自激式諧振系統的製作方法
2023-08-14 01:45:26
專利名稱：自激式諧振系統的製作方法
技術領域：
本發明系關於一種諧振系統，特別關於一種自激式諧振系統。
背景技術：
隨著電力電子技術的進步，電源轉換器在現今的產品上成為不可或缺的
組件之一。而電源轉換器主要系分為直流-直流電源轉換器(DC-DC converter)以及換流器(inverter )。其中，換流器即為一種將直流電源轉 換為交流電源的電源轉換器，其廣泛的應用於例如液晶顯示裝置的電子產品中。
液晶顯示裝置主要系由液晶面板與背光模塊所組成，而目前市場上，主 要系使用冷陰極螢光燈管來作為該背光模塊中的光源使用。該冷陰極螢光燈 管實際上系一種相當複雜的電能轉換器(complex transducer )，其系由交流 電源的驅動而發光，而通常該交流電源系由換流器(inverter )所提供，而 在交流電源與光的轉換過程中，包括燈管電流、溫度、交流電源的波形、燈 管尺寸、工作頻率、燈管內的氣體組成以及與鄰近導體的距離，皆是影響其 轉換效率的因素。
一般而言，換流器依其架構主要可分為兩大類，第一類為基於低成本考 量下的兩級式架構，也就是應用最廣泛的Royer自激式諧振換流器(Royer self-exaction inverter),而第二類則是採用單級式架構的橋式諧振換流 器，其包括有半橋式諧振換流器(half-bridge inverter)以及全橋式諧振 換流器(full-bridge inverter )。
以下，將針對使用Royer自激式諧振換流器簡單敘述。請參照第1圖所 示，習知的自激式諧振換流器l系包括一變壓器ll、 一電容器12、 一第一晶 體管13、 一第二電晶體14。該變壓器11的一次側系具有一共振繞組111及 一控制繞組112，而該變壓器11的二次側系具有一輸出繞組113;該電容器 12系與該共振繞組111並聯；該第一電晶體13及該第二電晶體14系分別與 該電容器12的兩端電性連接，且該第一電晶體13及該第二電晶體14系分別
由該控制繞組112來控制其開、關動作。而該自激式諧振換流器1的工作頻 率系藉由該變壓器11的該共振繞組111與該電容器12的諧振而產生，並於 該輸出繞組113輸出以該頻率為基礎的交流電源AC1。而該交流電源AC1即 可驅動後級例如為冷陰極螢光燈管的負載。
承上所述，由於該自激式諧振換流器1的工作頻率系由該共振繞組111 作為電感器而與該電容器12諧振而產生，因此該工作頻率會受到共振繞組 111及該電容器12的零件參數誤差的影響而改變，尤其當負載的數量越來越 多時，需要多組的自激式諧振換流器來驅動負載，其零件參數的誤差將會導 致各組自激式諧振換流器的工作頻率無法一致，而使得後級的負載，例如冷 陰極螢光燈管所產生的光線不均勻。然而，為了使各零件的參數一致，於制 造生產時勢必需要對各零件進行嚴格的篩選，如此一來則會導致製造成本的 增力口。
因此，如何提供一種具有同步頻率輸出的自激式諧振系統，以為持產品 的品質以及降低成本，實屬當前重要課題之一。
發明內容
有鑑於上述課題，本發明的目的為提供一種具有同步頻率輸出的自激式 諧振系統。
緣是，為達上述目的，依據本發明的一種自激式諧振系統系包括一第一 自激式切換迴路以及一第一變壓器。該第一自激式切換迴路至少具有一第一 電容器及一第一開關組，且該第一電容器系與該第一開關組電性連接。該第 一變壓器系與該第 一 自激式切換迴路電性連接並具有一第 一共振繞組、 一切 換控制繞組、 一第一同步切換控制繞組及一第一輸出繞組，其中該第一輸出 繞組系分別與該第一共振繞組、該切換控制繞組及該第一同步切換控制繞組 耦接，該第一共振繞組系分別與該第一電容器及該第一開關組電性連接，而 該切換控制繞組系與該第 一開關組電性連接。
承上所述，因依據本發明的一種自激式諧振系統系利用該第 一變壓器的 該第一共振繞組與該自激式切換迴路的該第一電容器諧振所產生的一頻率，
關組的開、關動作，以使得系統中的頻率得以同步，而避免因組件的特性誤 差而導致頻率無法同步的現象產生。
第1圖為顯示習知的一種Royer自激式諧振換流器的示意第2圖為顯示依據本發明較佳實施例的一種自激式諧振系統的示意第3圖為顯示依據第2圖的該自激式諧振系統的詳細電路示意第4A圖為顯示依據本發明較佳實施例的自激式諧振系統包括多組第-
負載及第二負載的示意圖；以及
