输入侧不采用电解电容器的电源转换器的制造方法
【专利摘要】本发明为一种电源转换器，包括桥式整流器、薄膜电容器及直流至直流(DC/DC)转换器。桥式整流器对交流电源输入电压进行整流以产生全波整流电压。薄膜电容器对全波整流电压进行滤波以产生第一脉动直流电压。DC/DC转换器的控制电路对第一脉动直流电压进行衰减以产生第二脉动直流电压，侦测第二脉动直流电压的波峰值及波谷值，并据以产生值为-(Vx-VH)+PH的过电流保护(OCP)补偿值，其中，Vx为第二脉动直流电压，VH及PH分别为第二脉动直流电压的波谷值及波峰值。控制电路根据OCP设定值加上OCP补偿值所产生的经过补偿的OCP设定值，以对DC/DC转换器进行OCP及定功率输出限制。本发明的有益效果是可实现OCP及定功率输出限制。
【专利说明】
输入侧不采用电解电容器的电源转换器
技术领域
[0001]本发明是有关于一种电源转换器，且特别是一种输入侧不采用电解电容器的电源转换器，可适用于小尺寸液晶显示器。
【背景技术】
[0002]请参见图1，图1为一种现有的小尺寸液晶显示器的电源转换器的电路方块图。现有的电源转换器I包括电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)滤波器11、桥式整流器12、电解电容器13及返驰式转换器(flyback converter) 14。交流电源先经过EMI滤波器11滤除其中的传导性EMI噪声，其输入电压再经过桥式整流器12整流成全波整流电压，然后由电解电容器13滤波及储能成一个稳定的直流电压Vdc。这是因为电解电容器13的电容值较大，可储存较多能量而储能效果较好，使得电解电容器13的两端跨压Vdc的涟波极小而可视为一个稳定的直流电压源。这个直流电压Vdc再经过返驰式转换器14转换成额定输出电压Vol和Vo2。输出电压Vol例如是12V或16V，可供电给液晶显示器的发光二极管(light-emitting d1de,LED)背光驱动电路及显示面板驱动电路，而输出电压Vo2例如是5V，可供电给液晶显示器的主板。
[0003]返驰式转换器14包括转换电路及其控制电路，其中，转换电路包括变压器Tl、功率晶体管Ql、二极管Dl和D2及电容器Cl和C2，而控制电路包括脉宽调变(pulse-widthmodulat1n, PffM)控制器U1、电阻器Rl和R2、二极管D3、电容器C3和C4及输出反馈电路FBl0为了使电源转换器I的输出功率(即返驰式转换器14的输出功率)能得到保护及限制，返驰式转换器14的控制电路中会加入过电流侦测功能，在本例中采用具有过电流保护(over current protect1n，0CP)功能的PffM控制器U1，例如是型号EM8672的集成电路，其具有七个脚位CT、COMP, CS、GND、OUT、VCC、HV,在这里不赘述各脚位功能。PffM控制器Ul内建OCP比较器CMPl来实现OCP功能，其通过脚位CS抓取功率晶体管Ql下方串接的电阻器Rl的两端跨压Vrl来与固定的OCP设定值Vset比较，如果抓取的电压Vrl大于OCP设定值Vset，则表示返驰式转换器14的输出功率已经大于额定值，控制电路需要针对转换电路进行保护，例如PWM控制器Ul的控制逻辑电路CTRLl会限制从脚位OUT输出到功率晶体管Ql的PffM控制信号的责任周期(duty cycle)或直接关闭功率晶体管Q1，以达到OCP及定功率输出限制。在不同额定输出功率的场合中，也只需要修改电阻器Rl的电阻值大小来变更额定输出功率限制。
