TWI636651B - 發光二極體電源供應器 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體電源供應器包含原邊繞組、副邊繞組、充電幫浦電容、橋式整流電路、單向可控功率開關以及輸出電容。副邊繞組包含第一端與第二端，用以感應流經該原邊繞組的原邊電流以輸出副邊電流。充電幫浦電容包含第一端與第二端。充電幫浦電容的第一端電性耦接於副邊繞組的第二端。橋式整流電路電性耦接於副邊繞組的第一端與充電幫浦電容的第二端。單向可控功率開關與橋式整流電路中複數個二極體中之一者反向並聯，並用以根據控制電壓選擇性地導通或關斷。輸出電容電性耦接於橋式整流電路，用以根據副邊電流提供輸出電壓。

Description

發光二極體電源供應器

本案係關於一種電源供應器，且特別係關於一種寬輸出範圍的發光二極體電源供應器。

近來，隨著高效率、小型化的設計趨勢，於充電電池、太陽能板、以及固態光源等相關領域，電力電子設備越來越廣泛採用諧振電路架構。

然而，為了滿足多樣化的後端負載，採用諧振電路的電源供應器需提供寬範圍的之輸入與輸出電壓，以適應各種不同產品規格的電力需求。因此，如何設計電源轉換電路以實現寬範圍的輸入電壓及/或輸出電壓，乃是當前技術領域的重要課題。

本案的一態樣為一種發光二極體電源供應器。電源供應器包含原邊繞組、副邊繞組、充電幫浦電容、橋式整流電路、單向可控功率開關、輸出電容。副邊繞組包含第一端與第二端，用以感應流經該原邊繞組的原邊電流以輸出副邊電流。充電幫浦電容包含第一端與第二端。充電幫浦電容的第一 端電性耦接於副邊繞組的第二端。橋式整流電路電性耦接於副邊繞組的第一端與充電幫浦電容的第二端。單向可控功率開關與橋式整流電路中複數個二極體中之一者反向並聯，並用以根據控制電壓選擇性地導通或關斷。輸出電容電性耦接於橋式整流電路，用以根據副邊電流提供輸出電壓。

在部分實施例中，橋式整流電路包含：第一二極體，該第一二極體的一陽極端電性耦接於該副邊繞組的該第一端；第二二極體，該第二二極體的一陽極端電性耦接於一接地端，該第二二極體的一陰極端電性耦接於該副邊繞組的該第一端；第三二極體，該第三二極體的一陽極端電性耦接於該充電幫浦電容的該第二端，該第三二極體的一陰極端電性耦接於該第一二極體的一陰極端；以及第四二極體，該第四二極體的一陽極端電性耦接於該接地端，該第四二極體的一陰極端電性耦接於該充電幫浦電容的該第二端。

在部分實施例中，該單向可控功率開關與該第四二極體反向並聯。

在部分實施例中，該單向可控功率開關根據該控制電壓導通時，流經該第三二極體的電流為零。

在部分實施例中，該單向可控功率開關與該第三二極體反向並聯。

在部分實施例中，該單向可控功率開關根據該控制電壓導通時，流經該第四二極體的電流為零。

在部分實施例中，該單向可控功率開關根據該控制電壓關斷時，該輸出電壓約為該副邊繞組於一完整週期內整 流後的平均電壓。

在部分實施例中，該單向可控功率開關根據該控制電壓導通時，該輸出電壓約為該副邊繞組於該完整週期內整流後平均電壓之兩倍。

在部分實施例中，發光二極體電源供應器更包含一原邊電路，其中該原邊電路包含：一切換電路，用以將一直流輸入電壓轉換為一切換訊號；一諧振電路，電性連接於該切換電路與該原邊繞組，用以接收該切換訊號以提供該原邊電流。

在部分實施例中，該諧振電路包含：一諧振電容單元，以串聯形式電性連接於該原邊繞組；一諧振電感單元，以串聯形式電性連接於該原邊繞組；以及一激磁電感單元，以並聯形式電性連接於該原邊繞組。

在部分實施例中，該切換電路包含：一第一開關，該第一開關的一第一端電性耦接於該直流輸入電壓的正極端，該第一開關的一第二端電性耦接於該諧振電路；以及一第二開關，該第二開關的一第一端電性耦接於該第一開關的該第二端，該第二開關的一第二端電性耦接於該直流輸入電壓的負極端。

在部分實施例中，發光二極體電源供應器更包含一原邊電路，其中該原邊電路包含：一第一電感單元，該第一電感單元的一第一端電性耦接於一直流輸入電壓的一正極端；一切換開關，該切換開關的一第一端電性耦接於該第一電感單元的一第二端，該切換開關的一第二端電性耦接於該直流 輸入電壓的一負極端；一第一電容單元，該第一電容單元的一第一端電性耦接於該第一電感單元的一第二端，該第一電容單元的一第二端電性耦接於該直流輸入電壓的一負極端；一第二電感單元；以及一第二電容單元，其中該第二電感單元與該第二電容單元彼此串聯，並電性耦接於該第一電容單元的該第一端與該原邊繞組之間。

