專利名稱：電源轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于ー種轉(zhuǎn)換裝置，且特別是有關(guān)于ー種電源轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)升壓(Boost)轉(zhuǎn)換器是ー種輸出電壓高于輸入電壓的電源轉(zhuǎn)換器，當(dāng)輸出電壓增益較低吋，電路可以實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率；反之，在高電壓增益輸出吋，電路上的寄生元件將會(huì)使得電路損失變大，造成轉(zhuǎn)換效率降低。其中傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器為了得到高電壓增益比，使得工作周期必須超過(guò)50%，而過(guò)大的工作周期會(huì)使得電源轉(zhuǎn)換效率愈來(lái)愈低。返馳(Flyback)轉(zhuǎn)換器通過(guò)一次側(cè)(初級(jí)側(cè))與二次側(cè)(次級(jí)側(cè))的圈數(shù)比，可得到高電壓增益。因此為提高電壓增益，必須增加次級(jí)側(cè)繞組的圈數(shù)，使得變壓器的漏感及銅損變大。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)截止時(shí)，由于變壓器的漏感會(huì)在功率開(kāi)關(guān)漏極(Drain)與源極(Source)間會(huì)產(chǎn)生電壓突波(Spike)，而造成電路的損失，必須選擇高耐壓的功率開(kāi)關(guān)。為了克服漏感造成的電壓突波，緩沖電路(Snubber Circuit)的設(shè)計(jì)將是返馳轉(zhuǎn)換器的重點(diǎn)，而緩沖電路由于電阻的緣故將造成ー些轉(zhuǎn)換的損失。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種能降低轉(zhuǎn)換損失的電源轉(zhuǎn)換裝置。為達(dá)到上述的目的，本實(shí)用新型提供ー種電源轉(zhuǎn)換裝置，包含變壓器、一次側(cè)電路、二次側(cè)電路以及電源輸出單元。變壓器具有一次側(cè)與對(duì)應(yīng)此一次側(cè)的二次側(cè)，一次側(cè)具有第一端與第二端，二次側(cè)具有第三端與第四端。一次側(cè)電路包含電源輸入?yún)g元、晶體管開(kāi)關(guān)、第一電容、第二電容、第一ニ極管以及第ニニ極管。電源輸入單兀包含第一電極端與第ニ電極端， 第一電極端電連接第一端，晶體管開(kāi)關(guān)包含漏極端(汲極端，Drain)與源極端，漏極端電連接第二端，源極端電連接第ニ電極端，第一電容的一端電連接漏極端，第一電容的另一端電連接第二ニ極管的P型接合端，第一ニ極管的P型接合端電連接第一端，第一ニ極管的N型接合端電連接第二ニ極管的P型接合端，第二電容的一端電連接源極端，第二電容的另一端電連接第二ニ極管的N型接合端。二次側(cè)電路包含第三電容、第四電容、第三ニ極管以及第四ニ極管。第三電容的一端電連接第三端，第三電容的另一端電連接第四ニ極管的P型接合端，第三ニ極管的P型接合端電連接第四端，第三ニ極管的N型接合端電連接第四ニ極管的P型接合端，第四電容的一端電連接第四ニ極管的N型接合端，第四電容的另一端電連接第四端與第二ニ極管的N型接合端；電源輸出単元電連接在第二電極端與第四ニ極管的N型接合端。依照本新型的實(shí)施例所述電源轉(zhuǎn)換裝置，上述晶體管開(kāi)關(guān)更包含柵極端；晶體管開(kāi)關(guān)可為金氧半場(chǎng)效晶體管。依照本新型的實(shí)施例所述電源轉(zhuǎn)換裝置，上述第一電極端為正電極端。依照本新型的實(shí)施例所述電源轉(zhuǎn)換裝置，上述第二電極端為負(fù)電極端。依照本新型的實(shí)施例所述電源轉(zhuǎn)換裝置，上述電源輸出單元更包含負(fù)載。[0010]由此可知，本實(shí)用新型所提供的電源轉(zhuǎn)換裝置包含以下的特點(diǎn)具有高電壓增益、漏感能量回收、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易以及高轉(zhuǎn)換效率。

