專利名稱：高效率切換功率轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)換器，更詳細(xì)地說(shuō)涉及切換功率轉(zhuǎn)換器和切換調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
功率轉(zhuǎn)換器已用來(lái)將未調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換為經(jīng)調(diào)節(jié)電壓和/或電流源。功率轉(zhuǎn)換器的變壓器經(jīng)設(shè)置以便為了安全目的而在輸入電源與應(yīng)用裝置之間提供隔離。圖1展示傳統(tǒng)的切換功率轉(zhuǎn)換器。晶體管5連接至變壓器40的主繞組NP用來(lái)切換變壓器40。因此，變壓器40的次繞組NS產(chǎn)生電源，所述電源通過(guò)整流器及過(guò)濾器50而耦合至功率轉(zhuǎn)換器的輸出。由于變壓器的幾何局限性，將在變壓器40中產(chǎn)生泄漏電感器45。泄漏電感器45的電感值LL表示無(wú)法轉(zhuǎn)移至變壓器40的次繞組NS的能量。主繞組與次繞組之間的較差耦合將導(dǎo)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(chǎn)生的功率PL可表示如下，PL=12×LL×IM2×FS---(1)]]>其中，IM是變壓器40的切換電流；FS是功率轉(zhuǎn)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以壓迫晶體管5。
等式1展示泄漏電感的功率損耗回應(yīng)于切換頻率的增大而增大。因此，尤其對(duì)于包含小變壓器和高切換頻率的切換功率轉(zhuǎn)換器而言，如何節(jié)省泄漏電感的功率成為功率節(jié)省的主要關(guān)注的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種節(jié)省泄漏電感的功率并為功率轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換器的輸入電壓連接至變壓器的主繞組的第一端子。第二晶體管從變壓器的主繞組的第二端子連接至接地。第一二極管從主繞組的第二端子連接至輸入電壓。第二二極管從接地耦合至主繞組的第一端子。第三晶體管從主繞組的第一端子耦合至接地。驅(qū)動(dòng)電路耦合至主繞組的第一端子和第一晶體管用來(lái)驅(qū)動(dòng)第一晶體管。充電泵電路連接至驅(qū)動(dòng)電路以便將電源提供至驅(qū)動(dòng)電路。切換控制電路耦合至功率轉(zhuǎn)換器的輸出以便產(chǎn)生第一切換信號(hào)和第二切換信號(hào)用以調(diào)節(jié)切換功率轉(zhuǎn)換器。第一切換信號(hào)經(jīng)耦合以便以第一脈沖寬度來(lái)驅(qū)動(dòng)第一晶體管和第二晶體管。第二切換信號(hào)經(jīng)耦合以便以第二脈沖寬度來(lái)驅(qū)動(dòng)第三晶體管。
附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，所述附圖并入本說(shuō)明書中并組成本說(shuō)明書的一部分。
本發(fā)明的實(shí)施例，并與具體實(shí)施方式
一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
圖1展示傳統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的高效率切換功率轉(zhuǎn)換器的示意電路。
圖3A至圖3E展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的切換功率轉(zhuǎn)換器的每一切換周期的操作階段。
圖4展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的切換信號(hào)的波形。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的切換功率轉(zhuǎn)換器的切換控制電路。
圖6展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振蕩電路的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖2展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的切換功率轉(zhuǎn)換器。所述切換功率轉(zhuǎn)換器可為功率轉(zhuǎn)換器或切換調(diào)節(jié)器。變壓器10包含主繞組NP和次繞組NS。變壓器10的主繞組NP具有第一端子和第二端子。變壓器10的次繞組NS通過(guò)整流器-過(guò)濾器50而耦合至切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出。晶體管11從輸入電壓VIN連接至主繞組NP的第一端子。晶體管11包含寄生二極管16。晶體管21從主繞組NP的第二端子連接至接地。晶體管21包含寄生二極管26。二極管37從主繞組NP的第二端子連接至輸入電壓VIN。二極管35從接地耦合至主繞組NP的第一端子。晶體管31從主繞組NP的第一端子耦合至接地。驅(qū)動(dòng)電路90耦合至主繞組NP的第一端子和晶體管11用來(lái)驅(qū)動(dòng)晶體管11。緩沖電路95連接至晶體管21用來(lái)驅(qū)動(dòng)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形成充電泵電路，所述充電泵電路連接至驅(qū)動(dòng)電路90以便將電源提供至驅(qū)動(dòng)電路90。當(dāng)晶體管31開啟時(shí)，電源電壓VB將通過(guò)二極管80而對(duì)電容器85進(jìn)行充電。切換控制電路100通過(guò)次電路60而耦合至功率轉(zhuǎn)換器的輸出V0。次電路60用來(lái)根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的輸出而產(chǎn)生反饋信號(hào)。次電路60的器件(例如，光耦合器)將提供隔離。切換控制電路100根據(jù)反饋信號(hào)VFB來(lái)產(chǎn)生切換信號(hào)S1和切換信號(hào)S2用以調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器的輸出。切換信號(hào)S1經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)晶體管11和晶體管21。切換信號(hào)S2經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)晶體管31。
