全橋式轉換電路及全橋驅動控制電路的製作方法

2024-03-08 08:17:15

專利名稱：全橋式轉換電路及全橋驅動控制電路的製作方法
技術領域：
本發明是關於ー種全橋驅動控制電路及全橋式轉換電路，尤指ー種具有軟開關功能的全橋驅動控制電路及全橋式轉換電路。
背景技術：
已知的直流轉直流轉換電路的種類包含升壓轉換電路(St印-UpConverter)、降壓轉換電路(Step-Down Converter)、反激式轉換電路(FlybackConverter)、正激式轉換電路(Forward Converter)、半橋式轉換電路(Half-BridgeConverter)、全橋式轉換電路(Full-Bridge Converter)等。請參見圖1，為已知的全橋式轉換電路的電路示意圖。全橋式轉換電路包含一第一電晶體開關Ml、一第二電晶體開關M2、一第三電晶體開關M3、一第四電晶體開關M4、ー變壓 器T、第一整流ニ極管D1、第二整流ニ極管D2、ー電感L及ー輸出電容Co。第一電晶體開關Ml及第三電晶體開關M3的一端連接ー輸入電源VIN，而另一端分別連接變壓器T 一次側的兩端。第二電晶體開關M2及第四電晶體開關M4的一端接地，而另一端也分別連接變壓器T一次側的兩端。變壓器T的二次側兩端分別連接第一整流ニ極管Dl及第ニ整流ニ極管D2，以將整流後的電カ儲存於電感L及輸出電容Co。第一控制信號SI、第二控制信號S2、第三控制信號S3以及第四控制信號S4分別控制上述四個電晶體開關Ml M4的切換。請同時參見圖2，為圖I所示全橋式轉換電路中晶體開關切換的時序示意圖。第一控制信號SI及第四控制信號S4同相位而第二控制信號S2及第三控制信號S3也同相位。因此，第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4會同時導通以提供一導電路徑由輸入電源VIN通過第一電晶體開關Ml、變壓器T 一次側、第四電晶體開關M4而到地。此時，變壓器T 二次側產生ー感應電流經第一電晶體Dl而至電感L及輸出電容Co以儲能。當第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3同時導通時，也形成另ー導電路徑由輸入電源VIN通過第三電晶體開關M3、變壓器T 一次側、第二電晶體開關M2而到地。此時，變壓器T 二次側產生一感應電流經第ニ電晶體D2而至電感L及輸出電容Co以儲能。切換式轉換電路雖然轉換效率高,然而實際操作時能會有導通損失(ConductionLoss)、切換損失(Switch Loss)等。而在目前節能的趨勢下,各國紛紛訂立嚴謹的電源效率的法規及認證(例如美國的80PLUS認證)，這些規範及認證所要求的轉換效率已非已知的轉換電路所能輕易達到。因此，如何提供更高效率的切換式轉換電路已成為目前重要的課題。

發明內容
鑑於現有技術中的切換式轉換電路轉換效率不足法規要求及無法通過ー些認證規範，本發明的目的在於提供ー種全橋式轉換電路及全橋驅動控制電路，通過零電壓切換及零電流切換的方式，使全橋式轉換電路以軟開關方式進行開關切換而達到降低切換損失的優點，以提供符合法規及認證的要求。
為達上述目的，本發明提供了一種全橋式轉換電路，用以提供一直流輸出。全橋式轉換電路包含一諧振單元、一第一電晶體開關、一第二電晶體開關、一第三電晶體開關、一第四電晶體開關、一整流單元以及一全橋驅動控制電路。諧振單元包含一一次側及一二次偵U。第一電晶體開關耦接一輸入電源及一次側的ー第一端。第二電晶體開關耦接一次側的第一端以及一共同電位。第三電晶體開關耦接輸入電源及一次側的ー第二端。第四電晶體開關耦接一次側的第二端以及共同電位。整流單元耦接諧振單元的二次側，用以對諧振單元的電カ進行整流而輸出直流輸出。全橋驅動控制電路，以ー操作頻率控制第一電晶體開關、第二電晶體開關、第三電晶體開關及第四電晶體開關的導通及關閉，使第一電晶體開關及第ニ電晶體開關不同時導通且第三電晶體開關及第四電晶體開關不同時導通，其中操作頻率高於諧振単元的一諧振頻率。本發明同時提供了一種全橋驅動控制電路，包含一反饋控制電路及一全橋驅動電路。反饋控制電路根據一反饋檢測信號產生ー脈寬控制信號。全橋驅動電路根據脈寬控制信號產生ー第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號以及ー第四控制信號，用以分別控制一全橋式開關電路中的第一電晶體開關、第二電晶體開關、第三電晶體開關及第四電晶體開關的導通及關閉，其中第一電晶體開關及第四電晶體開關控制一第一導通路徑，第二電晶體開關及第三電晶體開關控制一第二導通路徑，第一電晶體開關與第二電晶體開 關形成一第一直臂且第三電晶體開關與第四電晶體開關形成一第二直臂。其中，全橋驅動電路於第一導通路徑關閉後才導通第二電晶體開關及第三電晶體開關其中之一，於第二導通路徑關閉後才導通第一電晶體開關及第四電晶體開關其中之一，第一電晶體開關與第二電晶體開關不同時導通且第二電晶體開關與第三電晶體開關不同時導通。本發明同時提供了一種全橋驅動控制電路，包含一反饋控制電路、一頻率產生器及一全橋驅動電路。反饋控制電路根據一反饋檢測信號產生ー脈寬控制信號，而頻率產生器產生ー頻率信號。全橋驅動電路根據脈寬控制信號及頻率信號產生ー第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號以及ー第四控制信號，用以分別控制ー全橋式開關電路中的第一電晶體開關、第二電晶體開關、第三電晶體開關及第四電晶體開關的導通及關閉，其中第一電晶體開關及第四電晶體開關控制一第一導通路徑，第二電晶體開關及第三電晶體開關控制一第二導通路徑，第一電晶體開關與第二電晶體開關形成一第一直臂且第三電晶體開關與第四電晶體開關形成一第二直臂。其中，全橋驅動電路於第一導通路徑關閉後才導通第二電晶體開關及第三電晶體開關其中之一，於第二導通路徑關閉後才導通第一電晶體開關及第四電晶體開關其中之一，第一電晶體開關與第二電晶體開關不同時導通且第二電晶體開關與第三電晶體開關不同時導通。本發明通過零電壓切換或/及零電流切換的方式，使全橋式轉換電路以軟開關方式進行開關切換而達到降低切換損失的優點，以提供符合法規及認證的要求。以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進ー步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其它目的與優點，將在後續的說明與附圖加以闡述。


圖I為已知的全橋式轉換電路的電路示意圖；圖2為圖I所不全橋式轉換電路中晶體開關切換的時序不意圖3a 3d為根據本發明ー第一較佳實施例的全橋式轉換電路中的一次側的電晶體開關的切換時序示意圖；圖4為實施圖3a 3d所示切換時序的全橋式轉換電路的電路示意圖；圖5a 5h為根據本發明ー第二較佳實施例的全橋式轉換電路中的一次側的電晶體開關的切換時序示意圖；圖6為實施圖5a 5h所示切換時序的全橋式轉換電路的電路示意圖；圖7a 7h為根據本發明ー第三較佳實施例的全橋式轉換電路中的一次側的電晶體開關的切換時序示意圖；圖8為實施圖7a 7h所示切換時序的全橋式轉換電路的電路示意圖；圖9根據本發明的另ー實施例的全橋式轉換電路的電路示意圖； 圖10根據本發明的再一實施例的全橋式轉換電路的電路示意圖；圖11為根據圖10所示實施例加入軟開關電容的電路示意圖。主要組件符號說明現有技術第一電晶體開關Ml第二電晶體開關M2第三電晶體開關M3第四電晶體開關M4變壓器T第一整流ニ極管Dl第二整流ニ極管D2電感 L輸出電容Co輸入電源VIN第一控制信號SI第二控制信號S2第三控制信號S3第四控制信號S4本發明全橋驅動控制電路100、200、300、400、500參考電壓調整電路101誤差放大器102、202、302、402、502反饋控制電路110、210、310、410、510比較器 111、204、205、207、272、274、304、311、321、372、374、404、411、421、472、474、504、511、521、572、574D 型觸發器 114、216、226、315與門119、129、218、219、228、229全橋驅動電路120、220、320、420、520頻率產生器125
負載130電流檢測電阻135隔離電路155同步整流控制器280、380、480、580隔離電路385第一電晶體開關Ml第二電晶體開關M2