本案的另一態樣為一種電源供應器，用於提供輸出電壓至發光二極體模組。電源供應器包含隔離變壓器、原邊電路、充電幫浦電容、橋式整流電路以及單向可控功率開關。隔離變壓器包含原邊繞組以及副邊繞組。副邊繞組用以感應流經原邊繞組的原邊電流以提供副邊電流。原邊電路電性耦接於隔離變壓器的原邊繞組，用以根據直流輸入電壓提供原邊電流。充電幫浦電容電性耦接於副邊繞組。橋式整流電路包含第一二極體、第二二極體、第三二極體以及第四二極體。單向可控功率開關與第三二極體或第四二極體反向並聯，並用以選擇性地導通或關斷以決定電源供應器操作在第一調變模式或第二調變模式，以輸出相應的輸出電壓，其中於第一調變模式，單向可控功率開關持續關斷，於第二調變模式，單向可控功率開關持續導通。

在部分實施例中，該電源供應器操作在該第二調變模式時輸出的該輸出電壓約為該電源供應器操作在該第一調變模式時輸出的該輸出電壓之兩倍。

在部分實施例中，電源供應器更包含功率因數校正電路，電性耦接於該原邊電路，用以將一交流輸入電壓轉換 為該直流輸入電壓。

在部分實施例中，該單向可控功率開關包含一雙極性電晶體、一絕緣柵雙極電晶體或一矽控整流器。

在部分實施例中，該原邊電路包含切換電路以及諧振電路。切換電路用以將該直流輸入電壓轉換為一切換訊號。諧振電路電性連接於該切換電路與該原邊繞組，用以接收該切換訊號以提供該原邊電流。

在部分實施例中，該第一二極體的一陽極端電性耦接於該副邊繞組的該第一端，該第二二極體的一陽極端電性耦接於一接地端，該第二二極體的一陰極端電性耦接於該副邊繞組的該第一端，該第三二極體的一陽極端電性耦接於該充電幫浦電容的該第二端，該第三二極體的一陰極端電性耦接於該第一二極體的一陰極端，該第四二極體的一陽極端電性耦接於該接地端，該第四二極體的一陰極端電性耦接於該充電幫浦電容的該第二端。

在部分實施例中，該單向可控功率開關與該第四二極體反向並聯，該單向可控功率開關導通時，流經該第三二極體的電流為零。

在部分實施例中，該單向可控功率開關與該第三二極體反向並聯，該單向可控功率開關導通時，流經該第四二極體的電流為零。

綜上所述，在本案各個實施例中，在調變模式維持不變時，電源供應器不需切換單向可控功率開關的啟閉，且橋式整流電路中的二極體亦不需要進行控制，因此電源供應器 便可在提供寬範圍的輸出電壓的同時，避免不必要的功率損耗。

100‧‧‧發光二極體電源供應器

120‧‧‧原邊電路

122‧‧‧切換電路

124‧‧‧諧振電路

130‧‧‧隔離變壓器

140‧‧‧副邊電路

142‧‧‧橋式整流電路

160‧‧‧功率因數校正電路

200‧‧‧發光二極體模組

Np‧‧‧原邊繞組

Ns‧‧‧副邊繞組

Cr‧‧‧諧振電容單元

Ccp‧‧‧充電幫浦電容

Co‧‧‧輸出電容

C1、Cs、C2‧‧‧電容單元

D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體

Lr‧‧‧諧振電感單元

Lm‧‧‧激磁電感單元

Lin、Lf、L1‧‧‧電感單元

Smp‧‧‧單向可控功率開關

S1、S2、S3‧‧‧開關

Q1、Q2‧‧‧電晶體

Vac‧‧‧交流輸入電壓

Vin‧‧‧直流輸入電壓

Vo‧‧‧輸出電壓

CT1‧‧‧控制電壓

P1、P2、P3‧‧‧期間

第1圖為根據本案部分實施例所繪示的發光二極體電源供應器的示意圖。

第2圖為根據本案部分實施例所繪示的電流波形示意圖。

第3A圖與第3B圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示，發光二極體電源供應器操作於第一調變模式下時副邊電路的操作示意圖。

第4A圖與第4B圖為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示，發光二極體電源供應器操作於第二調變模式下時副邊電路的操作示意圖。

第5A圖與第5B圖為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示，發光二極體電源供應器操作於第二調變模式下時副邊電路的操作示意圖。

第6圖為根據本案其他部分實施例所繪示的發光二極體電源供應器的示意圖。

第7圖為根據本案其他部分實施例所繪示的發光二極體電源供應器的示意圖。

第8圖為根據本案其他部分實施例所繪示的發光二極體電源供應器的示意圖。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同之符號標示來進行說明以便於理解。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

此外，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本文中所使用之『及/或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

