專利名稱：非隔離型反激式升壓轉換器的制作方法
技術領域：
本實用新型是有關于一種用以驅動發光二極管(Light-Emitting Diode，簡稱 LED)光源的升壓轉換器，且特別是有關于一種用以驅動LED光源的非隔離型反激式升壓轉換器。
背景技術：
圖1為一種采用傳統升壓轉換器的LED驅動電路方塊圖。請參照圖1，LED驅動電路1用以驅動LED光源3，LED光源3具有輸入端及輸出端。LED驅動電路1包括電磁干擾 (ElectroMagnetic Interference，簡稱EMI)濾波器11、整流濾波器12、隔離型反激式轉換器13、升壓轉換器14及控制器15。EMI濾波器11、整流濾波器12及隔離型反激式轉換器 13組成直流電源供應器以提供具有隔離特性的直流輸入電壓Vn。EMI濾波器11用以接收交流電源\c并濾除交流電源\c的電磁噪聲。整流濾波器12耦接EMI濾波器11，用以將濾除電磁噪聲后的交流電源\c整流及濾波成直流電源VD。。隔離型反激式轉換器13耦接整流濾波器12，用以接收直流電源VD。并將直流電源VD。轉換成具有隔離特性的直流輸入電壓Vn。傳統的升壓轉換器14包括電感器Li、功率開關Q1、二極管Dl及電容器Cl。升壓轉換器14耦接隔離型反激式轉換器13，用以接收輸入電壓V11并將輸入電壓V11升壓成輸出電壓Vqi以提供至LED光源3的輸入端。若忽略二極管Dl的導通壓降，假設功率開關Ql 的占空比(duty cycle)為Db，則傳統的升壓轉換器14的電壓增益為
V01 1-Ti = -- (1)。
V11 I-Db控制器15采用脈寬調制(Pulse-Width Modulation，簡稱PWM)控制器，其耦接LED 光源3的輸出端及升壓轉換器14的功率開關Q1，用以接收LED光源3的輸出端的輸出電流Ιω，并根據輸出電流Ira在其回饋端產生的回饋電壓輸出PWM形式的控制信號CTL，以控制功率開關Ql的占空比，進而改變輸出電壓VQ1。控制器15另接收致能信號EN及調光信號DIM，其中致能信號EN用以決定LED光源3是否工作，調光信號DIM用以決定LED光源3 的亮度。傳統的升壓轉換器14因受限于功率開關Ql的占空比A及用于儲能的電感器Ll 的組件物理特性影響，在實際的應用中，無法具有很高的電壓增益。當應用于低電壓輸入場合下，傳統的升壓轉換器存在著輸出電壓無法提升的問題。當應用于高電壓輸出場合下，往往需要串接兩個以上傳統的升壓轉換器來提供高輸出電壓的需求，如此將增加設計的成本及電路的復雜度。
發明內容有鑒于此，本實用新型的目的在提出一種非隔離型反激式升壓轉換器，與傳統的升壓轉換器相比，可在相同的功率開關占空比下獲得更高的電壓增益或輸出電壓。
3[0008]為達到上述目的或其它目的，本實用新型提出一種非隔離型反激式升壓轉換器， 用以驅動LED光源，LED光源具有輸入端及輸出端。LED光源可應用于顯示裝置的背光源， 顯示裝置例如為計算機屏幕(monitor)、電視機或一體機計算機(all-in-one computer) 0 非隔離型反激式升壓轉換器包括具有儲能特性的變壓器、功率開關、二極管以及電容器，其中功率開關例如為場效晶體管。變壓器具有初級繞組及次級繞組，初級繞組及次級繞組均具有打點端及非打點端，初級繞組的打點端接收輸入電壓。功率開關具有第一端、第二端及控制端，功率開關的第一端耦接初級繞組的非打點端及次級繞組的打點端，功率開關的第二端耦接地端，功率開關的控制端接收控制信號，功率開關根據控制信號進行切換。二極管具有陽極端及陰極端，二極管的陽極端耦接次級繞組的非打點端。電容器具有第一端及第二端，電容器的第一端耦接二極管的陰極端并提供輸出電壓至LED光源的輸入端，電容器的第二端耦接地端。在一實施例中，輸入電壓由直流電源供應器提供。直流電源供應器包括EMI濾波器、整流濾波器以及隔離型直流至直流轉換器，其中隔離型直流至直流轉換器例如為隔離型反激式轉換器。EMI濾波器用以接收交流電源并濾除交流電源的電磁噪聲。