第三電晶體開關M3第四電晶體開關M4第五電晶體開關M5第六電晶體開關M6第七電晶體開關M7第八電晶體開關M8變壓器T諧振電容Cr諧振電感L第一控制信號SI第二控制信號S2第三控制信號S3第四控制信號S4輸入電源VIN第一輸入端LI第二輸入端L2第一整流ニ極管Dl第二整流ニ極管D2反饋檢測信號FB脈寬控制信號PC直流調光信號D⑶頂頻率設定單元Rfrq輸入電壓檢測電路Rin脈寬調變信號pwm輸入端D輸入端C反相輸出端Q』輸出端Q單擊電路203RS 觸發器 206、316、318、326、328、416、418、426、428、516、518、526、528或門208、215電容 2O9、309、409、509
延遲電路212、217、222、227、312、317、322、327、412、417、422、427、517、527發光二極體模塊230、330、430、530電壓檢測電路235、535均流單元240、440、540端電壓選擇單元245、445保護電路270、370、470、570邏輯單元276、376、476、576反相器306、406、506、515
異或門308、408、508分壓器335電流源340參考電壓信號Vref電流源IS開關Swl、Sw2切換信號S2』、S4』、S1』、S3』頻率檢測參考信號Vfr第一頻率檢測信號Sil第二頻率檢測信號Si2設定端S重設端R輸出電容Co電壓檢測信號VFB邏輯判斷信號Pau錯誤信號Fault調光信號DM過高壓判斷信號Vovp過低壓判斷信號Vuvp軟開關電容Cl、C具體實施例方式請參見圖3a 3d，為根據本發明ー第一較佳實施例的全橋式轉換電路中的一次側的電晶體開關的切換時序示意圖。在上述附圖中，僅顯示本發明的全橋式轉換電路的第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3、第四電晶體開關M4，以及ー諧振単元的一次側一即變壓器T的一次側及ー諧振電容Cr。第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4分別受ー第一控制信號SI、一第二控制信號S2、一第三控制信號S3及一第四控制信號S4的控制而切換，且上述控制信號SI S4的頻率高於諧振単元的諧振頻率。首先，請參見圖3a，第一電晶體開關Ml和第四電晶體開關M4導通以提供一第一導通路徑，而第二電晶體開關M2和第三電晶體開關M3關閉。此吋，ー輸入電源VIN的電流流經第一電晶體開關Ml、諧振單元的一次側及第四電晶體開關M4到地，即電流方向由第一輸入端LI到第二輸入端L2。然後，請參見圖3b，第一電晶體開關Ml和第四電晶體開關M4關閉使第一導通路徑也關閉，此時第二電晶體開關M2和第三電晶體開關M3仍關閉。由於諧振單元同時具有電感成分及電容成分，因此會表現電感的電流連續特性，因此在諧振單元中的電流會維持由第一輸入端LI到第二輸入端L2的方向而經由第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3的體ニ極管續流。再來，請參見圖3c，因第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3的體ニ極管導通使第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3上的跨壓維持在負的ニ極管順向偏壓，也就是接近零電壓，此時第二電晶體開關M2和第三電晶體開關M3導通而提供一第二導通路徑以提供ー驅動電壓(即輸入電源VIN)於諧振単元之上，使電流方向由第一輸入端LI到第二輸入端L2轉變為由第二輸入端L2到第一輸入端LI。而此時的第一電晶體開關Ml和第四電晶體開關M4為關閉。然後，請參見圖3d，第二電晶體開關M2和第三電晶體開關M3關閉使第二導通路徑也關閉，此時第一電晶體開關Ml和第四電晶體開關M4仍關閉。在諧振單元中的電流會維持由第二輸入端L2到第一輸入端LI的方向而經由第四電晶體開關M4及第一電晶體開關Ml的體ニ極管續流。接著回到圖3a，第一電晶體開關Ml和第四電晶體開關M4導通以提供一第一導通路徑，而第二電晶體開關M2和第三電晶體開關M3關閉。如此周而復始，進行全橋式電晶體開關的切換。 由於四個控制信號SI S4的頻率高於諧振単元的諧振頻率，因此可確保第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3以及第四電晶體開關M4在被導通吋，其體ニ極管仍流經電流，也就是維持在順向偏壓狀態，使對應的電晶體開關的切換為零電壓切換(Zero Voltage Switch)而減少切換損失。請參見圖4,為實施圖3a 3d所示切換時序的全橋式轉換電路的電路示意圖。全橋式轉換電路包含一諧振單元、一全橋式開關電路、一整流單元以及ー全橋驅動控制電路100,用以提供一直流輸出。全橋式開關電路包含一第一電晶體開關Ml、一第二電晶體開關M2、一第三電晶體開關M3及一第四電晶體開關M4，其中第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關控制一第一導通路徑，第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3控制ー第二導通路徑。諧振單元包含一一次側及一二次側，諧振単元的一次側部分主要包含ー諧振電容Cr、ー變壓器T的一次側，諧振単元的二次側部分主要包含變壓器T的二次側及ー諧振電感L，而整流単元包含一第一整流ニ極管Dl以及ー第二整流ニ極管D2。第一電晶體開關Ml的一端率禹接ー輸入電源VIN,而另一端稱接諧振單兀的一次側的ー第一輸入端LI。第二電晶體開關M2的一端耦接諧振単元的一次側的第一輸入端LI而另一端耦接一共同電位，在本實施例為零電位(接地)。因此，第一電晶體開關Ml與第二電晶體開關M2於輸入電源VIN及共同電位之間形成一第一直臂。第三電晶體開關M3的一端稱接輸入電源VIN,而另一端f禹接諧振單元的一次側的ー第二輸入端L2。第四電晶體開關的一端耦接諧振単元的一次側的第ニ輸入端L2，而另一端耦接共同電位。因此，第三電晶體開關M3與第四電晶體開關M4於輸入電源VIN及共同電位之間形成一第二直臂。諧振電容Cr與變壓器T的一次側串聯於第一輸入端LI及第ニ輸入端L2之間。第一整流ニ極管Dl以及第二整流ニ極管D2的正端分別耦接變壓器T 二次側的兩端，而其負端均耦接諧振電感L。變壓器T 二次側的線圈為中央抽頭並接地。整流單元另外包含ー輸出電容Co，將諧振電感L傳來的電カ進行濾波而提供直流輸出給ー負載130,在本實施例中，負載為ー發光二極體模塊。一電流檢測電阻135耦接負載130，以根據負載130的流經電流大小而產生一反饋檢測信號FB，並通過隔離電路155傳至全橋驅動控制電路100。全橋驅動控制電路100根據反饋檢測信號FB調整控制信號SI S4的佔空比(Duty Cycle)，而控制輸入電源VIN通過四個電晶體開關Ml M4、諧振単元、整流単元而傳送至負載130的電カ大小。隔離電路155可視實際電路設計的需要加入或省略，本說明書的其它實施例亦相同。全橋驅動控制電路100包含一反饋控制電路110以及ー全橋驅動電路120。反饋控制電路110根據反饋檢測信號FB產生ー脈寬控制信號PC。全橋驅動電路120根據脈寬控制信號PC產生ー第一控制信號SI、一第二控制信號S2、一第三控制信號S3以及ー第四控制信號S4，以分別控制第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4的導通及關閉。反饋控制電路110包含ー參考電壓調整電路101及ー誤差放大器102。參考電壓調整電路101接收一直流調光信號D⑶頂，以根據直流調光信號D⑶IM的準位產生對應的ー參考電壓信號至誤差放大器102的非反相輸入端,而誤差放大器102的反相輸入端則接收反饋檢測信號FB並據此產生ー脈寬控制信號PC。由於參考電壓信號的準位會配合直流調光信號DCDIM的準位調整，使脈寬控制信號PC的準位也會隨直 流調光信號DCDIM的準位變化，藉此控制負載130中的發光二極體流經電流的大小而達到調光的作用。全橋驅動電路120包含一頻率產生器125、一比較器111、一 D型觸發器114及與門119、129。頻率產生器125耦接ー頻率設定單元Rfrq，以根據頻率設定單元Rfrq來調整所產生的ー頻率信號的頻率，在本實施例中，頻率設定單元Rfrq為ー電阻。在本實施例中，頻率產生器125為ー斜坡產生器,頻率信號為ー斜坡信號。全橋驅動控制電路100還可包含ー輸入電壓檢測電路Rin，耦接頻率產生器125及輸入電源VIN，使頻率產生器125可以根據輸入電源VIN的高低調整所產生的斜坡信號的振幅大小，在本實施例中，輸入電壓檢測電路Rin為ー電阻。