TW201037937A - Current balancing apparatus, current balancing method, and power supply apparatus - Google Patents

Description

201037937 六、發明說明： 【技術領域】 本發明涉及一種用於平衡流經並聯連接的複數個負载 的電流之電流平衡裝置、電流平衡方法和電源供應裝置。 【先前技術】 作為向複數個負載供電的裝置的一個實例，曰本待審 、專利申請公開案第2003_332624號（文獻^中公開了一種 Ο 用於點亮複數個LED (發光二極體）的裝置。 圖1顯不了文獻1中公開的LED驅動裝置。該裝置具 有DC電源Vdd、升壓電路27、LED2i_26'下沉式驅動器 (smk driver) 12-14、旁路單元15_17、以及選擇器18。下 /儿式驅動器114響應于時分信號S 1 -S3而導通/斷開。下 此式驅動器12-14的各末端與端子p23_p25中相關的一個相 連並且知子P23-P25又都與LED 21-26相連。旁路單元 〇 I5-17與下沉式驅動器12_i4並聯連接，並且當下沉式驅動 器12-14斷開時流過電流，該流過的電流較小不足以使 21-26發射光。 選擇器18檢測下沉式驅動器12_14中—個的汲極·源極 電壓和流經LED 21_26的三條線路中的一條的電流，並且 控制升壓電路（轉換器）27的輸出電壓。 根據上述現有技術，在點亮LED 21-26的期間内下沉 式驅動器12-14使得LED 21-26流經必要的電流。在不點亮 LED 21-26的期間内下沉式驅動器12_14停止電流並且旁路 單元15-17旁路小的電流，從而防止了轉換器27的輸出電 201037937 壓跳躍（jump up )。 例如，在曰本待審專利申請公開案第HI 1-67471號和 第2002_8409號中還公開了其他的現有技術。 【發明内容】 根據圖1所示的現有技術，升壓電抗器L27和高頻開 關Q27被用來生成升壓、兩頻電壓，通過二極體D27和電 解電容器C27整流並且平滑該升壓、高頻電壓，以對led 21-26施加升壓DC電壓。 Ά v ^ u祁應、地，流經 串聯連接的LED 21_26的電流彼此之間不相等。因此，現 有技術使用了作為恒定雷冷雷玫, ,„ 疋電流電路（電流鏡像電路）的下沉 式驅動窃12-14,根據不同的Vf 流經—6的電流彼此之間::加：的電壓，以使 …引起基於所施加帽的損：，=沉式驅動器 本發明提供了 —種電流平衡/置耗^會降低效率。 源供應裝置，其能夠最小化在平衡電〜平衡方法和電 生的損耗並且提高效率。 、Ά負載的電流時所產 根據本發明的第 '態樣，一種電 第一變壓器，其 以千衡裝置，包括： 卉具有第一初級線圏和盥 磁麵合的第-次級線圈，所述第—初紹第一初級線圈 負载相連的第一端， 級線圈具有與第一 ’ 通第一負載通過第—# 器，其具有第二初級線圈和與所述第 電流，·第二變廢 的第二次級線圏，所述L 4第二初級線圈電磁耦合 之第一初級線圈具； 的第—端，該第二負# 、有輿第二負載相連 裁通過第二電流，·以及串聯電路，其 201037937 - 包括所述第一次級餘m •胃，其中，流經二次級線圈和電流平滑 負載的第二電流彼此平衡。 電親和 經所述第二 根據本發明的第- 串聯諧振電…包：：樣’一種電源供應裝置，包括： 使得電流流經所述串聯1數個開關兀件’其用於 聯5白振電路；第一鑤厭gg： .. 串聯諧振電路的輸出變壓器’其與所述 子目連’並且所述第一 μ 初級線圈和與所述敏 變壓益具有第/ r% 初級線圈電磁叙人的货 u Λ出 〇圈，所述第-初級線圈具有與 第-次級線 二變壓器，其與所^ 貞載相連的第一端；第 第二變壓器且右坌_、 相連，並且所述 以的第二次級線圈，所述第第—喊線圈電磁 相遠的楚# .一初級線圈具有與第二負載 相運的第一端；串聯 -，、匕括所述第一次級線圈、第 ^ ^ ^ ^ ^ 态，電流檢測器，其用於檢測流經 所迷串聯電路的雷详. 檢測、、爪，控制器，其用於根據所述電流 〇 °、1 ，導通/斷開所述複數個開關元件。 :據本發明的第三態樣，一種電流平衡方法，包括： ί接第一變壓器的初級線圈和第-負載，該第—負載通過 電在，連接第二變壓器的初級線圈和第二負載，該第 二負载通過第-雷冷.