专利名称：具有负载开路保护的电源转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源转换电路，尤其涉及一种具有负载开路保护的电源转 换电路。
背景技术：
由于发光二极管(Light Emitting Diode, LED)具有体积小、发光效率高、 寿命长、可靠度强、低耗能、无汞污染以及不易损坏等的优势，目前已大力推 广逐渐用来取代传统照明。
请参照图l，为目前发光二极管的驱动电路示意图。如图1所示，开关SW 的第一端电性连接至二极管D的第一端，开关SW的第二端电性连接至电源Vi 的第一端，而电源Vi的第二端电性连接至接地端；输入电容Ci的第一端与开 关SW的第二端电性连接，输入电容Ci的第二端电性连接至接地端；二极管D 的第一端(即负端或N端)与开关SW的第一端电性连接，二极管D的第二端(即 正端或P端)电性连接至接地端；电感L的第一端与二极管D的第一端电性连 接，电感L的第二端电性连接至输出电容Co的第一端，而输出电容Co的第二 端电性连接至接地端；发光二极管LED的的第一端(即负端或N端)电性连接至 接地端，发光二极管LED的的第二端(即正端或P端)电性连接至输出电容Co 的第一端，而图1的驱动方式具有以下几个问题(l)驱动电路须要通过输出 电容Co减少发光二极管的输出电压涟波，但外加的输出电容Co不仅占用驱动 电路的整体空间也使其制造成本上升。(2)当电源Vi未关闭(即火线作业)瞬间 更换发光二极管模块时，会造成发光二极管模块损坏，特别是更换成具有较少 发光二极管数量的发光二极管模块时，例如，原本为IO颗发光二极管的模块， 此时输出电压Vo上约有40V(假设每个发光二极管的顺向导通电压Vp为4V)， 当更换成2颗发光二极管的模块时，由于输出电容Co所残余的电压，会造成 瞬间的大电流流过发光二极管，进而造成发光二极管烧毁。(3)因为有输出电 容Co所以无法快速启动电路，否则突波电流会很大，所以需要作缓启动控制 设计。
请参照图2，为目前发光二极管的另一驱动电路示意图。如图2所示，开 关SW的第一端电性连接至二极管D的第一端，开关SW的第二端电性连接至电 源Vi的第一端，而电源Vi的第二端电性连接至接地端；输入电容Ci的第一 端与开关SW的第二端电性连接，输入电容Ci的第二端电性连接至接地端；二 极管D的第一端(即负端或N端)与开关SW的第一端电性连接，二极管D的第 二端(即正端或P端)电性连接至接地端；电感L的第一端与二极管D的第一端 电性连接，电感L的第二端电性连接发光二极管LED的的第二端(即正端或P 端)，发光二极管LED的的第一端(即负端或N端)电性连接至二极管D的第二 端(即正端或P端)。图2的驱动电路通过加大电感L以降低发光二极管的输出 电压涟波，因此不须输出电容Co减少发光二极管的输出电压涟波，故可减少 驱动电路的整体体积及制造成本，且无输出电容Co，也可快速启动电路，但 是当发光二极管发生开路的故障情形时，储存于电感L上的能量将无法释放而 产生数百伏以上的突波电压，造成危险，特别是当电感L愈大时，所产生突波 电压也会愈严重。
例如假设发光二极管上的平均电流为500mA、电感L^220uH、线路上的
寄生电容为1000pF。根据能量守恒1l.AI2=|c.AV2，在发光二极管开路故
2 2
障时会产生AV-AI.g^.5.j^-234.52V的突波电压。这是非常危险的，
尤其是在电感L愈大、发光二极管的电流愈高的情形下，开路故障所产生的突 波电压会更严重。
请参照图3，为目前发光二极管的另一驱动电路示意图。如图3所示，开 关SW的第一端电性连接至二极管D的第一端，开关SW的第二端电性连接至电 源Vi的第一端，而电源Vi的第二端电性连接至接地端；输入电容Ci的第一 端与开关SW的第二端电性连接，输入电容Ci的第二端电性连接至接地端；二 极管D的第一端(即负端或N端)与开关SW的第一端电性连接，二极管D的第 二端(即正端或P端)电性连接至接地端；电感L的第一端与二极管D的第一端 电性连接，电感L的第二端电性连接至齐纳二极管Dz的第一端(即负端或N