整流濾波器耦接EMI濾波器，用以將濾除電磁噪聲后的交流電源整流及濾波成直流電源。隔離型直流至直流轉換器耦接整流濾波器，用以接收直流電源并將直流電源轉換成輸入電壓。在一實施例中，控制信號由控制器提供，其中控制器例如為PWM控制器。控制器耦接LED光源的輸出端及功率開關的控制端，控制器用以接收LED光源的輸出端的輸出電流并根據輸出電流提供控制信號。本實用新型因使用具有儲能特性的變壓器來取代傳統升壓轉換器中用于儲能的電感器，變壓器在功率開關導通時儲存順向能量，在功率開關截止時除了釋放先前儲存的能量外，還兼具匝數比增益效果而有電位提升效果，再搭配升壓轉換器本身的升壓倍率，因此可在相同的功率開關占空比下獲得更高的電壓增益或輸出電壓，適合應用于低電壓輸入、高電壓輸出的場合。為讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1為一種采用傳統升壓轉換器的LED驅動電路方塊圖。圖2為采用本實用新型非隔離型反激式升壓轉換器的LED驅動電路方塊圖。圖3為圖1所示傳統升壓轉換器及圖2所示本實用新型非隔離型反激式升壓轉換器在相同輸入電壓下的輸出電壓特性曲線圖。標識說明1、2:LED 驅動電路11:EMI 濾波器12:整流濾波器13:隔離型反激式轉換器14:升壓轉換器15 控制器[0023]24 非隔離型反激式升壓轉換器3 =LED 光源C1、C2:電容器D1、D2:二極管Ll 電感器Q1、Q2:功率開關Tl 變壓器Np 初級繞組Ns:次級繞組、、‘輸出電流Vac 交流電源Vdc 直流電源V11、V12 輸入電壓Vqi、Vq2 輸出電壓CTL 控制信號DIM 調光信號EN:致能信號。
具體實施方式
圖2為采用本實用新型非隔離型反激式升壓轉換器的LED驅動電路方塊圖。請參照圖2，LED驅動電路2用以驅動LED光源3，LED光源3具有輸入端及輸出端。LED光源3 例如由多個發光二極管組成，這些發光二極管串聯耦接于LED光源3的輸入端及輸出端之間。LED光源3可應用于如液晶顯示器等顯示裝置中作為背光源，顯示裝置例如為計算機屏幕、電視機或一體機計算機等用途的顯示裝置。LED驅動電路2包括EMI濾波器11、整流濾波器12、隔離型反激式轉換器13、非隔離型反激式升壓轉換器M及控制器15，但并非用以限制本實用新型，例如隔離型反激式轉換器13還可為其它隔離型直流至直流轉換器。EMI濾波器11、整流濾波器12及隔離型反激式轉換器13組成直流電源供應器以提供具有隔離特性的直流輸入電壓V12，各組件耦接關系及功能已于先前技術中描述，在此不再贅述。非隔離型反激式升壓轉換器M耦接隔離型反激式轉換器13，用以接收輸入電壓V12并將輸入電壓V12升壓成輸出電壓N02以提供至 LED光源3的輸入端。控制器15例如為PWM控制器，其耦接LED光源3的輸出端及非隔離型反激式升壓轉換器24，用以接收LED光源3的輸出電流IQ2，并根據輸出電流Iq2在其回饋端產生的回饋電壓輸出PWM形式的控制信號CTL，以控制非隔離型反激式升壓轉換器M改變輸出電壓VQ2。控制器15另接收致能信號EN及調光信號DIM，其中致能信號EN用以決定 LED光源3是否工作，調光信號DIM用以決定LED光源3的亮度。本實用新型非隔離型反激式升壓轉換器M包括具有儲能特性的變壓器Tl、功率開關Q2、二極管D2及電容器C2，其中功率開關Q2例如為場效晶體管。變壓器Tl具有初級繞組Np及次級繞組Ns，初級繞組Np及次級繞組Ns均具有打點端及非打點端，初級繞組Np的打點端接收輸入電壓VI2。功率開關Q2具有第一端、第二端及控制端，功率開關Q2的第一端耦接初級繞組Np的非打點端及次級繞組Ns的打點端，功率開關Q2的第二端耦接地端，功率開關Q2的控制端耦接控制器15以接收控制信號CTL，功率開關Q2根據控制信號CTL進行切換。二極管D2具有陽極端及陰極端，二極管D2的陽極端耦接次級繞組Ns的非打點端。 