於本文中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順 位，亦非用以限定本發明。

請參考第1圖。第1圖為根據本案部分實施例所繪示的發光二極體電源供應器100的示意圖。如第1圖所示，在部分實施例中，發光二極體電源供應器100用於提供輸出電壓Vo至發光二極體模組200，以驅動發光二極體模組200，供應其運作所需要的電力。

在部分實施例中，發光二極體電源供應器100為了配合後端負載所串接的發光二極體模組200的種類與數量，發光二極體電源供應器100可提供寬範圍的輸出電壓Vo至發光二極體模組200，以滿足產品應用規格的需求。

如第1圖所示，在部分實施例中發光二極體電源供應器100採用諧振電路架構進行電力轉換。具體來說，發光二極體電源供應器100包含原邊電路120、隔離變壓器130的原邊繞組Np以及副邊繞組Ns、副邊電路140。在結構上，原邊電路120電性耦接於直流電壓源以及原邊繞組Np之間，用以接收直流輸入電壓Vin，並根據直流輸入電壓Vin提供流經原邊繞組Np的原邊電流。

如第1圖所示，在部分實施例中，原邊電路120包含切換電路122、諧振電路124。切換電路122用以將直流輸入電壓Vin轉換為切換訊號。在結構上，切換電路122的輸入端電性耦接至直流電壓源，用以接收直流輸入電壓Vin。切換電路122的輸出端電性耦接於諧振電路124的輸入端，用以輸出經轉換後的切換訊號至諧振電路124。

在部分實施例中，切換電路122可採用半橋式架 構以實現半橋諧振變換器，但本案並不以此為限。如第1圖所示，切換電路122包含開關S1與開關S2。在結構上，開關S1的第一端電性耦接於直流輸入電壓Vin的正極端，開關S1的第二端電性耦接於諧振電路124。開關S2的第一端電性耦接於開關S1的第二端，開關S2的第二端電性耦接於直流輸入電壓Vin的負極端。開關S1、開關S2的控制端分別用以接收驅動訊號，使得開關S1、開關S2根據驅動訊號選擇性地導通或關斷。

藉此，切換電路122透過選擇性地導通開關S1、開關S2當中之一者，便可於開關S1導通時輸出具有高準位(如：直流輸入電壓Vin)的切換訊號，並於開關S2導通時輸出具有低準位(如：零電位)的切換訊號。舉例來說，在一個完整切換週期內，驅動訊號可為脈衝頻率調變(Pulse Frequency Modulation，PFM)訊號，開關S1與開關S2可分別導通半個週期，以輸出責任週期為50%的切換訊號。

值得注意的是，在部分應用功率範圍較低(如，約500瓦以下)之發光二極體驅動電路的應用當中，切換電路122可採用半橋式架構。在其他大功率(如，約500瓦以上)應用的部分實施例中，切換電路122亦可採用全橋式架構以實現全橋諧振變換器。舉例來說，切換電路122亦可包含兩兩成對的四組開關，該些開關分別接受對應的驅動訊號選擇性地導通或截止。如此一來，於一個完整週期內，切換電路122便可於前半週期根據驅動訊號導通其中一對開關，關斷另外一對開關以輸出具有正電位的切換訊號，並於後半週期根據驅動訊號切換開關的啟閉，以輸出具有負準位的切換訊號。

在結構上，諧振電路124電性連接於切換電路122與原邊繞組Np。具體來說，諧振電路124的輸出端電性耦接於隔離變壓器130的原邊側。諧振電路124用以自切換電路122接收切換訊號以提供流經原邊繞組Np的原邊電流。

在部分實施例中，諧振電路124包含諧振電容單元Cr、諧振電感單元Lr以及激磁電感單元Lm，但本案並不以此為限。在結構上，諧振電容單元Cr、諧振電感單元Lr與隔離變壓器130的原邊繞組Np彼此串聯。激磁電感單元Lm與隔離變壓器130的原邊繞組Np彼此並聯。舉例來說，如第1圖所示，諧振電容單元Cr的第一端電性連接於諧振電路124的第一端，以電性連接於開關S1的第二端以及開關S2的第一端。諧振電容單元Cr的第二端電性連接於諧振電感單元Lr的第一端。諧振電感單元Lr的第二端電性連接於激磁電感單元Lm的第一端。激磁電感單元Lm的第二端電性連接於諧振電路124的第二端，以電性連接於直流輸入電壓Vin的負極端，但本揭示內容並不以此為限。在部分實施例中，諧振電感單元Lr以及激磁電感單元Lm可分別磁集成隔離變壓器130的漏感與磁化電感。