[0004]现有的电源转换器I在输入侧采用电解电容器13将前端桥式整流器12整流所得的全波整流电压滤波及储能成一个稳定的直流电压Vdc，故电解电容器13在正常工作下其两端跨压Vdc即是电源输入电压的峰值。以220Vrms市用电源为例，电解电容器13的两端跨压Vdc约为311V。这样的高电压会大大增加电解电容器13电极上所积聚的静电能量，而积聚在电解电容器13内的静电能量在一定的条件下(例如电源输入电压异常升高)可以直接通过电极间飞弧进行火花放电，进而引发电解电容器13内的电解液及素纸可燃物发生燃烧。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是在提出一种电源转换器，其在输入侧不采用电解电容器，可节省成本及避免电解电容器可能发生燃烧的问题，并可实现OCP及定功率输出限制。
[0006]为了达成上述目的及其它目的，本发明提出一种电源转换器，其包括桥式整流器、薄膜电容器及直流至直流(direct-current to direct-current，DC/DC)转换器，其中，DC/DC转换器包括控制电路。桥式整流器接收交流电源输入电压，并对电源输入电压进行整流以产生全波整流电压。薄膜电容器接收全波整流电压，并对全波整流电压进行滤波以产生第一脉动直流电压。控制电路接收第一脉动直流电压，对第一脉动直流电压进行衰减以产生第二脉动直流电压，侦测第二脉动直流电压的波峰值及波谷值，并根据第二脉动直流电压、波峰值及波谷值以产生OCP补偿值，这个OCP补偿值为-(Vx-VH) +PH，其中，Vx为第二脉动直流电压，VH为波谷值，PH为波峰值。控制电路根据OCP设定值加上OCP补偿值所产生的经过补偿的OCP设定值，以对DC/DC转换器进行OCP及定功率输出限制。
[0007]在本发明的一实施例中，控制电路包括衰减器、峰谷保持电路、减法器、反相器及加法器。衰减器对第一脉动直流电压进行衰减以产生第二脉动直流电压。峰谷保持电路侦测第二脉动直流电压的波峰值及波谷值。减法器将第二脉动直流电压减去波谷值以产生第一电压。反相器将第一电压反相以产生第二电压。加法器将第二电压加上波峰值及OCP设定值以产生经过补偿的OCP设定值。
[0008]在本发明的另一实施例中，控制电路包括衰减器、峰谷保持电路、减法器、反相器及加法器。衰减器对第一脉动直流电压进行衰减以产生第二脉动直流电压。峰谷保持电路侦测第二脉动直流电压的波峰值及波谷值。减法器将第二脉动直流电压减去波峰值以产生第一电压。反相器将第一电压反相以产生第二电压。加法器将第二电压加上波谷值及OCP设定值以产生经过补偿的OCP设定值。
[0009]在本发明的另一实施例中，控制电路包括衰减器、峰谷保持电路、反相器及加法器。衰减器对第一脉动直流电压进行衰减以产生第二脉动直流电压。峰谷保持电路侦测第二脉动直流电压的波峰值及波谷值。反相器将第二脉动直流电压反相以产生一电压。加法器将反相器输出的电压加上波峰值、波谷值及OCP设定值以产生经过补偿的OCP设定值。
[0010]在本发明的一实施例中，电源转换器还包括EMI滤波器，桥式整流器通过EMI滤波器接收电源输入电压。
[0011]在本发明的一实施例中，电源转换器还包括电感器，所述电感器及所述薄膜电容器组成耦接于桥式整流器及DC/DC转换器之间的LC低通滤波器。
[0012]在本发明的另一实施例中，电源转换器还包括电感器及另一薄膜电容器，所述电感器、所述薄膜电容器及所述另一薄膜电容器组成耦接于桥式整流器及DC/DC转换器之间的η型低通滤波器。
[0013]在本发明的一实施例中，DC/DC转换器包括返驰式转换器。
[0014]本发明的电源转换器在输入侧采用薄膜电容器取代了现有常用的电解电容器，因薄膜电容器不含电解液及素纸可燃物，所以不会像电解电容器有可能发生燃烧的问题，且薄膜电容器成本也低于电解电容器，此外，本发明的电源转换器的控制电路还抓取薄膜电容器的两端跨压(即第一脉动直流电压)并进行衰减、反相等处理后与OCP设定值相加以产生经过补偿的OCP设定值，此经过补偿的OCP设定值再与控制电路抓取的DC/DC转换器中变压器一次侧电流所对应的电压比较以进行OCP且可达到定功率输出限制，即可在因不同负载造成第一脉动直流电压有不同涟波大小的情况下仍可实现定功率输出限制。
