TWI325675B - Dc/dc converter having auto auxiliary voltage supply and output fail protection - Google Patents

Description

- * 九、發明說明： ， 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種直流電源轉換電路，尤指一種用來驅動發光 裝置，具有自體輔助電壓源及負載開路及短路保護功能的直流電 . 源轉換電路。 【先前技術】 _ 近年來’發光二極體（LightEmittingDi〇de，LED)已普遍應 用使用於資訊、通訊及消費性電子產品的指示燈與顯示裝置上， 如父通號諸燈等等。不同於一般白熾燈泡，發光二極體係屬冷發 光το件’因此具有減量低、元件壽命長、無猶燈時間以及反 應速度快等優點，再加上其體積小、耐震動、適合量產，因此容 易配合應用需求而製成極小或陣列式的元件。在發光二極體的物 轉財’騎發光二極體之電鱗著發光二鋪之—順向偏壓 • I指數型的增加，而發光二極體之發光程度係與通過的電流成正 比，也就是說’當通過的電流越大，二極體發光_度也越高。 因此’-般來說’魏二極體需要—電祕換電路來控制其順向 偏壓，以穩定發光亮度。 、 請參考第1圖，帛1圖為一習知直流對直流電壓轉換器1〇 之示意圖。直流對直流電壓轉換器1〇包含有一直流電塵源1〇〇、 —開關電晶體102、-電阻104、一二極體1〇6、一電感⑽、一 控制訊號產生器110、-負載112及一線性調壓器（line_糾咖） 1325675 \ 器不僅耗費书月匕’亦可能因為線性調壓器過熱而損壞電路。 【發明内容】 因此’本發明之主要目的即在於提供一種具有自體輔助電壓 源及負载開路及短路倾魏的直流電轉換電路。 士么本發明係揭露一種具有自體輔助電壓源及負载開路及短路保 瘦功月b的直流電轉換電路。該直流電_換電路包含有一直流 電塵源、-驅動電路及—辅助電路。該直流電壓源係絲提供一 ，原：驅動電路包含有-開關、-第-電阻、-控制訊號 叙接電阻、—二極體及—電感。該糊具有一第一端 麵接於該錢龍源，—第二端絲接收-控觀號，以及-第 =第該Γ請用來根據該第二端所接收之控制訊號，導通或關 =2 賴。鮮—树㈠—翻接於 逐開闕之第二h ’及一黛-^山.> J,., 電阻之第-端及L 11產生11祕於該第一 一鳊，用來感測該第一電阻之電壓，以產峰哕 控制訊號。該第二電阻具有 “ 關之第-端，及―第一姓論_接於該直流輕源及該開 有當心社 該控制訊號產生器。該二極體且 於該第，且之第二端，及—第接 地知。該電感具有-第一端_於該第 及= 二端耦接於一負載。 罘一知，及一第 助電容及-輔助-極:=聯於該電感' 其包含有-輔 電阻之第η:::電容具有-第，接於該第- 喊接於該第二電阻之第二端。該辅助 、75 才。體/、有第一端耗接於該輔助電容之第二端，及一第二端. 接於該電感之第二端。 > 【實施方式】 °月參考第2圖’第2圖為本發明具有自體輔助電壓源及負載 開路及短路保護魏流電源轉觀路2G之示意目。直流電源 轉換電路20包含有一直流電壓源2〇〇、-負载212、-驅動電路 22及一辅助電路24。直流電壓源200耦接於一接地端GND，用 來提供-直流電源Vin。負載212係為發光裝置，通常由至少_發 光二極體（LightEmittingDiode，LED)組成，其亦耦接於接地端 GND。驅動電路22之構成元件類似於第丨圖之直流對直流電壓轉 換器ίο,包含有一開關202、一第一電阻2〇4、一二極體2〇6、一 電感208、一第二電阻21〇及一控制訊號產生器26。開關2〇2用 來根據一第二端2024所接收之一控制訊號&，導通或關閉一第一 端2022至一第三端2026之連結。開關202通常為一金屬氧化半 導體琢效電阳體（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor， MOSFET)，其第一端2022係汲極，第二端2024係閘極，第三端 2026係源極。或者，開關202亦可為一雙極性接面電晶體（Bip〇lar