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例電源轉(zhuǎn)換裝置的電路方塊圖；圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例電源轉(zhuǎn)換裝置的電路圖；圖3為圖2的電路其晶體管開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通時(shí)的電路動(dòng)作原理圖；圖4為圖2的電路其晶體管開(kāi)關(guān)被截止時(shí)的電路動(dòng)作原理圖；圖5為圖2電路的動(dòng)作波形圖；圖6為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(一)；圖7為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(二)；圖8為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(三)；圖9為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(四)；圖10為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(五)；圖11為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(六)；以及圖12為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(七)。附圖標(biāo)記說(shuō)明 I電源轉(zhuǎn)換裝置11一次側(cè)電路12二次側(cè)電路Cl第一電容C2第二電容C3第三電容C4第四電容Dl第一二極管D2第二二極管D3第三二極管D4第四二極管El第一端E2第二端E3第三端E4第四端Lm激磁電感Lkl, Lk2泄漏電感SI晶體管開(kāi)關(guān)D漏極端G柵極端Rl負(fù)載S源極端[0046]Tr變壓器Vcl第一電容的充電電壓Vc2第二電容的充電電壓Vc3第三電容的充電電壓Vc4第四電容的充電電壓V1電源輸入單元Vo電源輸出單元。
具體實(shí)施方式
為讓本實(shí)用新型的上述構(gòu)造、特征、功效及目的能夠有更詳細(xì)的了解，現(xiàn)配合附圖將本實(shí)用新型相關(guān)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。請(qǐng)參閱圖1，圖1為本實(shí)用新型ー實(shí)施例電源轉(zhuǎn)換裝置的電路方塊圖。如圖1所示，電源轉(zhuǎn)換裝置I包含一次側(cè)電路11、二次側(cè)電路12以及電源輸出單元Vo。一次側(cè)電路11與二次側(cè)電路12可分別位于一變壓器的一次側(cè)與二次側(cè)，其分別利用升壓(Boost)轉(zhuǎn)換器與返馳(Flyback)轉(zhuǎn)換器的原理而巧妙的實(shí)現(xiàn)高電壓增益以及高轉(zhuǎn)
換效率。請(qǐng)參閱圖2，圖2為本實(shí)用新型ー實(shí)施例電源轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。
詳細(xì)而言，電源轉(zhuǎn)換裝置I包含變壓器Tr、一次側(cè)電路11、二次側(cè)電路12以及電源輸出單元Vo。變壓器Tr具有一次側(cè)與對(duì)應(yīng)此一次側(cè)的二次側(cè)，其中二次側(cè)的電壓由一次側(cè)所感應(yīng)獲得。一次側(cè)具有第一端El與第二端E2 ;二次側(cè)具有第三端E3與第四端E4。一次側(cè)電路11包含電源輸入?yún)g元V1、晶體管開(kāi)關(guān)SI (功率開(kāi)關(guān))、第一電容Cl、第ニ電容C2、第一ニ極管Dl以及第ニニ極管D2。電源輸入單元V1包含第一電極端與第二電極端，第一電極端電連接第一端E1。晶體管開(kāi)關(guān)SI包含漏極端(汲極端，Drain)D與源極端S，其中漏極端D電連接第二端E2;源極端S電連接電源輸入?yún)g元V1的第二電極端。第ー電容Cl的一端電連接漏極端D ;第ー電容Cl的另一端電連接第二ニ極管D2的P型接合端。第一ニ極管Dl的P型接合端電連接第一端El ;第一二極管Dl的N型接合端電連接第ニニ極管D2的P型接合端。第二電容C2的一端電連接源極端S ;第ニ電容C2的另一端電連接第二ニ極管D2的N型接合端。二次側(cè)電路12包含第三電容C3、第四電容C4、第三ニ極管D3以及第四ニ極管D4。第三電容C3的一端電連接第三端E3 ;第三電容C3的另一端電連接第四ニ極管D4的P型接合端。第三ニ極管D3的P型接合端電連接第四端E4 ;第三ニ極管D3的N型接合端電連接第四ニ極管D4的P型接合端。