在其他實施例中，諧振電容單元Cr、諧振電感單元Lr以及激磁電感單元Lm亦可透過不同方式電性連接以實現LLC諧振電路。此外，在其他實施例中，諧振電路124亦可藉由一或多組的電感單元與電容單元實現LC諧振電路、LCC諧振電路、LLCC諧振電路，因此本案圖式中所繪示的LLC諧振電路僅為本案可能的實施方式之一，並非用以限制本案。換言 之，本技術領域具有通常知識者當明白，本案各個實施例中的諧振電路124可為一或多組電感單元與一或多組電容單元之任意組合，並透過串聯或並聯等不同方式電性連接以實現諧振。

如此一來，原邊繞組Np便可自諧振電路124接收原邊電流。副邊繞組Ns便可感應流經原邊繞組Np的原邊電流以輸出副邊電流，使得隔離變壓器130實現原邊側與副邊側的能量傳遞。

如第1圖所示，在部分實施例中，副邊電路140包含橋式整流電路142、充電幫浦電容Ccp、單向可控功率開關Smp以及輸出電容Co。在結構上，橋式整流電路142電性耦接於副邊繞組Ns的第一端與充電幫浦電容Ccp的第二端。充電幫浦電容Ccp的第一端電性耦接於副邊繞組Ns的第二端。單向可控功率開關Smp與橋式整流電路142中複數個二極體D1~D4中之一者反向並聯，並用以根據控制電壓CT1選擇性地導通或關斷。輸出電容Co電性耦接於橋式整流電路142，用以根據副邊電流提供輸出電壓Vo。

在部分實施例中，橋式整流電路142用以對副邊電流進行整流。如圖所示，在結構上，橋式整流電路142中的二極體D1的陽極端電性耦接於副邊繞組Ns的第一端，二極體D1的陰極端電性耦接於輸出電容Co的正極端。二極體D2的陽極端電性耦接於副邊側的接地端，二極體D2的陰極端電性耦接於副邊繞組Ns的第一端以及二極體D1的陽極端。二極體D3的陽極端電性耦接於充電幫浦電容Ccp的第二端，二極體D3的陰極端電性耦接於二極體D1的陰極端以及輸出電容Co的正 極端。二極體D4的陽極端電性耦接於副邊側的接地端，二極體D4的陰極端電性耦接於充電幫浦電容Ccp的第二端以及二極體D3的陽極端。

如此一來，根據副邊電流的流向，兩對二極體D1、D4以及二極體D2、D3便可分別操作在相應的工作區，以提供電流路徑實現橋式整流。

在第1圖所示實施例中，單向可控功率開關Smp可為npn型的雙極性電晶體。雙極性電晶體的基極端(Base)用以接收控制電壓CT1，以選擇地導通或關斷單向可控功率開關Smp。雙極性電晶體的射極端(Emitter)電性耦接於二極體D4的陽極端，集極端(Collector)電性耦接於二極體D4的陰極端。換言之，在本實施例中，單向可控功率開關Smp與橋式整流電路142中的二極體D4反向並聯，但本案並不以此為限。

值得注意的是，在各個實施例中，單向可控功率開關Smp並不以npn型的雙極性電晶體為限。舉例來說，單向可控功率開關Smp亦可包含pnp型的雙極性電晶體(Bipolar Junction Transistor，BJT)、絕緣柵雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、或矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier，SCR)等等。

為便於說明，副邊電路140中各個電路及元件的詳細操作，將於後續段落中搭配相關圖式進行討論，以便解釋發光二極體電源供應器100如何在諧振電路架構下進行電力轉換，並透過單向可控功率開關Smp導通與否選擇性地操作在不 同的調變模式下。透過將發光二極體電源供應器100操作在不同的調變模式下，便可切換輸出電壓Vo為一倍壓或是二倍壓的直流輸出，藉此，發光二極體電源供應器100便可提供寬範圍的輸出電壓Vo至發光二極體模組200，滿足產品應用規格的需求。

請參考第2圖。第2圖為根據本案部分實施例所繪示的電流波形示意圖。在第2圖所示實施例中，於期間P1與期間P3，單向可控功率開關Smp維持關斷，發光二極體電源供應器100操作於第一調變模式並輸出一倍壓的輸出電壓Vo。相對地，於期間P2，單向可控功率開關Smp維持導通，發光二極體電源供應器100操作於第二調變模式並輸出二倍壓的輸出電壓Vo。

請一併參考第3A圖與第3B圖。第3A圖與第3B圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示，發光二極體電源供應器100操作於第一調變模式下時副邊電路140的操作示意圖。為清楚起見，於以下段落中，請一併搭配第2圖所示實施例中期間P1或期間P3裡二極體D1~D4的電流波形，以更好地理解第3A圖與第3B圖中各個電路元件的操作。在第一調變模式下，單向可控功率開關Smp維持關斷，故於圖中以虛線表示。