端)，而齐纳二极管Dz的第二端(即正端或P端)电性连接至接地端；发光二极
管LED的的第一端(即负端或N端)电性连接至接地端，发光二极管LED的的第 二端(即正端或P端)电性连接至齐纳二极管Dz第一端(即负端或N端)。图3 的驱动电路加入了齐纳二极管Dz作保护，当发光二极管发生开路故障时，储 存于电感L的能量会经由齐纳二极管Dz释放，因此电感L所产生的突波电压 会被齐纳二极管Dz箝制在其崩溃电压，以达到保护的效果。
但采用此种保护方式的齐纳二极管Dz的崩溃电压至少需高于串联的发光 二极管的个数乘以顺向导通电压Vp值。例如，驱动电路输出端串联15颗发光 二极管，假设每个发光二极管的顺向导通电压Vp为4V，则齐纳二极管Dz的崩 溃电压至少必须高于60V以上，就应用在高功率照明场合上选用高瓦数、高崩 溃电压的齐纳二极管Dz作为保护而言，对于成本上实为昂贵且沉重的负担， 且应用上需依照不同的发光二极管的个数乘以其顺向导通电压Vp值，以作为 齐纳二极管Dz的选取依据，在设计上也缺乏弹性。
请参照图4，为目前发光二极管的另一驱动电路示意图。如图4所示，开 关SW的第一端电性连接至二极管D的第一端，开关SW的第二端电性连接至电 源Vi的第一端，而电源Vi的第二端电性连接至接地端；输入电容Ci的第一 端与开关SW的第二端电性连接，输入电容Ci的第二端电性连接至接地端；二 极管D的第一端(即负端或N端)与开关SW的第一端电性连接，二极管D的第 二端(即正端或P端)电性连接至接地端；电感L的第一端与二极管D的第一端 电性连接，电感L的第二端电性连接至电阻R1的第一端，而电阻R1的第二端 电性连接至电阻R2的第一端与比较器的非反相输入端，电阻R2的第二端电性 连接至接地端，比较器的反相输入端接收参考电压Vw，比较器的输出端电性 连接至栅极驱动器的输入端，栅极驱动器的输出端电性连接至晶体管开关 醒OS的栅极，晶体管开关丽0S的源极电性连接至电阻R3的第一端，电阻R3
的第二端电性连接至接地端，晶体管开关NMOS的漏极电性连接至电感L的第 二端；发光二极管LED的的第一端(即负端或N端)电性连接至接地端，发光二 极管LED的的第二端(即正端或P端)电性连接至电感L的第二端。图4通过检 测驱动电路输出端的电压Vo，将其分压的后与参考电压Vrsf做比较，若是检测 电压分压之后大于参考电压Vw，即判断发光二极管发生开路故障情形。此时， 栅极驱动器输出驱动信号将晶体管开关丽OS导通，电感L上的能量就可经由
晶体管开关醒0S和电阻R3释放到零，避免产生突波电压的破坏。由于不须利 用齐纳二极管Dz做为保护线路，因此不会造成价格上的负担，但检测控制线 路较为复杂，且信号检测及控制具有延迟问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具负载开路保护的电源转换电 路，通过放电回路释放直流对直流转换器于负载开路时所产生的突波电压，借 以避免插拔负载时，所引发突波电压的问题。
根据本发明所揭露的具负载开路保护的电源转换电路，电性连接至第一电 压的电源，并输出第二电压以驱动其负载(例如，发光元件)，而电源转换电路
包含有直流对直流转换器，接收该电源，并将第一电压转换为第二电压，以 输出第二电压至发光二极管；及整流元件，设置于直流对直流转换器的输出端 与输入端间，并与直流对直流转换器构成一放电回路，而放电回路用以释放直 流对直流转换器于发光二极管开路时所产生的突波电压。