[0015]为让本发明的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文将以实施例并配合所附图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各组件仅是示意，并未按照各组件的实际比例进行绘示。
【附图说明】
[0016]图1为一种现有的小尺寸液晶显示器的电源转换器的电路方块图。
[0017]图2为根据本发明一实施例的小尺寸液晶显示器的电源转换器的电路方块图。
[0018]图3为图2所示薄膜电容器在轻重载时两端跨压的波形图。
[0019]图4为图2所示OCP补偿电路的各节点电压的波形图。
[0020]图5为图2所示OCP补偿电路的另一实施例的电路方块图。
[0021]图6为图2所示OCP补偿电路的又一实施例的电路方块图。
[0022]图7为图2所示薄膜电容器的另一实施例的电路图。
[0023]图8为图2所示薄膜电容器的又一实施例的电路图。
[0024]实施方式
[0025]请参见图2，图2为根据本发明一实施例的小尺寸液晶显示器的电源转换器的电路方块图。本发明的电源转换器2包括EMI滤波器11、桥式整流器12、薄膜电容器(filmcapacitor) 23及DC/DC转换器24，其中，薄膜电容器又称塑料薄膜电容器。电源先经过EMI滤波器11滤除其中的传导性EMI噪声，其输入电压再经过桥式整流器12整流成全波整流电压，然后由薄膜电容器23滤波及储能成一个第一脉动直流电压Va。这是因为薄膜电容器23的电容值较小，无法储存太多能量而储能效果较差，使得薄膜电容器23的两端跨压Va的波形如图3所示为一个脉动直流波形且其涟波大小会随着负载轻重而不同，故薄膜电容器23的两端跨压Va又称为第一脉动直流电压。
[0026]请参见图3，当负载轻的时候，电源输入储存至薄膜电容器23上的能量大于输出负载的需求，此时薄膜电容器23开始储存能量，使得其两端跨压(即第一脉动直流电压)Va的波形为一个涟波较小的脉动直流波形，具有较浅的波谷。当负载重的时候，薄膜电容器23因储能效果差，使得其两端跨压(即第一脉动直流电压)Va的波形为一个涟波较大的脉动直流波形，具有较深而较明显的波谷，尤其当负载越重的时候，薄膜电容器23的两端跨压Va的波形会越接近全波整流电压的波形。因此，虽然第一脉动直流电压Va的涟波大小是随着负载轻重而不同，但第一脉动直流电压Va的波峰值是固定不变的(即是电源输入电压的峰值)，变动的是其波谷值。
[0027]请继续参见图2，本发明采用薄膜电容器23取代了如图1所示的电解电容器13，因薄膜电容器23不含电解液及素纸可燃物，所以不会像电解电容器13有可能发生燃烧的问题。第一脉动直流电压Va再经过DC/DC转换器24转换成额定输出电压Vol和Vo2。输出电压Vol例如是12V或16V，可供电给液晶显示器的LED背光驱动电路及显示面板驱动电路，而输出电压Vo2例如是5V，可供电给液晶显示器的主板。在本实施例中，DC/DC转换器24采用如图1所示的返驰式转换器14，但是由于DC/DC转换器24如今是接收第一脉动直流电压Va而非如图1所示稳定的直流电压Vdc，为了使DC/DC转换器24的输出功率除能得到保护及限制外且还必须是定功率输出限制，因此本发明在返驰式转换器14中具有OCP功能的PWM控制器Ul内部加入了针对OCP功能的补偿电路25，以便加入了 OCP补偿电路25的PffM控制器U2可达到OCP及定功率输出限制。具体来说，在本实施例中，DC/DC转换器24为返驰式转换器，其包括转换电路及其控制电路，其中，转换电路包括变压器Tl、功率晶体管Ql、二极管Dl和D2及电容器Cl和C2，而控制电路包括PffM控制器U2、电阻器Rl和R2、二极管D3、电容器C3和C4及输出反馈电路FBI。
