專利名稱：反馳式轉換電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種反馳式轉換電路。
背景技術：
現有的反馳式轉換器(flyhck converter)通常包括一個變壓器、一個功率開關及一個控制器。變壓器的初級線圈及功率開關串聯后連接在一個直流輸入電壓與地之間。 控制器輸出脈寬調變信號，控制功率開關的導通及截止，從而使變壓器將直流輸入電壓轉換為直流輸出電壓并從變壓器的次級線圈輸出直流輸出電壓。在反馳式轉換器滿載的情況下，當功率開關由導通轉換為截止時，初級線圈的漏感會產生瞬間高壓并加載在功率開關上，可能損壞功率開關。因此，通常在初級線圈設置一個鉗位(clamp)電路。鉗位電路包括有一個電阻、一個電容及一個二極管。電阻與電容并聯后與二極管串聯在初級線圈兩端之間。如此，當功率開關由導通轉為截止時，初級線圈的漏感使二極管導通并對電容充電，從而降低加載在功率開關上的電壓，保護了功率開關。隨著漏感的減弱，二極管截止，電容通過電阻放電而釋放所存儲的能量。功率開關受到脈寬調變信號的控制而周期地導通與截止，電容也周期地充電及放電。然而，在反馳式轉換器處于輕載(負載率在30%以下)的情況下，當功率開關由導通轉換為截止瞬間初級線圈的漏感所產生的瞬間高壓通常不足以損壞功率開關，卻可使二極管導通而對電容充電，導致現有反馳式轉換器處于輕載的情況下轉換效率較低。
實用新型內容有鑒于此，有必要提供一種在輕載的情況下轉換效率高的反馳式轉換電路。一種反馳式轉換電路，包括一個變壓器、一個功率開關、一個控制電路、一個截流電路、一個采樣電路、一個閥值電路、一個開關電路及一個保護電路。該變壓器包括一個第一初級線圈及一個次級線圈，第一初級線圈包括一個用于連接至一直流輸入電壓的第一線圈端及一個第二線圈端。該功率開關包括一個連接至該第二線圈端的第一連接端、一個接地的第二連接端及一個控制端。該控制電路連接至該控制端，用于控制該功率開關周期地導通及斷開該第一連接端與第二連接端以使該次級線圈輸出電壓。該截流電路連接至該次級線圈，用于在該第一連接端及第二連接端導通及斷開時分別禁止及允許該次級線圈輸出電壓。該采樣電路包括一個連接至該第二線圈端的采樣輸入端及一個采樣輸出端。該采樣電路用于采樣在該次級線圈輸出電壓時該第一初級線圈兩端的電壓，產生一個與該第一初級線圈兩端的電壓成第一比例的采樣電壓，并從該采樣輸出端輸出該采樣電壓。該閥值電路包括一個連接至該采樣輸出端的閥值輸入端及一個閥值輸出端。該閥值電路用于在該采樣電壓大于一個預設閥值乘以該第一比例時產生一個控制信號，并從該閥值輸出端輸出該控制信號，否則不輸出該控制信號。該預設閥值大于該反馳式轉換電路的負載率在30%以下時該第一連接端及該第二連接端之間的電壓并且小于該功率開關的額定電壓。該開關電路包括一個連接至該采樣輸出端的第一端、一個連接至該閥值輸出端的第二端、一個連接至該第二線圈端的第三端及一個第四端。該開關電路用于在該第二端接收到該控制信號時導通該第三端及該第四端，否則斷開該第三端及該第四端。該保護電路連接在該第一線圈端及該第四端之間，用于在該第三端及該第四端導通時對自身進行充電并在該第三端及該第四端斷開時消耗自身的能量。優選地，該功率開關包括一個第一 MOS管，該第一 MOS管的漏極連接至該第一連接端，源極連接至該第二連接端，柵極連接至該控制端。優選地，該控制電路包括一個脈沖寬度調制，其輸出脈寬調制信號。優選地，該采樣電路包括一個第二初級線圈及一個第二二極管，該第二初級線圈一端連接至該第二線圈端而另一端連接至該第二二極管的陽極，該第二二極管的陰極連接至該采樣輸出端；該第二初級線圈與該第一初級線圈的極性相反；該第一比例等于N3 =Nl, 其中N3及m分別為該第二初級線圈及該第一初級線圈的線圈數。