另外，本发明揭露的电源转换电路，接收第一电压的直流电源并转换第一 电压为第二电压，以输出第二电压至一负载，包含有开关，具有第一端与第 二端，可选择性导通或关闭；输入电容，具有第一端与第二端，而输入电容的 第一端与开关的第二端电性连接，输入电容的第二端电性连接至一接地端；二 极管，具有第一端与第二端，而二极管的第一端与开关的第一端电性连接，二 极管的第二端电性连接至接地端；电感，具有第一端与第二端，电感的第一端 与二极管的第一端电性连接，通过电源进行储能；及整流元件，具有第一端与 第二端，而整流元件的第一端电性连接至输入电容的第一端，整流元件的第二 端电性连接至该电感的第二端；其中当负载为开路时，电感、输入电容、二极 管与整流元件构成放电回路以释放一突波电压，以使突波电压的能量回送储存 于输入电容中。通过这种具负载开路保护的电源转换电路，直接于电源转换电 路的输入端与输出端间设置一个整流元件(例如，二极管)，以于负载开路故障 时，提供突波电压释放路径，由于无须利用齐纳二极管作保护，故不会对制造 成本造成太大负担，且无须检测控制线路故电路架构简单。
本发明的具负载开路保护的电源转换电路，直接于电源转换电路的输入端 与输出端间设置一个整流元件(例如，二极管)，以于负载开路故障时，提供突
波电压释放路径，由于无须利用齐纳二极管作保护，故不会对制造成本造成太 大负担，且无须检测控制线路故电路架构简单。
有关本发明的特征与实作，兹配合附图作最佳实施例详细说明如下。
图1为现有技术的发光二极管的驱动电路示意图； 图2为现有技术的发光二极管的另一驱动电路示意图； 图3为现有技术的发光二极管的另一驱动电路示意图； 图4为现有技术的发光二极管的另一驱动电路示意图； 图5为本发明的系统方块图； 图6为本发明第一实施例的电路示意图；及
图7A及图7B为本发明第二实施例的电路示意图。
其中，附图标记
10:电源20:直流对直流转换器
30:整流元件40:负载
Ci:输入电容Co:输出电容
D: 二极管Dl:第一二极管
D2:第二二极管Dz:齐纳二极管
LED:发光二极管L :电感
NM0S:晶体管开关Rl:电阻
R2:电阻R3:电阻
SWT:开关SW:第一开关
第二开关Vi:电源
Vo: 输出电压vref:参考电压
具体实施例方式
请参照图5，为本发明的系统方块图。如图5所示，本发明的具负载开路 保护的电源转换电路包含有直流对直流转换器20及整流元件30。
电源IO，具有第一电压的直流电源，与直流对直流转换器20的输入端电 性连接。
直流对直流转换器20，与电源10电性连接，用以接收电源10输出的第 一电压，并转换电源10的第一电压为第二电压，而第二电压可大于或小于第 一电压。其中直流对直流转换器20可为一降压式(buck)直流对直流转换器。
整流元件30，设置于直流对直流转换器20的输入端与输出端之间，并与 直流对直流转换器20构成一放电回路，而放电回路用以释放直流对直流转换 器20于负载40开路时所产生的突波电压。
负载40，与直流对直流转换器20的输出端电性连接，以接收直流转换器 20输出端的第二电压，其中本发明实施例中的负载40为发光元件(例如，多 个串联相接的发光二极管)，并接收直流对直流转换器20输出的第二电压，以 产生对应第二电压的亮度。
请参照图6，为本发明第一实施例的电路示意图。如图6所示，本发明的 具负载开路保护的电源转换电路包含有开关SWT、输入电容Ci、第一二极管 Dl、电感L、第二二极管D2。
开关SWT，具有第一端与第二端，开关SWT的第一端电性连接至第一二极 管Dl的第一端，开关SWT的第二端电性连接至电源Vi的第一端，而电源Vi 的第二端电性连接至接地端。
输入电容Ci，具有第一端与第二端，输入电容Ci的第一端与开关SWT的 第二端电性连接，输入电容Ci的第二端电性连接至接地端。
第一二极管Dl，具有第一端(即负端或N端)与第二端(即正端或P端)， 第一二极管Dl的第一端与开关SWT的第一端电性连接，第一二极管Dl的第二 端电性连接至接地端。
电感L，具有第一端与第二端，电感L的第一端与第一二极管Dl的第一 端电性连接，电感L的第二端电性连接至第二二极管D2的第二端。