士说L;fc 磓弟一電机，串聯地連接與所述第一變壓器的初 級線圈電磁麵合的所述第一變壓器的次級線圈、與所述第 的初級線圈電磁耦合的所述第二變壓器的次級線 、電机平π器，由此流過電流用於彼此平衡所述第 一負载的電流和所述第二負載的電流。 據本發明的上述這些態樣，構成了串聯電路的第一 201037937 次級線圈、第二次級線圈和電流平滑器可流過用於平衡第 一電流和第二電流的電流，由此降低了在平衡流經負載的 電流時產生的損耗並且提高了效率。 【實施方式】 下面參考附圖’詳細地說明根據本發明實施例的電流 平衡裝置、電流平衡方法和電源供應裝置。 圖2是顯示了根據本發明實施例的具有電流平衡裝置 的電源供應裝置的方塊圖。在這個實施例中，具有電流平 衡裝置的電源供應裝置被用作LED點亮裝置。 在圖2中’ DC電源Vin的兩端都與包含MOSFET製成 的開關元件Q1和Q2的串聯電路相連，開關元件Q1和Q2 之間的連接點與包含變壓器T的初級線圈Np和電流諧振電 谷器Cri的串聯諧振電路相連。變壓器τ具有漏電感。 變壓器Τ具有次級線圏Ns，其第一端與串聯連接的 LED 21a-21e、串聯連接的LED 22a 22e、以及飛輪 (fly wheel )二極體 d 1 〇 相連。 變壓器T的次級線圈Ns的第二端與串聯連接的LED 23a-23e、串聯連接的LED 24a_24e、以及飛輪二極體dii 相連。 LED 21e的陰極與變壓器T1 (對應於申請專利範圍中 指明的“第一變壓器”）的初級線圈ρι的第一端相連。初 級線圈P1的第二端接地。LED 22e的陰極與變壓器T2 (對 應於申請專利範圍中指明的“第一變壓器”）的初級線圏 Ρ2的第一端相連。初級線圈ρ2的第二端接地。 201037937 LED 23e的陰極與變壓器T3 (對應於申請專利範圍中 指明的第二變壓器”）的初級線圈Ρ3的第一端相連。初 級線圈Ρ3的第二端接地。LED 24e的陰極與變壓器τ4 (對 應於申請專利範圍中指明的“第二變壓器”）的初級線圈 Ρ4的第一端相連。初級線圈ρ4的第二端接地。 變壓器τι的次級線圈S1、變壓器Τ2的次級線圈s2、 變壓器T3的次級線圈S3、變壓器丁4的次級線圈S4、電阻 0 器Rs以及電抗器L1串聯連接以形成閉回路恒定電流電 路。由於恒定電流電路的功能使其可以作為平衡電路來操 作。電抗器L1對應於申請專利範圍中所指明的“電流平滑 器”並且平滑流經恒定電流電路的電流。在平滑後的電流 中留下了 AC分;g以實現電流平衡動作（隨後說明）。 電阻器Rs和次級線圈S4之間的連接點接地。電阻器

Rs用作電流檢測器。電阻器Rs和電抗器L1之間的連接點 與包含電阻器R3和電容器C3的串聯電路相連。該串聯電 ^ 路將包含AC分量的電壓轉換為DC電壓。 脈波頻率調變（Pulse Frequency Modulation、PFM)電路 1比較電容器C3的電壓和參考電壓Vref並且生成脈衝信 號。此時，PFM電路1根據電容器C3的電壓來改變脈衝信 號的頻率。 反向器2反轉來自PFM電路的脈衝信號並且將反轉後 的脈衝k號提供給高側驅動器4。低側驅動器3從PFM電 路1接收脈衝信號，並且根據脈衝信號來導通/斷開開關元 件Q1。局側驅動器4根據來自反向器2的反轉後的脈衝信 號導通/斷開開關元件q2。 201037937 交替地導通/斷開開關元件Q1和Q2，脈衝信號的頻率

控制對 LED 21a-21e、LED 22a-22e、LED 23a-23e、以及 LED 24a_24e的輸入電壓。 下面參考圖3說明上述配置的LED點亮裝置的操作。 在圖3中’波形Qiv是開關元件qi的汲極_源極電壓， 波形Qli是開關元件Q1的汲極電流，波形q2v是開關元件 Q2的汲極-源極電壓，波形Q2i是開關元件Q2的汲極電流， 波形D10i是流經飛輪二極體D1〇的電流，而波形Dlu是 流經飛輪二極體Dl 1的電流。 在時刻t0，開關元件q丨斷開並且開關元件q2導通以 使電流Q2i在負（逆時針）方向上流經沿Vin (正端子）、 Q2、Np、Cri和Vin (負端子）的路徑。隨著時間的推移， 電流增大到正（順時針）方向以對電流諧振電容器Cri充電。 