比較器111的非反相輸入端接收脈寬控制信號PC而反相輸入端接收上述的斜坡信號，並據此產生ー脈寬調變信號pwm。D型觸發器114的輸入端C接收脈寬調變信號pwm，輸入端D耦接反相輸出端Q』。與門119耦接比較器111的輸出端及D型觸發器的反相輸出端Q』，而與門129耦接比較器111的輸出端及D型觸發器的輸出端Q。當脈寬調變信號Pwm奇數次為高準位吋，使D型觸發器的輸出端Q輸出高準位信號，而反相輸出端Q』輸出低準位信號。因此，此時僅有與門129會根據脈寬調變信號pwm的佔空比產生第一控制信號SI及第四控制信號S4。當脈寬調變信號pwm偶數次為高準位時，使D型觸發器的輸出端Q輸出低準位信號，而反相輸出端Q』輸出高準位信號。因此，此時僅有與門119會根據脈寬調變信號pwm的佔空比產生第二控制信號S2及第三控制信號S3。因此，D型觸發器114會產生除頻的作用，使上述控制信號SI S4的頻率為頻率產生器125的斜坡信號頻率的一半。使用者可以根據諧振單元的諧振頻率調整頻率設定單元Rfrq的阻值，使控制信號SI S4的頻率高於諧振頻率，而使電晶體開關Ml M4由關閉轉為導通過程，其體ニ極管維持在順向偏壓下。較佳的設定為控制信號SI S4的頻率略高於諧振頻率，使電晶體開關Ml M4由關閉轉為導通過程，諧振單元上的電流較小，以更進一步減少切換損失。而由於D型觸發器114的輸出端Q及反相輸出端Q』的輸出信號的相位相反，可確保控制信號S1、S4,以及控制信號S2、S3不會同時產生。如此，可避免第一直臂的第一電晶體開關Ml及第ニ電晶體開關M2同時導通，以及避免第二直臂的第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4同時導通。另外,輸入電壓檢測電路Rin可使全橋驅動控制電路100達到前饋(FeedForward)功能，以對應不同的輸入電源VIN做適當的調整。在本實施例中，頻率產生器125的斜坡信號的振幅會隨輸入電源VIN的電壓升高而變大。如此，可使本發明的全橋驅動控制電路100在不同電壓的輸入電源VIN時，會對應調整其反應速度。換句話說，對相同的功率需求的負載130，當輸入電源VIN的電壓較高時，全橋驅動控制電路100所產生的控制信號SI S4的佔空比較低；當輸入電源VIN的電壓較低時，全橋驅動控制電路100所產生的控制信號SI S4的佔空比較高。通過調整斜坡信號的振幅，可使進行調光時所造成的脈寬控制信號PC的準位變化範圍不因輸入電源VIN的電壓而變化。因此，全橋驅動控制電路100通過前饋方式而達到補償輸入電源VIN的電壓的差異。接著請參見圖5a 5h，為根據本發明ー第二較佳實施例的全橋式轉換電路中的一次側的電晶體開關的切換時序示意圖。與圖3a 3d所示相較，本實施例的第一導通路徑的第一電晶體開關Ml與第四電晶體開關M4以及第ニ導通路徑的第二電晶體開關M2與 第三電晶體開關M3的導通及關閉的時間點並不相同，仍依然可以達到由關閉轉為導通過程的零電壓切換的優點。說明如下首先，請參見圖5a，第一電晶體開關Ml和第四電晶體開關M4導通以提供一第一導通路徑，而第二電晶體開關M2和第三電晶體開關M3關閉。此時，輸入電源VIN的電流流經第一電晶體開關Ml、諧振單元的一次側及第四電晶體開關M4到地，即電流方向由第一輸入端LI到第二輸入端L2。然後，請參見圖5b，第四電晶體開關M4先關閉，而第一電晶體開關Ml仍導通，此時諧振単元中的電流會經由第三電晶體開關M3的體ニ極管續流。再來，請參見圖5c，第三電晶體開關M3導通，使諧振單元的電流由流經第三電晶體開關M3的體ニ極管改為流經第三電晶體開關M3，而由於第三電晶體開關M3導通時兩端的跨壓小於體ニ極管的順向偏壓。因此相較圖3a 3d所示的實施例，可減少體ニ極管所造成的功率損耗。然後，請參見圖5d，第一電晶體開關Ml也關閉，諧振単元的電流改為流經第二電晶體開關M2的體ニ極管。再來，請參見圖5e，第二電晶體開關M2隨後導通，使諧振單元的電流由流經第二電晶體開關M2的體ニ極管改為流經第二電晶體開關M2以減少體ニ極管造成的功耗損失。此時，輸入電源VIN通過第二導通路徑施加驅動電壓於諧振単元之上，使電流方向由第一輸入端LI到第二輸入端L2轉變為由第二輸入端L2到第一輸入端LI。然後，請參見圖5f，第三電晶體開關M3先關閉，而第二電晶體開關M2仍導通，此時諧振単元中的電流會經由第四電晶體開關M4的體ニ極管續流。再來，請參見圖5g，第四電晶體開關M4導通，使諧振単元的電流由流經第四電晶體開關M4的體ニ極管改為流經第四電晶體開關M4以減少體ニ極管所造成的功率損耗。然後，請參見圖5h，第二電晶體開關M2也關閉，諧振単元的電流改為流經第一電晶體開關Ml的體ニ極管。再來回到圖5a，第一電晶體開關Ml隨後導通，使諧振單元的電流由流經第一電晶體開關Ml的體ニ極管改為流經第一電晶體開關Ml以減少體ニ極管造成的功耗損失。此時，輸入電源VIN通過第一導通路徑施加驅動電壓於諧振單兀之上，使電流方向由第二輸入端L2到第一輸入端LI轉變為由第一輸入端LI到第二輸入端L2。通過上述說明可知，本實施例可進ー步減少切換過程體ニ極管所造成的功率損耗，使全橋式轉換電路的轉換效率可更高。除了上述的切換順序外，本發明的切換電路也可以其它的切換順序來達到零電壓切換的軟開關功能。這些切換順序須符合如下的切換規則(I)由第一導通路徑(第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4導通，而第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3關閉)轉換成第二導通路徑(第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3導通，而第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4關閉)吋i.首先關閉第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4其中之一；ii.然後導通第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3中與被關閉的電晶體開關屬同一直臂者；iii.然後關閉第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4中尚未關閉者；以及

iv.最後導通第_■電晶體開關M2及第ニ電晶體開關M3中尚未導通者。上述步驟ii是為避免同一直臂的兩個電晶體開關同時被導通時造成的輸入電源VIN的電カ直接通過導通的兩個電晶體開關下地而使電晶體開關毀損。另外，步驟ii與步驟iii的順序可互調而不影響本發明的軟開關作用。(2)由第二導通路徑轉換成第一導通路徑時i.首先關閉第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3其中之一；ii.然後導通第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4中與被關閉的電晶體開關屬同一直臂者；iii.然後關閉第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3中尚未關閉者；以及iv.最後導通第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4中尚未導通者；同樣地，上述步驟ii是為避免同一直臂的兩個電晶體開關同時被導通時造成的輸入電源VIN的電カ直接通過導通的兩個電晶體開關下地而使電晶體開關毀損。另外，步驟ii與步驟iii的順序也可互調而不影響本發明的軟開關作用。請參見圖6,為實施圖5a 5h所示切換時序的全橋式轉換電路的電路示意圖。全橋式轉換電路包含一諧振單元、一全橋式開關電路、一整流單元以及ー全橋驅動控制電路200,用以轉換一輸入電源VIN成一直流輸出以驅動ー發光二極體模塊230。全橋式開關電路包含一第一電晶體開關Ml、一第二電晶體開關M2、一第三電晶體開關M3及一第四電晶體開關M4。諧振單元包含一一次側及一二次側，諧振単元的一次側部分主要包含ー諧振電容Cr、一變壓器T的一次側，諧振單元的二次側部分主要包含變壓器T的二次側及ー諧振電感L，而整流単元包含一同步整流控制器280、一第一整流ニ極管D1、一第二整流ニ極管D2、一第五電晶體開關M5及一第六電晶體開關M6以及輸出電容Co。