首先，如第3A圖所示，在前半週期中，副邊電流流經正向導通的二極體D1、D4以及充電幫浦電容Ccp，向輸出電容Co充電。此時二極體D2、D3操作在截止區。

接著，如第3B圖所示，在後半週期中，副邊電流流經正向導通的二極體D2、D3，並以反向流經充電幫浦電容 Ccp，向輸出電容Co充電。此時二極體D1、D4操作在截止區。由於在前半週期與後半週期中，流經充電幫浦電容Ccp的電流方向相反，因此充電幫浦電容Ccp上的平均電流為零。因此，在第一調變模式下，輸出電容Co上的輸出電壓Vo約為副邊繞組Ns經整流後的平均電壓(即：一倍壓)。

如第2圖中期間P1裡所繪示的電流波形所示，在第一調變模式下，二極體D2、D3與二極體D1、D4兩對二極體輪流導通，使得橋式整流電路142實現整流，並在輸出電容Co兩端建立一倍壓的輸出電壓Vo。換言之，單向可控功率開關Smp根據控制電壓CT1關斷時，輸出電壓Vo約為副邊繞組Ns於完整週期內整流後的平均電壓。

具體來說，副邊繞組Ns上的電壓可透過改變原邊電路120中切換電路122的切換頻率(即：切換訊號的頻率)進行調整。當切換頻率改變時，諧振電路124中諧振電容單元Cr、諧振電感單元Lr以及激磁電感單元Lm的分壓也隨之改變，進而使得副邊繞組Ns耦合所得的電壓改變。如此一來，便可在第一調變模式下調整輸出電壓Vo的電壓準位。

請一併參考第4A圖與第4B圖。第4A圖與第4B圖為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示，發光二極體電源供應器100操作於第二調變模式下時副邊電路140的操作示意圖。為清楚起見，於以下段落中，請一併搭配第2圖所示實施例中期間P2裡二極體D1~D4的電流波形，以更好地理解第4A圖與第4B圖中各個電路元件的操作。在第二調變模式下，單向可控功率開關Smp維持導通，故於圖中以實線表示。

首先，如第4A圖所示，在前半週期中，副邊繞組Ns上的副邊電流會流向充電幫浦電容Ccp，並經由導通的單向可控功率開關Smp與二極體D2回到副邊繞組Ns。藉此，在充電幫浦電容Ccp的兩端便會建立一倍壓的充電電壓。此時二極體D1、D3、D4操作在截止區。

接著，如第4B圖所示，在後半週期中，方向相反的副邊電流流經正向導通的二極體D1、輸出電容Co、二極體D4以及充電幫浦電容Ccp回到副邊繞組Ns。此時二極體D2、D3操作在截止區。由於此時二極體D1、D4順向導通，因此輸出電壓Vo相當於副邊繞組Ns上的跨壓與充電幫浦電容Ccp上的跨壓之和。如此一來，於第二調變模式下時，輸出電容Co兩端會建立出二倍壓的輸出電壓Vo。

藉此，單向可控功率開關Smp根據控制電壓CT1導通時，副邊電路140便可於充電幫浦電容Ccp上儲能，使得輸出電壓Vo約為副邊繞組Ns於完整週期內整流後平均電壓之兩倍。

相似地，副邊繞組Ns上的電壓可透過改變原邊電路120中切換電路122的切換頻率(即：切換訊號的頻率)進行調整。當切換頻率改變時，諧振電路124中諧振電容單元Cr、諧振電感單元Lr以及激磁電感單元Lm的分壓也隨之改變，進而使得副邊繞組Ns耦合所得的電壓改變。如此一來，便可在第二調變模式下調整輸出電壓Vo的電壓準位。

換言之，在其他控制條件相同的情況下，發光二極體電源供應器100操作在第二調變模式時輸出的輸出電壓 Vo約為發光二極體電源供應器100操作在第一調變模式時輸出的輸出電壓Vo之兩倍。另一方面來說，在不同調變模式下，發光二極體電源供應器100可控制切換電路122操作在不同的切換頻率，以得到相同的輸出電壓Vo。藉此，當發光二極體電源供應器100欲輸出較高的輸出電壓Vo時，透過將發光二極體電源供應器100操作在第二調變模式，可使切換頻率操作於較靠近諧振電路124之諧振頻率的工作點。如此一來，透過切換調變模式，便可在小範圍的頻率變動下，實現寬範圍的電壓輸出。

綜上所述，單向可控功率開關Smp便可用以選擇性地導通或關斷以決定發光二極體電源供應器100操作在第一調變模式或第二調變模式，以輸出相應的輸出電壓Vo。發光二極體電源供應器100操作於第一調變模式時，單向可控功率開關Smp持續關斷，發光二極體電源供應器100提供一倍壓的輸出電壓Vo。另一方面，發光二極體電源供應器100操作於第二調變模式時，單向可控功率開關Smp持續導通，發光二極體電源供應器100提供二倍壓的輸出電壓Vo。藉此，發光二極體電源供應器100便可提供寬範圍的輸出電壓Vo至發光二極體模組200，以滿足不同產品應用規格的需求。

