專利名稱：高效率切換功率轉換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及功率轉換器，且更明確地說涉及切換功率轉換器和切換調節器。
換器的變壓器經設置以便為了安全目的而在輸入電源與應用裝置之間提供隔離。圖1展示傳統的切換功率轉換器。晶體管5連接至變壓器40的初級繞組 Np用來切換變壓器40。因此，變壓器40的次級繞組Ns產生電源，所述電源 通過整流器及過濾器50而耦合至功率轉換器的輸出。歸因于變壓器的幾何局 限性，將在變壓器40中產生泄漏電感器45。泄漏電感器45的電感值Li表示 無法轉移至變壓器40的次級繞組Ns的能量。初級繞組與次級繞組之間的較 差耦合將導致變壓器的較高的泄漏電感。因此，較小的變壓器通常包含較高 的泄漏電感。由泄漏電感器45產生的功率Pl可表示如下，PL=1/2 x Ll x lM2 x Fs ...... (1)
其中，IM是變壓器40的切換電流；Fs是功率轉換器的切換頻率。
二極管70、電阻器71和電容器72形成緩沖電路并消耗由泄漏電感器45造成的功率。否則，泄漏電感器45的能量將變成浪涌電壓施加到晶體管5。
公式1展示泄漏電感的功率損耗響應于切換頻率的增大而增大。因此，尤其對于包含小變壓器和高切換頻率的切換功率轉換器而言，如何節省泄漏電感的功率成為功率節省的主要關注的問題。
實用新型內容
本實用新型提出了一種切換功率轉換器，其利用第一晶體管與第二晶體 管的切換，來將變壓器的泄漏電感器和/或-茲化電感器的能量轉換至輸入電壓 中，進而有效地降低切換功率轉換器的功率消耗。
背景技術：
本實用新型提供一種節省泄漏電感的功率并為功率轉換器實現較高效率 的方法和裝置。其包括第一晶體管，所述第一晶體管從切換功率轉換器的輸 入電壓連接至變壓器的初級繞組的第一端。第二晶體管從變壓器的初級繞組 的第二端連接至接地。第一二極管從初級繞組的第二端連接至輸入電壓。第 二二極管從接地耦合至初級繞組的第 一端。第三晶體管從初級繞組的第 一端耦合至接地。驅動電路耦合至初級繞組的第一端和第一晶體管用來驅動第一 晶體管。電荷泵電路連接至驅動電路以便將電源提供至驅動電路。切換控制 電路耦合至功率轉換器的輸出以便產生第 一切換信號和第二切換信號用以調 節切換功率轉換器。第 一切換信號經耦合以便以第 一脈沖寬度來驅動第 一晶 體管和第二晶體管。第二切換信號經耦合以便以第二脈沖寬度來驅動第三晶體管。綜上所述，本實用新型的有益效果在于提供了一種切換功率轉換器，其 是利用耦接至變壓器的第一晶體管與第二晶體管，使得變壓器的泄漏電感器 和/或磁化電感器在第一晶體管與第二晶體管的控制下，泄漏電感器和/或磁 化電感器所形成的能量將可轉換至輸入電壓中。故與已知技術相較之下，由于本實用新型的切換功率轉換器不需通過額外的電路(譬如緩沖電路)，來消 耗變壓器的泄漏電感器所形成的能量，因此能有效地降低切換功率轉換器的 功率消耗。
附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，所述附圖并入本說明書中并 組成本說明書的一部分。
本實用新型的實施例，并與具體實施方式一起用來解釋本實用新型的原理。圖l展示傳統的功率轉換器。圖2是根據本實用新型的實施例的高效率切換功率轉換器的示意電路。 圖3A至圖3E展示根據本實用新型的實施例的切換功率轉換器的每一切 換周期的操作階段。圖4展示根據本實用新型的實施例的切換信號的波形。圖5是根據本實用新型的實施例的切換功率轉換器的切換控制電路。圖6展示根據本實用新型的實施例的振蕩電路的電路示意圖。
具體實施方式
圖2展示根據本實用新型的實施例的切換功率轉換器。所述切換功率轉換器可為功率轉換器或切換調節器。變壓器10包含初級繞組Np和次級繞組 Ns。變壓器10的初級繞組Np具有第一端和第二端。變壓器10的次級繞組 Ns通過整流器-過濾器50而耦合至切換功率轉換器的輸出。晶體管11從輸 入電壓ViN連接至初級繞組Np的第一端。晶體管11包含寄生二極管16。晶 體管21從初級繞組Np的第二端連接至接地。晶體管21包含寄生二極管26。 二極管37從初級繞組NP的第二端連接至輸入電壓VIN。 二極管35從接地耦 合至初級繞組Np的第一端。晶體管31從初級繞組Np的第一端耦合至接地。 