優選地，該閥值電路包括一個穩壓管，該穩壓管的陰極連接至該閥值輸入端且陽極連接至該閥值輸出端，該預設閥值乘以該第一比例等于該穩壓管的導通電壓。優選地，該開關電路包括一個三極管、一個第二 MOS管及一個第一電阻；該三極管的集電極連接至該第一端，基極連接至該第二端并且還通過該第一電阻連接至該第二 MOS 管的源極，射極連接至該第二 MOS管的的柵極；該第二 MOS管的源極連接至該第三端而且漏極連接至該第四端。優選地，該開關電路包括一個三極管、一個光耦合器及一個第一電阻；該三極管的集電極連接至該第一端，該三極管的基極連接至該第二端并且還通過該第一電阻連接至該光耦合器的陰極，該三極管的射極連接至該該光耦合器的陽極，該光耦合器的集電極連接該第四端，該光耦合器的射極連接至該第三端。優選地，該保護電路包括一個第二電阻及一個第一電容，該第二電阻及該第一電容并聯后連接在該第一線圈端及該第四端之間。優選地，該次級線圈包括一個第三線圈端及一個第四線圈端；該截流電路包括一個第一二極管，該第一二極管的陽極連接至該第三線圈端，該第一二極管的陰極及該第四線圈端用于連接至一個負載，該第一初級線圈及該次級線圈的極性相反。本實用新型通過該閥值電路的設置可提高該保護電路進行充電時所需的預設閥值電壓，如此，當該反馳式轉換電路工作在負載率在30%以下(輕載)的情況下，該保護電路不會進行充電，避免了能量的浪費，提高了轉換效率。
圖1為本實用新型第一實施方式的反馳式轉換電路的示意圖。圖2為本實用新型另一實施方式的反馳式轉換電路的示意圖。主要元件符號說明反馳式轉換電路10變壓器100第一線圈端102第二線圈端104[0023]第三線圈端106第四線圈端108功率開關200第一連接端202第二連接端204控制端206控制電路300截流電路400采樣電路500采樣輸入端502采樣輸出端504閥值電路600閥值輸入端602閥值輸出端604開關電路700第一端702第二端704第三端706第四端708保護電路800直流輸入電壓Vin直流輸出電壓Vout第一初級線圈Ll次級線圈L2第二初級線圈L3第一二極管Dl第二二極管D2第一MOS 管 Ql第二MOS 管 Q3第一電阻Rl第二電阻R2第一電容Cl穩壓管ZD三極管Q2如下具體實施方式
將結合上述附圖進一步說明本實用新型。
具體實施方式
請參考圖1，本實用新型第一實施方式的反馳式轉換電路10包括一個變壓器100、 一個功率開關200、一個控制電路300、一個截流電路400、一個采樣電路500、一個閥值電路600、一個開關電路700及一個保護電路800。變壓器100包括一個第一初級線圈Ll及一個次級線圈L2。第一初級線圈Ll具有一個第一線圈端102及一個第二線圈端104。第一線圈端102用于連接至一個直流輸入電壓Vin。次級線圈L2包括一個第三線圈端106及一個第四線圈端108。第一初級線圈Ll 的線圈數為W。在本實施方式中，第一初級線圈Ll及次級線圈L2的極性相反。功率開關200包括一個連接第二線圈端104的第一連接端202、一個接地的第二連接端204及一個控制端206。功率開關200用于根據控制端206接收的開關信號控制第一連接端202及第二連接端204的連接及斷開。在本實施方式中，功率開關200為一個N溝道的第一 MOS管Ql，第一 MOS管Ql的漏極連接至第一連接端202，源極連接至第二連接端 204，柵極連接至控制端206。控制電路300連接至控制端206，用于向控制端206輸出開關信號，以控制功率開關200周期地導通及斷開第一連接端202及第二連接端204。在本實施方式中，控制電路 300包括一個脈沖寬度調制(puis width modulation, PWM)裝置，用于輸出脈寬調制信號以控制第一 MOS管Ql導通或截止。