圖3A至圖3E展示功率轉(zhuǎn)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T1期間晶體管11和晶體管21開啟。切換電流IM經(jīng)導(dǎo)通而將能量轉(zhuǎn)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(guān)閉。變壓器10的泄漏電感器和/或磁化電感器的能量將變成環(huán)電流以便通過(guò)二極管37和二極管35將能量取回至輸入電壓VIN。如圖3C中所展示，此刻晶體管31開啟以實(shí)現(xiàn)軟切換(零電壓開啟)。在操作階段T3期間，電容器27的電壓等于輸入電壓VIN。電容器27是晶體管21的寄生電容器。此外，電源電壓VB將為充電泵而通過(guò)二極管80和晶體管31對(duì)電容器85進(jìn)行充電。如圖3D中所展示，在操作階段T4，當(dāng)變壓器10完全放電時(shí)，電容器27的能量將通過(guò)晶體管31而傳遞至變壓器10。圖3E是操作階段T5，其中晶體管31關(guān)閉。因此，變壓器10的能量將反轉(zhuǎn)對(duì)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(hào)S1和S2的波形，其中在禁用切換信號(hào)S1之后且在啟用切換信號(hào)S2之前產(chǎn)生延遲時(shí)間TD1。此外，在禁用切換信號(hào)S2之后且在啟用切換信號(hào)S1之前產(chǎn)生延遲時(shí)間TD2。延遲時(shí)間TD1是操作階段T2的時(shí)段。延遲時(shí)間TD2是操作階段T5的時(shí)段。切換信號(hào)S1經(jīng)耦合以分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路90和緩沖電路95來(lái)驅(qū)動(dòng)晶體管11和晶體管21。切換信號(hào)S2經(jīng)連接以驅(qū)動(dòng)晶體管31。以第一脈沖寬度驅(qū)動(dòng)晶體管11和晶體管21。以第二脈沖寬度驅(qū)動(dòng)晶體管31。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的切換控制電路100。切換控制電路100包含用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)PLS和斜坡信號(hào)RAMP的振蕩電路200。脈沖信號(hào)PLS連接至反相器115。反相器115的輸出經(jīng)連接以啟用觸發(fā)器(flip-flop)120。觸發(fā)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(chǎn)生切換信號(hào)S1。斜坡信號(hào)RAMP和反饋信號(hào)VFB耦合至運(yùn)算放大器110。運(yùn)算放大器的輸出用以休止觸發(fā)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(fā)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(guò)反相器165耦合至觸發(fā)器120的輸出。與門180的輸出產(chǎn)生切換信號(hào)S2。電流源170的電流和電容器175的電容判定延遲時(shí)間TD1。
圖6展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振蕩電路200的示意圖。電流源210通過(guò)開關(guān)215連接至電容器230。電流源220通過(guò)開關(guān)225連接至電容器230。具有參考電壓VIN的比較器251連接至電容器230。具有參考電壓VL的比較器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(chǎn)生脈沖信號(hào)PLS。開關(guān)225由脈沖信號(hào)PLS控制。開關(guān)215由脈沖信號(hào)PLS通過(guò)反相器250進(jìn)行控制。因此，在電容器230處產(chǎn)生斜坡信號(hào)RAMP。因此，電流源220的電流和電容器230的電容判定脈沖信號(hào)PLS的脈沖寬度和延遲時(shí)間TD2。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，可在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作出各種修改和變更。鑒于前文所述，倘若對(duì)本發(fā)明作出的修改和變更歸屬于本發(fā)明的權(quán)利要求及其等效的范圍內(nèi)，則希望本發(fā)明涵蓋這些修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種切換功率轉(zhuǎn)換器，其包括變壓器，其包括具有第一端子和第二端子的主繞組、耦合至所述切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出的次繞組；第一晶體管，其從輸入電壓連接至所述主繞組的所述第一端子；第二晶體管，其從所述主繞組的所述第二端子連接至接地；驅(qū)動(dòng)電路，其耦合至所述主繞組的所述第一端子和所述第一晶體管用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述第一晶體管；充電泵電路，其連接至所述驅(qū)動(dòng)電路以便將電源提供至所述驅(qū)動(dòng)電路；二極管，其從所述主繞組的所述第二端子連接至所述輸入電壓；第三晶體管，其從所述主繞組的所述第一端子耦合至所述接地；和切換控制電路，其耦合至所述切換功率轉(zhuǎn)換器的所述輸出以便產(chǎn)生切換信號(hào)用以調(diào)節(jié)所述切換功率轉(zhuǎn)換器，其中切換信號(hào)包含第一切換信號(hào)和第二切換信號(hào)，所述第一切換信號(hào)經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)所述第一晶體管和所述第二晶體管，所述第二切換信號(hào)經