[0028]请同时参见图2及图4，图4为图2所示OCP补偿电路25的各节点电压的波形图。PffM控制器U2是在具有OCP功能的PffM控制器Ul (例如是型号EM8672的集成电路)内部加入了针对OCP功能的补偿电路25，其具有七个脚位CT、COMP, CS、GND、OUT、VCC、HV,在这里不赘述各脚位功能。OCP补偿电路25包括衰减器251、峰谷保持电路252、减法器253、反相器254及加法器255。衰减器251例如是由多个串并联耦接的电阻器所组成的分压电路，其通过脚位HV及电阻器R2接收第一脉动直流电压Va，并对第一脉动直流电压Va进行衰减X倍以产生第二脉动直流电压Vx，即Vx = Va/X，X为实数。将第一脉动直流电压Va衰减X倍是为了降低其电压准位以便让OCP补偿电路25内部后续的电路得以进行运算处理，而且衰减X倍后产生的第二脉动直流电压Vx与第一脉动直流电压Va呈正比例，即第二脉动直流电压Vx含有第一脉动直流电压Va中因不同负载所造成不同的涟波大小(或波谷值)的信息。峰谷保持电路252逐周期地侦测第二脉动直流电压Vx的波峰值PH及波谷值VH并保持以输出。
[0029]减法器253将第二脉动直流电压Vx减去波谷值VH以产生第一电压Vc，即Vc =Vx-VH。将第二脉动直流电压Vx减去波谷值VH是为了将第二脉动直流电压Vx因不同负载所造成不同的波谷值补偿掉，故所产生的第一电压Vc是一个没有直流准位且随着第二脉动直流电压Vx (或第一脉动直流电压Va)变动而变动的脉动波形。反相器254将第一电压Vc反相以产生第二电压Vi，即Vi = -Vc，故所产生的第二电压Vi是一个没有直流准位且随着第二脉动直流电压Vx (或第一脉动直流电压Va)变动而反向变动的脉动波形。
[0030]加法器255将第二电压Vi加上波峰值PH及固定的OCP设定值Vset以产生经过补偿的OCP设定值Vocp，即Vocp = Vi+PH+Vseto将第二电压Vi加上波峰值PH (即是电源输入电压的峰值)是为了产生一个可对固定的OCP设定值Vset进行补偿以便达到定功率输出限制的OCP补偿值Vcp，即Vcp = Vi+PHo首先，OCP补偿值Vcp是随着第一脉动直流电压Va变动而反向变动，故在第一脉动直流电压Va波峰处，以较小的OCP补偿值Vcp来使经过补偿的OCP设定值Vocp较小，其限制流过变压器Tl 一次侧的电流较小，而在第一脉动直流电压Va波谷处，以较大的OCP补偿值Vcp来使经过补偿的OCP设定值Vocp较大，其限制流过变压器Tl 一次侧的电流较大，因此可达到OCP及定功率输出限制。其次，将没有直流准位且随着第一脉动直流电压Va变动而反向变动的第二电压Vi加上波峰值PH(即是电源输入电压的峰值)，可使得其设定限制的额定输出功率在相同条件下会与图1所示者相当。
[0031]PffM控制器U2内建OCP比较器CMPl来实现OCP功能，其通过脚位CS抓取功率晶体管Ql下方串接的电阻器Rl的两端跨压Vrl来与经过补偿的OCP设定值Vocp比较，如果抓取的电压Vrl大于经过补偿的OCP设定值Vocp，则表示DC/DC转换器24的输出功率已经大于额定值，控制电路需要针对转换电路进行保护，例如PWM控制器U2的控制逻辑电路CTRLl会限制从脚位OUT输出到功率晶体管Ql的PffM控制信号的责任周期或直接关闭功率晶体管Q1，以达到OCP及定功率输出限制。在不同额定输出功率的场合中，也只需要修改电阻器Rl的电阻值大小来变更额定输出功率限制。