Junction Transistor…BJT) ’ 則第一端 2022 係集極，第二端 2024 係基極，第三端2026係射極。第二電阻21〇係一高阻抗的電阻， 用來提供控制訊號產生器26的啟動電源。二極體206通常為一 pn 接面半導體元件，其第2圖中之右端為n極而左端為p極。電感 1325675 2〇8麵接於負載212 ’用來儲存或釋放直流電壓源2〇〇提供之能 置。控制訊號產生器26通常為-脈寬調變器，輕接於第一電阻2〇4 之兩端，藉此用來感測第—電阻204之電壓，以產生控制訊號&。 根據第-電阻綱之電流改變的程度，控制訊號產生器％調整控 制訊號Sc，以控制開關202之導通或關閉。 本發明直流電源轉換電路20於驅動電路22之電感208上並 φ 聯辅助電路24。辅助電路24包含有一輔助電容214及一辅助二極 體216。辅助電容214於直流電源轉換電路2〇啟動時，透過第二 電阻210，储存直流電獅2〇〇提供之能量。當儲滿電能時，輔助 電容214即形成-辅助電壓源，可提供一穩定的辅助電壓W給 控制訊號產生器26。輔助二極體216輕接於辅助電容214與電感 208之間，用來於開關202導通時，防止直流電壓源2〇〇提供之電 源的電流流入輔助電路24導致負載212的電壓發生非預期的改 變。輔助一極體216通常相同於二極體2〇6，具有相同的順向偏 •壓’其第2圖中之右端為η極而左端為p極。直流電源轉換電路 20另包含一濾波電容（未示於第2圖）耦接於一接地端GND與 電感208之間，用來濾除輸出至負載212之電流的雜訊。 本發明直流電源轉換電路20之工作原理如下。首先，於直流 電源轉換電路20啟動時’第二電阻210調降直流電源Vin至一適 當的電壓準位’以啟動控制訊號產生器26，並同時提供能量給電 容214作儲能用。控制訊號產生器26於啟動後透過接線ρι及？2， 1325675 不斷地感測通過第-電阻204之電流，並根據電流變化，事實調 整控制化號Sc。接著，當開關2〇2導通時，二極體施及輔助二 極體216皆承叉反偏壓，分別阻斷迴路[2及迴路。直流電壓 源200對電感208儲能’此時第一電阻2〇4的電流隨著電感2〇8 的電流逐步往上升。當電阻2〇4的電流上升至一預定最大值時， 控制訊號產生器26透過控制訊號Se關閉開關2Q2。一旦開關2〇2 關閉，二極體206及辅助二極體216皆運作於順向偏壓時，分別 • 導通迴路L2及U。由於直流電麗源200之供電被截斷，電感208 產生極性相反的電壓，同時提能量給負載212及辅助電容214，使 通過負載212之電流不會發生劇烈變化，亦可使辅助電容214維 持穩定的電壓，維持控制訊號產生器26之正常運作。因此，無論 在開關202導通或關閉的情形下，對控制訊號產生器％來說，辅 助電谷214如一穩定的電壓源，提供輔助電壓Vcc給控制訊號產 生器26。最後，當第一電阻2〇4的電流下降至一預定最小值時， 控制訊號產生器26再透過控制訊號Sc開啟開關2〇2，使直流電源 轉換電路20之工作因開關202導通及關閉不斷循環下去。 在直流電源轉換電路20中，若負載212、電感208及辅助電 谷214的電壓大小分別為vLD、VL及Vc，並根據迴路L2及L3， 可得出關係式·： ------ VL=二極體216的順向偏壓+ Vld=二極體2〇6的順向偏壓

