TWM496894U - 電磁耦合多輸出控制電路 - Google Patents

Description

電磁耦合多輸出控制電路

本新型係屬於電源供應設備之技術領域，特別是關於一種利用耦合線圈增加輸出電壓之電磁耦合多輸出控制電路，再藉無電感工作週期(Duty)控制的穩壓方式固定輸出壓值而提升能量轉換效率。

切換式電源供應設備(Switch Power Supply,SPS)常見有返馳式(Fly-back)、順向式(Forward)、全橋式(Full Bridge)、半橋式(Half Bridge)及推挽式(Push-pull)等電路架構，且具有效率高、體積小、重量輕、易組裝及輸出電壓範圍大等特性，使可改善工作品質而廣泛使用於各式電子裝置中。以一顯示器之電源驅動裝置1為列，如第1圖所示，係採用一次側控制返馳式轉換電路架構。該電源驅動裝置1利用一耦合變壓器10之一次側線圈(N1)感應經濾波整流之一輸入電壓(Vin)後形成一一次側電流，使其二次側之一線圈(N2)受該一次側電流的變動影響而感應輸出5V之一第一驅動電壓(VD1)，同時，二次側之另一線圈(N3)亦受該一次側電流的變動影響而感應輸出28V之一第二驅動電壓(VD2)，以供驅動背光源之複數個發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)之用。

然而，因應LED製程誤差及輸入壓源的變動對該第二驅動電壓可能造成不穩定的影響，該電源驅動裝置1係使該線圈(N3)接設一穩壓控制電路11，以透過Boost之一控制晶片110調節一電感111與一電容 112相互共振所需的頻率而輸出額定壓值。由此可知，該電源驅動裝置1為多輸出一組電壓即需增置一組穩壓控制電路11，造成結構複雜且成本高而不符合經濟成本考量。

有鑑於此，如何簡化該穩壓控制電路11之電路架構，以降低成本的同時輸出提供多組穩定輸出電壓之功能，即為本新型所欲探究之課題。

有鑑於習知技藝之問題，本新型之目的在於提供一種電源驅動裝置電磁耦合多輸出控制電路，以利用耦合效應及回授控制原理提供符合需求且穩定壓值之輸出電壓，使彈性增加電源驅動裝置之輸出組數的同時，達簡化整體電路架構及降低成本之功效。

根據本新型之目的，該電磁耦合多輸出控制電路係供用於如液晶顯示器、電視或發光二極體燈具之一照明設備之一電源驅動裝置中，以允許該電源驅動裝置具有多組輸出電壓之功能，且該電源驅動裝置藉一變壓器感應一輸入電壓而形成一第一驅動電壓後輸出予該照明設備之一第一驅動負載，其特徵在於：該電磁耦合多輸出控制電路係設有一檢測單元、一切換單元及一耦合單元，該耦合單元電磁耦合於該變壓器一側而感應形成一第二驅動電壓，該切換單元電訊連接該耦合單元、該照明設備之一第二驅動負載及該檢測單元；該切換單元承接並輸出該第二驅動電壓予該第二驅動負載，且該檢測單元檢測該第二驅動電壓而形成一檢測值，使該切換單元分析該檢測值而切換輸出該第二驅動電壓之頻率，達穩定該第二驅動電壓壓值之功效。

其中，該電源驅動裝置為返馳式、順向式、全橋式、半橋式或推挽式之切換式電源轉換電路架構，且該變壓器可電磁耦合複數型態之該電磁耦合多輸出控制電路，以輸出複數型態之該第二驅動電壓，該等第二驅動電壓為不同大小之穩定壓值。

為加強輸出電壓之穩定度，該電磁耦合多輸出控制電路更設有一驅動電容，耦接該切換器及該第二驅動負載，以充放該第二驅動電壓而提供穩定電壓予該第二驅動負載。

並且，該耦合單元為耦合線圈，該檢測單元為一分壓電阻，以分壓該第二驅動電壓而形成該檢測值，或者，當該第二驅動負載為並聯之複數使用型態時，該檢測單元設有為電流鏡電路架構之一多通道定電流電路(Current Matching Circuit)及一最低電壓偵測電路。該多通道定電流電路串接該等第二驅動負載而取得複數個驅動電流，該最低電壓偵測電路電訊連接該多通道定電流電路而檢測該等驅動電流，以運算獲得具最低壓值之該檢測值。如此，任何利用耦合式變壓器轉換能量之電路皆可隨意添置本新型而增加輸出電壓，且本新型可依定電流或定電壓控制式之實用需求調整零組件，以切合實用需求並大幅提升適用性。

