專利名稱：以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種同步式減振電路，尤其涉及一種以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路。
背景技術：
隨著科技演進，交換式電源也有走向短小輕薄的趨勢。要想縮小其尺寸的必要條件乃更高的效率、更簡易的架構。
一般而言，馳返式轉換電路不易達到高效能的主要原因為，在轉換電路中，變壓器的泄漏電感所造成的轉換損失。雖然，越大的輸出峰值電流會產生越大的傳導損耗，但是，有時為了能提供所需輸出的電壓和電流值，以傳統的做法也只有這個辦法。不過，若超過額定的電壓或電流，轉換電路中的開關元件容易受到沖擊而損壞，并且會有電磁輻射干擾(EMI)產生。所以，為了避免此問題，通常都會借著一般型的無損緩沖器(snubber)線路，將變壓器的泄漏電感所產生的虛功率，轉化成熱能而排出，避免開關元件容易受到沖擊而損壞，同時也可以抑制EMI的產生。
然而，此種做法并沒有解決泄漏電感所造成的轉換損失，轉換電路仍無法有效提高其轉換效率，且還會額外增加散熱結構的成本。
發明內容
本發明的目的在于設計一種以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路，與一種交換電源轉換裝置的一種同步整流器整合，用以改善馳返式交換電源轉換器的效率。此一同步式減振電路也能改善功率切換元件在切換時所產生的突波電壓(surge)，避免損毀該功率切換元件。
馳返式交換電路操作時的電流切換，除了造成非常高的突波電壓，而且也造成電磁輻射干擾。為了避免突波電壓損毀電路，常使用減振電路以消除該突波電壓。減振的方式即為將變壓器的泄漏電感所儲存的電能以熱的形式消耗掉。這種方式可以降低瞬間的突波電壓或電流，同時，也可以抑制電磁輻射干擾。然而，此一方式卻也會有額外熱能的產生，以及功率轉換的效率變差的副作用。另外，釋放高熱能的散熱片也會使得整個電源交換電路不符合輕薄短小的趨勢，因此，如何有效利用泄漏電感的儲存電能不以熱的形式消耗，而能提高電路的效率，則為本發明的主要目的。
為達到上述目的，本發明提供一種以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路，該同步減振電路與一種交換電源轉換裝置的一種同步整流器整合，其中該交換電源轉換裝置包括一同步整流器，提供一輸入端至一輸出端功率移轉的一途徑，該同步整流器的一第一功率開關以反復切換的方式將一輸入功率間歇性的饋入一第一功率變壓器、一整流器控制器，通過一輸出電壓波幅信號，以產生導通該功率移轉的途徑與一虛功率移轉的途徑的控制信號、一隔離驅動器，提供一金屬氧化物半導體場效晶體管柵極控制信號、一光隔離器及誤差放大器，將一輸出電壓的一比較誤差經由光隔離器耦合、一波幅調變控制器，通過發出一脈沖寬度調變控制信號，使得該第一功率開關執行該功率移轉的途徑的導通、及一同步減振電路，提供該虛功率移轉的途徑，將該同步整流器中功率變壓器的泄漏電感的虛功率移轉至輸出端，使得輸入功率全部轉換為輸出功率，其中該同步減振電路包括一第二功率變壓器，具有一一次側繞組與一二次側繞組，該一次側繞組的一端電性連接至一第三電容器，該二次側的輸出電壓提供一輸出端的穩壓電流的來源；一第二功率開關，電性連接介于該第二功率變壓器的該一次側繞組與該第一功率變壓器的一一次側繞組之間，用來導通該第一功率變壓器的一泄漏電感的虛功率至輸出端；及一整流電路，電性連接介于該第二功率變壓器的該二次側繞組與該輸出端之間，提供該輸出端的穩壓電流。
