以及二分別電連接於該倍壓模組與該第一半橋式轉換單元之間的第一二極體與第二二極體，該雙輸出繞組變壓器具有位於一次側的一第一繞組和位於二次側的一第二繞組與一第三繞組，該第一二極體及該第二二極體分別具有一陽極和一陰極，該倍壓模組具有一第一升壓電容、一第二升壓電容、一第一升壓二極體，及一第二升壓二極體，該第一升壓電容電連接於該第一二極體之陽極與該第二繞組之一第一端之間，該第二升壓電容電連接於該第二二極體之陽極與該第三繞組之一第一端之間，該第一升壓二極體具有一與該第一二極體之陽極電連接之陰極，及一與該第二繞組之一第二端電連接之陽極，該第二升壓二極體具有一與該第二二極體之陽極電連接之陰極，及一與該第三繞組之一第二端電連接之陽極；及一第一半橋式轉換單元，與該返馳式轉換單元電連接，用以將該低漣波直流電壓轉換形成一呈低頻方波之輸出電壓以驅動該照明單元發光，且該雙輸出繞組變壓 器之該第三繞組用以接收該第一繞組與該第二繞組產生的漏感，並將漏感轉換成電能再回送到該第一半橋式轉換單元。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之電子照明驅動電路，其中，該照明單元包括一第一照明燈，該電子照明驅動電路還包含一電連接於該第一半橋式轉換單元與該第一照明燈之間的第一點燈單元。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之電子照明驅動電路，其中，該返馳式轉換單元還包括一與該雙輸出繞組變壓器電連接且控制該直流輸入電壓能否進入該雙輸出繞組變壓器之第一功率開關。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之電子照明驅動電路，其中，該第一半橋式轉換單元包括一第一輸出電容、一第二輸出電容、一第二功率開關，以及一第三功率開關，該第一輸出電容電連接於該第一二極體之陰極與該第二繞組之第二端之間，而該第二輸出電容電連接於該第二二極體之陰極與該第三繞組之第二端之間，另外，該第二功率開關具有一電連接於該第一二極體之陰極的第一端和一第二端，而該第三功率開關則電連接於該第二功率開關之第二端與該第三繞組之第二端之間，該第二功率開關之第二端與該第三功率開關之第一端電連接。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之電子照明驅動電路，其中，該第一半橋式轉換單元還包括一第一降壓電感，及一第一電容，該第一降壓電感一端電連接於該第三功率 開關之第一端，該第一降壓電感另一端則與該照明單元電連接，該第一電容一端電連接於該照明單元與該第一降壓電感之間，該第一電容另一端則電連接於該第一輸出電容與該第二輸出電容之間，藉該第一降壓電感將該直流輸出電壓降至一穩態電壓，且與該第二電容共同作用以濾除由該第二功率開關與該第三功率開關所產生之高頻漣波。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之電子照明驅動電路，其中，該返馳式轉換單元還包括一用以將該直流輸入電壓進行升壓處理之升壓器。
7. 根據申請專利範圍第6項所述電子照明驅動電路，其中，其中，該照明單元還包括一第二照明燈，該電子照明驅動電路還包含一與該第一半橋式轉換單元電連接之第二半橋式轉換單元，及一電連接於該第二半橋式轉換單元與該第二照明燈之間的點燈單元。