截流電路400連接至次級線圈L2，用于在第一連接端202及第二連接端204導通時禁止次級線圈L2輸出一個直流輸出電壓Vout，并在第一連接端202及第二連接端204斷開時允許次級線圈L2輸出直流輸出電壓Vout。在本實施方式中，截流電路400為一個第一二極管D1，第一二極管Dl的陽極連接至第三線圈端106并且陰極用于連接至一個負載 (圖未示)。采樣電路500包括一個連接至第二線圈端104的采樣輸入端502及一個采樣輸出端504。采樣電路500用于采樣在次級線圈L2輸出直流輸出電壓Vout時第一初級線圈 Ll兩端的電壓，產生一個與第一初級線圈Ll兩端電壓成第一比例的采樣電壓，并從采樣輸出端504輸出采樣電壓。次級線圈L2沒有輸出直流輸出電壓Vout時，采樣電路500不輸出采樣電壓。在本實施方式中，采樣電路500包括一個第二初級線圈L3及一個第二二極管 D2。第二初級線圈L3 —端連接至第二線圈端104而另一端連接至第二二極管D2的陽極， 第二二極管D2的陰極連接至采樣輸出端504。第二初級線圈L3的線圈數為N3。所述第一比例為N3 =Nl0第二初級線圈L3與第一初級線圈Ll的極性相反。閥值電路600包括一個連接至采樣輸出端504的閥值輸入端602及一個閥值輸出端604。閥值電路600用于在采樣電壓大于一個預設閥值乘以第一比例時產生一個控制信號并從閥值輸出端604輸出。預設閥值大于反馳式轉換電路10輕載(負載率在30%以下) 時第一連接端202及第二連接端204之間的電壓并且小于功率開關200的額定電壓。在本實施方式中，閥值電路600為一個穩壓管ZD。穩壓管ZD的陰極連接至閥值輸入端602且陽極連接至閥值輸出端604。預設閥值乘以第一比例等于穩壓管ZD的導通電壓。開關電路700包括一個連接至采樣輸出端504的第一端702、一個連接至閥值輸出端604的第二端704、一個連接至第二線圈端104的第三端706及一個第四端708。開關電路700用于在第二端704接收到來自閥值電路600的控制信號時導通第三端706及第四端 708，否則斷開第三端706及第四端708。在本實施方式中，開關電路700包括一個NPN型三極管Q2、一個N溝道第二 MOS管Q3及一個第一電阻Rl。三極管Q2的集電極連接至第一端 702，基極連接至第二端704并且還通過第一電阻Rl連接至第二 MOS管Q3的源極，射極連接至第二 MOS管Q3的的柵極。第二 MOS管Q3的源極連接至第三端706而且漏極連接至第四端708。保護電路800連接在第一線圈端102及第四端708之間。保護電路800用于在第三端706及第四端708導通時對自身進行充電并在第三端706及第四端708斷開時消耗自身的能量。在本實施方式中，保護電路800包括一個第二電阻R2及一個第一電容Cl。第二電阻R2及第一電容Cl并聯后連接在第一線圈端102及第四端708之間。工作過程中，直流輸入電壓Vin連接至第一線圈端102，控制電路300向功率開關 200發出開關信號以控制功率開關200的導通及截止。第一連接端202及第二連接端204 導通時，直流輸入電壓Vin加載至第一初級線圈Ll，第一初級線圈Ll開始存儲能量，并且第一線圈端102為正極電壓。由于第一初級線圈Ll及次級線圈L2的極性相反，第二初級線圈L3與次級線圈L2的極性相同，此時第一二極管Dl及第二二極管D2的陽極上的電壓極性為負，第一二極管Dl及第二二極管D2截止。如此，變壓器100不對外輸出，以便第一初級線圈Ll能更好地儲能。同時，采樣電路500亦無輸出，閥值電路600不輸出控制信號，第三端706及第四端708斷開，保護電路800不進行充電。功率開關200截止時，直流輸入電壓Vin停止對第一初級線圈Ll充電。互感作用使得第一初級線圈Li、次級線圈L2及第二初級線圈L3釋放出能量，而且由于線圈的特性， 各線圈上的電壓極性與功率開關200導通時各線圈上的電壓極性相反。