此時變壓Is T的次級線圈Ns生成電壓，以使變壓器 電流Nsi、LED電流、以及電流Di u流過沿著Ns的第一端、 LED21a-21e(LED22a-22e)、P1(P2)、D11 和 Ns 的第 二端的路徑。 在時刻tl，開關元件Q2斷開並且開關元件qi導通。 變壓器T的初級線圈Np生成反方向的電壓以使電流在 負（順時針）方向上流經沿Cri、Np、Q1和Cri的路徑。 隨著時間的推移，電流增大到正（逆時針）方向以使電流 諸振電容器Cri放電。 此時，變壓器T的次級線圈Ns回應于初級線圈Np生 成的反方向電壓而生成電壓。這使得變壓器電流Nsi、led 電流、以及電流D10i流過沿著Ns的第二端、LED23a_23e 10 201037937 (LED24a-24e)、P3(P4)、D10 和 Ns 的第—端的路徑。 即’流經 LED 23a-23e 和 P3 ( LED 24a-24e 和 P4)的 電流具有AC分量，該AC分量具有與流經LED 2 la-2 le和 PI ( LED 22a-22e和P2)的電流相比實質上相差18〇度的 相位差《時刻t2後的操作與從t0至t2的週期内的操作相 同’因此不再對其贅述。 下面將會說明根據本發明實施例的電流平衡方法。 0 如上所述，在時刻t0，LED 21a-21e和變壓器T1的初 級線圈P1流過相等的LED電流《上述LED電流可使初級 線圈P1生成磁通。該磁通可使變壓器T1的次級線圈S1也 生成磁通。該磁通可使次級線圈S1生成流經閉回路恒定電 - 流電路的電流。 - 此外’在時刻t0，LED 22a-22e和變壓器T2的初級線 圈P2流過相等的LED電流。上述LED電流可使初級線圏 P2生成磁通。該磁通可使變壓器T2的次級線圈s2也生成 Q 磁通。該磁通可使次級線圈S2生成流經閉回路桓定電流電 路的電流。 在時刻tl，LED 23a-23e和變壓器T3的初級線圈P3 流過相等的LED電流。上述LED電流可使初級線圈P3生 成磁通。該磁通可使變壓器T3的次級線圈S3也生成磁通。 該磁通可使次級線圈S3生成流經閉回路恒定電流電路的電 气。 此外’在時刻tl，LED 24a-24e和變壓器T4的初級線 圈P4流過相等的LED電流。上述LED電流可使初級線圈 生成磁通。該磁通可使變壓器T4的次級線圈S4也生成 201037937 磁通。該磁通可使次級線圏S4生成流經閉回路恒定電流電 路的電流。 基於由次級線圈S 1 -S4生成的磁通的電流都流經閉回 路恒疋電流電路’因此即使電流本身彼此之間不同仍可獲 得平衡的（均值化的）恒定值。這實現了對於次級線圈s丨_S4 生成的磁通的平衡（均值化），由此獲得了對於初級線圈 P 1-P4生成的磁通的平衡（均值化）。結果，使得流經[ED 21a-21e和初級線圈pi的LED電流、流經LED 22a-22e和 初級線圈P2的LED電流 '流經LED 23a-23e和初級線圈 P3的LED電流、以及流經LED 24a-24e和初級線圈P4的 LED電流彼此之間獲得平衡（均值化）。 以上述方式，LED點亮裝置，即根據本實施例的具有 電流平衡裝置的電源供應裝置可平衡（均值化）流經初級 線圈P1-P4的電流。電抗器L1平滑LED電流。結果，LED 21a-21e、LED 22a-22e、LED 23a-23e、以及 LED 24a-24e 可均衡地發光。 本實施例沒有使用現有技術中由恒定電流驅動器製成 的下沉式驅動器12-14’因此本實施例可降低平衡電路中的 損耗並且提高效率。 根據本實施例’ PFM電路1比較代表電流檢測器檢測 到的電流的電壓和參考電壓Vref，從而交替地導通/斷開開 關元件Q1和Q2並且控制向LED 21a-21e、LED 22a-22e、 LED 23a-23e、以及LED 24a-24e提供的電壓。即，本實施 例不需要現有技術中使用的具有短使用壽命的電解電容器 C27。因此’ LED點亮裝置’即根據本實施例的具有電流平 12 201037937 衡裝置的電源供應裝置可以低成本地製造，體積較小，並 且具有較長的使用壽命。 本發明並不局限於如上所述的LED點亮裝置。根據上 述實施例’變壓器τ的次級線圈Ns的第—端可與兩組串聯 連接的LED相連’並且次級線_ Ns $第二端可與兩組串聯 連接的LED相連。串聯連接的LED的組的個數是可選的， 例如可以是一組、三組或更多組，只要次級線圈Ns的第— 端和第二端中的每一端都與相同組數的串聯連接的LED相 連即可。 