限制峰值電壓的主動箝位電路的製作方法

2023-10-18 00:43:14 4

專利名稱：限制峰值電壓的主動箝位電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種主動箝位電路，特別是涉及一種限制峰值電壓的 主動箝位電路，其是藉控制主動箝位電路的導通周期來控制變壓器激磁電 流，避免變壓器線圏飽和的電路。
背景技術：
請參閱圖1所示，是現有習知的主動箝位電路示意圖。現有習知的主
動箝位電路，主要是利用一脈波調變單元5控制一主開關單元11與一副開 關單元12的交錯開啟，控制一變壓器2線圏的激磁電流大小以調節輸出功 率，經過一兩開關元件SW3、 SW4組成的整流單元轉換為直流電力輸出，另外 具有一輸出回授單元4產生一回授，該回授的訊號送至該脈波調變單元5 以配合負載暫態變動而調整輸出。
請參閱圖2所示，是現有習知的主動箝位電路的波形圖，其產生的波 形如圖2所示，當暫態電流變動過大而超過線圈的飽和臨界線103時將造 成變壓器飽和，進而產生突波電流102,雖然現今的脈波調變單元5使用的 集成電路晶片(IC)皆具有過電流保護的功能，但是該過電流保護功能是限 制該變壓器2的激磁電流與負載電流總合的最大範圍，而當負載電流很低 時，激磁電流卻有可能過高，但在未達到該過電流保護功能所限制的最大範 圍之前無法停止該激磁電流上升至該變壓器飽合，該過電流飽合功能當該 變壓器飽合使突波電流出現即關閉該主開關單元11以消除突波電流，但關 閉前一瞬間出現的突波電流經過變壓器線圏兩端相互的感應，在該主開關 單元11上產生非常高的突波電壓101,對電源供應器的破壞極大，此即為 現有習知技術中所存在的問題；而現有習知的箝位電路控制如美國專利第 4,441,146 號 "Optimal resetting of the transformer's core in single—ended forward converters"是利用兩個開關單純的交4晉導通，由 於該專利無控制兩開關導通時序的機制，在暫態時變壓器可能達到飽合，隨 著變壓器飽合而產生暫態響應不良、暫態噪音與飽和時的過電壓現象,造成 輸出品質不良或者電路元件有損毀之虞；之後再有中國臺灣專利公告第 312869號的"定電壓箝拉順向轉換電源供應器"，該先前專利是利用一箝位 電感與二極體將多餘能量儲存至一電容，當設定該箝位電感與變壓器一次 側的線圏感量相同時，該電容的充電與放電能量相等，可抑制線圈達到飽 和，而該專利的問題在於增加上述的元件會造成損耗增加且降低效率，而且
上述該箝位電感感量必須要與變壓器一次側感量完全一樣，若兩者感量不 同即造成兩者不匹配，則產生能量流向不均衡的問題，而實施上兩電感的
匹配相當困難；因此仍需改善主動箝位電路的控制方法，使其具有避免飽 和且同時具有低損耗與實施簡便的優點。
由此可見，上述現有的主動箝位電路在結構與使用上，顯然仍存在有 不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為解決上述存在的問題，相關廠商 莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完 成，而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者 急欲解決的問題。因此如何能創設一種新型結構的限制峰值電壓的主動箝 位電路，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前業界極需改進的目標。
有鑑於上述現有的主動箝位電路存在的缺陷，本設計人基於從事此類 產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極 加以研究創新，以期創設一種新型結構的限制峰值電壓的主動箝位電路，能 夠改進一般現有的主動箝位電路，使其更具有實用性。經過不斷研究、設 計，並經過反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本實用新 型。
發明內容
本實用新型的主要目的在於，克服現有的主動箝位電路存在的缺陷，而 提供一種新型結構的限制峰值電壓的主動箝位電路，所要解決的技術問題 是使其藉由控制該主動箝位電路的工作周期，產生暫態能量緩衝空間，而可 以避免變壓器線圏飽和，從而更加適於實用。