該切換單元設有一誤差放大器、一比較器、一三角波產生器及一切換器，且該切換器設有一二極體、一電晶體、一D型正反器及一開關。該誤差放大器之正輸入端承接該檢測值，負輸入端承接一基準值，輸出端耦接該比較器之負輸入端。該比較器之正輸入端耦接該三角波產生器，輸出端耦接該D型正反器之輸入端，且該D型正反器之輸出端耦接該開關之觸發端。該第一電晶體之源極耦接該檢測單元及該第二驅動負載， 汲極透過該二極體耦接該耦合線圈，而閘極耦接該開關一端，如此，該切換器兩端係分別耦接該耦合單元及該第二驅動負載而作為轉送及控制該第二驅動電壓實際輸出壓值之功效。

再者，經實際研究後發現，使該電源驅動裝置設有一降壓電路，以電訊連接該變壓器而承接並降壓該輸入電壓後輸出予該變壓器時，該變壓器可選用低耐壓特性之元件而降低成本，且無需附加多餘的能源轉換元件即可直接感應降壓之該輸入電壓形成該第一驅動電壓及該第二驅動電壓，如此，達有效提升功率因數(Power Factor)之功效。

綜上所述，本新型之該切換單元及該檢測單元係使該電源驅動裝置輸出多組輸出電壓時，無需因應各組輸出而增置習知組件繁複之穩壓控制電路，使具結構簡單及低成本特性的同時，易於依實用需求而彈性擴充輸出電壓組數。另一方面，實際實驗後獲知該第二驅動負載的驅動效率可達82%，係極優於習知架構75%之驅動效率，切實降低虛功耗而有助於節省能量。

習知技藝

1‧‧‧電源驅動裝置

10‧‧‧耦合變壓器

11‧‧‧穩壓控制電路

110‧‧‧控制晶片

111‧‧‧電感

112‧‧‧電容

本新型

2‧‧‧電源驅動裝置

20‧‧‧整流電路

21‧‧‧升壓電路

210‧‧‧儲能電容

22‧‧‧轉換控制電路

220‧‧‧儲能單元

2201‧‧‧變壓器

221‧‧‧控制單元

2210‧‧‧電流電晶體

2211‧‧‧電流電阻

2212‧‧‧控制晶片

222‧‧‧輸出單元

2220‧‧‧輸出電容

23‧‧‧降壓電路

3‧‧‧電磁耦合多輸出控制電路

30‧‧‧耦合單元

31‧‧‧切換單元

310‧‧‧誤差放大器

311‧‧‧比較器

312‧‧‧三角波產生器

313‧‧‧切換器

3130‧‧‧二極體

3131‧‧‧電晶體

3132‧‧‧D型正反器

3133‧‧‧開關

32‧‧‧檢測單元

320‧‧‧分壓電阻

321‧‧‧多通道定電流電路

322‧‧‧最低電壓偵測電路

33‧‧‧驅動電容

4‧‧‧第一驅動負載

5‧‧‧第二驅動負載

第1圖 係為習知電源驅動裝置之電路圖。

第2圖 係為本新型較佳實施例之第一實施態樣之方塊示意圖。

第3圖 係為本新型較佳實施例之第二實施態樣之方塊圖。

第4圖 係為本新型較佳實施例之第二實施態樣之電路圖。

第5圖 係為本新型較佳實施例之第三實施態樣之電路圖。

第6圖 係為本新型較佳實施例之第四實施態樣之方塊圖。

為使 貴審查委員能清楚了解本新型之內容，謹以下列說明 搭配圖式，敬請參閱。

請參閱第2~5圖，其係為本新型較佳實施例之第一實施態樣之方塊示意圖、第二實施態樣之方塊圖與電路圖、第三實施態樣之電路圖。如圖所示，該電磁耦合多輸出控制電路3係裝置於一電源驅動裝置2中，而提供該電源驅動裝置2具有多組輸出電壓之功能，以供諸如液晶顯示器、電視或發光二極體燈具之一照明設備使用。該電源驅動裝置2設有一整流電路20、一升壓電路21、一轉換控制電路22，該轉換控制電路22可採用諸如返馳式、順向式、全橋式、半橋式或推挽式等切換式，或LLC串聯諧振式等具有耦合線圈之電源轉換電路作為主體架構而具有一儲能單元220、一控制單元221及一輸出單元222。

