專利名稱：具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器的制作方法
技術領域：
本發明是有 關于一種升壓變換器，特別是有關于一種具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器。
背景技術：
請參考圖1所示，目前用來驅動液晶顯示器的背光模塊的升壓(BOOST)電路中，主要是包含輸入電源Vin、連接輸入電源Vin的第一繞組Ll、連接第一繞組Ll的第二繞組L2， 連接第二繞組L2與輸出電容之間的二極管D2，以及連接于第一繞組Ll與第二繞組L2之間的開關管Ql。所述的升壓電路利用開關管Ql反復的導通與關斷，使第一繞組Ll可輸出正向電壓，再利用第二繞組L2匝數大于第一繞組的匝數達到進一步升壓，使得輸出電容可供應高于輸入電壓Vin的輸出電壓給負載端的背光模塊。前述升壓電路實現了輸出電壓比輸入電壓高，起到升壓的作用。然而，由于此升壓電路采用二極管D2整流，當輸出大電流時，二極管的功耗將會變得很大，導致升壓電路的效率下降，且具有散熱困難之虞。而若所述升壓電路采用金屬氧化物半導體晶體管 (MOSFET)整流，則需要使用隔離浮地的方式驅動，將會導致其驅動電路復雜。故，有必要提供一種具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，以解決現有技術所存在的問題。
發明內容有鑒于現有技術的缺點，本發明的主要目的在于提供一種具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其增加輔助繞組和外圍電路實現自激式同步整流，進而可代替二極管整流。為達成本發明的前述目的，本發明提供一種具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其包含第一開關，接受一脈沖驅動信號而反復地導通與關斷；第一繞阻，連接一輸入電壓源及所述第一開關之間并于第一開關導通時儲能，于第一開關關斷時其兩端電壓為一反向電壓；第二繞阻，連接所述第一繞阻；輔助繞組，連接所述第二繞組；開關電路，連接所述輔助繞組，根據所述輔助繞組兩端電壓的改變而輸出一控制信號；以及第二開關，連接所述開關電路而接收其控制信號，并根據所述控制信號導通或關斷。在本發明的一實施例中，所述第一開關及第二開關皆是N溝道金屬氧化物半導體晶體管。
在本發明的一實施例中，所述開關電路包括二極管和第三開關，所述二極管的陽極是連接所述輔助繞組的一端；所述第三開關是連接于所述二極管的陰極及所述第二開關之間；當所述輔助繞組兩端電壓為正向電壓時，所述二極管呈導通狀態，所述第三開關呈關斷狀態，所述第二開關呈導通狀態；所述輔助繞組兩端電壓為反向電壓時，所述二極管截止，所述第三開關導通，所述第二開關關斷。在 本發明的一實施例中，所述第三開關是一晶體管，其中所述第三開關的射極是通過電阻連接所述二極管的陰極，并通過另一電阻連接所述第二開關的柵極；所述第三開關的基極是通過一電阻連接于所述二極管的陽極與所述輔助繞組之間；所述第三開關的集極是連接于所述輔助繞組的另端與所述第二開關的源極之間。在本發明的一實施例中，當所述第一開關接受的脈沖驅動信號處于高電平時，所述第一開關為導通狀態，所述第一繞組為儲能狀態，所述輔助繞組兩端電壓為正向電壓，當所述第一開關接受的脈沖驅動信號處于低電平時，所述第一開關為關斷狀態，所述第一繞組兩端電壓為反向電壓，所述輔助繞組兩端電壓為反向電壓。在本發明的一實施例中，所述第一繞組的同名端連接所述輸入電壓源，其非同名端則連接所述第一開關的源極；所述第二繞組的同名端連接所述第一開關的源極；所述輔助繞組的同名端連接所述第二繞組的非同名端以及所述第三開關的集極，其非同名端連接所述第三開關的基極。本發明主要是利用輔助繞組與第二繞組之間的耦合，配合開關電路來控制整流開關的動作，實現自驅動的同步整流，進而取代傳統的二極管整流方式，可以提高效率，并降低功耗。
圖1是現有用來驅動液晶顯示器的背光模塊的升壓電路的電路圖。圖2是本發明具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器一較佳實施例的電路圖。圖3是本發明具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器一較佳實施例的相關的電壓及電流波形圖。