本實用新型的目的及解決其技術問題是採用以下的技術方案來實現 的。依據本實用新型提出的一種限制峰值電壓的主動箝位電路，是電性連 接於一 電源供應器的變壓電路，該變壓電路包含有一轉換電力的變壓器、一 驅動該變壓器並產生一時脈訊號的脈波調變單元，以及一電性連接於該變 壓器及該脈波調變單元的輸出回授單元，其中該主動箝位電路是用以控制 該變壓器的電流大小，其中該主動箝位電路包括 一訊號擷取單元，是電 性連接該變壓器的一次側以取得輸出一擷取訊號； 一零點判別單元，其是 電性連接該訊號擷取單元以接收該擷取訊號，並依據該擷取訊號的最大值 與最小值定義出該擷取訊號周期變化的複數臨界點； 一回授單元，是電性 連接該訊號擷取單元以接收該擷取訊號，依據該擷取訊號的大小產生一第 一回授電流，另自變壓器一次側分流擷取一第二回授電流，並使該第一回 授電流與該第二回授電流匯流為一第三回授電流； 一主開關單元及一副開 關單元，是電性連接該變壓器並控制其電流路徑，而該主開關單元是由該脈 波調變單元產生其導通時序；以及一脈波控制單元，受該第三回授電流、該
時月永訊號與該零點判別單元定義的臨界點來觸發控制該副開關單元的開啟
(ON)與關閉(OFF)，與該主開關單元錯開形成該變壓器的激磁電流周期。
本實用新型的目的及解決其技術問題還可以可採用以下的技術措施來 進一步實現。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的訊號擷取單元是利 用 一輔助線圏在變壓器旁感應出與線圈電流等比例縮小或放大的擷取訊
號
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的訊號擷取單元更包 括一峰對峰值檢知單元定義出該擷取訊號的最大值與最小值。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的訊號擷取單元是利 用一可等比例放大電流的半導體元件獲取與線圏電壓等比例縮小或放大的 擷取訊號。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的變壓器的電流周期 分為電流呈固定斜率上升的正半周與電流呈另 一 固定斜率下降的負半周。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的零點判別單元利用 一半導體元件連接該輔助線圏的兩端，使該擷取訊號在電流變動時使該半 導體元件開啟(0N)或關閉(OFF),以檢知該變壓器電流周期變化的複數臨界 點。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的脈波控制單元中更 具有一最低限制電壓準位，當該變壓器電流周期的負半周因空載過度延長 導致輸出電壓低於該最低限制電壓準位時則停止延長該負半周。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的脈波控制單元中是 利用一稽納二極體(Zener diode)產生最低限制電壓準位。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的脈波調變單元產生 的時脈訊號是產生該副開關單元導通的最大周期限制。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的脈波調變單元產生
的時脈訊號是以訊號正緣關閉該副開關單元。
前述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其中所述的回授單元是利用一 電壓控制的電流源，依該擷取訊號的大小產生反比例的電流。
本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。經由以上可 知，為了達到上述目的，本實用新型提供了一種限制峰值電壓的主動箝位電 路,是電性連接於一 電源供應器的變壓電路，該變壓電路包含有 一轉換電力 的變壓器、 一驅動該變壓器並產生一時脈訊號的脈波調變單元以及一電性 連接於該變壓器及該脈波調變單元的輸出回授單元，而該主動箝位電路包 括一主開關單元、 一副開關單元、 一零點判別單元、 一輔助線圈、 一峰對 峰值檢知單元、 一回授單元與一脈波控制單元，該脈波調變單元是控制該
主開關單元動作以改變流經該變壓器的電流，而該輔助線圈是產生自變壓 器一次側感應產生該擷取訊號，該零點判別單元藉該擷取訊號判斷主開關 單元的動作，而由該脈波控制單元接受觸發後推動該副開關單元導通，該擷 取訊號更藉由該峰對峰值檢知單元與該回授單元產生一電流與變壓器一次 側的電流分流匯流為 一 回授電流，該回授電流控制該副開關單元的關閉，而
化的緩衝空間
藉由上述技術方案，本實用新型限制峰值電壓的主動箝位電路至少具