以返馳式電源轉換電路架構之該轉換控制電路22為例，該儲能單元220為具有一一次側線圈(N1)及一二次側線圈(N2)之一變壓器2201，該控制單元221設有一電流電晶體2210、一電流電阻2211及一控制晶片2212，且該一次側線圈串接該電流電晶體2210及該電流電阻2211後耦接該控制晶片2212，而該二次側線圈透過該輸出單元222耦接該照明設備之一第一驅動負載4，諸如液晶顯示器之系統處理器或電視之音效播放器。該整流電路20為橋式整流電路，耦接一外部電源及該升壓電路21，且承接交流之一輸入電壓(Vin)而整流形成可變直流之該輸入電壓。該升壓電路21為升壓型功因修正電路(Boost PFC)並耦接該一次側線圈，供升壓該輸入電壓並藉一儲能電容210充放電而供該一次側線圈儲能形成一一次側電流(I1)。透過電磁感應原理，該二次側線圈感應該一次側電流之變動後藉一輸出電容2220充放形成一第一驅動電壓(VD1)，以提供予該第一驅 動負載4而驅動工作。順帶一提的是，該控制晶片2212即時檢測並調節該一次側電流之流值大小，以控制該第一驅動電壓呈現穩定壓值狀態。

並且，該轉換控制電路22裝置有該電磁耦合多輸出控制電路3，係設有一耦合單元30、一切換單元31、一檢測單元32及一驅動電容33，該耦合單元31為耦合線圈(N3)而電磁耦合於該變壓器2201一側，以於該輸出電容2220儲存由該變壓器2201一次側所傳遞之能量時，亦利用電磁感應原理感應該一次側電流之變動而形成一第二驅動電壓(VD2)。該切換單元31電訊連接該耦合單元31、該檢測單元32及該照明設備之一第二驅動負載5，例如發光二極體燈組，以供轉接該第二驅動電壓予該第二驅動負載5，且該檢測單元32檢測該第二驅動電壓形成一檢測值後，該切換單元31分析該檢測值而切換輸出該第二驅動電壓之頻率，使穩定輸出壓值而提升整體電路之工作效率。

於本實施態樣中，該切換單元31設有一誤差放大器310、一比較器311、一三角波產生器312及一切換器313，且該切換器313由一二極體3130、一電晶體3131、一D型正反器3132及一開關3133所構成。該誤差放大器310之正輸入承接該檢測值，負輸入端承接一基準值(Vref)，輸出端耦接該比較器311之負輸入端。該比較器311之正輸入端耦接該三角波產生器312，以讀取一三角波而取得一上限值及一下限值，且其輸出端耦接該D型正反器3132之輸入端，又該D型正反器3132之輸出端耦接該開關3133之觸發端。該電晶體3131之閘極耦接該開關3133之一端，源極耦接該驅動電容33、該檢測單元32及該第二驅動負載，且汲極透過該二極體3130耦接該耦合線圈，以於該D型正反器3132觸發該開關3133而導通該 電晶體3131時，藉該驅動電容33充放該第二驅動電壓而提供恆定壓值予該第二驅動負載5。

當該第二驅動負載5由複數個發光二極體燈組所串接而成，即該電磁耦合多輸出控制電路3為定電壓控制模式時，該檢測單元32為一分壓電阻320，以分壓該第二驅動電壓而形成該檢測值。或者，當該第二驅動負載5由複數個發光二極體燈組所並聯而成，即該電磁耦合多輸出控制電路3為定電流控制模式時，該檢測單元32係設有一多通道定電流電路321及一最低電壓偵測電路322，該多通道定電流電路321為電流鏡電路而串接該等發光二極體燈組，取得流於該等發光二極體燈組之複數個驅動電流。該最低電壓偵測電路322電訊連接該多通道定電流電路321而檢測該等驅動電流，以運算獲得具最低壓值之該檢測值。

如此，若該輸入電壓受各該發光二極體之物理特性影響而有所變動時，該誤差放大器310比較該檢測值及該基準值，並放大兩者間誤差而形成一檢測訊號予該比較器311，且當該檢測訊號小於該下限值時該比較器311開啟該切換器31而輸出該第二驅動電壓，反之，即關閉該切換器31而停止輸出該第二驅動電壓。由此可知，本新型係透過回授電壓源之變動誤差而調節該電晶體3131導通週期的方式實現穩定該第二驅動電壓壓值之功效。