[0032]需要说明的是，在本实施例中，OCP设定值Vset是预先设定于PffM控制器U2中而不可改变的固定值，但并非仅限于此；例如，OCP设定值Vset还可设计成通过PffM控制器的脚位由外部进行设定，但是一旦外部设定完成后，其OCP设定值Vset亦是一个固定值。此夕卜，OCP 补偿值 Vcp = Vi+PH = -Vc+PH = -(Vx-VH) +PH0 Vcp = - (Vx-VH) +PH 这个公式可单纯地从数学观点进行变化，例如Vcp = -(Vx-PH)+VH，又例如Vcp = -Vx+PH+VH，因此OCP补偿电路的实施方式并非仅限于本实施例所述的OCP补偿电路25。
[0033]请参见图5，图5为图2所示OCP补偿电路25的另一实施例的电路方块图。OCP补偿电路35包括衰减器351、峰谷保持电路352、减法器353、反相器354及加法器355。衰减器351对第一脉动直流电压Va进行衰减X倍以产生第二脉动直流电压Vx，即Vx = Va/Xo峰谷保持电路352逐周期地侦测第二脉动直流电压Vx的波峰值PH及波谷值VH并保持以输出。减法器353将第二脉动直流电压Vx减去波峰值PH以产生随着第一脉动直流电压Va变动而变动的第一电压VI，即Vl = Vx-PH0反相器354将第一电压Vl反相以产生随着第一脉动直流电压Va变动而反向变动的第二电压V2，即V2 = -Vl0加法器355将第二电压V2加上波谷值VH及固定的OCP设定值Vset以产生经过补偿的OCP设定值Vocp，即Vocp =V2+VH+Vset = -Vl+VH+Vset = - (Vx-PH)+VH+Vset，此时 OCP 补偿值 Vcp = -(Vx_PH)+VH。
[0034]请参见图6，图6为图2所示OCP补偿电路25的又一实施例的电路方块图。OCP补偿电路45包括衰减器451、峰谷保持电路452、反相器453及加法器454。衰减器451对第一脉动直流电压Va进行衰减X倍以产生第二脉动直流电压Vx，即Vx = Va/X。峰谷保持电路452逐周期地侦测第二脉动直流电压Vx的波峰值PH及波谷值VH并保持以输出。反相器453将第二脉动直流电压Vx反相以产生随着第一脉动直流电压Va变动而反向变动的电压V3，即V3 = -Vx。加法器454将电压V3加上波峰值PH、波谷值VH及固定的OCP设定值Vset 以产生经过补偿的 OCP 设定值 Vocp，即 Vocp = V3+PH+VH+Vset = _Vx+PH+VH+Vset，此时 OCP 补偿值 Vcp = -Vx+PH+VH。
[0035]请参见图7，图7为图2所示薄膜电容器23的另一实施例的电路图。在本实施例中，薄膜电容器23以一个LC低通滤波器33取代。LC低通滤波器33由电感器LI及薄膜电容器C5组成，且LC低通滤波器33耦接于桥式整流器12及DC/DC转换器24之间。其中，薄膜电容器C5可以即是图2所示的薄膜电容器23，换句话说，LC低通滤波器33可以是在图2所示的薄膜电容器23前方串接一个电感器LI来实现。LC低通滤波器33具有比单个薄膜电容器23更好的滤波及储能效果。
[0036]请参见图8，图8为图2所示薄膜电容器23的又一实施例的电路图。在本实施例中，薄膜电容器23以一个型低通滤波器43取代。型低通滤波器43由薄膜电容器C6、电感器LI及薄膜电容器C5组成，且型低通滤波器43耦接于桥式整流器12及DC/DC转换器24之间。其中，薄膜电容器C5可以即是图2所示的薄膜电容器23，换句话说，型低通滤波器43可以是在图2所示的薄膜电容器23前方串接一个电感器LI之后再并接一个薄膜电容器C6来实现。型低通滤波器43具有比LC低通滤波器33更好的滤波及储能效果，还可滤除因功率晶体管Ql切换所产生的传导性EMI噪声以避免传送到电源而污染其所在的电网。
[0037]不论是图2所示的薄膜电容器23，还是图7所示的LC低通滤波器33，或是图8所示的η型低通滤波器43，都可以通过调整其中的薄膜电容器的电容值大小及/或电感器的电感值大小来微整第一脉动直流电压Va在轻重载下波谷的深浅。
[0038]上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。
