脈衝寬度調變的同步整流電源裝置的製作方法
2023-06-05 10:53:56
專利名稱：脈衝寬度調變的同步整流電源裝置的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種脈衝寬度調變的電源裝置，特別是指一種於變壓器的二次側以同步整流開關電路進行脈衝寬度調變的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置。
背景技術：
請參閱圖I所示，其為現有中國臺灣省專利公報證書第M335874號「高效率推挽式電源電路」的電路示意圖，該脈衝寬度調變晶片82設於隔離驅動變壓器84的低壓側842，且該切換開關電路85設於隔離驅動變壓器84的高壓側841與變壓器81的高壓側811間，又該調幅脈衝放大電路83設於隔離驅動變壓器84的低壓側842與脈衝寬度調變晶片82間，另該變壓器81的低壓側812設有輸出整流電路86。通過該切換開關電路85的開關組件Ql、Q2為場效電晶體(MOSFET)，且利用場效電晶體低消耗功率的特性，而可降低開關組件Ql、Q2的切換損失，並同時將脈衝寬度調變晶片82設置於隔離驅動變壓器84的低壓側842，而可使得該脈衝寬度調變晶片82在低壓段工作，因而可避免高壓側其高電壓噪聲影響的目的。該「高效率推挽式電源電路」其脈衝寬度調變晶片82雖可避免高壓側其高電壓噪聲影響的目的，但是當該外部負載由重載降至輕載、或空載時，往往因該「高效率推挽式電源電路」並未設有任何變頻電路或裝置，而使該「高效率推挽式電源電路」在任何負載下，該脈衝寬度調變晶片82其控制訊號的切換頻率固定不變，因而造成該切換開關電路85其開關組件Q1、Q2的切換損失無法下降，因此常造成使用上的不便。且該變壓器81的低壓側812所連接的整流電路86是設計為二極體，不僅在工藝與材料成本相對花費較高，且整流效率差造成溫度偏高，更無法與高壓側811的該切換開關電路85達成同步整流的功效，相對使得該變壓器81成本不易降低，因此如何去降低成本，一直是業者所急迫有待尋求解決的方案以及改進之處。
發明內容
本發明的目的是在提供一種脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其是通過隔離電路驅動變壓器開關組件外，可同樣驅動變頻脈衝訊號驅動同步整流的金屬氧化物半導體場效應電晶體，將改善驅動時序問題以及改善一般同步整流相位損失，並可降低整流切換損失，進而達到提聞節能的功效。本發明的目的是在提供一種脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其是通過輸出一組以上變頻脈衝驅動訊號，除可經隔離組件驅動一次側開關組件外，另可與其同步的變頻脈衝驅動訊號驅動一組以上位置於二次側的同步整流電路，以二次側所連接的同步整流開關電路設計為具有至少一金屬氧化物半導體場效應電晶體，將取代傳統的二極體整流電路達到降低工藝與材料花費成本，以及提高整流效率降低溫度的功效。本發明的目的是在提供一種脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其是可通過負載的輕載、重載比例調整該變頻電路其振蕩訊號的頻率，而可使該脈衝寬度調變控制電路其脈衝訊號達到變頻的功效。為達上述的目的，本發明的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，是包括一變壓器、一脈衝寬度調變控制電路、一同步整流開關電路以及一變頻電路。該變壓器具有一次側與二次側，且以一隔離電路隔離一次側與二次側，而一次側以一切換開關電路提供驅動該變壓器，二次側以一濾波電路輸出各種電壓至外部負載。該脈衝寬度調變控制電路位於二次側上，並連接該隔離電路以及該濾波電路，該脈衝寬度調變控制電路產生一控制信號至該隔離電路，以驅動該切換開關電路。該同步整流開關電路位於二次側上，並連接該脈衝寬度調變控制電路，該同步整流開關電路接收該脈衝寬度調變控制電路所提供的一延遲時序控制信號。
在本發明較佳實施例中，該脈衝寬度調變的同步整流電源裝置更包括有一變頻電路，該變頻電路其是位於該二次側上，該變頻電路連接該脈衝寬度調變控制電路以及該濾波電路，該變頻電路以該外部負載的變化，使該脈衝寬度調變控制電路的脈衝訊號變頻。在本發明另一較佳實施例中，該變頻電路連接該脈衝寬度調變控制電路以及該隔離電路，該變頻電路以該隔離電路取得該切換開關電路負載的變化，使該脈衝寬度調變控制電路的脈衝訊號變頻。本發明的其他特點及具體實施例可於以下配合附圖的詳細說明中，進一步了解。