第四電容C4的一端電連接第四ニ極管D4的N型接合端；第四電容C4的另一端電連接在第四端E4與第二ニ極管D2的N型接合端。電源輸出単元Vo電連接在電源輸入單元V1的第二電極端與第四ニ極管D4的N型接合端。其中，晶體管開(kāi)關(guān)SI為更包含柵極端G的金氧半場(chǎng)效晶體管(例如M0S FET)，但不限定于此。且電源輸入單元V1的第一電極端可為正電極端；電源輸入?yún)g元V1的第二電極端可為負(fù)電極端。以及，電源輸出単元Vo更包含負(fù)載も。請(qǐng)同時(shí)參閱圖2與圖3，圖3為圖2的電路其晶體管開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通時(shí)的電路動(dòng)作原理圖。由圖2與圖3可知，電源轉(zhuǎn)換裝置I的高電壓增益原理如下當(dāng)晶體管開(kāi)關(guān)SI被導(dǎo)通(ON)時(shí)(第二二極管D2與第四二極管D4為不導(dǎo)通的狀態(tài))。變壓器Tr 一次側(cè)的第一二極管Dl開(kāi)始導(dǎo)通，第一電容Cl開(kāi)始充電、一激磁電感Lm開(kāi)始儲(chǔ)能。其中，第一電容Cl的充電電壓及激磁電感Lm的儲(chǔ)能電壓為輸入電源V1。以及，當(dāng)晶體管開(kāi)關(guān)SI被導(dǎo)通(ON)時(shí)，變壓器Tr 二次側(cè)的電壓是由一次側(cè)感應(yīng)至二次側(cè)，并經(jīng)由第三二極管D3導(dǎo)通路徑對(duì)第三電容C3充電。變壓器Tr 二次側(cè)的電壓及第三電容C3充電電壓為n倍的輸入電壓(n:匝數(shù)比=N2/N1)。請(qǐng)同時(shí)參閱圖4，圖4為圖2的電路其晶體管開(kāi)關(guān)被截止時(shí)的電路動(dòng)作原理圖。當(dāng)晶體管開(kāi)關(guān)SI被截止(OFF)時(shí)(第一二極管Dl與第三二極管D3為截止的狀態(tài))，變壓器Tr 一次側(cè)的第一二極管Dl為截止；第二二極管D2開(kāi)始導(dǎo)通。此時(shí)，第二電容C2的充電電壓等于第一電容Cl的充電電壓、激磁電感Lm的儲(chǔ)能電壓以及電源輸入單元V1之和(即Vc2=Vcl+Lm的儲(chǔ)能電壓+V1 )。以及，當(dāng)晶體管開(kāi)關(guān)SI被截止(OFF)時(shí)，第三二極管D3為截止的狀態(tài)；第四二極管D4開(kāi)始導(dǎo)通。此時(shí)，第四電容C4的充電電壓等于第三電容C3的充電電壓以及變壓器Tr二次側(cè)的電壓之和(即Vc4=Vc3+變壓器Tr 二次側(cè)的電壓)。因此，負(fù)載&所跨的電壓(即電源輸出單元Vo的電壓)為變壓器Tr 一次側(cè)的第二電容C2與變壓器Tr 二次側(cè)的第四電容C4兩者的電壓和。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5與圖6，圖5為圖2電路的動(dòng)作波形圖；圖5為圖1的細(xì)部電路動(dòng)
作原理圖(一)。詳而言之，當(dāng)處于一工作模式一(例如圖5的時(shí)間tQ h，其中Vgs為晶體管開(kāi)關(guān)SI的輸入信號(hào))時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)SI開(kāi)始導(dǎo)通，第一二極管Dl也開(kāi)始順向?qū)ǘ诙O管D2則為逆向截止，第一電容Cl經(jīng)由第一二極管Dl順向?qū)ㄩ_(kāi)始充電，而激磁電感Lm及泄漏電感Lkl也開(kāi)始儲(chǔ)能，二次側(cè)儲(chǔ)存于氣隙的剩余漏感能量，仍經(jīng)由第四二極管D4順向?qū)▽⒛芰克椭霖?fù)載&與二次側(cè)的第四電容C4。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5與圖6，圖6為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(二)。當(dāng)處于一工作模式二(例如圖5的時(shí)間h t2 )時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)SI仍然為導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)，二次側(cè)儲(chǔ)存于氣隙的剩余漏感能量釋放完后，第四二極管D4便開(kāi)始為截止?fàn)顟B(tài)，而第三二極管D3開(kāi)始順向?qū)?