由於在調變模式維持不變時，發光二極體電源供應器100不需切換單向可控功率開關Smp的啟閉，且橋式整流電路142中的二極體D1~D4亦不需要進行控制，因此發光二極體電源供應器100可以降低不必要的功率損耗。此外，在部分實施例中，因為副邊電路140中不需要透過複數個主動開關 元件實現充電幫浦的功能，因此在控制電路中亦不需要設置死區時間(Dead Time)以避免開關元件同時導通時所產生的電流浪湧。如此一來，可進一步簡化發光二極體電源供應器100的電路控制。

此外，如先前段落所述，雖然在第1圖與第3A圖~第3B圖、第3A圖~第3B圖中單向可控功率開關Smp與二極體D4反向並聯，但在其他部分實施例中，單向可控功率開關Smp亦可與二極體D3反向並聯。請參考第5A圖~第5B圖。第5A圖與第5B圖為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示，發光二極體電源供應器100操作於第二調變模式下時副邊電路140的操作示意圖。

和第1圖與第3A圖~第3B圖、第3A圖~第3B圖中的實施例相比，在第5A圖~第5B圖中所繪示的副邊電路140中，單向可控功率開關Smp與二極體D3反向並聯。換言之，單向可控功率開關Smp的射極端電性耦接於二極體D3的陽極端，單向可控功率開關Smp的集極端(Collector)電性耦接於二極體D3的陰極端。

如第5A圖所示，在前半週期中，副邊繞組Ns上的副邊電流會流經正向導通的二極體D1、導通的單向可控功率開關Smp，並經由充電幫浦電容Ccp回到副邊繞組Ns。藉此，和第4A圖所示實施例相似，在充電幫浦電容Ccp的兩端便會建立一倍壓的充電電壓。此時二極體D2、D3、D4操作在截止區。

接著，如第5B圖所示，在後半週期中，方向相反 的副邊電流流經充電幫浦電容Ccp、正向導通的二極體D3、輸出電容Co、二極體D2回到副邊繞組Ns。此時二極體D1、D4操作在截止區。由於此時二極體D2、D3順向導通，因此輸出電壓Vo相當於副邊繞組Ns上的跨壓與充電幫浦電容Ccp上的跨壓之和。藉此，輸出電容Co兩端亦可建立出二倍壓的輸出電壓Vo。

此外，由於單向可控功率開關Smp根據控制電壓CT1導通，流經二極體D4的電流為零。換言之，當發光二極體電源供應器100操作於第二調變模式下時，若單向可控功率開關Smp乃是與二極體D3反向並聯，則二極體D4始終操作在截止的工作區。

請參考第6圖。第6圖為根據本案其他部分實施例所繪示的發光二極體電源供應器100的示意圖。在本實施例中，和第1圖所示實施例相比，原邊電路120可採用不同的架構實現。

舉例來說，對於小功率(如：低於50瓦)的應用場合，發光二極體電源供應器100可採用單開關諧振電路實現原邊電路120。具體來說，如第6圖所示，在部分實施例中，原邊電路120包含電感單元Lf、切換開關S3、電容單元C1、電感單元L1、電容單元Cs。在結構上，電感單元Lf的第一端電性耦接於直流輸入電壓Vin的正極端。切換開關S3的第一端電性耦接於電感單元Lf的第二端，切換開關S3的第二端電性耦接於直流輸入電壓Vin的負極端。電容單元C1的第一端電性耦接於電感單元Lf的第二端，電容單元C1的第二端電性耦接於直 流輸入電壓Vin的負極端。電感單元L1與電容單元Cs彼此串聯，並電性耦接於電容單元Cs的第一端與原邊繞組Np之間。

如此一來，電感單元Lf、切換開關S3、電容單元C1、電感單元L1、電容單元Cs便可組成單開關E類(class E)諧振電路。藉此，透過適當控制切換開關S3的啟閉，原邊電路120便可據以提供流經原邊繞組Np的原邊電流。

請參考第7圖。第7圖為根據本案其他部分實施例所繪示的發光二極體電源供應器100的示意圖。相似地，在本實施例中，和第1圖、第6圖所示實施例相比，原邊電路120可採用不同的架構實現。具體來說，如第7圖所示，在部分實施例中，原邊電路120包含電感單元Lin、電晶體Q1、Q2、電容單元C2。在結構上，電感單元Lin的第一端電性耦接於直流輸入電壓Vin的正極端。電感單元Lin的第二端電性耦接於原邊繞組Np的中心抽頭端。電晶體Q1的第一端電性耦接於原邊繞組Np的第一端，電晶體Q1的第二端電性耦接於直流輸入電壓Vin的負極端。電晶體Q2的第一端電性耦接於原邊繞組Np的第二端，電晶體Q2的第二端電性耦接於直流輸入電壓Vin的負極端。電容單元C2跨接於原邊繞組Np的第一端與第二端之間。

如此一來，電感單元Lin、電晶體Q1、Q2、電容單元C2便可組成推挽式(Push-Pull)諧振電路實現原邊電路120。藉此，透過適當控制電晶體Q1、Q2的啟閉，原邊電路120便可據以提供流經原邊繞組Np的原邊電流。