根據上述構想的同步減振電路，其中該第二功率開關為一金屬氧化物半導體場效晶體管與反向并聯的一二極管所構成的一電流雙向開關(current-bidirectional switch)。
根據上述構想的同步減振電路，其中該第二功率開關的場效晶體管的一柵極電性連接至該隔離驅動器，接受來自該驅動器的控制信號，且該第二功率開關與該第一功率開關的電壓電平相反。
根據上述構想的同步減振電路，其中該整流電路為一橋式整流電路。
根據上述構想的同步減振電路，其中該第二功率開關、該第二功率變壓器的該一次側繞組及該第三電容器形成該第一功率變壓器的該泄漏電感的一功率路徑。
根據上述構想的同步減振電路，其中當該第二功率變壓器于該第一功率開關關閉且該第二功率開關打開時，將該第一功率變壓器的泄漏電感的能量所形成于該功率路徑的一共振電流由該一次側繞組轉移至該二次側繞組，并且流經該橋式整流器至該輸出端。
本發明還提供一種交換電源轉換裝置，其中包括一同步整流器，提供一輸入端至一輸出端功率的移轉；一整流器控制器，接受一電壓信號以產生控制信號；一隔離驅動器，提供一金屬氧化物半導體場效晶體管柵極控制信號；一光隔離器及誤差放大器，將一輸出電壓的一比較誤差經由光隔離器耦合；一波幅調變控制器，通過一脈沖寬度調變信號控制功率的導通；及一同步減振電路，將該同步整流器的泄漏電感的虛功率移轉至輸出端，該同步減振電路包括一第二功率變壓器，具有一一次側繞組與一二次側繞組，該一次側繞組的一端電性連接至一第三電容器，該二次側的輸出電壓提供一輸出端穩壓電流的來源；一第二功率開關，電性連接介于該第二功率變壓器的該一次側繞組與該第一功率變壓器的一一次側繞組之間，用來導通該第一功率變壓器的一泄漏電感的虛功率至輸出端；及一整流電路，電性連接介于該第二功率變壓器的該二次側繞組與該輸出端之間，提供該輸出端的穩壓電流。
根據上述構想的轉換裝置，其中該轉換裝置的該同步整流器包括一第一一功率開關、一第一功率變壓器，該第一功率開關以反復切換的方式將該第一功率變壓器的一一次側繞組磁性連接至該輸入端、一第三功率開關，該第一功率變壓器的一二次側繞組的一端電性連接至該第三功率開關的源極、一第三功率變壓器，其中一一次側繞組電性連結至該輸出端，一二次側繞組電性連接至該整流器控制器、一第二電容器，與該輸出端串聯。
根據上述構想的轉換裝置，其中該整流器控制器的一輸入端電性連接至該第三功率變壓器的該二次側繞組的兩端，一輸出端電性連接至該第三功率開關的柵極與該隔離驅動器，使得該第三功率開關在該同步整流器動作的半周期為打開的狀態。
根據上述構想的轉換裝置，其中該整流器控制器通過一輸出電壓波幅信號，以產生導通該功率移轉的途徑與一虛功率移轉的途徑的控制信號。
根據上述構想的轉換裝置，其中該第二功率開關為一金屬氧化物半導體場效晶體管與反向并聯的一二極管所構成的一電流雙向開關(current-bidirectional switch)。
根據上述構想的轉換裝置，其中該第二功率開關的場效晶體管的柵極電性連接至一隔離柵極驅動器，接受來自該驅動器的控制信號，且該第二功率開關與該第一功率開關的電壓電平相反。
根據上述構想的轉換裝置，其中該整流電路為一橋式整流電路。
根據上述構想的轉換裝置，其中該第二功率開關、該第二功率變壓器的該一次側繞組及該第三電容器形成該第一功率變壓器的泄漏電感的一功率路徑。
根據上述構想的轉換裝置，其中當該第二功率變壓器于該第一功率開關關閉且該第二功率開關打開時，將該第一功率變壓器的泄漏電感的能量所形成于該功率路徑的一共振電流由該一次側繞組轉移至該二次側繞組，并且流經該橋式整流器至該輸出端。