驅動電路90耦合至初級繞組Np的第一端和晶體管11用來驅動晶體管11。緩 沖電路95連接至晶體管21用來驅動晶體管21。 二極管80從電源電壓Vb連 接至電容器85。 二極管80和電容器85形成電荷泵電路，所述電荷泵電路連 接至驅動電路90以便將電源提供至驅動電路90。當晶體管31導通時，電源 電壓VB將通過二極管80而對電容器85進行充電。切換控制電路100通過次 級電路60而耦合至功率轉換器的輸出V0。次級電路60用來根據功率轉換器 的輸出而產生反饋信號。次級電路60的器件(例如，光耦合器)將提供隔離。 切換控制電路100根據反饋信號VFB來產生切換信號S！和切換信號S2用以調 節功率轉換器的輸出。切換信號S,經耦合以驅動晶體管11和晶體管21。切 換信號S2經耦合以驅動晶體管31。圖3A至圖3E展示功率轉換器的每一切換周期的操作階段。如圖3A中 所展示，在操作階段T,期間晶體管11和晶體管21導通。切換電流IM經導通 而將能量轉移至變壓器10中。圖3B展示操作階段T2，其中晶體管11和晶 體管21關斷。變壓器10的泄漏電感器和/或磁化電感器的能量將變成環電流 以便通過二極管37和二極管35將能量取回至輸入電壓Vjn。如圖3C中所展 示，此刻晶體管31導通以實現軟切換(零電壓導通)。在操作階段T3期間， 電容器27的電壓等于輸入電壓Vtn。電容器27是晶體管21的寄生電容器。 此外，電源電壓VB將為電荷泵而通過二極管80和晶體管31對電容器85進 行充電。如圖3D中所展示，在操作階段丁4，當變壓器10完全放電時，電容 器27的能量將通過晶體管31而傳遞至變壓器10。圖3E是搡作階段Ts，其 中晶體管31關斷。因此，變壓器10的能量將反轉對電容器17和電容器27 的充電，此有助于在下一切換周期中晶體管11和21的軟切換。電容器17是晶體管11的寄生電容器。圖4展示切換信號S!和S2的波形，其中在禁用切換信號S,之后且在啟 用切換信號S2之前產生延遲時間TD1。此外，在禁用切換信號S2之后且在啟 用切換信號S,之前產生延遲時間TD2。延遲時間To,是操作階段T2的時段。 延遲時間To2是操作階段Ts的時段。切換信號S,經耦合以分別通過驅動電路 90和緩沖電路95來驅動晶體管11和晶體管21。切換信號S2經連接以驅動 晶體管31。以第一脈沖寬度驅動晶體管11和晶體管21。以第二脈沖寬度驅 動晶體管31。圖5是根據本實用新型的實施例的切換控制電路100。切換控制電路100 包含用于產生脈沖信號PLS和斜坡信號RAMP的振蕩電路200。脈沖信號PLS 連接至反相器115。反相器115的輸出經連接以啟用觸發器(flip-flop) 120。 觸發器120的輸出連接至與門(AND gate) 150的輸入。與門150的另一輸 入連接至反相器115的輸出。與門的輸出產生切換信號S,。斜坡信號RAMP 和反饋信號VpB耦合至運算放大器110。運算放大器的輸出用以中止觸發器 120。晶體管160、電流源170和電容器175形成延遲電路。晶體管160的輸 入連接至觸發器120的輸出。電容器175連接至與門180的輸入。與門180 的另一輸入通過反相器165耦合至觸發器120的輸出。與門180的輸出產生 切換信號S2。電流源170的電流和電容器175的電容判定延遲時間TD1。圖6展示根據本實用新型的實施例的振蕩電路200的示意圖。電流源210 通過開關215連接至電容器230。電流源220通過開關225連接至電容器230。 具有參考電壓Vh的比校器251連接至電容器230。具有參考電壓Vl的比校 器252連接至電容器230。與非門(NAND gate) 261和262形成鎖存電路。 與非門261的輸入連接至比較器251的輸出。與非門262的輸入連接至比較 器252的輸出。與非門261的輸出產生脈沖信號PLS。開關225由脈沖信號 PLS控制。開關215由脈沖信號PLS通過反相器250進行控制。因此，在電 容器230處產生斜坡信號RAMP。因此，電流源220的電流和電容器230的 電容判定脈沖信號PLS的脈沖寬度和延遲時間TD2。所屬領域的技術人員將容易了解，可在不脫離本實用新型的范圍或精神 的情況下對本實用新型的結構作出各種^f'務改和變更。鑒于前文所述，倘若對 本實用新型作出的修改和變更歸屬于隨附權利要求及其等效物的范圍內，則 希望本實用新型涵蓋這些修改和變更.
