高功率滷素燈電源供應器的製作方法

2023-07-20 10:52:36 3

專利名稱：高功率滷素燈電源供應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於液晶投影機的高功率滷素燈電源供應器。
由於專供液晶投影機使用的光源需要極高的亮度，所以，一般使用滷素燈泡作為光源。由於滷素燈泡本身的承受電壓相當低(約在50伏特以下)，所以，通常是通過變壓器，將外接電源轉換為低電壓與高電流的型態。但是，變壓器不僅重量相當重、體積大，佔用空間，亦有漏電問題的存在，這樣，導致液晶投影機的體積無法縮小，安全性方面不夠等問題。此後，人們使用電子型的開關式電源供應器(SWITCHING POWER)取代上述傳統變壓器，它具有重量輕、體積小巧的優點，普遍受到消費市場的喜愛。如圖4所示的其電路結構方框圖，它由一EMI噪聲抑制電路10、一橋式整流器20、大容量濾波電容器31、一開關式電源轉換器40、另一大容量濾波電容器51、分壓電阻60、滷素燈61、電流檢測電阻62、波寬調變PWM控制器64以及一光耦合器65所共同組成，在電源端AC輸入電力後，經EMI噪聲抑制電路10進行噪聲隔離後，送入至橋式整流器20以及一大容量的濾波電容31進行全波整流濾波，使得交流電源轉換為直流型態，然後，波寬調變控制器64經由分壓電阻60以及電流檢測電阻62處測出滷素燈61處(即輸出端)的電壓及電流狀態，再通過兼具隔離及放大作用的光耦合器65驅動開關式電源轉換器40，以調整此開關式電源轉換器40的開/關(ON/OFF)的周期(DUTY CYCLE)，使供電至滷素燈61的端點呈現預定的電壓值和提供足夠的電流。
請參閱圖4，在開關式電源轉換器40與橋式整流器20之間，還設置有一功率因數修正器90(POWER FACTOR CORRECTION)PFC，它主要使為解決上述開關式電源供應器在大功率狀態下的功率因數(POWER FACTOR)PF偏低的問題，一般電源供應器的安全規格，若為400瓦特的電源供應器，其PF值必須在0.7以上才能符合安全標準，上述電源供應器由於內部迴路必須使用大量電容及電感器的緣故，導致功率因數隨著輸出功率不斷提高而持續惡化，故必須通過該功率因數修正器90自動檢測用電狀況，並進行即時性的補償，達到解決功率因數惡化的問題，但這樣將導致其重量加重與佔用體積過大。功率因數修正器90的內部構造，可配合參閱圖5所示，主要由一功率因數檢測/調整器91(其型號可選L 4891 A型的集成電路)、一串接在輸入端I/P上的大電感器92、一串接在輸出端O/P的大電容器95、高功率二極體94以及一高功率電晶體93所共同組成，除了大電感器92以及大電容器95屬於大體積的元件並具相當重量外，該高功率電晶體93以及高功率二極體94還必須連接大面積的散熱片，這樣更使得其佔用相當空間，並且沉重，無疑對電源供應器小型化和輕量化是一大障礙。
本實用新型的目的在於提供一種重量輕、體積小，並且具有極好的功率因數和延長滷素燈的使用壽命的高功率滷素燈電源供應器。
本實用新型的目的是這樣實現的，一種高功率滷素燈電源供應器，由噪聲抑制電路、橋式整流器、開關式電源轉換器、分壓電阻、波寬調變控制器所組成，其特徵在於在所述的橋式整流器的直流輸出端與開關式電源轉換器的輸入端之間僅連接一高頻噪聲濾波電容器，並且在開關式電源轉換器的輸出端連接另一高頻噪聲濾波電容器，用於使電源輸入端所形成的等效電容量小，使電流相位延遲現象減緩，提高功率因數。
上述的高功率滷素燈電源供應器，其中，該開關式電源轉換器的輸出端還連接一信號轉換器，該信號轉換器的輸出端連接至波寬調變控制器的輸入端，用於將均方根值信號轉換為直流信號。
上述的高功率滷素燈電源供應器，其中，該信號轉換器由一集成電路構成。
上述的高功率滷素燈電源供應器，其中，該高頻噪聲濾波電容器的電容量約1微法拉。
由於採用了上述的技術解決方案，本實用新型高功率滷素燈電源供應器，無需使用功率因數修正器而仍然能夠達到相當高的功率因數，具有小型化與輕量化的優點，並使用小容量的電容器，避免了電流信號過度落後，同時使得輸出電壓及電流呈脈動式弦波，較能與滷素燈的特性匹配，更有助於提高滷素燈的使用壽命。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的具體結構特徵及目的。