[0039]上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。
【主权项】
1.一种电源转换器，其特征在于，包括: 一桥式整流器，接收一交流电源输入电压，并对该交流电源输入电压进行整流以产生一全波整流电压； 一薄膜电容器，接收该全波整流电压，并对该全波整流电压进行滤波以产生一第一脉动直流电压；以及 一直流至直流转换器，包括一控制电路，该控制电路接收该第一脉动直流电压，对该第一脉动直流电压进行取样产生一第二脉动直流电压，侦测该第二脉动直流电压的一波峰值及一波谷值，并根据该第二脉动直流电压、该波峰值及该波谷值以产生一过电流保护补偿值，该过电流保护补偿值为-(Vx-VH) +PH，其中，Vx为该第二脉动直流电压，VH为该波谷值，PH为该波峰值，该控制电路根据一过电流保护设定值加上该过电流保护补偿值所产生的一经过补偿的过电流保护设定值以对该直流至直流转换器进行过电流保护及定功率输出限制。2.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该控制电路包括: 一衰减器，对该第一脉动直流电压进行衰减以产生该第二脉动直流电压； 一峰谷保持电路，侦测该第二脉动直流电压的该波峰值及该波谷值； 一减法器，将该第二脉动直流电压减去该波谷值以产生一第一电压； 一反相器，将该第一电压反相以产生一第二电压；以及 一加法器，将该第二电压加上该波峰值及该过电流保护设定值以产生该经过补偿的过电流保护设定值。3.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该控制电路包括: 一衰减器，对该第一脉动直流电压进行衰减以产生该第二脉动直流电压； 一峰谷保持电路，侦测该第二脉动直流电压的该波峰值及该波谷值； 一减法器，将该第二脉动直流电压减去该波峰值以产生一第一电压； 一反相器，将该第一电压反相以产生一第二电压；以及 一加法器，将该第二电压加上该波谷值及该过电流保护设定值以产生该经过补偿的过电流保护设定值。4.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该控制电路包括: 一衰减器，对该第一脉动直流电压进行衰减以产生该第二脉动直流电压； 一峰谷保持电路，侦测该第二脉动直流电压的该波峰值及该波谷值； 一反相器，将该第二脉动直流电压反相以产生一电压；以及 一加法器，将该电压加上该波峰值、该波谷值及该过电流保护设定值以产生该经过补偿的过电流保护设定值。5.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，还包括一电磁干扰滤波器，该桥式整流器通过该电磁干扰滤波器接收该交流电源输入电压。6.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，还包括一电感器，该电感器及该薄膜电容器组成一耦接于该桥式整流器及该直流至直流转换器的间的LC低通滤波器。7.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，还包括一电感器及另一薄膜电容器，该电感器、该薄膜电容器及该另一薄膜电容器组成一耦接于该桥式整流器及该直流至直流转换器之间的η型低通滤波器。8.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该直流至直流转换器包括一返驰式转换器。
【文档编号】H02M3/335GK105991033SQ201510060040
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月5日
【发明人】吴胜捷
【申请人】杰力科技股份有限公司