諧振單元及全橋式開關電路的電路連接關係和作用請參考圖4的描述，不再累述，在此僅針對整流単元進行說明。第五電晶體開關M5及第六電晶體開關M6為N型金屬氧化物半導體場效電晶體，耦接變壓器T 二次側的主線圈，以根據同步整流控制器280的同步控制信號進行同步整流，而將整流後的電カ儲存至電感L及輸出電容Co以驅動發光二極體模塊230發光。第一整流ニ極管Dl及第ニ整流ニ極管D2分別耦接變壓器T的二次側的輔助線圈，以提供高於變壓器T 二次側的主線圈的電壓至同步整流控制器280，使同步整流控制器280可以產生足夠高準位的同步控制信號來導通第五電晶體開關M5及第六電晶體開關M6。在本實施例，同步整流控制器280根據變壓器T 二次側通過第一整流ニ極管Dl或第二整流ニ極管D2提供電流來判斷導通及關閉第五電晶體開關M5及第六電晶體開關M6的時間點而達到同步整流的作用。當然，同步整流控制器280也可以檢測流經第五電晶體開關M5及第六電晶體開關M6的電流或跨壓(當跨壓越小，代表流經的電流越小)來判斷關閉的時間點。通過上述的同步整流控制，可使全橋式轉換電路的轉換效率進ー步提升。發光二極體模塊230包含多個發光二極體串，每ー發光二極體串一端耦接整流単元的直流輸出。一均流単元240具有多個均流端用以對應耦接發光二極體串的另一端，使每ー發光二極體串流經大致相同電流值。一端電壓選擇單元245耦接均流単元240的多個均流端，以根據多個均流端的電壓產生一反饋檢測信號FB。在本實施例中，端電壓選擇單元245是選擇多個均流端中最低電壓者的電壓作為反饋檢測信號FB輸出。全橋驅動控制電路200包含一反饋控制電路210以及ー全橋驅動電路220。反饋控制電路210根據反饋檢測信號FB產生ー脈寬控制信號PC。全橋驅動電路220根據脈寬控制信號PC產生ー第一控制信號SI、一第二控制信號S2、一第三控制信號S3以及ー第四控制信號S4,以分別控制第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4的導通及關閉。反饋控制電路210包含一誤差放大器202、一比較器204、ー諧振頻率檢測電路及ー導通計時電路。誤差放大器202的反相輸入端接收反饋檢測信號 FB,而非反相端接收ー參考電壓信號Vref,以產生ー誤差放大信號。比較器204的反相輸入端接收誤差放大信號，而非反相輸入端耦接導通計時電路以據此產生脈寬控制信號PC。導通計時電路包含一 SR觸發器206、ー電容209、一電流源IS及開關Swl、Sw2，用以對每次第ー導通路徑及第ニ導通路徑的導通時間計時並產生ー計時信號。諧振頻率檢測電路包含ー單擊電路203、比較器205、207及ー或門208，耦接諧振單元以檢測諧振單元的諧振電流，用以判斷諧振單元的諧振狀態並決定全橋驅動電路200的一操作頻率，使全橋驅動電路200的操作頻率高於諧振單元的諧振頻率。比較器205的反相輸入端耦接ー頻率檢測參考信號Vfr而非反相輸入端耦接諧振単元的第一輸入端LI以接收一第一頻率檢測信號Si I。比較器207的反相輸入端耦接頻率檢測參考信號Vfr而非反相輸入端耦接諧振単元的第二輸入端L2以接收一第二頻率檢測信號Si2。諧振單元上的電流流經第二導通路徑時，會因流經第二電晶體開關M2 (具有一導通阻杭)而產生第一頻率檢測信號Sil，而流經第一導通路徑時，會因流經第四電晶體開關M4而產生第二頻率檢測信號Si2。全橋驅動控制電路200預設為於全橋式轉換電路啟動之初將先導通第一導通路徑，即輸出第一控制信號SI及第四控制信號S4以分別導通第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4，此時第二頻率檢測信號Si2的準位會開始上升。在此實施例中，頻率檢測參考信號Vfr可以為ー較低準位的電壓信號，使諧振單元的電流於剛上升之初即可被諧振頻率檢測電路所檢測。當第二頻率檢測信號Si2的準位高於頻率檢測參考信號Vfr，比較器207輸出高準位信號。或門208接收比較器205、207的輸出信號，此時將輸出高準位信號，使觸發單擊電路203輸出高準位信號觸發RS觸發器206的設定端S，使RS觸發器206於反相輸出端Q』輸出低準位信號以關閉開關Sw2並於輸出端Q輸出高準位信號以導通開關Swl。此時導通計時電路中的電流源IS開始對電容209充電以產生ー計時信號。當電容209上的電壓準位(計時信號的準位)高於誤差放大器202所產生的誤差放大信號的準位時，產生脈寬控制信號PC，使全橋驅動電路220關閉第一導通路徑並同時觸發RS觸發器206的重設端R，關閉開關Swl及導通開關Sw2。如此，電容209放電而重設。當全橋驅動電路220依預定切換順序而將導通第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3以導通第二導通路徑後，此時第一頻率檢測信號Sil的準位會開始上升。當第一頻率檢測信號Sil的準位高於頻率檢測參考信號Vfr，比較器205輸出高準位信號，通過或門208及單擊電路203以觸發RS觸發器206的設定端S以關閉開關Sw2及導通開關Swl，使電流源IS開始對電容209充電。當電容209上的電壓準位高於誤差放大器202所產生的誤差放大信號的準位時，產生脈寬控制信號PC，使全橋驅動電路220關閉第二導通路徑。此時，脈寬控制信號PC同時觸發RS觸發器206的重設端R，關閉開關Swl及導通開關Sw2，使電容209因放電而重設。全橋驅動電路220包含ー或門215、D型觸發器216、226、延遲電路212、222、217、227以及與門218、219、228、229，以根據預定的切換順序導通第一導通路徑及第ニ導通路徑，並根據脈寬控制信號PC依序關閉第一導通路徑及第ニ導通路徑。D型觸發器216的輸入端C耦接反饋控制電路210以接收脈寬控制信號PC，反相輸出端Q』耦接輸入端D及延遲電路217，而輸出端Q耦接延遲電路212。與門219耦接延遲電路217、D型觸發器216的反相輸出端Q』以據此產生第四控制信號S4。與門218耦接延遲電路212、D型觸發器216的輸出端Q以據此產生第三控制信號S3。或門215耦接與門218、219的輸出端，而D型觸發器226的輸入端C耦接或門215的輸出端。D型觸發器226的反相輸出端Q』耦接輸入端 D及延遲電路227，而輸出端Q耦接延遲電路222。與門229耦接延遲電路227、D型觸發器226的反相輸出端Q』以據此產生第二控制信號S2。與門228耦接延遲電路222、D型觸發器226的輸出端Q以據此產生第一控制信號SI。當全橋式轉換電路啟動之初，D型觸發器216、226的輸出端Q均輸出低準位信號，而反相輸出端Q』均輸出高準位信號。延遲電路217、227分別延遲D型觸發器216、226的反相輸出端Q』的信號後輸出第四控制信號S4及第ニ控制信號S2，以導通第四電晶體開關M4及第ニ電晶體開關M2。而或門215接收第四控制信號S4後，觸發D型觸發器226，使其輸出端Q輸出高準位信號而反相輸出端Q』輸出低準位信號。此時，與門229會停止輸出第ニ控制信號S2以關閉第二電晶體開關M2，而與門228會因延遲電路222的延遲作用而經ー預定延遲時間後產生第一控制信號SI以導通第一電晶體開關Ml。通過上述電路安排，可確保第二電晶體開關M2關閉後經預定的死區時間後才導通第一電晶體開關Ml。此時，由於第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4同時導通(請同時參見圖5a)，而使第一導通路徑形成，諧振單元上的電流由第一輸入端LI流至第二輸入端L2並逐漸増加。當反饋控制電路210輸出脈寬控制信號PC時,觸發D型觸發器216,使其輸出端Q輸出高準位信號而反相輸出端Q』輸出低準位信號。此時，與門219會先停止輸出第四控制信號S4以關閉第四電晶體開關M4 (請參見圖5b)，而與門218會因延遲電路212的延遲作用而經ー預定延遲時間後產生第三控制信號S3以導通第三電晶體開關M3 (請參見圖5c)。通過上述電路安排，可確保第四電晶體開關M4關閉後經預定的死區時間後才導通第三電晶體開關M3。而或門215接收第三控制信號S3後，觸發D型觸發器226，使其輸出端Q轉為輸出低準位信號而反相輸出端Q』輸出高準位信號。此時，與門228先停止輸出第一控制信號S I以關閉第一電晶體開關Ml (請參見圖5d)而與門229則經延遲電路227延遲預定死區時間後輸出第二控制信號S2以導通第二電晶體開關M2。此時，由於第二電晶體開關M2及第三電晶體開關M3同時導通(請參見圖5e)，而使第二導通路徑形成。