第4B圖為顯示依據本發明較佳實施例的自激式諧振系統包括多組第-
輸出繞組、第二輸出繞組、第一負載及第二負載的示意圖。
組件符號說明
1:自激式諧振換流器
11:變壓器
111:共振繞組
112:控制繞組
113:輸出繞組
12:電容器
13:第一電晶體
14:第二電晶體
AC1:交流電源
2:自激式諧振系統
21:第一自激式切換迴路
C1:第一電容器
R,:第一電阻器
R2:第二電阻器
SW1:第一開關組
Q1:第一開關組件 Q2:第二開關組件
22:第二自激式切換迴路 C2:第二電容器 R3:第三電阻器R4:第四電阻器 SW2:第二開關組 Q3:第三開關組件 Q4:第四開關組件
23、 23':第一負載
24、 24，第二負載 25:電源供應迴路 T1:第一變壓器 WR1:第一共振繞組 WS1:切換控制繞組
WSS1:第一同步切換控制繞組 W01、 W。r:第一輸出繞組 T2:第二變壓器 WR2:第二共振繞組 WSS2:第二同步切換控制繞組 W。2、 WQ2.:第二輸出繞組 CY1、 CY1.:第一穩壓電容 CY2、 CY2.:第二穩壓電容
具體實施例方式
以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例的一種自激式諧振系統。
請參照第2圖所示，依據本發明較佳實施例的一種自激式諧振系統2系 包括一第一變壓器T1、 一第二變壓器T2、 一第一自激式切換迴路21以及一 第二自激式切換迴路22。於本實施例中，該第一自激式切換迴路21及該第 二自激式切換迴路22系可分別為一Royer自激式切換迴路。
該第 一 變壓器L系與該第 一 自激式切換迴路21電性連接，其中該第 一 變 壓器L系具有一第一共振繞組W^ —切換控制繞組Ws,、 一第一同步切換控制 繞組WSS1以及一 第 一輸出繞組WQi 。該第 一輸出繞組WQ1系分別與該第 一共振繞 組W^、該切換控制繞組Ws,及該第一同步切換控制繞組W^耦4矣；該第一同步 切換控制繞組WSS1系與該第二自激式切換迴路22電性連接；而該第一輸出繞組Ww系與一第一負載23電性連接。
該第二變壓器T2系與該第二自激式切換迴路22電性連接，其中該第二變 壓器T2系具有一第二共振繞組WR2、 一第二同步切換控制繞組Ww以及一第二 輸出繞組WQ2 。該第二輸出繞組W。2系分別與該第二共振繞組WR2及該第二同步 切換控制繞組Wss2耦接；該第二輸出繞組W。2系與一第二負載24電性連接。
於本實施例中，該第一負載23與該第二負載24系可分別包括一冷陰極 焚光燈管，或其它需由交流電源驅動的負載。
另請參照第3圖所示，其系顯示依據第2圖的該自激式諧振系統1的詳 細架構的示意圖。
如第3圖所示，該第一自激式切換迴路21至少具有一第一電容器d及一 第一開關組SWi。其中該第一電容器"系與該第一開關組SW!電性連接，且該 第一電容器d系與該第一變壓器Ti的該第一共振繞組W^以並聯方式電性連 接。於本實施例中，該第一開關組SW1系具有一第一開關組件Q,及一第二開 關組件Qi，其系分別與該第一電容器d的一第一端及一第二端電性連接，且 該第 一開關組件Qi及該第二開關組件Q2系分別與該第 一變壓器L的該切換控 制繞組WS1電性連接，以分別控制該第一開關組件Q,及該第二開關組件2導通 或關閉。
另外，於本實施例中，該第一開關組件(h及該第二開關組件Q2例如但不 限於分別為一雙載子電晶體或一場效電晶體。當該第一開關組件Qi及該第二 開關組件Q2係為雙載子電晶體時，該第一變壓器T1的該切換控制繞組WS,系 分別與該雙載子電晶體的一基極電性連接，以控制該等雙載子電晶體的開、 關；當該第一開關組件Q,及該第二開關組件Q2係為場效電晶體時，該第一變 壓器L的該切換控制繞組WS1系分別與該場效電晶體的 一 閘極電性連接，以控 制該等場效電晶體的開、關。
該第二自激式切換迴路22至少具有一第二電容器C2及一第二開關組SW2。 其中該第二容器C2與該第二開關組SW2電性連接，且該第二電容器C2與該第 二變壓器T2的第二共振繞組W^以並聯方式電性連接。於本實施例中，該第二 開關組SW2系具有一第三開關組件Q3及一第四開關組件Q4，其系分別與該第 二電容器C2的一第一端及一第二端電性連接，且該第三開關組件Q2及該第四 開關組件Q4系分別與該第一變壓器Tl的該第一同步切換控制繞組WSS1電性連 接，以分別控制該第三開關組件Q3及該第四開關組件Q4。其中該第三開關組