權利要求1.一種切換功率轉換器，其特征在于其包括變壓器，其包括具有第一端和第二端的初級繞組、耦合至所述切換功率轉換器的輸出的次級繞組；第一晶體管，其從輸入電壓連接至所述初級繞組的所述第一端；第二晶體管，其從所述初級繞組的所述第二端連接至接地；驅動電路，其耦合至所述初級繞組的所述第一端和所述第一晶體管用來驅動所述第一晶體管；電荷泵電路，其連接至所述驅動電路以便將電源提供至所述驅動電路；二極管，其從所述初級繞組的所述第二端連接至所述輸入電壓；第三晶體管，其從所述初級繞組的所述第一端耦合至所述接地；和切換控制電路，其耦合至所述切換功率轉換器的所述輸出以便產生切換信號用以調節所述切換功率轉換器，其中切換信號包含第一切換信號和第二切換信號，所述第一切換信號經耦合以驅動所述第一晶體管和所述第二晶體管，所述第二切換信號經耦合以驅動所述第三晶體管。
2. 根據權利要求1所述的切換功率轉換器，其特征在于其進一步包括第 二二極管，所述第二二極管從所述接地耦合至所述初級繞組的所述第一端。
3. 根據權利要求1所述的切換功率轉換器，其特征在于其進一步包括緩 沖電路，所述緩沖電路連接至所述第二晶體管用來驅動所述第二晶體管。
4. 根據權利要求1所述的切換功率轉換器，其特征在于其中所述電荷泵 電路包4舌電容器，其連接至所述驅動電路； 電荷泵二極管，其從電源電壓連接至所述電容器； 其中當所述第三晶體管導通時，所述電源電壓通過所述電荷泵二極管對 所述電容器進行充電。
5. —種包含變壓器的功率轉換器，其特征在于其包括 第一晶體管，其從輸入電壓連接至所述變壓器； 第二晶體管，其從所述變壓器連接至接地；驅動電路，其耦合至所述第一晶體管用來驅動所述第一晶體管； 緩沖電路，其連接至所述第二晶體管用來驅動所述第二晶體管；電荷泵電路，其連接至所述驅動電路以便將電源提供至所述驅動電路； 第一二極管，其從所述變壓器連接至所述輸入電壓； 第二二極管，其從所述接地耦合至所述變壓器；和切換控制電路，其耦合至所述切換功率轉換器的輸出以便產生切換信號 用以調節所述功率轉換器；其中所述切換信號耦合至所述驅動電路和所迷緩沖電路用來驅動所述第 一晶體管和所述第二晶體管，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管是以脈 沖寬度驅動。
6. 根據權利要求5所述的功率轉換器，其特征在于其中所述電荷泵電路 包括電容器，其連接至所述驅動電路；和 電荷泵二極管，其從電源電壓連接至所述電容器； 其中當所述第一和第二晶體管關斷時，所述電源電壓通過所述電荷泵二 極管對所述電容器進行充電。
7. —種具有變壓器的切換調節器，其特征在于其包括 第一晶體管，其從輸入電壓連接至所述變壓器； 第二晶體管，其從所述變壓器連接至接地； 第三晶體管，其從所述變壓器連接至所述接地； 二極管，其從所述變壓器連接至所述輸入電壓；和 切換控制電路，其耦合至所述切換調節器的輸出以便產生第一切換信號和第二切換信號用以調節所述切換調節器；其中所述第一切換信號經耦合以驅動所述第一晶體管和所述第二晶體 管；所述第二切換信號經耦合以驅動所述第三晶體管。
8. 根據權利要求7所述的切換調節器，其特征在于其進一步包括第二二 極管，所述第二二極管從所述接地耦合至所述變壓器。
專利摘要一種切換功率轉換器，其具有第一和第二晶體管，所述第一和所述第二晶體管與變壓器串聯以提供較高切換效率。電荷泵電路耦合至驅動電路以便提供電源來驅動所述第一晶體管。第三晶體管連接在所述變壓器與接地端之間以有助于所述變壓器的切換和所述電荷泵電路的充電。切換控制電路耦合至所述切換功率轉換器的輸出以便產生第一切換信號和第二切換信號，用以調節所述切換功率轉換器。所述第一切換信號經耦合以驅動所述第一晶體管和所述第二晶體管。所述第二切換信號經耦合以驅動所述第三晶體管。
文檔編號H02M3/335GK201018415SQ20062011983
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月2日 優先權日2006年8月2日
發明者楊大勇 申請人:崇貿科技股份有限公司