通過上述電路安排，可確保第一電晶體開關Ml關閉後經預定的死區時間後才導通第二電晶體開關M2。當反饋控制電路210再輸出脈寬控制信號PC時,觸發D型觸發器216,使其輸出端Q輸出低準位信號而反相輸出端Q』輸出高準位信號。此時，與門218先停止輸出第三控制信號S3以關閉第三電晶體開關M3(請參見圖5f)而與門219則經延遲電路217延遲預定死區時間後輸出第四控制信號S4以導通第四電晶體開關M4(請參見圖5g)。通過上述電路安排，可確保第三電晶體開關M3關閉後經預定的死區時間後才導通第四電晶體開關M4。而或門215接收第四制信號S4後，觸發D型觸發器226,使其輸出端Q轉為輸出高準位信號而反相輸出端Q』輸出低準位信號。此時，與門229先停止輸出第二控制信號S2以關閉第二電晶體開關M2(請參見圖5h)而與門228則經延遲電路222延遲預定死區時間後輸出第一控制信號SI以導通第一電晶體開關Ml (請參見圖5a)。全橋驅動控制電路200可更包含一保護電路270，用以於系統發生任何電路異常時，進入保護模式以減少電路的毀損的可能。在本實施例中，保護電路270包含了比較器272,274以及ー邏輯單元276。另外，可增加ー電壓檢測電路235 (例如分壓器)耦接輸出電容Co,以根據全橋式轉換電路的直流輸出電壓產生ー電壓檢測信號VFB。比較器272的非反相輸入端接收電壓檢測信號VFB而反相輸入端接收ー過高壓判斷信號Vovp以據此產生ー過高壓保護信號。比較器274的反相輸入端接收電壓檢測信號VFB而非反相輸入端接 收ー過低壓判斷信號Vuvp以據此產生ー過低壓保護信號。邏輯單元276於接收比較器272所產生的過高壓保護信號及比較器274所產生的過低壓保護信號的任一吋，即輸出電壓大於ー過高壓值或低於ー過低壓值時，產生ー邏輯判斷信號Pau至全橋驅動電路220中的與門218、219、228、229，使全橋驅動電路220停止產生第一控制信號SI、第二控制信號S2、第三控制信號S3以及第四控制信號S4。此時，第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4均關閉，以停止繼續傳送電カ至諧振單元的二次側。邏輯單元276也可以接收一外部信號以據此達到保護或停止電カ轉換的作用。例如均流単元240可以檢測發光二極體模塊230的每ー發光二極體串的狀態。當任ー發光ニ極管串短路或開路，造成該串的電流過大或為零，或者任一串過多發光二極體因毀損而使該串或其它均流端的電壓過高時，均流単元240將產生ー錯誤信號Fault。此時，邏輯單元276也可產生邏輯判斷信號Pau。邏輯單元276對於過高壓保護信號、過低壓保護信號及錯誤信號Fault可以持續保護狀態直至全橋驅動控制電路200被重新啟動，以避免停止傳送電カ至諧振單元的二次側時，狀態暫時的解除而誤判。而邏輯単元276也可以接收調光信號DM，以根據調光信號DM暫時停止及恢復傳送電カ至諧振單元的二次側而達到調光效果。根據上述說明，全橋驅動電路220根據預定的切換順序導通第一導通路徑及第ニ導通路徑，並根據脈寬控制信號PC依序關閉第一導通路徑及第ニ導通路徑。而且，全橋驅動電路220利用預定死區時間的設定，可使第一導通路徑及第ニ導通路徑其中之一關閉後經預定時間才導通另一。另外，可將圖6所示的實施例中的預定死區時間的設計應用至前述的切換規則，而使第一電晶體開關Ml以及該第二電晶體開關M2其中之一被關閉後，另ー於ー預定時間後被導通，而第三電晶體開關M3以及該第四電晶體開關M4也是其中之一被關閉後，另ー於預定時間後被導通。另外，也同時達到第一導通路徑關閉並經ー預定時間後導通該第二電晶體開關M2及該第三電晶體開關M3其中之一，於第二導通路徑關閉並經ー預定時間後導通第一電晶體開關Ml及該第四電晶體開關M4其中之一。藉此而達到確保四個電晶體開關Ml M4於導通時體ニ極管維持在順嚮導通狀態。
接著請參見圖7a 7h，為根據本發明ー第三較佳實施例的全橋式轉換電路中的一次側的電晶體開關的切換時序示意圖。本實施例也是根據前述切換規則，將第一導通路徑的第一電晶體開關Ml與第四電晶體開關M4以及第ニ導通路徑的第二電晶體開關M2與第三電晶體開關M3的導通及關閉的時間點的調整，除依然可以達到由關閉轉為導通過程的零電壓切換的優點外，部分電晶體開關更可達到於導通轉為關閉過程的零電流切換的優點，說明如下。首先，請參見圖7a，第一電晶體開關Ml和第四電晶體開關M4導通以提供一第一導通路徑，而第二電晶體開關M2和第三電晶體開關M3關閉。此時，電流方向由第一輸入端LI到第二輸入端L2。然後，請參見圖7b，第四電晶體開關M4先關閉，而第一電晶體開關Ml仍導通，此時諧振単元中的電流會經由第三電晶體開關M3的體ニ極管續流。再來，請參見圖7c，第三電晶體開關M3導通，使諧振單元的電流由流經第三電晶體開關M3的體ニ極管改為流經第三電晶體開關M3。然後，請參見圖7d，第一電晶體開關Ml於電流接近零(方向由第一輸入端LI到第二輸入端L2)但仍大於零時關閉，此時第一電晶體開關Ml的關閉切 換幾乎等於零電流切換，這時諧振単元的電流改為流經第二電晶體開關M2的體ニ極管。再來，請參見圖7e，第二電晶體開關M2隨後導通(此時電流方向由第一輸入端LI到第二輸入端L2)，使諧振單元的電流由流經第二電晶體開關M2的體ニ極管改為流經第二電晶體開關M2。此時，輸入電源VIN通過第二導通路徑施加驅動電壓於諧振單元之上，使電流方向由第一輸入端LI到第二輸入端L2轉變為由第二輸入端L2到第一輸入端LI。然後，請參見圖7f，第二電晶體開關M2先關閉，而第三電晶體開關M3仍導通，此時諧振単元中的電流會經由第一電晶體開關Ml的體ニ極管續流。再來，請參見圖7g，第一電晶體開關Ml導通，使諧振単元的電流由流經第一電晶體開關Ml的體ニ極管改為流經第一電晶體開關Ml。然後，請參見圖7h，第三電晶體開關M3於電流接近零(方向由第二輸入端L2到第輸一入端LI)但仍大於零時關閉，此時第三電晶體開關M3的關閉切換幾乎等於零電流切換，諧振單元的電流改為流經第四電晶體開關M4。再來回到圖7a，第四電晶體開關M4隨後導通，使諧振單元的電流由流經第四電晶體開關M4的體ニ極管改為流經第四電晶體開關M4。此時，輸入電源VIN通過第一導通路徑施加驅動電壓於諧振単元之上，使電流方向由第二輸入端L2到第一輸入端LI轉變為由第一輸入端LI到第二輸入端L2。通過導通時間的調整，使第一電晶體開關Ml及第三電晶體開關M3於導通轉為關閉本質上為零電流切換，因此可進一步減少全橋式開關電路的切換損失。請參見圖8,為實施圖7a 7h所示切換時序的全橋式轉換電路的電路示意圖。全橋式轉換電路包含一諧振單元、一全橋式開關電路、一整流單元以及ー全橋驅動控制電路300,用以轉換一輸入電源VIN成一直流輸出以提供ー發光二極體模塊330發光所需的電力。全橋式開關電路包含一第一電晶體開關Ml、一第二電晶體開關M2、一第三電晶體開關M3及一第四電晶體開關M4。諧振單元包含一一次側及一二次側，諧振単元的一次側部分主要包含ー諧振電容Cr、一變壓器T的一次側，諧振單元的二次側部分主要包含變壓器T的ニ次側及ー諧振電感L，而整流単元包含一同步整流控制器380、ー隔離電路385、一第七電晶體開關M7、一第八電晶體開關以及輸出電容Co。諧振單元及全橋式開關電路的電路連接關係和作用請參考圖4的描述不再累述，在此針對整流單元說明。第七電晶體開關M7及第八電晶體開關M8為P型金屬氧化物半導體場效電晶體，耦接變壓器T 二次側，以根據同步整流控制器380的同步控制信號進行同步整流。隔離電路385接收全橋驅動控制電路300的一第二控制信號S2及一第四控制信號S4，以產生同步整流信號至同步整流控制器380，使同步整流控制器380據此產生同步控制信號來導通及關閉第七電晶體開關M7及第八電晶體開關M8，例如當第二控制信號S2(或第四控制信號S4)為高準位時，先關閉第七電晶體開關M7及第八電晶體開關M8中的對應者，並延遲一預定時間後導通另ー個開關，以避免諧振電感L通過第七電晶體開關M7及第八電晶體開關M8逆流。隔離電路385可以是光耦合器、變壓器等，其功能為隔離變壓器T的一次側及二次側以符合安規。發光二極體模塊330耦接ー電流源340，使發光二極體模塊330可穩定流經ー預定電流。一分壓器335耦接輸出電容Co,以根據全橋式轉換電路的直流輸出電壓產生一反饋檢測信號FB。全橋驅動控制電路300包含一反饋控制電路310、一全橋驅動電路320及一保護電路370。反饋控制電路310根據反饋檢測信號FB產生ー脈寬控制信號PC。