此時第一二極管Dl 陽極的電壓極性為正，第一二極管Dl導通，變壓器100向外輸出直流輸出電壓Vout。同時， 第二二極管D2陽極的電壓極性為正，第二二極管D2導通，采樣輸出端504輸出一個與第一初級線圈Ll兩端的電壓成第一比例的采樣電壓。當反馳式轉換電路10工作在輕載狀態時，第一連接端202及第二連接端204之間的電壓小于預設閥值，第一初級線圈Ll所產生的瞬間高壓小于第一 MOS管Ql的額定電壓， 同時閥值電路600兩端的電壓小于穩壓管ZD的導通電壓，因此閥值電路600不輸出控制信號，保護電路800不進行充電。以節省電源。當反馳式轉換電路10工作在滿載狀態時，第一連接端202及第二連接端204之間的電壓大于預設閥值，閥值電路600因此導通而輸出穩壓管ZD的導通電壓，即控制信號。 如此，導通電壓加載在第一電阻Rl上，使得三極管Q2的基極及射極兩端存在偏置電壓而導通，進而導致第二 MOS管Q3導通，即第三端706及第四端708導通。此時第一電容Cl連接至第一初級線圈Ll兩端而進行充電。 接下來功率開關200又導通，導致第三端706及第四端708斷開，此時第一電容Cl 通過第二電阻R2放電而消耗自身的能量。隨著功率開關200再重復地截止及導通，第一電容Cl重復進行充電及放電。通過閥值電路600的設置，本實用新型的反馳式轉換電路10提高了保護電路800 進行充電時所需的預設閥值電壓。如此，當反馳式轉換電路10工作在輕載的情況下，保護電路800不會進行充電，避免了能量的浪費，提高了轉換效率。可以理解，第一初級線圈Ll及次級線圈L2的極性也可以相同，此時僅需將第一二極管Dl的陰極連接至第三線圈端106便可實現與本實施方式相同的功能。可以理解，第二初級線圈L3與第一初級線圈Ll的極性也可以相同，此時僅需將第二二極管D2的陽極連接至采樣輸出端504便可實現與本實施方式相同的功能。可以理解，截流電路400也可以連接至第四線圈端108，此時僅需將第二二極管D2的陽極連接至采樣輸出端504便可實現與本實施方式相同的功能。可以理解，在其它的實施方式中，能在開關電路700中起到開關作用的不限于本實施方式的三極管Q2及第二 MOS管，如，請結合圖2，第二 MOS管Q3也可以是一個光耦合器，其陽極連接三極管Q2的射擊，其陰極連接第三端706，其集電極連接第四端708，其射極連接第三端706。如此，三極管Q2導通時，光耦合器的二極管導通從而使光耦合器得集電極及射極導通，實現與第二 MOS管Q3相同的功能。本技術領域的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質精神范圍之內，對以上實施例所作的適當改變和變化都落在本實用新型要求保護的范圍之內。
權利要求1.一種反馳式轉換電路，包括一個變壓器，包括一個第一初級線圈及一個次級線圈，該第一初級線圈包括一個用于連接至一直流輸入電壓的第一線圈端及一個第二線圈端；一個功率開關，包括一個連接至該第二線圈端的第一連接端、一個接地的第二連接端及一個控制端；一個連接至該控制端的控制電路，用于控制該功率開關周期地導通及斷開該第一連接端與第二連接端以使該次級線圈輸出電壓；一個連接至該次級線圈的截流電路，用于在該第一連接端及第二連接端導通及斷開時分別禁止及允許該次級線圈輸出電壓；一個采樣電路，包括一個連接至該第二線圈端的采樣輸入端及一個采樣輸出端，該采樣電路用于采樣在該次級線圈輸出電壓時該第一初級線圈兩端的電壓，產生一個與該第一初級線圈兩端電壓成第一比例的采樣電壓，并從該采樣輸出端輸出該采樣電壓；一個閥值電路，包括一個連接至該采樣輸出端的閥值輸入端及一個閥值輸出端，該閥值電路用于在該采樣電壓大于一個預設閥值乘以該第一比例時產生一個控制信號并從該閥值輸出端輸出，否則不輸出該控制信號；該預設閥值大于該反馳式轉換電路的負載率在 