電容器C2具有第一端及第二端，電容器C2的第一端耦接二極管D2的陰極端并提供輸出電壓Vffi至LED光源3的輸入端，電容器C2的第二端耦接地端。下面將推導本實用新型非隔離型反激式升壓轉換器M的電壓增益，推導過程中忽略二極管D2的導通壓降。假設功率開關Q2的切換周期為T，在一個切換周期中的導通時間為Tqn且截止時間為TQFF，即T=TQN+TQFF，則功率開關Q2的占空比為Dfb=Tqn/T。換言之， T0N=Dfb X T, Toff= (1 -Dfb) X T。根據能量守恒及伏特-秒平衡(voltage-second balance)定律，在一個工作周期內存入的能量總和必須等于釋放的能量總和，如此才能確保輸出不存在變異性。因此，在一個功率開關Q2的切換周期中，變壓器Tl在導通時的磁通變化量及在截止時的磁通變化量是相等的，亦即
權利要求1.非隔離型反激式升壓轉換器(24)，用以驅動一發光二極管光源(3)，該發光二極管光源具有一輸入端及一輸出端，其特征在于包括一變壓器(Tl)，具有一初級繞組(Np)及一次級繞組(Ns)，該初級繞組及該次級繞組均具有一打點端及一非打點端，該初級繞組的打點端接收一輸入電壓(V12)；一功率開關(Q2)，具有一第一端、一第二端及一控制端，該功率開關的第一端耦接該初級繞組的非打點端及該次級繞組的打點端，該功率開關的第二端耦接一地端，該功率開關的控制端接收一控制信號(CTL)，該功率開關根據該控制信號進行切換；一二極管(D2)，具有一陽極端及一陰極端，該二極管的陽極端耦接該次級繞組的非打點端；以及一電容器(C2)，具有一第一端及一第二端，該電容器的第一端耦接該二極管的陰極端并提供一輸出電壓(U至該發光二極管光源的輸入端，該電容器的第二端耦接該地端。
2.如權利要求1所述的非隔離型反激式升壓轉換器，其中，該輸入電壓由一直流電源供應器提供，該直流電源供應器包括一電磁干擾濾波器(11)，用以接收一交流電源(Vac)并濾除該交流電源的電磁噪聲；一整流濾波器(12)，耦接該電磁干擾濾波器，用以將濾除電磁噪聲后的該交流電源整流及濾波成一直流電源(Vdc)；以及一隔離型直流至直流轉換器，耦接該整流濾波器，用以接收該直流電源并將該直流電源轉換成該輸入電壓。
3.如權利要求2所述的非隔離型反激式升壓轉換器，其中，該隔離型直流至直流轉換器為一隔離型反激式轉換器(13)。
4.如權利要求1所述的非隔離型反激式升壓轉換器，其中，該控制信號由一控制器 (15)提供，該控制器耦接該發光二極管光源的輸出端及該功率開關的控制端，該控制器用以接收該發光二極管光源的輸出端的一輸出電流(Iffi)并根據該輸出電流提供該控制信號。
5.如權利要求4所述的非隔離型反激式升壓轉換器，其中，該控制器為一脈寬調制控制器。
6.如權利要求1所述的非隔離型反激式升壓轉換器，其中，該功率開關為一場效晶體管。
7.如權利要求1所述的非隔離型反激式升壓轉換器，其中，該發光二極管光源應用于一顯示裝置的一背光源。
8.如權利要求7所述的非隔離型反激式升壓轉換器，其中，該顯示裝置為一計算機屏幕、一電視機或一一體機計算機。
專利摘要非隔離型反激式升壓轉換器(24)，用以驅動LED光源(3)，包括變壓器(T1)、功率開關(Q2)、二極管(D2)及電容器(C2)。變壓器具有初級繞組(NP)及次級繞組(NS)，初級繞組打點端接收輸入電壓(VI2)。功率開關第一端耦接初級繞組非打點端及次級繞組打點端，功率開關第二端耦接地端，功率開關控制端接收控制信號(CTL)。二極管陽極端耦接次級繞組非打點端。電容器第一端耦接二極管陰極端并提供輸出電壓(VO2)至LED光源輸入端，電容器第二端耦接地端。本實用新型非隔離型反激式升壓轉換器與傳統升壓轉換器相比可在相同功率開關占空比下獲得更高電壓增益或輸出電壓。
文檔編號H02M3/155GK202085071SQ201120165719
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者余祚尚, 林立韋 申請人:冠捷投資有限公司