本發明可應用到LED點亮裝置以點亮作為例如液晶顯 示器的背光的LED。 本申請主張2009年2月3日提交的日本專利申請第 2009-022415號的優先權權益，該申請的全部内容都通過參 考包括在這裏。儘管如上通過本發明的特定實施例說明了 本發明，但是本發明並不局限於如上所述的實施例。本領 域技術人員在上面的教示下可以對如上所述的實施例作出 各種變形和改變》通過所述的申請專利範圍來限定本發明 的範圍。 【圖式簡單說明】 圖1是顯示了根據現有技術的LED點亮裝置的方塊圖； 圖2是顯示了根據本發明實施例的具有電流平衡装置 的電源供應裝置的方塊圖；以及 圖3是顯示了圖2中的電源供應裝置的操作的時序圖。 13 201037937 【主要元件符號說明】 1 脈波頻率調變（PFM)電路 2 反向器 3 低側驅動器 4 高側驅動器 11 控制器 12-14 下沉式驅動器 15-17 旁路單元 18 選擇器 21-26 發光二極體（LED ) 21a-21e LED 22a-22e LED 23a-23e LED 24a-24e LED 27 升壓電路 C3 電容器 C27 電解電容器 Cri 電流譜振電容 DIO > Dll 飛輪二極體 D27 二極體 LI 電抗器 L27 升壓電抗器 Np 初級線圈 Ns 次級線圈 P1-P4 初級線圈 14 201037937 PI 1、P13-P15、P21、P23-P25 端子 Q1、Q2 開關元件 Qli、Qlv 波形 Q2i、Q2v 波形 DIOi > Dili 波形 Q27 高頻開關 R3 電阻器 RS 電阻器 S1-S4 次級線圈 T 、 T1-T4 變壓器 Vin DC電源 Vref 參考電壓 15

Claims (1)

1. 201037937 七、申請專利範圍·· 1·一種電流平衡裝置，包括. 第一變壓器，其具有 . 線圈電磁麵合的第一次級線^級線圈和與所述第一初級 第一負載相連的第一端；。~述第—初級線圈具有與 第二變壓器，其具有 ,^ A 、乐二初級線圈和盥所μ贫. 線圈電磁麵合的第二次級線_ 第-初級 第二負載相連的第一端；以及述第一初級線圈具有與 串聯電路，其包括 線圈和電流平滑巧，其中第一次級線圈、所述第二次級 和流經所述第二負載經所述第一負载的第一電流 貝戰的第一電流彼此平衡。 2.根據申請專利範圍笛， 圍第1項所述的電流平 中，所述第一電流相對於所i+、@ *衡裝置，其 3根撼… 第二電流具有180度相位差。 J.根據申凊專利範圍坌， 圍第1項所述的電流平衡裝置，其 中所述第—初級線圈的第_唑“ &、+. # 二端接地。 第-、和所述第二初級線圈的第 4 ·根據申請專利截jji楚 寻才】靶圍第1項所述的電流平衡裝 中所述負載中的每一個老[J且女始·》、 母個都具有整流元件和再生元件。 根據申Μ專利範圍第2項所述的電流平衡裝置 中，所述負載中的每一個都具有整流元件和再生元件。、 根據申。月專利範圍第3項所述的電流平衡裝置 中’所述負栽中的每—個都具有整流元件和再生元件。、 7·~種電源供應裝置，包括： 串聯諧振電路，其包括變壓器； 複數個開關元件，其用於使得電流流經所述串聯错振 16 201037937 電路； 第，器，其與所述串聯諧振電路 且所述第-變麼器具有第—初:相連，並 圈電磁麵合的第-次級線圈，所述第— :級線 一負載相連的第一端； 線圈具有與第 第二變麼器，装血 益其與所4串聯譜振電 且所述第二變壓骞且右筮_、 輸出相連，並 0 〇 圏電磁麵合的第二次級線圈， 攻第二初級線 二負载相連的第一端； 21第-初級線圈具有與第 串聯電路’其包括所述第一次級線圈 和電流平滑器； 弟一-人級線圏 電流檢測器，其用於檢測 以及 H經所述串聯電路的電流，· 控制器，其用於根據所述電流檢測 開所述複數個開關元件。 導通/斷 8.—種電流平衡方法，包括： 連接第一變壓器的初級線圈和第一負載· 連接第二變愿器的初級線圈和第二負載’·以及 串聯地連接與所述第一變遷 ， 變壓器的初級線圈電磁耦合的 所述第一變壓器的次級線圈、與 €耦口的 ㈤雨人a 攻第一變遷器的初級線 圈電磁耦a的所述第二變壓器的 叹綠圈、以及電流平滑 器，由此流過電流用於彼此平衡 述第二負載的電流。 所攻第-負載的電流和所 17