具體實施方式為讓本發明上述目的、特征及優點更明顯易懂，下文特舉本發明較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「后」、 「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。請參考圖2所示，圖2是本發明具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器一較佳實施例的電路圖。所述具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器主要包含第一開關100、第一繞阻110、第二繞阻111、輔助繞組112、開關電路120及第二開關102。所述第一開關100是用以接受一具有高電平及低電平的脈沖驅動信號Vgl，進而受脈沖驅動信號Vgl驅動而該反復地導通與關斷；所述脈沖驅動信號Vgl可如圖3所示，所述第一開關100于高電平時導通，于低電平時關斷，故所述第一開關具有一開關周期為T， 導通時間為Ton，占空比D = WT0所述第一開關在本實施例中是一 N溝道金屬氧化物半導體晶體管。所 述第一繞阻110是連接一輸入電壓源V1及所述第一開關100之間，其中其同名端連接所述輸入電壓源V1，其非同名端連接所述第一開關100的漏極。所述第一繞阻110 于第一開關100導通時存儲能量，此時其同名端電壓高于非同名端電壓。再者，于第一開關100關斷時，所述第一繞阻110兩端感應一反向電壓，此時其非同名端電壓高于同名端電壓。本實施例中，第一開關100在關斷時漏極的端電壓為V/a-D)，而第一繞組110此時的兩端的反向電壓為V1(I-D)-V1 = V1DZ(I-D)0所述第二繞阻111連接所述第一繞阻110，其中所述第二繞組的同名端連接所述第一開關100的源極。本實施例中，所述第二繞組111與所述第一繞組110的匝數比為 N 1。在第一繞阻110為儲能階段時，所述第二繞組111的同名端電壓高于非同名端電壓；在第一繞組Iio感應一反向電SV1D/(I-D)時，所述第二繞組111的非同名端電壓高于同名端電壓，且兩端電壓為N^V1DAl-D)。所述輔助繞組112連接所述第二繞組111，其中所述輔助繞組112的同名端連接所述第二繞組111的非同名端。本實施例中，所述輔助繞組112與所述第二繞組111的匝數比為M N。在第一繞阻110為儲能階段時，所述輔助繞組112的同名端電壓高于非同名端電壓；在第一繞組110感應一反向電SV1D/(I-D)時，所述輔助繞組112的非同名端電壓高于同名端電壓，且兩端電壓為M^V1D/(I-D)。所述開關電路120連接所述輔助繞組112，并根據所述輔助繞組112兩端電壓的改變而輸出一控制信號。本實施例中，所述開關電路120包含一二極管104及一第三開關 103。本實施例中，所述二極管104的陽極是連接所述輔助繞組112的非同名端。所述第三開關103是連接所述二極管104的陰極。本實施例中，當所述輔助繞組112兩端電壓為正向電壓時，所述二極管104呈導通狀態，所述第三開關103呈關斷狀態；所述輔助繞組112 兩端電壓為反向電壓時，所述二極管104呈截止狀態，所述第三開關103呈導通狀態。所述第三開關103優選為一晶體管，其射極通過電阻連接所述二極管104的陰極；其基極是通過一電阻連接于所述二極管104的陽極與所述輔助繞組112的非同名端之間；其集極是連接于所述輔助繞組112的同名端。所述第二開關102連接所述開關電路120而接收其控制信號，并根據所述控制信號導通或關斷，其中，當所述第三開關103呈關斷狀態時，所述第二開關102呈導通狀態； 當所述第三開關103呈導通狀態，所述第二開關102呈關斷狀態。更詳細地，所述第二開關 102為一 N溝道金屬氧化物半導體晶體管，其柵極通過一電阻連接所述第三開關103的射極；其源極連接所述第三開關103的集極；其漏極則連接一輸出電容105。當所述脈沖驅動信號Vgl處于高電平時，所述第一開關100為導通狀態，所述第一繞組Iio為儲能狀態，如圖3所示，其電流L以斜率V1/!線性增長(L為第一繞組110的電感值)，此時所述輔助繞組112兩端電壓為正向電壓，此時二極管104呈截止狀態，而第三開關103呈導通狀態，由于第二開關102的柵極連接第三開關103的源極，因此第二開關102 呈關斷狀態。當所述脈沖驅動信號Vgl處于低電平時，所述第一開關100為關斷狀態，所述第一繞組Iio兩端電壓為反向電壓，此時所述輔助繞組112兩端電壓為反向電壓，此時二極管 104呈導通狀態，而第三開關呈關斷狀態，第二開關102的柵極電壓高于源極電壓而導通，進而實現同步整流。從圖3可得知，驅動第二開關102的信號Vg2波形與脈沖驅動信號的波形相位相反。由上述說明 可知，本發明利用輔助繞組112同步感應前端第二繞組的111的電壓變換，通過正向及反向電壓的變換，配合二極管104及第三開關103來控制第二開關102的導通與關斷，進而達到自激式同步整流。當應用在大尺寸背光驅動電路中，由于負載并聯數多，輸出電流大，本發明以身為金屬氧化物半導體晶體管的第二開關取代傳統二極管整流， 可以提高效率，降低功耗，且利用自激式同步整流的方式不需要采用浮地隔離手段，成本較低。本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明的范例。 必需指出的是，已公開的實施例并未限制本發明的范圍。相反地，包含于權利要求書的精神及范圍的修改及均等設置均包括于本發明的范圍內。