關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及附圖得到進一步的了解。
圖1為本發明以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路的示意圖。
其中10同步式減振電路
12第二功率開關14第二功率變壓器16整流電路18隔離驅動器20同步整流器22第一功率變壓器24整流器控制器26光隔離器及誤差放大器28波幅調變控制器30第一功率開關32第三功率開關具體實施方式
請參閱圖1，圖1為本發明以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路的示意圖。如圖1所示，一般常見的馳返式交換電源轉換器提供輸入端至輸出端的功率移轉(主功率)途徑，且由同步整流器20、整流器控制器24、光隔離器及誤差放大器26、波幅調變控制器28等元件所組成。而本發明的同步式減振電路10主要與此種交換電源轉換裝置中的同步整流器20整合，以改善于同步整流器20中的第一功率變壓器22因其泄漏電感所造成的轉換損失(虛功率)。
簡略而言，本發明主要的特點在于，通過特殊的電路設計，使得第一功率變壓器22所產生的主功率，經由主要由同步整流器20所構成的功率移轉途徑，輸出至Vout。而第一功率變壓器22所產生的虛功率，經由主要由同步式減振電路10所構成的虛功率轉移途徑，輸出至Vout。如此，使得交換電源轉換器所輸出的功率接近100％。
所以，本發明在于，同步式減振電路10本身以及為配合本發明同步式減振電路10的運作，在交換電源轉換器所作的配合運作方式。以下，將分別詳細說明功率移轉途徑、虛功率轉移途徑以及相對應的控制方法。在此大致介紹于馳返式交換電源轉換器之中的元件。同步整流器20中的第一功率開關30以反復切換的方式將一輸入功率間歇性的饋入第一功率變壓器22。整流器控制器24則通過輸出電壓波幅信號，以產生導通功率移轉途徑以及虛功率移轉途徑的控制信號。光隔離器及誤差放大器26將一輸出電壓的一比較誤差經由光隔離器耦合。波幅調變控制器28通過發出脈沖寬度調變控制信號，使得第一功率開關30執行功率移轉途徑的導通。而隔離驅動器18則提供金屬氧化物半導體場效晶體管柵極控制信號，以控制于同步減振電路10中的第二功率開關12，而導通虛功率轉移途徑，將同步整流器20中第一功率變壓器22的泄漏電感的虛功率移轉至輸出端，使得輸入功率近乎全部轉換為輸出功率。
另外，第二功率開關12可為金屬氧化物半導體場效晶體管與反向并聯的二極管所構成的電流雙向開關(current-bidirectional switch)，且第二功率開關12與第一功率開關30的電壓電平相反。
為了使主功率和虛功率均能轉換為輸出功率，因此，本發明的控制方法，主要是于一周期內間續地導通主要由同步整流器20所構成的功率移轉途徑以及主要由同步式減振電路10所構成的虛功率轉移途徑，即半個周期導通功率移轉途徑，另半個周期導通虛功率轉移途徑。
當欲導通功率移轉途徑時，關閉第二功率開關12，開啟第一功率開關30以及第三功率開關32。由于，如何借著隔離驅動器18、整流器控制器24和波幅調變控制器28，而控制第一功率開關30、第二功率開關12和第三功率開關32的開關屬公知技術，在此不加以累述。