有下列優點本實用新型的主開關單元與該副開關單元的導通周期皆為錯 開，且兩者的導通周期間具有預留的空間，當空載時，因為該主開關單元與 副開關單元導通周期不長，使該預留的空間增寬，在負載不斷增加時，該預 留的空間可供該主開關單元與副開關單元的導通周期延展，且使其變壓器 線圈電流在該主開關單元的最大導通周期時不致使變壓器飽合；因此，上述 電路可藉由控制該副開關單元關閉(OFF)到該主開關單元再次開啟(ON)的 期間，形成一可因應電壓變動的預留裕度，於是當負載變動時，該主開關單 元導通的周期可在該預留裕度中延展以提高輸出，且在該預留裕度中安全 工作，不會因電流變動而導致變壓器飽和。本實用新型藉由控制該主動箝 位電路的工作周期，產生暫態能量緩衝空間，而可避免變壓器線圈飽和，且 同時具有低損耗與實施簡便的優點，非常適於實用。
綜上所述，本實用新型是有關一種限制峰值電壓的主動箝位電路，該主 動箝位電路包括控制變壓器線圈電流的一主開關單元與一副開關單元，是 藉一訊號擷取單元、 一零點判別單元、 一回授單元與一脈波控制單元控制 該副開關單元的導通(ON)周期與該主開關單元錯開，並控制該副開關單元 與該主開關單元的導通周期以形成一可容忍暫態電壓變化的緩衝空間。本 實用新型具有上述諸多優點及實用價值，其不論在產品結構或功能上皆有 較大改進，在技術上有顯著的進步，並產生了好用及實用的效杲，且較現有 的主動箝位電路具有增進的突出功效，從而更加適於實用，並具有產業的 廣泛利用價值，誠為一新穎、進步，實用的新設計。
上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實 用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本實用 新型的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施 例，並配合附圖，詳細說明如下。


圖l是現有習知的主動箝位電路示意圖。 圖2是現有習知的主動箝位電路的波形圖。
圖3是本實用新型限制峰值電壓的主動箝位電路的電路方塊圖。
圖4是本實用新型限制峰值電壓的主動箝位電路的實施例電路圖。 圖5是本實用新型限制峰值電壓的主動箝位電路實施例的波形圖。
具體實施方式
為更進一步闡述本實用新型為達成預定發明目的所採取的技術手段及 功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的限制峰值電壓 的主動箝位電路其具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。
本實用新型的電路架構，請參閱圖3所示，本實用新型較佳實施例的 限制峰值電壓的主動箝位電路，包括一受控於一脈波調變單元5的主開關 單元11以及一副開關單元12，其中
該主開關單元11與副開關單元12的導通控制電源供應器中一變壓器2 一次側的激》茲電流周期，其中該變壓器2的激》茲電流周期分為電流呈固 定斜率上升的正半周與電流呈另一固定斜率下降的負半周，而由該變壓器2 的二次側感應一電壓，並由兩個開關元件SW3、 SW4組成的整流單元轉換為 直流電力輸出，該脈波調變單元5同時產生一時脈訊號CLK供一同步整流 驅動單元3使用，該同步整流驅動單元3利用該時脈訊號CLK檢知該主開關 單元11與副開關單元12的動作，以控制該整流單元的兩開關元件SW3、 SW4 同步動作；
又，另設有一輸出回授單元4自輸入端取得一訊號回授至該脈波調變 單元5，以便隨著負載變動而調整該主開關單元11的工作周期；
而為了使負載變動較大時產生的線圈激磁電流在不會飽和的安全區間 內，本實用新型是利用一峰對峰值檢知單元6、 一零點判別單元7、 一回授 單元8與一脈波控制單元9控制該副開關單元12的導通周期，使該主開關 單元11與副開關單元12導通的周期之間具有容忍暫態電壓變化的裕度，其 中
該峰對峰值檢知單元6，是自該變壓器2 —次側線圈上獲得與一次側線 圏電壓等比例放大或縮小的一擷取訊號，該峰對峰值檢知單元6可以利用 一輔助線圏61取得該擷取訊號，並檢知該擷取訊號的最大值與最小值；
而後利用該零點判別單元7,藉該擷取訊號的最大值與最小值檢知該擷 取訊號周期變化的複數臨界點，藉由該複數臨界點即可得知該主開關單元 11的動作，且藉由判別該主開關單元11的動作使該副開關單元12的導通 時機可確實與該主開關單元ll錯開；
該脈波控制單元9，接受該脈波調變單元5的時脈訊號CLK觸發，進而 使該副開關單元12提早關閉，使該主開關單元11在該副開關單元12關閉 之後才會導通；又，該回4受單元8，亦依據該擷取訊號的大小成比例產生一第一回4受電