第二二极管D2，具有第一端(即负端或N端)与第二端(即正端或P端)， 第二二极管D2的第一端电性连接至输入电容Ci的第一端，第二二极管D2的 第二端电性连接至电感L的第二端，其中当发光二极管LED为开路时，电感L、 第二二极管D2、输入电容Ci以及第一二极管Dl构成一放电回路以释放一突 波电压，以使突波电压的能量回送储存于输入电容Ci中。以下说明电路动作 原理。
当开关SWT导通(0N)时，电源Vi经由电感L提供第二电压给发光二极管
LED,并使电感L进行储能，当开关SWT关闭(OFF)时，电感L提供第二电压给 发光二极管LED。
因为电感L可视为电流源，当发光二极管LED发生开路故障时，虽然没有 输出电容Co吸收电感L上的能量，但电感L电流仍必须续流，此时第二二极 管D2就相当于提供了一个的释放能量的路径，电感L上的能量经由第二二极 管D2回送到输入电容Ci，如此，即可使电感L上的电流慢慢下降到零，避免 瞬间产生高突波电压。同时，回送到输入电容Ci的能量，也可作为再利用的 能量。
此外，图6所示的直流对直流转换器的架构为一异步整流型降压式电源转 换电路，但并非表示用以限定本发明，本发明也可使用在同步整流型的降压式 电源转换电路，如图7A及图7B所示。此外，负载40也不局限于发光元件的 发光二极管，可以例如是内存、处理器、控制器或步进马达等等。
请参照图7A及图7B，为本发明第二实施例的电路示意图。如图7A及图 7B所示，本发明的具负载开路保护的电源转换电路包含有第一开关SW、输入 电容Ci、第二开关^、电感L、第二二极管D2。
第一开关SW，具有第一端与第二端，第一开关SW的第一端电性连接至第 二开关^的第一端，第一开关SW的第二端电性连接至电源Vi的第一端，而 电源Vi的第二端电性连接至接地端。
输入电容Ci，具有第一端与第二端，输入电容Ci的第一端与第一开关SW 的第二端电性连接，输入电容Ci的第二端电性连接至接地端。
第二开关^F，具有第一端与第二端，第二开关^的第一端与第一开关 SW的第一端电性连接，第二开关^的第二端电性连接至接地端，其中第二开 关^的动作与第一开关SW相反，即当第二开关^F为导通(ON)时，则第一开 关SW为关闭(OFF)，当第二开关^为关闭(OFF)时，则第一开关SW为导通(ON)。
电感L，具有第一端与第二端，电感L的第一端与第二开关i的第一端 电性连接，电感L的第二端电性连接至第二二极管D2的第二端。
第二二极管D2，具有第一端(即负端或N端)与第二端(即正端或P端)， 第二二极管D2的第一端电性连接至输入电容Ci的第一端，第二二极管D2的 第二端电性连接至电感L的第二端。以下说明第二实施例中当负载发生开路故 障时，放电回路的电路动作原理。
如图7A所示，当第一开关SW导通(ON)时，则第二开关^关闭(0FF)，电 源Vi经由电感L提供第二电压给发光二极管LED，并使电感L进行储能。
当发光二极管LED发生开路故障时，虽然没有输出电容Co吸收电感L上 的能量，但电感L电流仍必须续流，此时第二二极管D2、第一开关SW及电感 L，形成一个放电回路。
如图7B所示，当第一开关SW关闭(OFF)时，则第二开关^导通(0N)，电 感L提供第二电压给发光二极管LED。
因为电感L可视为电流源，当发光二极管LED发生开路故障时，虽然没有 输出电容Co吸收电感L上的能量，但电感L电流仍必须续流，此时电感L、 第二二极管D2、输入电容Ci以及第二开关^构成一放电回路以释放突波电 压，电感L上的能量经由第二二极管D2回送到输入电容Ci。如此，即可使电 感L上的电流慢慢下降到零，避免瞬间产生高突波电压。同时，回送到输入电 容Ci的能量，也可作为再利用的能量。
上述图6的开关SWT可为电子式开关(例如，晶体管)，图7A与图7B中的 第一幵关SW及第二开关^均可为电子式开关(例如，晶体管)。