權利要求
1.一種具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其特征在于所述自激式同步整流升壓變換器包含第一開關，接受一脈沖驅動信號而反復地導通與關斷；第一繞阻，連接一輸入電壓源及所述第一開關之間，并于第一開關導通時儲能，于第一開關關斷時其兩端電壓為一反向電壓；第二繞阻，連接所述第一繞阻；輔助繞組，連接所述第二繞組；開關電路，連接所述輔助繞組，根據所述輔助繞組兩端電壓的改變而輸出一控制信號；以及第二開關，連接所述開關電路而接收其控制信號，并根據所述控制信號導通或關斷。
2.如權利要求1所述的具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其特征在于所述第一開關及第二開關皆是N溝道金屬氧化物半導體晶體管。
3.如權利要求2所述的具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其特征在于所述開關電路包括二極管和第三開關，所述二極管的陽極是連接所述輔助繞組的一端；所述第三開關是連接于所述二極管的陰極及所述第二開關之間；當所述輔助繞組兩端電壓為正向電壓時，所述二極管呈導通狀態，所述第三開關呈關斷狀態，所述第二開關呈導通狀態；所述輔助繞組兩端電壓為反向電壓時，所述二極管呈截止狀態，所述第三開關呈導通狀態，所述第二開關呈關斷狀態。
4.如權利要求3所述的具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其特征在于所述第三開關是一晶體管，其中所述第三開關的射極是通過電阻連接所述二極管的陰極，并通過另一電阻連接所述第二開關的柵極；所述第三開關的基極是通過一電阻連接于所述二極管的陽極與所述輔助繞組之間；所述第三開關的集極是連接于所述輔助繞組的另端與所述第二開關的源極之間。
5.如權利要求3所述的具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其特征在于當所述第一開關接受的脈沖驅動信號處于高電平時，所述第一開關為導通狀態，所述第一繞組為儲能狀態，所述輔助繞組兩端電壓為正向電壓，當所述第一開關接受的脈沖驅動信號處于低電平時，所述第一開關為關斷狀態，所述第一繞組兩端電壓為反向電壓，所述輔助繞組兩端電壓為反向電壓。
6.如權利要求4所述的具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其特征在于當所述第一開關接受的脈沖驅動信號處于高電平時，所述第一開關為導通狀態，所述第一繞組為儲能狀態，所述輔助繞組兩端電壓為正向電壓，當所述第一開關接受的脈沖驅動信號處于低電平時，所述第一開關為關斷狀態，所述第一繞組兩端電壓為反向電壓，所述輔助繞組兩端電壓為反向電壓。如權利要求4所述的具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器，其特征在于所述第一繞組的同名端連接所述輸入電壓源，其非同名端則連接所述第一開關的漏極；所述第二繞組的同名端連接所述第一開關的源極；所述輔助繞組的同名端連接所述第二繞組的非同名端以及所述第三開關的集極，其非同名端連接所述第三開關的基極。
全文摘要
本發明公開一種具高升壓比的自激式同步整流升壓變換器。所述自激式同步整流變換器包含一接受脈沖驅動信號的第一開關、第一繞組、第二繞組及一由輔助繞組與第二開關構成的同步整流電路，第一繞組于第一開關反復導通與關斷時感應反向電壓；再通過第二繞組升壓，同時輔助繞組也以其所感應的電壓配合開關電路來控制第二開關導通與關斷，達到同步整流的目的。在大電流輸出情況下，本發明可以大幅度降低整流的功耗，提高效率。
文檔編號H02M3/335GK102223073SQ20111015620
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月11日 優先權日2011年6月11日
發明者高新明 申請人:深圳市華星光電技術有限公司