流Ib送至該脈波控制單元9,該脈波控制單元9控制該副開關單元12的動 作，而該副開關單元12導通時，另藉一迴路自變壓器2線圏電流擷取一第 二回授電流Is,該第一回授電流Ib與該第二回授電流Is匯流成一第三回 授電流，該第三回授電流觸發該脈波控制單元9關閉該副開關單元12,利用 該第三回授電流大小決定該副開關單元12關閉的時機，使該副開關單元12 關閉(turn OFF)到該主開關單元11再次開啟(turn 0N)的期間，形成一可 因應電壓變動的預留裕度，於是當負載變動時，該主開關單元ll導通的周 期可在該預留裕度中延展以提高輸出，且在該預留裕度中安全工作，不會因 電流的變化而導致變壓器飽和。
請參閱第3圖、第4圖與第5圖所示，是本實用新型限制峰值電壓的 主動箝位電路實施例的電路方塊圖、電路圖及波形圖，可以便於了解該方 塊圖中的具體實施電路與動作的波形，該峰對峰值檢知單元6，利用一輔助 線圏61在變壓器2旁，感應一與線圏一次側電壓等比例放大或縮小的擷取 訊號，經過電容Cl、 C2及二極體D4、 D5形成的峰對峰值檢知單元6取得 該擷取訊號的最大值與最小值，在電阻R3、 IT7及電晶體Q2形成的零點判 別單元7中，該輔助線圈61兩端接於該電晶體Q2的基極與射極，當該擷 取訊號的周期變化時，該電晶體Q2的工作狀態隨即變化，藉以檢知該主開 關單元11的動作；
該脈波控制單元9，其是由電阻R6、 R8、 RIO、 Rll、電容C4、 二極體 D3、稽納二極體D2與電晶體(即電晶體，以下均稱為電晶體)Q3、 Q4、 Q5所 組成，其中，電晶體Q3、 Q4、 Q5形成一確保該副開關單元12關閉(OFF)或 導通(ON)的閂閘器，該脈波控制單元9接受時脈訊號CLK的正緣觸發使該 副開關單元12關閉(OFF)，而該零點判別單元7確定該主開關單元11關閉 後使電晶體Q3、 Q4、 Q5推動該副開關單元12導通(ON);
又，該回^:單元8，是由電阻R1、 R2、 R4、 R5、稽納二極體D1與晶體 管Ql形成，該擷取訊號送至該電晶體Ql的基極與射極，且射極旁連接稽納 二極體D1做為穩壓，形成射極端具有固定電壓，使電晶體Ql集極產生與 該擷取訊號大小成反比的第一回授電流Ib,而該副開關單元12導通時，藉 一迴路自變壓器2線圏電流擷取一第二回授電流Is，而該第一回授電流Ib 與該第二回4t電流Is匯流形成一第三回授電流，用以觸發該脈波控制單元 9中的電晶體Q4，造成電晶體Q4、 Q3、 Q5的工作狀態改變，進而關閉該副 開關單元12;
請參閱圖5中的波形，其中Va為該脈波調變單元5推動該主開關單元 ll導通的電壓，亦即Va代表該主開關單元ll導通(ON)的周期，而Vc則代 表該副開關單元12導通的周期，Vds為該主開關單元11關閉(OFF)時，該主開關單元11兩端的電壓。由該波形圖中可看出，該主開關單元11與該副
開關單元12的導通周期皆錯開，且兩者的導通周期間具有預留的空間，當 空載時，因為該主開關單元11與副開關單元12導通周期不長，使該預留 的空間增寬，在負栽不斷增加時，該預留的空間可供該主開關單元11與副 開關單元12的導通周期延展，且使其變壓器2線圈電流在該主開關單元11 的最大導通周期時不致使變壓器2飽合；因此，上述的電路可藉由控制該副 開關單元12關閉(OFF)到該主開關單元11再次開啟(ON)的期間，形成一可 因應電壓變動的預留裕度，於是當負載變動時，該主開關單元ll導通的周 期可在該預留裕度中延展以提高輸出，且在該預留裕度中安全工作，不會因 電流變動而導致變壓器飽和。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作 任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非 用以限定本實用新型，如該訊號擷取單元亦可利用 一可等比例放大電流的 半導體元件獲取與線圈電流等比例縮小或放大的擷取訊號，任何熟悉本專 業的技術人員在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的 技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本 實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作 的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍 內。