換言之，在各個實施例中，原邊電路120可透過單開關、雙開關等多種不同架構的LC、LCC、LLC、LLCC 等形式的諧振電路實現，圖式中所繪示僅為本案可能的實施方式，並非用以限制本案。

請參考第8圖。第8圖為根據本案其他部分實施例所繪示的發光二極體電源供應器100的示意圖。如第8圖所示，在部分實施例中，發光二極體電源供應器100更包含功率因數校正電路160。在結構上，功率因數校正電路160電性耦接於原邊電路120，用以將交流輸入電壓Vac轉換為直流輸入電壓Vin，以提供適當的直流輸入電壓Vin至原邊電路120。在部分實施例中，功率因數校正電路160可包含主動式功因修正器，透過適當控制電晶體開關的啟閉改善電路的功率因數值。在其他部分實施例中，功率因數校正電路160可包含被動式功因修正器，透過設置電感器及/或電容器改善電路的功率因數值。

舉例來說，發光二極體電源供應器100輸出端所外接的發光二極體模組200可為額定電壓50V、額定電流4A的發光模組、額定電壓100V、額定電流2A的發光模組，或是額定電壓200V、額定電流1A的發光模組。當發光二極體模組200所需的額定電壓為50V或100V時，發光二極體電源供應器100可操作於第一調變模式輸出一倍壓，並透過改變切換電路122的開關切換頻率調整輸出電壓Vo至相應的電壓準位。另一方面，當發光二極體模組200所需的額定電壓為200V時，發光二極體電源供應器100可操作於第二調變模式輸出二倍壓，並透過改變切換電路122的開關切換頻率調整輸出電壓Vo至相應的電壓準位。

換言之，在部分實施例中，發光二極體電源供應器100可根據輸出電壓的區間切換調變模式，並於輸出電壓Vo大於一設定值時自第一調變模式切換至第二調變模式，以將切換電路122的開關切換頻率操作在接近諧振頻率的新工作點。如此一來，發光二極體電源供應器100便可在小範圍切換頻率變動下實現寬範圍的電壓輸出，並提高整體電路的能量轉換效率。

藉此，當發光二極體電源供應器100自電網接收交流電力作為電力來源時，便可透過功率因數校正電路160改善負載端的功率因數值，以符合法規中的相關規範，降低電力系統的負擔，提升整體的電力供應品質。

綜上所述，在本案各個實施例中，由於在調變模式維持不變時，發光二極體電源供應器100不需切換單向可控功率開關Smp的啟閉，且橋式整流電路142中的二極體D1~D4亦不需要進行控制，因此發光二極體電源供應器100便可在提供寬範圍的輸出電壓Vo的同時，避免不必要的功率損耗。

此外，在部分實施例中，因為副邊電路140中不需要透過複數個主動開關元件實現充電幫浦的功能，因此在控制電路中亦不需要設置死區時間(Dead Time)以避免開關元件同時導通時所產生的電流浪湧。如此一來，亦可進一步簡化發光二極體電源供應器100的電路控制。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內 容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (20)