，激磁電感Lm的跨壓Vui經(jīng)由理想變壓器Tr將能量感應(yīng)至二次側(cè)，并利用第三二極管D3順向?qū)▽?duì)第三電容C3充電。而第一電容Cl仍經(jīng)由第一二極管Dl順向?qū)槌潆姞顟B(tài)，激磁電感Lm及泄漏電感Lkl仍為儲(chǔ)能狀態(tài)。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5與圖8，圖8為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(三)。當(dāng)處于一工作模式三(例如圖5的時(shí)間t2 t3 )時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)SI開(kāi)始截止，第一二極管Dl也為逆向截止。當(dāng)電源輸入單元V1、激磁電感Lm的跨壓Vu1、泄漏電感Lkl的跨壓與第一電容Cl的電壓Vcl的電壓和大于箝位第二電容C2的電壓Vc2時(shí),此時(shí)第二二極管D2開(kāi)始順向?qū)?，?duì)箝位第二電容C2充電而部分的電流對(duì)負(fù)載&放電；而二次側(cè)漏感的能量，仍經(jīng)由第三二極管D3順向?qū)▽?duì)倍壓第三電容C3充電。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5與圖9，圖9為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(四)。當(dāng)處于一工作模式四(例如圖5的時(shí)間t3 t4 )時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)SI仍處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)二次側(cè)倍壓第三電容C3的電壓Vc3、泄漏電感Lk2的跨壓V LK2與理想變壓器Tr ニ次側(cè)感應(yīng)的電壓V N2的電壓和大于輸出第四電容C4的電壓Vc4時(shí)，第三ニ極管D3開(kāi)始逆向截止而第四ニ極管D4便開(kāi)始順向?qū)?，則二次側(cè)的能量開(kāi)始經(jīng)由第四ニ極管D4順向?qū)ǖ穆窂綄?duì)負(fù)載も釋放能量，二次側(cè)輸出第四電容C4仍持續(xù)對(duì)負(fù)載も放電；而一次側(cè)的能量仍經(jīng)由第二ニ極管D2順向?qū)ǔ掷m(xù)向箝位第二電容C2充電，而部分電流對(duì)負(fù)載も提供倉(cāng)tfi。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5與圖10，圖10為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(五)。當(dāng)處于ー工作模式五(例如圖5的時(shí)間t4 t5 )吋，晶體管開(kāi)關(guān)SI仍處于截止?fàn)顟B(tài)。而一次側(cè)的能量則持續(xù)經(jīng)由第二ニ極管D2順向?qū)ㄏ蝮槲坏诙娙軨2充電，而部分電流向負(fù)載も提供能量；而二次側(cè)的能量則經(jīng)由第四ニ極管D4順向?qū)ㄩ_(kāi)始向二次側(cè)輸出第四電容C4充電，而部分電流則向負(fù)載も提供能量。因此，在此工作區(qū)間負(fù)載も所需的能量全由主電路提供。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5與圖11，圖11為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(六)。當(dāng)處于ー工作模式六(例如圖5的時(shí)間t6 )吋，晶體管開(kāi)關(guān)SI仍處于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，一次側(cè)的能量與箝位第二電容C2開(kāi)始向負(fù)載も放電；而二次側(cè)的能量則經(jīng)由第四ニ極管D4順向?qū)ǔ掷m(xù)向二次側(cè)輸出第四電容C4充電，而部分電流則向負(fù)載も提供能量。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5與圖12，圖12為圖2的細(xì)部電路動(dòng)作原理圖(七)。