30%以下時該第一連接端及該第二連接端之間的電壓并且小于該功率開關的額定電壓；一個開關電路，該開關電路包括一個連接至該采樣輸出端的第一端、一個連接至該閥值輸出端的第二端、一個連接至該第二線圈端的第三端及一個第四端，該開關電路用于在該第二端接收到該控制信號時導通該第三端及該第四端，否則斷開該第三端及該第四端；一個連接在該第一線圈端及該第四端之間的保護電路，用于在該第三端及該第四端導通時對自身進行充電并在該第三端及該第四端斷開時消耗自身的能量。
2.如權利要求1所述的反馳式轉換電路，其特征在于，該功率開關包括一個第一MOS 管，該第一 MOS管的漏極連接至該第一連接端，源極連接至該第二連接端，柵極連接至該控制端。
3.如權利要求1所述的反馳式轉換電路，其特征在于，該控制電路包括一個脈沖寬度調制，其輸出脈寬調制信號。
4.如權利要求1所述的反馳式轉換電路，其特征在于，該采樣電路包括一個第二初級線圈及一個第二二極管，該第二初級線圈一端連接至該第二線圈端而另一端連接至該第二二極管的陽極，該第二二極管的陰極連接至該采樣輸出端；該第二初級線圈與該第一初級線圈的極性相反；該第一比例等于N3 :N1，其中N3及m分別為該第二初級線圈及該第一初級線圈的線圈數。
5.如權利要求1所述的反馳式轉換電路，其特征在于，該閥值電路包括一個穩壓管，該穩壓管的陰極連接至該閥值輸入端且陽極連接至該閥值輸出端，該預設閥值乘以該第一比例等于該穩壓管的導通電壓。
6.如權利要求1所述的反馳式轉換電路，其特征在于，該開關電路包括一個三極管、一個第二 MOS管及一個第一電阻；該三極管的集電極連接至該第一端，基極連接至該第二端并且還通過該第一電阻連接至該第二MOS管的源極，射極連接至該第二MOS管的的柵極；該第二 MOS管的源極連接至該第三端而且漏極連接至該第四端。
7.如權利要求1所述的反馳式轉換電路，其特征在于，該開關電路包括一個三極管、一個光耦合器及一個第一電阻；該三極管的集電極連接至該第一端，該三極管的基極連接至該第二端并且還通過該第一電阻連接至該光耦合器的陰極，該三極管的射極連接至該該光耦合器的陽極，該光耦合器的集電極連接該第四端，該光耦合器的射極連接至該第三端。
8.如權利要求1所述的反馳式轉換電路，其特征在于，該保護電路包括一個第二電阻及一個第一電容，該第二電阻及該第一電容并聯后連接在該第一線圈端及該第四端之間。
9.如權利要求1所述的反馳式轉換電路，其特征在于，該次級線圈包括一個第三線圈端及一個第四線圈端；該截流電路包括一個第一二極管，該第一二極管的陽極連接至該第三線圈端，該第一二極管的陰極及該第四線圈端用于連接至一個負載，該第一初級線圈及該次級線圈的極性相反。
專利摘要本實用新型提供一種反馳式轉換電路，包括一變壓器、一功率開關、一控制電路、一截流電路、一采樣電路、一閥值電路、一開關電路及一保護電路。控制電路在截流電路的輔助下，通過控制功率開關的導通及截止，使一個連接至變壓器的輸入電壓轉換為一個輸出電壓。采樣電路輸出與變壓器的初級線圈兩端電壓成第一比例的采樣電壓。閥值電路在采樣電壓大于一個電壓預設閥值乘以第一比例時通過開關電路控制保護電路進行充電。預設閥值大于反馳式轉換電路的負載率在30%以下時初級線圈兩端的電壓并且小于功率開關的額定電壓。閥值電路的設置提高了保護電路進行充電時所需的閥值，避免了不必要的能量浪費，提高了電壓轉換效率。
文檔編號H02M3/335GK202034904SQ201120123749
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年4月25日
發明者王義豐 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司