1. 一種發光二極體電源供應器，包含：一原邊繞組；一副邊繞組，包含一第一端與一第二端，用以感應流經該原邊繞組的一原邊電流以輸出一副邊電流；一充電幫浦電容，包含一第一端與一第二端，該充電幫浦電容的該第一端電性耦接於該副邊繞組的該第二端；一橋式整流電路，電性耦接於該副邊繞組的該第一端與該充電幫浦電容的該第二端；一單向可控功率開關，該單向可控功率開關與該橋式整流電路中複數個二極體中之一者反向並聯，並用以根據一控制電壓選擇性地導通或關斷；以及一輸出電容，電性耦接於該橋式整流電路，用以根據該副邊電流提供一輸出電壓。
2. 如請求項1所述之發光二極體電源供應器，其中該橋式整流電路包含：一第一二極體，該第一二極體的一陽極端電性耦接於該副邊繞組的該第一端；一第二二極體，該第二二極體的一陽極端電性耦接於一接地端，該第二二極體的一陰極端電性耦接於該副邊繞組的該第一端；一第三二極體，該第三二極體的一陽極端電性耦接於該充電幫浦電容的該第二端，該第三二極體的一陰極端電性耦接於該第一二極體的一陰極端；以及 一第四二極體，該第四二極體的一陽極端電性耦接於該接地端，該第四二極體的一陰極端電性耦接於該充電幫浦電容的該第二端。
3. 如請求項2所述之發光二極體電源供應器，其中該單向可控功率開關與該第四二極體反向並聯。
4. 如請求項3所述之發光二極體電源供應器，其中該單向可控功率開關根據該控制電壓導通時，流經該第三二極體的電流為零。
5. 如請求項2所述之發光二極體電源供應器，其中該單向可控功率開關與該第三二極體反向並聯。
6. 如請求項5所述之發光二極體電源供應器，其中該單向可控功率開關根據該控制電壓導通時，流經該第四二極體的電流為零。
7. 如請求項1所述之發光二極體電源供應器，其中該單向可控功率開關根據該控制電壓關斷時，該輸出電壓約為該副邊繞組於一完整週期內整流後的平均電壓。
8. 如請求項7所述之發光二極體電源供應器，其中該單向可控功率開關根據該控制電壓導通時，該輸出電壓約為該副邊繞組於該完整週期內整流後平均電壓之兩倍。
9. 如請求項1所述之發光二極體電源供應器，更包含一原邊電路，其中該原邊電路包含：一切換電路，用以將一直流輸入電壓轉換為一切換訊號；以及一諧振電路，電性連接於該切換電路與該原邊繞組，用以接收該切換訊號以提供該原邊電流。
10. 如請求項9所述之發光二極體電源供應器，其中該諧振電路包含：一諧振電容單元，以串聯形式電性連接於該原邊繞組；一諧振電感單元，以串聯形式電性連接於該原邊繞組；以及一激磁電感單元，以並聯形式電性連接於該原邊繞組。
11. 如請求項9所述之發光二極體電源供應器，其中該切換電路包含：一第一開關，該第一開關的一第一端電性耦接於該直流輸入電壓的正極端，該第一開關的一第二端電性耦接於該諧振電路；以及一第二開關，該第二開關的一第一端電性耦接於該第一開關的該第二端，該第二開關的一第二端電性耦接於該直流輸入電壓的負極端。
12. 如請求項1所述之發光二極體電源供應器， 更包含一原邊電路，其中該原邊電路包含：一第一電感單元，該第一電感單元的一第一端電性耦接於一直流輸入電壓的一正極端；一切換開關，該切換開關的一第一端電性耦接於該第一電感單元的一第二端，該切換開關的一第二端電性耦接於該直流輸入電壓的一負極端；一第一電容單元，該第一電容單元的一第一端電性耦接於該第一電感單元的一第二端，該第一電容單元的一第二端電性耦接於該直流輸入電壓的一負極端；一第二電感單元；以及一第二電容單元，其中該第二電感單元與該第二電容單元彼此串聯，並電性耦接於該第一電容單元的該第一端與該原邊繞組之間。
13. 一種電源供應器，用於提供一輸出電壓至一發光二極體模組，其中該電源供應器包含：一隔離變壓器，包含：一原邊繞組；以及一副邊繞組，用以感應流經該原邊繞組的一原邊電流以提供一副邊電流；一原邊電路，電性耦接於該隔離變壓器的該原邊繞組，用以根據一直流輸入電壓提供該原邊電流；一充電幫浦電容，電性耦接於該副邊繞組；一橋式整流電路，其中該橋式整流電路包含一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體以及一第四二極體；以及 一單向可控功率開關，該單向可控功率開關與該第三二極體或該第四二極體反向並聯，並用以選擇性地導通或關斷以決定該電源供應器操作在一第一調變模式或一第二調變模式，以輸出相應的該輸出電壓，其中於該第一調變模式，該單向可控功率開關持續關斷，於該第二調變模式，該單向可控功率開關持續導通。
14. 如請求項13所述之電源供應器，其中該電源供應器操作在該第二調變模式時輸出的該輸出電壓約為該電源供應器操作在該第一調變模式時輸出的該輸出電壓之兩倍。
15. 如請求項13所述之電源供應器，更包含：一功率因數校正電路，電性耦接於該原邊電路，用以將一交流輸入電壓轉換為該直流輸入電壓。
16. 如請求項13所述之電源供應器，其中該單向可控功率開關包含一雙極性電晶體、一絕緣柵雙極電晶體或一矽控整流器。
17. 如請求項13所述之電源供應器，其中該原邊電路包含：一切換電路，用以將該直流輸入電壓轉換為一切換訊號；以及一諧振電路，電性連接於該切換電路與該原邊繞組，用 以接收該切換訊號以提供該原邊電流。
18. 如請求項13所述之電源供應器，其中該第一二極體的一陽極端電性耦接於該副邊繞組的一第一端，該第二二極體的一陽極端電性耦接於一接地端，該第二二極體的一陰極端電性耦接於該副邊繞組的該第一端，該第三二極體的一陽極端電性耦接於該充電幫浦電容的一第二端，該第三二極體的一陰極端電性耦接於該第一二極體的一陰極端，該第四二極體的一陽極端電性耦接於該接地端，該第四二極體的一陰極端電性耦接於該充電幫浦電容的該第二端。
19. 如請求項18所述之電源供應器，其中該單向可控功率開關與該第四二極體反向並聯，該單向可控功率開關導通時，流經該第三二極體的電流為零。
20. 如請求項18所述之電源供應器，其中該單向可控功率開關與該第三二極體反向並聯，該單向可控功率開關導通時，流經該第四二極體的電流為零。