權利要求1、一種限制峰值電壓的主動箝位電路，是電性連接於一電源供應器的變壓電路，該變壓電路包含有一轉換電力的變壓器(2)、一驅動該變壓器(2)並產生一時脈訊號的脈波調變單元(5)，以及一電生連接於該變壓器(2)及該脈波調變單元(5)的輸出回授單元(4)，其中該主動箝位電路是用以控制該變壓器(2)的電流大小，其特徵在於該主動箝位電路包括一訊號擷取單元，是電性連接該變壓器(2)的一次側以取得輸出一擷取訊號；一零點判別單元(7)，其是電性連接該訊號擷取單元以接收該擷取訊號，並依據該擷取訊號的最大值與最小值定義出該擷取訊號周期變化的複數臨界點；一回授單元(8)，是電性連接該訊號擷取單元以接收該擷取訊號，依據該擷取訊號的大小產生一第一回授電流，另自變壓器(2)一次側分流擷取一第二回授電流，並使該第一回授電流與該第二回授電流匯流為一第三回授電流；一主開關單元(11)及一副開關單元(12)，是電性連接該變壓器(2)並控制其電流路徑，而該主開關單元(11)是由該脈波調變單元(5)產生其導通時序；以及一脈波控制單元(9)，受該第三回授電流、該時脈訊號與該零點判別單元(7)定義的臨界點來觸發控制該副開關單元(112)的開啟與關閉，與該主開關單元(11)錯開形成該變壓器(2)的激磁電流周期。
2、 根據權利要求1所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在於 其中所述的訊號擷取單元是利用一輔助線圈(61)在變壓器(2)旁感應出與 線圏電流等比例縮小或放大的擷取訊號。
3、 根據權利要求2所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在於 其中所述的訊號擷取單元更包括一峰對峰值檢知單元(6)定義出該擷取訊 號的最大值與最小值。
4、 根據權利要求1所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在於 其中所述的訊號擷取單元是利用一可等比例放大電流的半導體元件獲取與 線圈電壓等比例縮小或放大的擷取訊號。
5、 根據權利要求1所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在於 其中所述的變壓器(2)的電流周期分為電流呈固定斜率上升的正半周與電 流呈另 一固定斜率下降的負半周。
6、 根據權利要求1或2所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵 在於其中所述的零點判別單元(7)利用一半導體元件連接該輔助線圈(61) 的兩端，使該擷取訊號在電流變動時使該半導體元件開啟或關閉，以檢知 該變壓器(2)電流周期變化的複數臨界點。
7、 根據權利要求1所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在於 其中所述的脈波控制單元(9)中更具有一最低限制電壓準位，當該變壓器 (2)電流周期的負半周因空載過度延長導致輸出電壓低於該最低限制電壓 準位時則停止延長該負半周。
8、 根據權利要求1所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在於 其中所述的脈波控制單元(9)中是利用一稽納二極體產生最低限制電壓準 位。
9、 根據權利要求1所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在於通的最大周期限制。
10、 根據權利要求9所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在關單元(12)。'；。' 、
11、 根據權利要求1所述的限制峰值電壓的主動箝位電路，其特徵在 於其中所述的回授單元(8)是利用 一 電壓控制的電流源，依該擷取訊號的大 小產生反比例的電流。
專利摘要本實用新型是有關於一種限制峰值電壓的主動箝位電路，該主動箝位電路包括控制變壓器線圈電流的一主開關單元與一副開關單元，是藉一訊號擷取單元、一零點判別單元、一回授單元與一脈波控制單元控制該副開關單元的導通(ON)周期與該主開關單元錯開，並控制該副開關單元與該主開關單元的導通周期以形成一可容忍暫態電壓變化的緩衝空間。本實用新型藉由控制該主動箝位電路的工作周期，產生暫態能量緩衝空間，而可以避免變壓器線圈飽和，且同時具有低損耗與實施簡便的優點，非常適於實用。
文檔編號H01F27/42GK201015031SQ200720000629
公開日2008年1月30日 申請日期2007年1月9日 優先權日2007年1月9日
發明者林國藩 申請人:全漢企業股份有限公司