件Q3及該第四開關組件Q4系與該第一開關組件Qi及該第二開關組件Q2的種類 相同且具有相同的功能，故於此不再加以贅述。由於該第一同步切換控制繞 組W^所感應的頻率系與該切換控制繞組Ws,的頻率相同，因此能夠確保該自 激式諧振系統2中的工作頻率皆為同步。
另外，於本實施例中，該自激式諧振系統2更包括一電源供應迴路25, 其系分別提供一電源PS至該第一變壓器T,的該第一共振繞阻W^及該第二變 壓器T2的該第二共振繞阻WR2，且於本實施例中，該電源PS係為一直流電壓。
再者，於本實施例中，該第一自激式切換迴路21更包括一第一電阻器 ^及一第二電阻器R2,而該第二自激式切換迴路22更包括一第三電阻器R3 及一第四電阻器R4。該第一電阻器R!以及該第二電阻器R2系電性連接於該電 源供應迴路25及該第一開關組SWi之間，而該第三電阻器R3以及該第四電阻 器1系電性連接於該電源供應迴路25及該第二開關組SW2之間。須注意者， 該第一電阻器Ri、該第二電阻器^、該第三電阻器113以及該第四電阻器114系 為等效示意，其系可依據實際電路的需要，而由多個電阻器所組成。
詳而言之，該第一電阻器^的一端系分別與該電源供應迴路25以及該第 一變壓器L的該第一共振繞組W^電性連接，而其另一端系與該第一開關組 SW!的該第一開關組件Q！以及該第一變壓器1\的該切換控制繞組WS1電性連接； 該第二電阻器&的一端系分別與該電源供應迴路25以及該第一變壓器T,的 該第一共振繞組W^電性連接，而其另一端系與該第一開關組SW,的該第二開 關組件Q2以及該第一變壓器L的該切換控制繞組WS1電性連接；該第三電阻器 R3的一端系分別與該電源供應迴路25以及該第二變壓器T2的該第二共振繞組 W^電性連接，而其另一端系與該第二開關組SW2的該第三開關組件Q3以及該 第一變壓器L的該第一同步切換控制繞組W似電性連接；而該第四電阻器R4 的一端系分別與該電源供應迴路25以及該第二變壓器L的該第二共振繞組 WR2電性連接，而其另一端系與該第二開關組SW2的該第四開關組件Q,以及該 第 一變壓器L的該第 一 同步切換控制繞組Wss,電性連接。
由於本實施例中，系以該冷陰極螢光燈管為該第一負載23及該第二負載 24,因此，於該第一變壓器T,的該第一輸出繞組W。i與該第一負載23之間， 系可串聯一第一穩壓電容CY1，而於該第二變壓器T2的該第二輸出繞組W。2與 該第二負載24之間，串聯一第二穩壓電容CY2,除可隔離電源中的直流成分 之外，亦可使負載的驅動信號較為穩定。
值得注意的是，該第二變壓器T2的該第二同步切換控制繞組Wss2系可與 下一級的一第三自激式切換迴路電性連接(圖中未示)，以使其工作頻率能夠
與該第一 自激式切換迴路21以及該第二自激式切換迴路22的工作頻率同步。 請參照第4A圖所示，於本實施例中，該自激式諧振系統2更可包括另一 第一負載23'及另一第二負載24',該第一負載23'系經由另一第一穩壓電 容Cn.而與該第一輸出繞組W。i電性連接，而該第二負載24，系經由另一第二 穩壓電容Cy2.而與該第二輸出繞組W。2電性連接。另外，亦可如第化圖所示， 該第一變壓器Ti更可包括另一第一輸出繞組W。r,而該第二變壓器L更可包 括另一第二輸出繞組W。2.，其中該第一穩壓電容Cn.及該第一負載23'系與該 第一輸出繞組WQ1.電性連接，而該第二穩壓電容CY2.及該第二負載24，系與
該第二輸出繞組W。2.電性連接。
綜上所述，本發明的自激式諧振系統系利用該第一變壓器的該第一共振 繞組與該自激式切換迴路的該第一電容器諧振所產生的頻率，並將該頻率感 應至該切換控制繞組以及該同步切換控制繞組，並分別控制開關組的開、關 動作，以使得系統中的工作頻率得以同步，亦避免因組件的特性誤差而導致 頻率無法同步的現象產生。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明的精神與範 疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含於後附的權利要求中。
權利要求