圖1是本實用新型的電路結構方框圖；圖2是本實用新型的詳細電路圖3是本實用新型的輸出電壓及電流波形圖；圖4是傳統滷素燈電源供應器的電路結構方框圖；圖5是傳統功率因數修正器的詳細電路圖。
如圖1所示，本實用新型高功率滷素燈電源供應器，由一噪聲抑制電路10、一橋式整流器20、一開關式電源轉換器40、分壓電阻60、滷素燈61、電流檢測電阻62、信號轉換器63、波寬調變控制器64及光耦合器65所組成，其動作原理與傳統開關式電源供應器基本相同，本實用新型與傳統電源供應器最大的差異點是在橋式整流器20的直流輸出端以及在開關式電源轉換器40的輸出端僅連接電容量相當小的噪聲濾波電容30、50，其電容量分別為1.47微法拉與0.47微法拉，此兩電容器的作用僅作為濾除噪聲而已，並非用以將整流後的波形轉換為純直流，此作法，雖造成供應至滷素燈61處為呈現如圖3上半部份以及下半部份的全波整流電壓波形與電流波形，操作頻率約在120Hz，在此例中，由於應用於規格為36伏特(均方根值RMS)的滷素燈，故只要使供應器送出均方根值為36伏特的電壓，就足以使滷素燈產生400瓦特的輸出功率，除此之外，類似正弦波的輸出波形由於較能與滷素燈相互匹配，能提高滷素燈的使用壽命，一般高功率滷素燈的使用壽命約在50小時，在上述改變下，由於僅使用極小電容量的濾波電容器，可大幅降低電流的相位延遲，所以在無需額外設置任何功率因數修正器的情況下，可獲得極高的功率因數(在400瓦特的功率下，其功率因數為0.9)，如此，由於無須設置相當佔用體積與重量沉重的功率因數修正器，而使供應器具有重量輕和體積小的優點，為一兼具高功率、高功率因數與小型及質輕的滷素燈電源供應器。
另外，為適應本實用新型輸出全波整流弦波的特性，亦即為均方根值RMS的信號型態，故對於電壓取樣方面(SAMPLING)，在分壓電阻60的分壓輸出端與波寬調變控制器64之間串接一信號轉換器63，此信號轉換器63主要是將一種可將均方根值RMS的信號轉換為直流DC信號的轉換器，以使波寬調變控制器64依據轉換後的取樣電壓進行控制，使輸出端維持在穩定的均方根值電壓輸出。
關於本實用新型的詳細電路方面，為如圖2所示，其中，噪聲抑制電路10為已有技術，它包括一共模扼流線圈11、扼流圈16、17以及電容器12、13、14、15，用以噪聲濾波，以阻隔電源與內部迴路；橋式整流器20由四個整流二極體或全波整流器構成；開關式電源轉換器40由兩個並聯連接的金氧半場效應功率電晶體41、42以及一儲能電感器43構成，兩電晶體41、42的閘極受光耦合器65(型號可選TLP250)的輸出信號驅動的下，以高頻方式on/off操作；信號轉換器63可採用型號為AD736的均方根至直流的轉換集成電路；波寬調變控制器64則以一型號為UC3526的集成電路構成；在該信號轉換器63與波寬調變集成電路64之間還設置有一由運算放大器(型號為LM358)構成的準位放大器631作為信號緩衝放大，以確保動作的穩定性。上前述構造構成的一高功率滷素燈的電源供應器，經由圖3所示的上方及下方的電壓與電流波形，經實際測試，其輸出的電壓均方根值為36.08伏特，而輸出的電流均方根值為11.80安培，經換算後輸出功率約在400瓦特以上，而波形中的高頻成份約在50KHz左右，此為電源供應器的操作頻率，然此高頻部份並不會對滷素燈造成任何影響。
權利要求1.一種高功率滷素燈電源供應器，由噪聲抑制電路、橋式整流器、開關式電源轉換器、分壓電阻、波寬調變控制器所組成，其特徵在於在所述的橋式整流器的直流輸出端與開關式電源轉換器的輸入端之間僅連接一高頻噪聲濾波電容器，並且在開關式電源轉換器的輸出端連接另一高頻噪聲濾波電容器。
2.根據權利要求1所述的一種高功率滷素燈電源供應器，其特徵在於所述的開關式電源轉換器的輸出端還連接一信號轉換器，該信號轉換器的輸出端連接至波寬調變控制器的輸入端。
3.根據權利要求2所述的一種高功率滷素燈電源供應器，其特徵在於所述的信號轉換器由一集成電路構成。
4.根據權利要求1所述的一種高功率滷素燈電源供應器，其特徵在於所述的高頻噪聲濾波電容器的電容量約1微法拉。
專利摘要一種高功率滷素燈電源供應器,由噪聲抑制電路、橋式整流器、開關式電源轉換器、分壓電阻、波寬調變控制器所組成,其特點是:在所述的橋式整流器的直流輸出端與開關式電源轉換器的輸入端之間僅連接一高頻噪聲濾波電容器,並且在開關式電源轉換器的輸出端連接另一高頻噪聲濾波電容器,用於使電源輸入端所形成的等效電容量小,使電流相位延遲現象減緩,提高功率因數。它具有小型化、輕量化和提高滷素燈使用壽命等優點。
文檔編號H02M7/04GK2381064SQ9921241
公開日2000年5月31日 申請日期1999年6月4日 優先權日1999年6月4日
發明者蕭雲程 申請人:康舒科技股份有限公司