若欲導通虛功率移轉途徑時，開啟第二功率開關12，關閉第一功率開關30以及第三功率開關32。由于，于同步式減振電路10中的第二功率開關12電性連接介于第二功率變壓器14的一次側繞組與第一功率變壓器22的一次側繞組之間。所以，若開啟第二功率開關12、關閉第一功率開關30時，將導通第一功率變壓器22的泄漏電感的虛功率至第二功率開關12、第二功率變壓器14。而第二功率變壓器14，其所具有的一次側繞組(即1、4端子)的一端電性連接至第三電容器c3，而其二次側(即2、3端子)的輸出電壓提供輸出端的穩壓電流的來源。所以，當開啟第二功率開關12、關閉第一功率開關30時，將于第二功率開關12產生電感效應。為橋式整流電路的整流電路16則基于，電性連接介于第二功率變壓器14的二次側繞組與輸出端之間，提供輸出端的穩壓電流，而完成將同步整流器20中第一功率變壓器22的泄漏電感的虛功率移轉至輸出端。
綜上所述，本發明以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路10，正是另外借著虛功率轉移路徑，于另半個周期時，將第一功率變壓器22的泄漏電感所儲存電能，不以熱的形式消耗，而經由此虛功率轉移路徑輸出至輸出端，因而能提高電路的效率，達成本發明的主要目的。
通過以上較佳具體實施例的詳述，能更加清楚描述本發明的特征與精神，而并非以上述所揭示的較佳具體實施例來對本發明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發明所欲申請的專利范圍的范疇內。
權利要求
1.一種以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路，該同步減振電路與一種交換電源轉換裝置的一種同步整流器整合，其中該交換電源轉換裝置包括一同步整流器，提供一輸入端至一輸出端功率移轉的一途徑，該同步整流器的一第一功率開關以反復切換的方式將一輸入功率間歇性的饋入一第一功率變壓器、一整流器控制器，通過一輸出電壓波幅信號，以產生導通該功率移轉的途徑與一虛功率移轉的途徑的控制信號、一隔離驅動器，提供一金屬氧化物半導體場效晶體管柵極控制信號、一光隔離器及誤差放大器，將一輸出電壓的一比較誤差經由光隔離器耦合、一波幅調變控制器，通過發出一脈沖寬度調變控制信號，使得該第一功率開關執行該功率移轉的途徑的導通、及一同步減振電路，提供該虛功率移轉的途徑，將該同步整流器中功率變壓器的泄漏電感的虛功率移轉至輸出端，使得輸入功率近乎全部轉換為輸出功率，該同步減振電路包括一第二功率變壓器，具有一一次側繞組與一二次側繞組，該一次側繞組的一端電性連接至一第三電容器，該二次側的輸出電壓提供一輸出端的穩壓電流的來源；一第二功率開關，電性連接介于該第二功率變壓器的該一次側繞組與該第一功率變壓器的一一次側繞組之間，用來導通該第一功率變壓器的一泄漏電感的虛功率至輸出端；及一整流電路，電性連接介于該第二功率變壓器的該二次側繞組與該輸出端之間，提供該輸出端的穩壓電流。
2.如權利要求1所述的同步減振電路，其中該第二功率開關為一金屬氧化物半導體場效晶體管與反向并聯的一二極管所構成的一電流雙向開關。
3.如權利要求1所述的同步減振電路，其中該第二功率開關的場效晶體管的一柵極電性連接至該隔離驅動器，接受來自該驅動器的控制信號，且該第二功率開關與該第一功率開關的電壓電平相反。
4.如權利要求1所述的同步減振電路，其中該整流電路為一橋式整流電路。
5.如權利要求1所述的同步減振電路，其中該第二功率開關、該第二功率變壓器的該一次側繞組及該第三電容器形成該第一功率變壓器的該泄漏電感的一功率路徑。
6.如權利要求1所述的同步減振電路，其中當該第二功率變壓器于該第一功率開關關閉且該第二功率開關打開時，將該第一功率變壓器的泄漏電感的能量所形成于該功率路徑的一共振電流由該一次側繞組轉移至該二次側繞組，并且流經該橋式整流器至該輸出端。