再者，欲增加該電源驅動裝置2之輸出電壓時，可如圖6所示，直接將新增之該電磁耦合多輸出控制電路3電磁耦合至該變壓器2201一側，且利用不同線圈數之該耦合單元30即可獲得各式不同壓值且高穩定度之該等第二驅動電壓。又，該電源驅動裝置2利用一降壓電路23取代該 升壓電路21而電訊連接於該整流電路20及該儲能單元220間。該降壓電路23為降壓型功因修正電路(Buck PFC)，承接並降壓整流之該輸入電壓後輸出予該變壓器2201，且經實驗測得其功因可高達96%，相對高於該升壓電路21之94%功因。如此，該變壓器2201即可直接感應降壓之該輸入電壓形成該第一驅動電壓及該第二驅動電壓，有效提升功率因數。

以上所述僅為舉例性之較佳實施例，而非為限制性者。任何未脫離本新型之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

2‧‧‧電源驅動裝置

2201‧‧‧變壓器

2220‧‧‧輸出電容

3‧‧‧電磁耦合多輸出控制電路

30‧‧‧耦合單元

31‧‧‧切換單元

32‧‧‧檢測單元

4‧‧‧第一驅動負載

5‧‧‧第二驅動負載

Claims (10)

1. 一種電磁耦合多輸出控制電路，係供用於如液晶顯示器、電視或發光二極體燈具之一照明設備之一電源驅動裝置中，以允許該電源驅動裝置具有多組輸出電壓之功能，且該電源驅動裝置藉一變壓器感應一輸入電壓而形成一第一驅動電壓後輸出予該照明設備之一第一驅動負載，其特徵在於：該電磁耦合多輸出控制電路係設有一檢測單元、一切換單元及一耦合單元，該耦合單元電磁耦合於該變壓器一側而感應形成一第二驅動電壓，該切換單元電訊連接該耦合單元、該照明設備之一第二驅動負載及該檢測單元；該切換單元承接並輸出該第二驅動電壓予該第二驅動負載，且該檢測單元檢測該第二驅動電壓而形成一檢測值，使該切換單元分析該檢測值而切換輸出該第二驅動電壓之頻率，達穩定該第二驅動電壓壓值之功效。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電磁耦合多輸出控制電路，其中該耦合單元係為一耦合線圈，且該檢測單元為一分壓電阻，以分壓該第二驅動電壓而形成該檢測值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電磁耦合多輸出控制電路，其中該耦合單元係為一耦合線圈，且該第二驅動負載為並聯之複數使用型態時，該檢測單元係設有一多通道定電流電路及一最低電壓偵測電路，該多通道定電流電路串接該等第二驅動負載而取得複數個驅動電流，該最低電壓偵測電路電訊連接該多通道定電流電路而檢測該等驅動電流，以運算獲得具最低壓值之該檢測值。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電磁耦合多輸出控制電路，其中該多通道定電流電路係為電流鏡電路架構。
5. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之電磁耦合多輸出控制電路，其中該切換單元係設有一誤差放大器、一比較器、一三角波產生器及一切換器，該誤差放大器之正輸入端承接該檢測值，負輸入端承接一基準值而 輸出端耦接該比較器之負輸入端，且該比較器之正輸入端耦接該三角波產生器而輸出端耦接該切換器，又該切換器兩端分別耦接該耦合單元及該第二驅動負載。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電磁耦合多輸出控制電路，其中該切換器係設有一二極體、一電晶體、一D型正反器及一開關，該電晶體之汲極透過該二極體耦接該耦合線圈，源極耦接該檢測單元及該第二驅動負載，而閘極耦接該開關一端；該開關之觸發端耦接該D型正反器之輸出端，且該D型正反器之輸入端耦接該比較器之輸出端。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電磁耦合多輸出控制電路，其中該電源驅動裝置係為返馳式、順向式、全橋式、半橋式或推挽式之切換式電源轉換電路架構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電磁耦合多輸出控制電路，其中該變壓器係電磁耦合複數型態之該電磁耦合多輸出控制電路，以輸出複數型態之該第二驅動電壓，且該等第二驅動電壓為不同大小之穩定壓值。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電磁耦合多輸出控制電路，更設有一驅動電容，係耦接該切換器及該第二驅動負載，以充放該第二驅動電壓而提供穩定電壓予該第二驅動負載。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電磁耦合多輸出控制電路，其中該電源驅動裝置設有一降壓電路，係電訊連接該變壓器，以承接並降壓該輸入電壓後輸出予該變壓器，使該變壓器直接感應降壓之該輸入電壓形成該第一驅動電壓及該第二驅動電壓，達提升功率因數之功效。