+ VC 由於二極體216的順向偏壓與二極體2〇6的順向偏壓幾乎相同， 1325675 最後可得到負載212、電感208及辅助電容214的電壓之間的關係 式為：vL=vLD=vc。因此，若負載212發生短路，則由上述之 關係式可知vL=vLD=o (v〇it)，❿辅助電容214則快速放電。此 日f ’換成由直流電壓源、200透過高阻抗之電阻21〇提供獅電壓 Vcc給控制訊號產生器26。由於電阻21〇之高阻抗的關係，辅助 電壓Vce將變為-很低驗準’將無法提供足夠的卫作電壓而使 • 洲喊纽11 26進人i類S (hieeup)，纽是時而啟動時 φ 酬置。另外’若負載212有開路的情況發生，則由上述之關係 式可知vLD=vc，此時直流電源轉換電路2〇可藉由辅助電容214 之電壓VC來判斷負載212的電壓&是否過高。控制訊號產生器 26根據判斷結果可自動地調整開關2〇2的導通時間，以防止負載 電壓過高而造成電路損壞。因此，無論負載212發生短路或開路， 直流電源轉換電路20可根據輔助電容2丨4輸出之輔助電屋Vcc， 調整控制訊號產生器26之工作狀態，以適時改變開關2〇2之導通 鲁 頻率，以保護直流電源轉換電路20免於損壞。 總括來說，在習知技射’ f知直流電_換電路係利用一 低效率的調壓電路來提供工作電源給訊號控制產生器，造成習知 . 直流電轉換電路浪費魏。姆於f知技術，本發明係並聯一 输助電路於電感上，使開關導通或關時，辅助電路皆可提供一 穩定的輔助電源給控制訊號產生器，以維持電路正常運作。並於 負載發生短路或斷路時，本發明可透過輔助電路提供之辅助電 壓’調整控制訊號產生器之工作狀態，以改變適時改變開關之導 12 1325675 通頻率，藉此預防電路因負載電流過高而損壞。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 • 【圖式簡單說明】 第1圖為一習知降壓式直流對直流電壓轉換器之示意圖。 第2圖為本發明具自體輔助電壓源及負载開路及短路保護功处 直流電源轉換電路之示意圖。 1之 【主要元件符號說明】 10 直流對直流電壓轉換器 102 開關電晶體 20 直流電源轉換電路 22 驅動電路 24 辅助電路 100、200 直流電壓源 202 開關 104、204、210 電阻 106、206、216 二極體 ..... 108、208 電感 214 電容 112 > 212 負載

13 1325675 110、26 控制訊號產生器 114 線性調壓器 Sc 控制訊號 U、L2、L3 迴路 2022'2024、 2026 端點 • GND 接地端 • Vcc 電壓 Vin 直流電源 • PI > P2 接線 • 14

Claims (1)

1325675

十、申請專利範圍： -種具有自體輔助電塵源並具有負載開路趙路保護功能的 直流電源轉換電路，包含有： 直流電;1源，祕於一接地端，用來提供一直流電源； 一驅動電路，包含有： 间關，具有一第一端耦接於該直流電壓源，一第二端用 來接收-控制訊號，以及—第三端，該_用來根據

該第二端所接收之控制訊號，導通或關閉該第一端至 該第三端之連結； -第-電阻，具有—第—端雛於該開關之第三端，及一 第二端； -控制訊號產生器，祕於該第—電阻之第—端及第二 4 一端，用來❹m第-電阻之魏，以產生該㈣訊號; -第-電阻’具有-第—端祕於該直流賴源及該開關 之第端，及一第二端耦接於該控制訊號產生器； -二極體，具有-第—端_於該第—電阻之第二端，及 一第二端輕接於該接地端；以及 -電感’具有-第-端_於該第_電阻之第二端，及一 第一端搞接於一負载；以及 輔助電路，並聯於該電感，包含有·· 一輔助電容，具有—第—端_於該第—電阻之第二端， 及-第二端耦接於該第二電阻之第二端；以及 ，輔助二極體’具有-第-端祕於_助電容之第二 15 ' · 端，及一第二端耦接於該電感之第二端。 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該控制訊號產生 器係脈寬調變器（Pulse width modulator )。 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中另包含一濾波電 今，耦接於該二極體之第二端與該電感之第二端之間。 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該開關為一金屬 氧化半導體場效電晶體（metal-oxide-semiconductor ield effect transistor 5 MOSFET transistor) ° 如請求項4所述之直流電源轉換電路，其中該開關之該第一 端係-沒極’該第二端係—閘極，以及該第三端係—源極。 如印求項1所述之直流電_換電路，其巾該開關為一雙極 性接面電晶體（Bipolar Juncti〇nTransist〇r，BJT)。 如印求項6所述之直流電源轉換電路，其中該開關之該第一 端係-集極，該第二端係，以及該第三端係一射極。 如請求項1所述之直流電轉換電路，其巾該二極體之該第 一端係為一η極，該第二端係為一p極。 1325675 .f, ·;： k·/. 一 ~j： 9. 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該輔助二‘體之^ 該第一端係為一 η極，該第二端係為一 p極。 10. 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該二極體與該輔 助二極體之順向偏壓大約相同。 11. 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該第二電阻係一 高阻抗之電阻。 12. 如請求項1所述之直流電源轉換電路，其中該負載包含有至 少一發光二極體（Light Emitting Diode，LED)。 H 、圖式：

17