7.一種交換電源轉換裝置，包括一同步整流器，提供一輸入端至一輸出端功率的移轉；一整流器控制器，接受一電壓信號以產生控制信號；一隔離驅動器，提供一金屬氧化物半導體場效晶體管柵極控制信號；一光隔離器及誤差放大器，將一輸出電壓的一比較誤差經由光隔離器耦合；一波幅調變控制器，通過一脈沖寬度調變信號控制功率的導通；及一同步減振電路，將該同步整流器的泄漏電感的虛功率移轉至輸出端，該同步減振電路包括一第二功率變壓器，具有一一次側繞組與一二次側繞組，該一次側繞組的一端電性連接至一第三電容器，該二次側的輸出電壓提供一輸出端穩壓電流的來源；一第二功率開關，電性連接介于該第二功率變壓器的該一次側繞組與該第一功率變壓器的一一次側繞組之間，用來導通該第一功率變壓器的一泄漏電感的虛功率至輸出端；及一整流電路，電性連接介于該第二功率變壓器的該二次側繞組與該輸出端之間，提供該輸出端的穩壓電流。
8.如權利要求7所述的轉換裝置，其中該轉換裝置的該同步整流器包括一第一功率開關、一第一功率變壓器，該第一功率開關以反復切換的方式將該第一功率變壓器的一一次側繞組磁性連接至該輸入端、一第三功率開關，該第一功率變壓器的一二次側繞組的一端電性連接至該第三功率開關的源極、一第三功率變壓器，其中一一次側繞組電性連結至該輸出端，一二次側繞組電性連接至該整流器控制器、一第二電容器，與該輸出端串聯。
9.如權利要求7所述的轉換裝置，其中該整流器控制器的一輸入端電性連接至該第三功率變壓器的該二次側繞組的兩端，一輸出端電性連接至該第三功率開關的柵極與該隔離驅動器，使得該第三功率開關在該同步整流器動作的半周期為打開的狀態。
10.如權利要求7所述的轉換裝置，其中該整流器控制器通過一輸出電壓波幅信號，以產生導通該功率移轉的途徑與一虛功率移轉的途徑的控制信號。
11.如權利要求7所述的轉換裝置，其中該第二功率開關為一金屬氧化物半導體場效晶體管與反向并聯的一二極管所構成的一電流雙向開關。
12.如權利要求7所述的轉換裝置，其中該第二功率開關的場效晶體管的柵極電性連接至一隔離柵極驅動器，接受來自該驅動器的控制信號，且該第二功率開關與該第一功率開關的電壓電平相反。
13.如權利要求7所述的轉換裝置，其中該整流電路為一橋式整流電路。
14.如權利要求7所述的轉換裝置，其中該第二功率開關、該第二功率變壓器的該一次側繞組及該第三電容器形成該第一功率變壓器的泄漏電感的一功率路徑。
15.如權利要求7所述的轉換裝置，其中當該第二功率變壓器于該第一功率開關關閉且該第二功率開關打開時，將該第一功率變壓器的泄漏電感的能量所形成于該功率路徑的一共振電流由該一次側繞組轉移至該二次側繞組，并且流經該橋式整流器至該輸出端。
全文摘要
本發明提供一種以馳返式交換電源轉換器為基礎架構的同步式減振電路，用以與一種交換電源轉換裝置的一種同步整流器整合，其包含第二功率變壓器、第二功率開關、整流電路。第二功率變壓器具有一次側繞組與二次側繞組，一次側繞組的一端電連接至第三電容器，以提供輸出端的穩壓電流的來源。第二功率開關電連接介于第二功率變壓器的一次側繞組與第一功率變壓器的一次側繞組之間，以導通該第一功率變壓器的泄漏電感的虛功率至輸出端。整流電路電連接介于第二功率變壓器的二次側繞組與輸出端之間，提供輸出端的穩壓電流。該同步式減振電路將第一功率變壓器的泄漏電感所儲存電能不以熱的形式消耗，經由虛功率轉移路徑輸出至輸出端，提高電路的效率。
文檔編號H02M3/28GK1731660SQ200410056000
公開日2006年2月8日 申請日期2004年8月4日 優先權日2004年8月4日
發明者洪清材, 周重甫 申請人:豐昱科技股份有限公司