1、一種自激式諧振系統，包括一第一自激式切換迴路，至少具有一第一開關組；以及一第一變壓器，系與該第一自激式切換迴路電性連接並具有一第一共振繞組、一切換控制繞組、一第一同步切換控制繞組及至少一第一輸出繞組，該第一輸出繞組系分別與該第一共振繞組、該切換控制繞組及該第一同步切換控制繞組耦接，該第一共振繞組系與該第一開關組電性連接，該切換控制繞組系與該第一開關組電性連接。
2、 如權利要求1所述的自激式諧振系統，其更包括 一第二自激式切換迴路，至少具有一第二開關組，該第二開關組系與該第 一 變壓器的該第 一 同步切換控制繞組電性連接；以及一第二變壓器，系與該第二自激式切換迴路電性連接並具有一第二共振繞組、 一第二同步切換控制繞組及至少一第三輸出繞組，該第三輸出繞組系分別與該第 一共振繞組及該第二同步切換控制繞組耦接，該第二共振繞組系 與該第二開關組電性連接。
3、 如權利要求1或2所述的自激式諧振系統，其中該自激式切換迴路更 包含有 一 電容器，其系與該開關組及該共振繞組電性連接。
4、 如權利要求3所述的自激式諧振系統，其中該自激式切換迴路的該電 容器系與該變壓器的該共振繞組並聯。
5、 如權利要求3所述的自激式諧振系統，其中該自激式切換迴路的該開 關組系具有至少二開關組件，其系分別與該電容器的一第一端及一第二端電 性連接。
6、 如權利要求5所述的自激式諧振系統，其中該等開關組件系分別為一 雙載子電晶體或一場效電晶體。
7、 如權利要求6所述的自激式諧振系統，其中該第一變壓器的該切換控 制繞組系分別與該等雙載子電晶體的 一基極，或該等場效電晶體的 一 閘極電 性連接。
8、 如權利要求1或2所述的自激式諧振系統，其更包含一電源供應迴路 或 一直流電壓源，其系提供一 電源至該變壓器的該共振繞組。
9、 如權利要求8所述的自激式諧振系統，其中該自激式切換迴路更包括至少二電阻器，其系電性連接於該電源供應迴路與該開關組之間。
10、 如權利要求1所述的自激式諧振系統，其中該第一變壓器的該第一 輸出繞組系與至少一第一負載、至少一冷陰極螢光燈管或至少一交流電源驅 動的負載電性連接。
11、 如權利要求10所述的自激式諧振系統，其更包括一第二負載，該第二負載系經由 一第二穩壓電容以與該第 一輸出繞組電性連接。
12、 如權利要求10所述的自激式諧振系統，其中該第一變壓器更可包括 一第二輸出繞組，且與至少一第二負載、至少一冷陰極螢光燈管或至少一交 流電源驅動的負載電性連接。
13、 如權利要求10或12所述的自激式諧振系統，其中該負載、該冷陰 極螢光燈管或該交流電源驅動的負載系經由一穩壓電容以與該輸出繞組電性 連接。
14、 如權利要求1或2所述的自激式諧振系統，其中該自激式切換迴路 係為一Royer自激式切換迴路。
15、 如權利要求2所述的自激式諧振系統，其中該第二變壓器的該第三 輸出繞組系與至少一第三負載、至少一冷陰極焚光燈管或至少一交流電源驅 動的負載電性連接。
16、 如權利要求15所述的自激式諧振系統，其更包括一第四負載，該第 四負載系經由 一第四穩壓電容以與該第三輸出繞組電性連接。
17、 如權利要求15所述的自激式諧振系統，其中該第二變壓器更可包括 一第四輸出繞組，且與至少一第四負載、至少一冷陰極螢光燈管或至少一交 流電源驅動的負載電性連接。
18、 如權利要求15或17所述的自激式諧振系統，其中該負栽、該冷陰 極萸光燈管或該交流電源驅動的負載系經由一穩壓電容以與該輸出繞組電性 連接。
全文摘要
本發明系提供一種自激式諧振系統，其系包括一第一變壓器、一第二變壓器、一第一自激式切換迴路以及一第二自激式切換迴路。該第一變壓器系與該第一自激式切換迴路電性連接，其中該第一變壓器系具有一第一共振繞組、一切換控制繞組、一第一同步切換控制繞組及一第一輸出繞組。該第一輸出繞組系分別與該第一共振繞組、該切換控制繞組及該第一同步切換控制繞組耦接；該第一同步切換控制繞組系與該第二自激式切換迴路電性連接。該第二變壓器系與該第二自激式切換迴路電性連接，其中該第二變壓器系具有一第二共振繞組、一第二同步切換控制繞組及一第二輸出繞組。該第二輸出繞組系分別與該第二共振繞組及該第二同步切換控制繞組耦接。
文檔編號H02M7/48GK101170285SQ20061013665
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月27日 優先權日2006年10月27日
發明者柏臺生 申請人:臺達電子工業股份有限公司