全橋驅動電路320根據脈寬控制信號PC產生ー第一控制信號SI、一第二控制信號S2、一第三控制信號S3以及ー第四控制信號S4，以分別控制第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4的導通及關閉。反饋控制電路310包含一誤差放大器302、一比較器304及ー導通計時電路。誤差放大器302的反相輸入端接收反饋檢測信號FB，而 非反相端接收ー參考電壓信號Vref,以產生ー誤差放大信號。比較器304的反相輸入端接收誤差放大信號，而非反相輸入端耦接導通計時電路以據此產生脈寬控制信號PC。導通計時電路包含一反相器306、一異或門308、一電容309、一電流源IS及開關Swl、Sw2，用以對每次第ー導通路徑及第ニ導通路徑的導通時間計時並產生ー計時信號。當異或門308接收第二控制信號S2及收第四控制信號S4的任一吋，即關閉開關Sw2，並通過反相器306導通開關Swl。此時導通計時電路中的電流源IS開始對電容309充電以產生ー計時信號。當計時信號的準位高於誤差放大器302所產生的誤差放大信號的準位時，產生脈寬控制信號PC，使全橋驅動電路320關閉第一導通路徑及第ニ導通路徑。此時全橋驅動電路320停止產生第二控制信號S2及第四控制信號S4，故異或門308將導通開關Sw2並通過反相器306關閉開關Swl，以重設計時信號，即電容309的電壓。全橋驅動電路320包含ー諧振頻率檢測電路、一 D型觸發器315、RS觸發器316、318、326、328以及延遲電路312、322、317、327，以根據預定的切換順序導通第一導通路徑及第ニ導通路徑，並根據脈寬控制信號PC依序關閉第一導通路徑及第ニ導通路徑。諧振頻率檢測電路包含比較器311、321，耦接諧振単元以檢測諧振單元的諧振電流，用以判斷諧振單元的諧振狀態並決定全橋驅動電路300的一操作頻率，使全橋驅動電路300的操作頻率高於諧振単元的諧振頻率。比較器311的反相輸入端耦接ー頻率檢測參考信號Vfr而非反相輸入端耦接諧振単元的第一輸入端LI以接收一第一頻率檢測信號Sil。比較器321的反相輸入端耦接頻率檢測參考信號Vfr而非反相輸入端耦接諧振単元的第二輸入端L2以接收ー第二頻率檢測信號Si2。請同時參見圖7a 7h,全橋驅動控制電路300預設為於全橋式轉換電路啟動之初將先導通第一導通路徑，即輸出第一控制信號SI及第四控制信號S4以分別導通第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4，並同時遮蔽(Blank)比較器311、321—預定遮蔽時間，以避免啟動之初的誤動作。當反饋控制電路310產生脈寬控制信號PC時，觸發D型觸發器315,使D型觸發器315於輸出端Q輸出高準位信號，並進而觸發RS觸發器326以停止於輸出端Q產生第四控制信號S4以關閉第四電晶體開關M4，同時RS觸發器326將於反相輸出端Q』產生一高準位信號，並經延遲電路327延遲後觸發RS觸發器328於輸出端Q產生第三控制信號S3以導通第三電晶體開關M3。此時，諧振単元上的電流會因第一導通路徑的關閉而變小，使第一輸入端LI的電位逐漸上升。當上述電流小於ー預定電流值時，第一頻率檢測信號Sil的準位高於頻率檢測參考信號Vfr，使比較器311產生一高準位信號至RS觸發器318的重設端R。此時RS觸發器318停止於輸出端Q產生第一控制信號SI以關閉第一電晶體開關M1，並於反相輸出端Q』產生一高準位信號並經延遲電路312延遲後觸發RS觸發器316於輸出端Q產生第二控制信號S2以導通第二電晶體開關M2。此時，第二導通路徑被導通。當反饋控制電路310再產生脈寬控制信號PC時，觸發D型觸發器315，使D型觸發器315於反相輸出端Q』輸出高準位信號，並進而觸發RS觸發器316以停止於輸出端Q產生第二控制信號S2以關閉第二電晶體開關M2,同時RS觸發器316將於反相輸出端Q』產生一高準位信號，並經延遲電路317延遲後觸發RS觸發器318於輸出端Q產生第一控制信號SI以導通第一電晶體開關Ml。此時，諧振単元上的電流會因第二導通路徑的關閉而變小，使第二輸入端L2的電位逐漸上升。當上述電流小於預定電流值時，第二頻率檢測信號Si2的準位高於頻率檢測參考信號Vfr，使比較器321產生一高準位信號至RS觸發器 328的重設端R。此時RS觸發器328停止於輸出端Q產生第三控制信號S3以關閉第三電晶體開關M3，並於反相輸出端Q』產生一高準位信號並經延遲電路322延遲後觸發RS觸發器326於輸出端Q產生第四控制信號S4以導通第四電晶體開關M4。此時，第一導通路徑再度被導通。保護電路370包含了比較器372、374以及ー邏輯單元376。比較器372及比較器374分別根據過高壓判斷信號Vovp、過低壓判斷信號Vuvp及電壓檢測電路335所產生的電壓檢測信號FB，於判斷全橋式轉換電路的輸出電壓過高或過低時，通知邏輯單元376。此時，邏輯單元376將邏輯判斷信號Pau至全橋驅動電路320，使全橋驅動電路320停止產生第一控制信號SI、第二控制信號S2、第三控制信號S3以及第四控制信號S4。此時，第一電晶體開關、第二電晶體開關、第三電晶體開關及第四電晶體開關均關閉，以停止繼續傳送電力至諧振單元的二次側。另外，邏輯單元376也可以接收調光信號DM，以根據調光信號DM暫時停止及恢復傳送電カ至諧振單元的二次側而達到調光效果。本實施是利用第一電晶體開關Ml及第三電晶體開關M3有部分導通的時間重疊方式(參見圖7c、7g)來進ー步降低全橋式開關電路的切換損失。為使第一電晶體開關Ml及第三電晶體開關M3有部分時間同時導通，一般而言第一電晶體開關Ml及第三電晶體開關M3每一周期的導通時間會長於周期時間的一半。較佳的方式為固定第一電晶體開關Ml及第二電晶體開關M3的佔空比，例如佔空比為52%,而以調整第_■電晶體開關M2及第四電晶體開關M4的佔空比來達到調整電カ的作用。當然，也可以固定第二電晶體開關M2及第四電晶體開關M4的佔空比使導通時間重疊，而調整第一電晶體開關Ml及第三電晶體開關M3的佔空比來調整電力。其詳細電路運作，可參考圖8所示實施例的描述中，將第一電晶體開關Ml及第ニ電晶體開關M2，以及第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4對調即是。請參見圖9，根據本發明的另ー實施例的全橋式轉換電路的電路示意圖。與圖8所示實施例相較，主要的差異為本實施例是將第三電晶體開關M3及第一電晶體開關Ml由關閉轉為導通的時間點往後調整。詳細說明如下全橋式轉換電路包含一諧振單元、一全橋式開關電路、一整流單元以及一全橋驅動控制電路400,用以轉換ー輸入電源VIN成一直流輸出以提供ー發光二極體模塊430發光所需的電力。全橋式開關電路包含一第一電晶體開關Ml、一第二電晶體開關M2、一第三電晶體開關M3及一第四電晶體開關M4。諧振單元包含一一次側及一二次側，諧振単元的一次側部分主要包含ー諧振電容Cr、一變壓器T的一次側，諧振單元的二次側部分主要包含變壓器T的二次側及ー諧振電感L，而整流単元包含同步整流控制器480、一第五電晶體開關M5、一第六電晶體開關M6以及輸出電容Co。諧振單元、全橋式開關電路及整流単元的電路連接關係和作用請參考上述該些實施例的相關描述，在此不再累述。發光二極體模塊430包含多個發光二極體串，每ー發光二極體串一端耦接整流単元的直流輸出。一均流単元440具有多個均流端用以對應耦接發光二極體串的另一端，使每ー發光二極體串流經大致相同電流值。一端電壓選擇單元445耦接均流單元440的多個均流端，以根據多個均流端的電壓產生一反饋檢測信號FB。