综上所述，本发明的具负载开路保护的电源转换电路，直接于电源转换电 路的输入端与输出端间设置一个整流元件(例如，二极管)，以于负载开路故障 时，提供突波电压释放路径，由于无须利用齐纳二极管作保护，故不会对制造 成本造成太大负担，且无须检测控制线路故电路架构简单。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种具负载开路保护的电源转换电路，电性连接至一第一电压的电源，并输出一第二电压以驱动其负载，其特征在于，该电源转换电路包含有一直流对直流转换器，接收该电源，并将该第一电压转换为该第二电压，以输出该第二电压至该负载；及一整流元件，设置于该直流对直流转换器的输出端与输入端间，并与该直流对直流转换器构成一放电回路，该放电回路用以释放该直流对直流转换器于该负载开路时所产生的突波电压。
2、 根据权利要求l所述的电源转换电路，其特征在于，该负载为一发光元件。
3、 根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，该发光元件为至 少一发光二极管。
4、 根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，该整流元件为一 二极管。
5、 根据权利要求l所述的电源转换电路，其特征在于，该直流对直流转 换器为一降压式直流对直流转换器。
6、 根据权利要求l所述的电源转换电路，其特征在于，该直流对直流转 换器包含有一开关，具有一第一端与一第二端；一输入电容，具有一第一端与一第二端，该输入电容的该第一端与该开关 的该第二端电性连接，该输入电容的该第二端电性连接至一接地端；一二极管，具有一第一端与一第二端，该二极管的该第一端与该开关的该 第一端电性连接，该二极管的该第二端电性连接至该接地端；及一电感，具有一第一端与一第二端，该电感的该第一端与该二极管的该第 一端电性连接；当该负载为开路时，该电感、该整流元件、该输入电容、该二极管构成该 放电回路。
7、 根据权利要求6所述的电源转换电路，其特征在于，该开关为一晶体管。
8、 根据权利要求l所述的电源转换电路，其特征在于，该直流对直流转 换器包含有一第一开关，具有一第一端与一第二端；一输入电容，具有一第一端与一第二端，该输入电容的该第一端与该第一 开关的该第二端电性连接，该输入电容的该第二端电性连接至一接地端；一第二开关，具有一第一端与一第二端，该第二开关的该第一端与该第一 开关的该第一端电性连接，该第二开关的该第二端电性连接至该接地端；及一电感，具有一第一端与一第二端，该电感的该第一端与该第二开关的该 第一端电性连接；当该第一开关为导通时，该第二开关为关闭；当该第二开关为导通时，该 第一开关为关闭。
9、 根据权利要求8所述的电源转换电路，其特征在于，当该负载为开路 时，该电感、该整流元件、该输入电容、该第二开关构成该放电回路。
10、 根据权利要求8所述的电源转换电路，其特征在于，当该负载为开路 时，该电感、该整流元件、以及该第一开关构成该放电回路。
11、 根据权利要求8所述的电源转换电路，其特征在于，该第一开关为一 晶体管。
12、 根据权利要求8所述的电源转换电路，其特征在于，该第二开关为一 晶体管。
全文摘要
本发明公开了一种具负载开路保护的电源转换电路，电性连接至第一电压的电源，并输出第二电压以驱动其负载，而电源转换电路包含有直流对直流转换器，接收电源，并将第一电压转换为第二电压，以输出第二电压至负载；及整流组件，设置于直流对直流转换器的输出端与输入端间，并与直流对直流转换器构成一放电回路，而放电回路用以释放直流对直流转换器于负载开路时所产生的突波电压。本发明的具负载开路保护的电源转换电路，直接于电源转换电路的输入端与输出端间设置一个整流元件(例如，二极管)，以于负载开路故障时，提供突波电压释放路径，由于无须利用齐纳二极管作保护，故不会对制造成本造成太大负担，且无须检测控制线路故电路架构简单。
文档编号H02M3/06GK101350553SQ20071013584
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者朱益杉, 赵兴国 申请人:通嘉科技股份有限公司