當(dāng)處于ー工作模式七(例如圖5的時(shí)間ぐt0 )吋，晶體管開(kāi)關(guān)SI仍處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)一次側(cè)的能量釋放至小于箝位第二電容C2的電壓Vc2時(shí)，第二ニ極管D2便開(kāi)始截止，此時(shí)能量由箝位第二電容C 2提供給負(fù)載も；而二次側(cè)的能量仍經(jīng)由第四ニ極管D4順向?qū)ǔ掷m(xù)向二次側(cè)輸出第四電容C4充電，而部分電流則向負(fù)載も提供能量。由上述可知，本實(shí)用新型所述電源轉(zhuǎn)換裝置包含以下的特點(diǎn)具有高電壓增益、主動(dòng)式箝位、低開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力、漏感能量回收、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易以及高轉(zhuǎn)換效率。綜上所述，僅記載本實(shí)用新型為解決問(wèn)題所采用的技術(shù)手段的較佳實(shí)施方式或?qū)嵤├?，并非用?lái)限定本實(shí)用新型專利實(shí)施的范圍。即凡是與本實(shí)用新型專利申請(qǐng)范圍文義相符，或依本實(shí)用新型專利范圍所做的均等變化與修飾，均為本實(shí)用新型專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，其包含 一變壓器，具有一一次側(cè)與對(duì)應(yīng)該一次側(cè)的一二次側(cè)，該一次側(cè)具有一第一端與一第二端，該二次側(cè)具有一第三端與一第四端；次側(cè)電路，包含一電源輸入單兀、一晶體管開(kāi)關(guān)、一第一電容、一第二電容、一第一二極管以及一第二二極管，該電源輸入單兀包含一第一電極端與一第二電極端，該第一電極端電連接該第一端，該晶體管開(kāi)關(guān)包含一漏極端與一源極端，該漏極端電連接該第二端，該源極端電連接該第二電極端，該第一電容的一端電連接該漏極端，該第一電容的另一端電連接該第二二極管的一 P型接合端，該第一二極管的一 P型接合端電連接該第一端，該第一二極管的一 N型接合端電連接該第二二極管的該P(yáng)型接合端，該第二電容的一端電連接該源極端，該第二電容的另一端電連接該第二二極管的一 N型接合端； 一二次側(cè)電路，包含一第三電容、一第四電容、一第三二極管以及一第四二極管，該第三電容的一端電連接該第三端，該第三電容的另一端電連接該第四二極管的一 P型接合端，該第三二極管的一P型接合端電連接該第四端，該第三二極管的一N型接合端電連接該第四二極管的該P(yáng)型接合端，該第四電容的一端電連接該第四二極管的一 N型接合端，該第四電容的另一端電連接該第四端與該第二二極管的該N型接合端；以及 一電源輸出單元，電連接在該第二電極端與該第四二極管的該N型接合端。
2.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述晶體管開(kāi)關(guān)更包含一柵極端。
3.如權(quán)利要求2所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述晶體管開(kāi)關(guān)為一金氧半場(chǎng)效晶體管。
4.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一電極端為一正電極端。
5.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第二電極端為一負(fù)電極端。
6.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電源輸出單元更包含一負(fù)載。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電源轉(zhuǎn)換裝置，包含變壓器、一次側(cè)電路、二次側(cè)電路以及電源輸出單元。一次側(cè)電路位于變壓器的一次側(cè)，一次側(cè)電路包含電源輸入單元、晶體管開(kāi)關(guān)、第一二極管、第二二極管、第一電容與第二電容；二次側(cè)電路位于變壓器的二次側(cè)，二次側(cè)電路包含第三二極管、第四二極管、第三電容與第四電容。其中利用晶體管開(kāi)關(guān)的控制，使得電連接在第二電容與第四電容兩者之間的電源輸出單元的電壓可高于電源輸入單元的電壓。
文檔編號(hào)H02M3/335GK202889200SQ20122015591
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
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