全橋驅動控制電路400包含一反饋控制電路410、一全橋驅動電路420及一保護電路470。反饋控制電路410根據反饋檢測信號FB產生ー脈寬控制信號PC。全橋驅動電路420根據脈寬控制信號PC產生ー第一控制信號SI、一第二控制信號S2、一第三控制信號S3以及ー第四控制信號S4，以分別控制第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4的導通及關閉。反饋控制電路410包含一誤差放大器402、一比較器404及ー導通計時電路。導通計時電路包含一反相器406、一異或門408、ー電容409、一電流源IS及開關Swl、Sw2，用以對每次第ー導通路徑及第ニ導通路徑的導通時間計時並產生ー計時信號。反饋控制電路410各電路組件的連接關係及運作請參見圖8的說明。全橋驅動電路420包含一諧振頻率檢測電路、RS觸發器416、418、426、428以及延遲電路412、422、417、427，以根據預定的切換順序導通第一導通路徑及第ニ導通路徑，井根據脈寬控制信號PC依序關閉第一導通路徑及第ニ導通路徑。諧振頻率檢測電路包含比較器411、421，耦接諧振単元以檢測諧振單元的諧振電流，用以判斷諧振單元的諧振狀態並決定全橋驅動電路400的一操作頻率，使全橋驅動電路400的操作頻率高於諧振單元的諧振頻率。比較器411的反相輸入端耦接ー頻率檢測參考信號Vfr而非反相輸入端耦接諧振單元的第一輸入端LI以接收一第一頻率檢測信號Sil。比較器421的反相輸入端耦接頻率檢測參考信號Vfr而非反相輸入端耦接諧振単元的第二輸入端L2以接收一第二頻率檢測信號 Si2。全橋驅動控制電路400預設為於全橋式轉換電路啟動之初將先導通第一導通路徑，即輸出第一控制信號SI及第四控制信號S4以分別導通第一電晶體開關Ml及第四電晶體開關M4，並同時遮蔽(Blank)比較器411、421—預定遮蔽時間，以避免啟動之初的誤動作。當反饋控制電路410產生脈寬控制信號PC時，觸發RS觸發器426停止產生第四控制信號S4以關閉第四電晶體開關M4，此時第一導通路徑被關閉。當諧振單元的電流因釋能而逐漸下降，使第一頻率檢測信號Sil的準位高於頻率檢測參考信號Vfr的準位吋，比較器411輸出一切換信號S2』。切換信號S2』觸發RS觸發器428輸出第三控制信號S3以導通第三電晶體開關M3。延遲電路417接收切換信號S2』，並經ー預定延遲時間後重置RS觸發器418,以停止輸出第一控制信號SI而關閉第一電晶體開關Ml。延遲電路412檢測第一控制信號SI的下降沿，於判斷第一控制信號SI由高準位轉為低準位後一預定延遲時間，觸發RS觸發器416輸出第二控制信號S2以導通第二電晶體開關M2。此時，第二導通路徑被導通。當反饋控制電路410再度產生脈寬控制信號PC吋，觸發RS觸發器416停止產生第二控制信號S2以關閉第二電晶體開關M2，此時第二導通路徑被關閉。當諧振單元的電流因釋能而逐漸下降，使第一頻率檢測信號Si2的準位高於頻率檢測參考信號Vfr的準位吋，比較器421輸出一切換信號S4』。切換信號S4』觸發RS觸發器418輸出第一控制信號SI以導通第一電晶體開關Ml。延遲電路427接收切換信號S4』，並經ー預定延遲時間後重置RS觸發器428，以停止輸出第三控制信號S3而關閉第三電晶體開關M3。延遲電路422檢測第三控制信號S3的下降沿，於判斷第三控制信號S3由高準位轉為低準位後一預定延遲時間，觸發RS觸發器426輸出第四控制信號S4以導通第四電晶體開關M4。此時，第一導通路徑再度被導通。保護電路470包含了比較器472、474以及ー邏輯單元476。比較器472及比較器474分別根據過高壓判斷信號Vovp、過低壓判斷信號Vuvp及端電壓選擇單元445所產生的反饋檢測信號FB，於判斷均流単元440的均流端中最低電壓者的電壓低於或高於預定電壓 範圍時通知邏輯單元476進入保護模式。均流単元440於檢測到電路異常吋，也將產生一錯誤信號Fault至邏輯單元476，使邏輯單元476進入保護模式。另外，邏輯單元476也可以接收調光信號DM，以根據調光信號DM暫時停止及恢復傳送電カ至諧振單元的二次側而達到調光效果。請參見圖10，根據本發明的再一實施例的全橋式轉換電路的電路示意圖。與圖9所示實施例相較，主要的差異為本實施例是以頻率產生器來取代諧振頻率檢測電路，使電路的電磁幹擾(Electromagnetic Disturbance, EMI)更容易濾除，且不會有因可能的諧振頻率檢測錯誤而造成誤切換問題。詳細說明如下全橋式轉換電路包含一諧振單元、一全橋式開關電路、一整流單元以及一全橋驅動控制電路500,用以轉換一輸入電源VIN成一直流輸出以提供ー發光二極體模塊530發光所需的電力。全橋式開關電路包含一第一電晶體開關Ml、一第二電晶體開關M2、一第三電晶體開關M3及一第四電晶體開關M4。諧振單元包含一一次側及一二次側，諧振単元的一次側部分主要包含ー諧振電容Cr、一變壓器T的一次側，諧振單元的二次側部分主要包含變壓器T的二次側及ー諧振電感L，而整流単元包含一同步整流控制器580、一第五電晶體開關M5、一第六電晶體開關M6以及輸出電容Co。諧振單元、全橋式開關電路及整流単元的電路連接關係和作用請參考上述該些實施例的相關描述，在此不再累述。發光二極體模塊530包含多個發光二極體串，每ー發光二極體串一端耦接整流単元的直流輸出。一均流単元540具有多個均流端用以對應耦接發光二極體串的另一端，使每ー發光二極體串流經大致相同電流值。均流単元540若檢測到任何操作異常，而造成均流端的電流或電壓異常，將產生ー錯誤信號Fault。另外，一電壓檢測電路535耦接輸出電容Co，以根據全橋式轉換電路的輸出電壓產生一反饋檢測信號FB。全橋驅動控制電路500包含一反饋控制電路510、一全橋驅動電路520及一保護電路570。反饋控制電路510根據反饋檢測信號FB產生ー脈寬控制信號PC。全橋驅動電路520根據脈寬控制信號PC產生ー第一控制信號SI、一第二控制信號S2、一第三控制信號S3以及ー第四控制信號S4，以分別控制第一電晶體開關Ml、第二電晶體開關M2、第三電晶體開關M3及第四電晶體開關M4的導通及關閉。反饋控制電路510包含一誤差放大器502、一比較器504及一導通計時電路。導通計時電路包含一反相器506、一異或門508、一電容509、一電流源IS及開關Swl、Sw2，用以對每次第ー導通路徑及第ニ導通路徑的導通時間計時並產生ー計時信號。反饋控制電路510各電路組件的連接關係及運作請參見圖8的說明。全橋驅動電路520包含一反相器515、一頻率產生器525、RS觸發器516、518、526、528以及延遲電路517、527，以根據預定的切換順序導通第一導通路徑及第ニ導通路徑，井根據脈寬控制信號PC依序關閉第一導通路徑及第ニ導通路徑。頻率產生器525耦接ー頻率設定單元Rfrq，以根據頻率設定單元Rfrq來調整所產生的ー頻率信號的頻率，使全橋驅動電路500的操作頻率高於諧振單元的諧振頻率。頻率產生器525產生的頻率信號的脈寬為50%，耦接RS觸發器526的設定端S及通過反相器515耦接RS觸發器516的設定端S，以分別觸發產生第四控制信號S4及第ニ控制信號S2。全橋驅動電路520中其它的電路操作請對應參照圖9所示的全橋驅動電路420的說明，在此不累述。保護電路570包含了比較器572、574以及ー邏輯單元576。比較器572及比較器574分別根據過高壓判斷信號Vovp、過低壓判斷信號Vuvp及電壓檢測電路535所產生的反 饋檢測信號FB，於判斷全橋式轉換電路的輸出電壓低於或高於預定電壓範圍時通知邏輯單元576進入保護模式。邏輯單元576也同時耦接均流単元540，於接收錯誤信號Fault時進入保護模式。另外，邏輯單元576也可以接收調光信號DM，以根據調光信號DM暫時停止及恢復傳送電カ至諧振單元的二次側而達到調光效果。前述的實施例，於無法將所有的電晶體開關於導通轉為關閉時完全達到軟開關。例如圖10所示的實施例，第二電晶體開關M2及第四電晶體開關M4仍以硬切換方式由導通轉為關閉。因此可以在第二電晶體開關M2及第四電晶體開關M4並聯ー軟開關電容來達到由導通轉為關閉時的軟開關。請參見圖11，為根據圖10所示實施例加入軟開關電容的電路示意圖。利用分別並聯軟開關電容Cl、C2至第二電晶體開關M2、第四電晶體開關M4，使第二電晶體開關M2及第四電晶體開關M4在導通轉為關閉的這段時間內，維持第二電晶體開關M2及第四電晶體開關M4的源極漏極端電壓差在ー預定範圍內，使此時的切換損失降低。其它部分電路的運作，請參照圖10的說明。當然，若導通時間重疊的電晶體開關為第ニ電晶體開關M2及第四電晶體開關M4，則軟開關電容Cl、C2可改為與第一電晶體開關Ml及第三電晶體開關M3並聯。如上所述，本發明完全符合專利三要件新穎性、創造性和產業上的實用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟悉本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明的範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效的變化與置換，均應設為涵蓋於本發明的範疇內。因此，本發明的保護範圍當以所附的權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求