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)所述第三晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換功率轉(zhuǎn)換器，其中所述切換控制電路在禁用所述第一切換信號(hào)之后且在啟用所述第二切換信號(hào)之前產(chǎn)生第一延遲時(shí)間，且其中所述切換控制電路在禁用所述第二切換信號(hào)之后且在啟用所述第一切換信號(hào)之前產(chǎn)生第二延遲時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換功率轉(zhuǎn)換器，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管是以第一脈沖寬度驅(qū)動(dòng)，且所述第三晶體管是以第二脈沖寬度驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換功率轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)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主繞組的所述第一端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換功率轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)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(lái)驅(qū)動(dòng)所述第二晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換功率轉(zhuǎn)換器，其中所述充電泵電路包括電容器，其連接至所述驅(qū)動(dòng)電路；充電泵二極管，其從電源電壓連接至所述電容器；其中當(dāng)所述第三晶體管開啟時(shí)，所述電源電壓通過(guò)所述充電泵二極管對(duì)所述電容器進(jìn)行充電。
7.一種包含變壓器的功率轉(zhuǎn)換器，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(qū)動(dòng)電路，其耦合至所述第一晶體管用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述第一晶體管；緩沖電路，其連接至所述第二晶體管用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述第二晶體管；充電泵電路，其連接至所述驅(qū)動(dòng)電路以便將電源提供至所述驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)換器的輸出以便產(chǎn)生切換信號(hào)用以調(diào)節(jié)所述功率轉(zhuǎn)換器；其中所述切換信號(hào)耦合至所述驅(qū)動(dòng)電路和所述緩沖電路用來(lái)驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述充電泵電路包括電容器，其連接至所述驅(qū)動(dòng)電路；和充電泵二極管，其從電源電壓連接至所述電容器；其中當(dāng)所述第一和第二晶體管關(guān)閉時(shí)，所述電源電壓通過(guò)所述充電泵二極管對(duì)所述電容器進(jìn)行充電。
9.一種具有變壓器的切換調(diào)節(jié)器，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(diào)節(jié)器的輸出以便產(chǎn)生第一切換信號(hào)和第二切換信號(hào)用以調(diào)節(jié)所述切換調(diào)節(jié)器；其中所述第一切換信號(hào)經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)所述第一晶體管和所述第二晶體管；所述第二切換信號(hào)經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)所述第三晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的切換調(diào)節(jié)器，其中所述切換控制電路在禁用所述第一切換信號(hào)之后且在啟用所述第二切換信號(hào)之前產(chǎn)生第一延遲時(shí)間，且其中所述切換控制電路在禁用所述第二切換信號(hào)之后且在啟用所述第一切換信號(hào)之前將進(jìn)一步產(chǎn)生第二延遲時(shí)間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的切換調(diào)節(jié)器，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管是以第一脈沖寬度驅(qū)動(dòng)，且所述第三晶體管是以第二脈沖寬度驅(qū)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的切換調(diào)節(jié)器，其進(jìn)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。
全文摘要
一種切換功率轉(zhuǎn)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(lián)以提供較高切換效率。充電泵電路耦合至驅(qū)動(dòng)電路以便提供電源來(lái)驅(qū)動(dòng)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充電泵電路的充電。切換控制電路耦合至所述切換功率轉(zhuǎn)換器的輸出以便產(chǎn)生第一切換信號(hào)和第二切換信號(hào)用以調(diào)節(jié)所述切換功率轉(zhuǎn)換器。所述第一切換信號(hào)經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)所述第一晶體管和所述第二晶體管。所述第二切換信號(hào)經(jīng)耦合以驅(qū)動(dòng)所述第三晶體管。
文檔編號(hào)H02M5/275GK1913315SQ20061010840
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者楊大勇 申請(qǐng)人:崇貿(mào)科技股份有限公司