1.ー種全橋式轉換電路，用以提供一直流輸出，其特徵在於，包含 一諧振單元，包含一一次側及一二次側； 一第一電晶體開關，耦接一輸入電源及該一次側的ー第一端； 一第二電晶體開關，耦接該一次側的該第一端以及一共同電位； 一第三電晶體開關，稱接該輸入電源及該一次側的ー第二端； 一第四電晶體開關，耦接該一次側的該第二端以及該共同電位； 一整流単元，耦接該諧振單元的該二次側，用以對該諧振單元的電カ進行整流而輸出該直流輸出；以及 ー全橋驅動控制電路，以ー操作頻率控制該第一電晶體開關、該第二電晶體開關、該第三電晶體開關及該第四電晶體開關的導通及關閉，使該第一電晶體開關及該第二電晶體開關不同時導通且該第三電晶體開關及該第四電晶體開關不同時導通，其中該操作頻率高於該諧振単元的一諧振頻率。
2.根據權利要求I所述的全橋式轉換電路，其特徵在幹，該全橋驅動控制電路包含一諧振頻率檢測電路，該諧振頻率檢測電路耦接該諧振単元以檢測該諧振単元的輸入端電壓或諧振電流，並據此調整該操作頻率。
3.根據權利要求I所述的全橋式轉換電路，其特徵在幹，該全橋驅動控制電路包含一輸入電壓檢測電路及一斜坡產生器，該輸入電壓檢測電路根據該輸入電源產生一振幅調整信號，該斜坡產生器根據該振幅調整信號調整所產生的ー斜坡信號的振幅大小。
4.根據權利要求I 3中任ー權利要求所述的全橋式轉換電路,其特徵在於,該第一電晶體開關以及該第二電晶體開關其中之一被關閉後，另ー於ー預定時間後被導通，而該第三電晶體開關以及該第四電晶體開關其中之一被關閉後，另ー於該預定時間後被導通。
5.根據權利要求4所述的全橋式轉換電路，其特徵在幹，當該第二電晶體開關及該第三電晶體開關同時導通時，該第二電晶體開關及該第三電晶體開關其中之ー於流經該第二電晶體開關及該第三電晶體開關的一電流小於ー預定電流值時被關閉。
6.根據權利要求4所述的全橋式轉換電路，其特徵在幹，當該第一電晶體開關及該第四電晶體開關同時導通時，該第一電晶體開關及該第四電晶體開關其中之ー於流經該第一電晶體開關及該第四電晶體開關的一電流小於ー預定電流值時被關閉。
7.根據權利要求4所述的全橋式轉換電路，其特徵在幹，該第一電晶體開關及該第三電晶體開關每一次被導通的時間長度固定，或者該第二電晶體開關及該第四電晶體開關每一次被導通的時間長度固定。
8.根據權利要求I 3中任ー權利要求所述的全橋式轉換電路,其特徵在於,還包含一發光二極體模塊耦接該整流単元，其中該全橋式驅動控制器根據該直流輸出的ー輸出電壓控制該第一電晶體開關、該第二電晶體開關、該第三電晶體開關及該第四電晶體開關導通及關閉，於該輸出電壓大於ー過高壓值或低於ー過低壓值時，同時關閉該第一電晶體開關、該第二電晶體開關、該第三電晶體開關及該第四電晶體開關。
9.根據權利要求I 3中任ー權利要求所述的全橋式轉換電路,其特徵在於,還包含一發光二極體模塊以及一均流単元，其中該發光二極體模塊耦接該整流單元並具有多個發光ニ極管串，該均流単元具有多個均流端用以對應耦接該多個發光二極體串使每ー發光二極體串流經大致相同的電流值，該全橋式驅動控制器根據該多個均流端的電壓控制該第一電晶體開關、該第二電晶體開關、該第三電晶體開關及該第四電晶體開關導通及關閉。
10.根據權利要求9所述的全橋式轉換電路，其特徵在於，該整流単元包含一同步整流控制器及兩電晶體開關，該兩電晶體開關耦接該諧振単元的該二次側，該同步整流控制器根據該二次側的電壓、電流或其組合控制該兩電晶體開關的導通與關閉。
11.根據權利要求I所述的全橋式轉換電路，其特徵在幹，還包含一第一電容及一第ニ電容，其中該第一電容與該第一電晶體開關並聯以及該第二電容與該第三電晶體開關並聯；或者該第一電容與該第二晶體開關並聯以及該第二電容與該第四晶體開關並聯。
12.—種全橋驅動控制電路，其特徵在於，包含 一反饋控制電路，根據一反饋檢測信號產生ー脈寬控制信號；以及 一全橋驅動電路，根據該脈寬控制信號產生ー第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號以及ー第四控制信號，用以分別控制ー全橋式開關電路中的一第一電晶體開關、一第二電晶體開關、一第三電晶體開關及一第四電晶體開關的導通及關閉，其中該第一電晶體開關及該第四電晶體開關控制一第一導通路徑，該第二電晶體開關及該第三電晶體開關控制一第二導通路徑，該第一電晶體開關與該第二電晶體開關形成一第一直臂且第三電晶體開關與該第四電晶體開關形成一第二直臂； 其中，該全橋驅動電路於該第一導通路徑關閉後才導通該第二電晶體開關及該第三電晶體開關其中之一，於該第二導通路徑關閉後才導通該第一電晶體開關及該第四電晶體開關其中之一，該第一電晶體開關與該第二電晶體開關不同時導通且該第二電晶體開關與該第三電晶體開關不同時導通。
13.根據權利要求12所述的全橋驅動控制電路，其特徵在於，還包含一諧振頻率檢測電路，該諧振頻率檢測電路耦接ー諧振單元以檢測該諧振単元的諧振電流，並據此決定該全橋驅動電路的一操作頻率。
14.根據權利要求12所述的全橋驅動控制電路，其特徵在於，該反饋控制電路包含一導通計時電路及一誤差放大器，該誤差放大器根據該反饋檢測信號產生ー誤差放大信號，該導通計時電路於該第一導通路徑導通時及該第二導通路徑導通時開始計時並產生ー計時信號，該反饋控制電路根據該誤差放大信號及該計時信號產生該脈寬控制信號。
15.根據權利要求12 14中任ー權利要求所述的全橋驅動控制電路，其特徵在於，還包含一保護電路，該保護電路接收ー輸出電壓檢測信號，並於該輸出電壓檢測信號的準位高於ー預定過高壓值或低於ー預定過低壓值時，產生一保護信號，使該全橋驅動電路停止產生該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號以及該第四控制信號。
16.一種全橋驅動控制電路，其特徵在於，包含 一反饋控制電路，根據一反饋檢測信號產生ー脈寬控制信號； 一頻率產生器,產生ー頻率信號；以及 一全橋驅動電路，根據該脈寬控制信號及該頻率信號產生ー第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號以及ー第四控制信號，用以分別控制ー全橋式開關電路中的一第一電晶體開關、一第二電晶體開關、一第三電晶體開關及一第四電晶體開關的導通及關閉，其中該第一電晶體開關及該第四電晶體開關控制一第一導通路徑，該第二電晶體開關及該第三電晶體開關控制一第二導通路徑，該第一電晶體開關與該第二電晶體開關形成一第一直臂且第三電晶體開關與該第四電晶體開關形成一第二直臂；其中，該全橋驅動電路於該第一導通路徑關閉後才導通該第二電晶體開關及該第三電晶體開關其中之一，於該第二導通路徑關閉後才導通該第一電晶體開關及該第四電晶體開關其中之一，該第一電晶體開關與該第二電晶體開關不同時導通且該第二電晶體開關與該第三電晶體開關不同時導通。
17.根據權利要求16所述的全橋驅動控制電路，其特徵在於，還包含一頻率設定單元耦接該頻率產生器，其中該頻率產生器根據該頻率設定單元調整該頻率信號的頻率。
18.根據權利要求17所述的全橋驅動控制電路，其特徵在於，還包含一輸入電壓檢測電路，該輸入電壓檢測電路根據耦接該全橋式開關電路的ー輸入電源產生ー振幅調整信號，該頻率產生器產生ー斜坡信號井根據該振幅調整信號調整該斜坡信號的振幅大小，以及該全橋驅動電路根據該斜坡信號產生該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號以及該第四控制信號。
19.根據權利要求17所述的全橋驅動控制電路，其特徵在於，該第一控制信號及該第三控制信號具有固定佔空比，或者該第二控制信號及該第四控制信號具有固定佔空比。
20.根據權利要求16 19中任ー權利要求所述的全橋驅動控制電路，其特徵在於，還包含一保護電路，該保護電路接收ー輸出電壓檢測信號，並於該輸出電壓檢測信號的準位高於ー預定過高壓值或低於ー預定過低壓值時，產生一保護信號，使該全橋驅動電路停止產生該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號以及該第四控制信號。
全文摘要
本發明揭露了一種具有軟開關功能的全橋式轉換電路及全橋驅動控制電路，以提供一直流輸出。本發明是利用全橋式轉換電路中的諧振單元，使電路上的電流以諧振頻率波動。而全橋驅動控制電路則以高於諧振頻率的一操作頻率進行全橋式電晶體開關的切換，藉此達到軟開關的優點。
文檔編號H05B37/02GK102684499SQ20111035398
公開日2012年9月19日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年3月8日
發明者餘仲哲, 徐獻松, 李立民 申請人:登豐微電子股份有限公司