圖I為現有中國臺灣省專利公報證書第M335874號的高效率推挽式電源電路的電路不意圖。圖2A為本發明脈衝寬度調變的同步整流電源裝置第一較佳實施例電路示意圖。圖2B為本發明脈衝寬度調變的同步整流電源裝置第一較佳實施例方塊示意圖。圖3為本發明切換開關電路與同步整流開關電路的時序控制示意圖。圖4A為本發明脈衝寬度調變的同步整流電源裝置第二較佳實施例方塊示意圖。圖4B為本發明脈衝寬度調變的同步整流電源裝置第二較佳實施例變頻電路的動作示意圖。圖4C為本發明脈衝寬度調變的同步整流電源裝置第二較佳實施例振蕩訊號與脈衝訊號的變頻示意圖。附圖標記說明1_變壓器；11-一次側；12-二次側；2_變頻電路；21_檢知電路；211-轉換組件；22_比例控制電路；23_振蕩電路；24_取樣電路；3_隔離電路；32_隔離組件；4_脈衝寬度調變控制電路；40_圖騰埠放大電路；41_延遲時序控制電路；5_切換開關電路;6、6a-同步整流開關電路;7、7a-濾波電路；S1、S2、SRU SR2、SRla, SR2a_金屬氧化物半導體場效應電晶體；81_變壓器；811_高壓側；812_低壓側；82_脈衝寬度調變晶片；83_調幅脈衝放大電路；84_隔離驅動變壓器；841_高壓側；842_低壓側；85_切換開關電路；86_輸出整流電路；t' -DEAD TIME ;t":延遲時序；VFB-負載反饋電壓；VMf-內部電壓；IFB_負載電流；Qfb_金屬氧化物半導體場效應電晶體；Qa_金屬氧化物半導體場效應電晶體山-分電流充電電流；It_恆電流；C-電容；VC-電壓；Qb-金屬氧化物半導體場效應電晶體；V「內部電壓；tl-充電時間；T1-周期時間；T1W-導通時間Jltw-非導通時間；Tltotal-周期總時間；Q1_開關組件；Q2-開關組件。
具體實施例方式請參閱圖2A至圖2B所示，其為本發明脈衝寬度調變的同步整流電源裝置第一較佳實施例電路及方塊示意圖。本發明脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，是包括一變壓器
I、一脈衝寬度調變控制電路4以及一同步整流開關電路6。該變壓器I具有一次側11與二次側12，該變壓器I為一半橋式變壓器、一全橋式變壓器、一推挽式變壓器、一換流變壓器、一馳返式變壓器以及一前向式變壓器其中之一。該變壓器I以一隔離電路3隔離一次側11與二次側12，而一次側11以一切換開關電路5提供驅動該變壓器1，該切換開關電路5設有至少一組切換開關，為便於說明書進行，本發明較佳實施例中，該切換開關為金屬氧化物半導體場效應電晶體SI、S2，當然該切換開關也可為絕緣柵雙極電晶體(Insulated GateBipolar Transistor, IGBT),或是雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)。而該二次側12以一濾波電路7輸出各種電壓至外部負載。 在本發明較佳實施例中，該脈衝寬度調變的同步整流電源裝置更包括有一變頻電路2，該變頻電路2其是位於該二次側12上，該變頻電路2連接該脈衝寬度調變控制電路4以及該濾波電路7。而該變頻電路2中的內部電壓(VRE)為可調整設定負載狀況變頻位準，亦可設定為負載多寡時，開始變頻範圍為100% 0%，當設定為100%時，即可全段變頻，或當設定為0%時即可全段不變頻，亦即不需要該變頻電路2。而該變頻電路2以該外部負載的變化，使該脈衝寬度調變控制電路4的脈衝訊號變頻。當然，該變頻電路2亦可以連接該脈衝寬度調變控制電路4以及該隔離電路3，該變頻電路2以該隔離電路3取得該切換開關電路5負載的變化，使該脈衝寬度調變控制電路4的脈衝訊號變頻。該脈衝寬度調變控制電路4位於二次側12上，並連接該隔離電路3以及該濾波電路7，該脈衝寬度調變控制電路4產生一控制信號至該隔離電路3，以驅動該切換開關電路
5。該同步整流開關電路6位於二次側12上，並連接該脈衝寬度調變控制電路4，當然該脈衝寬度調變控制電路4可以僅連接單一同步整流開關電路6以及濾波電路7，在本發明較佳實施例中，該脈衝寬度調變控制電路4是同時連接二組同步整流開關電路6、6a以及濾波電路7、7a，諸如此類數量的變化乃熟悉此項技藝者所能依據上述的說明加以變化實施，故並不脫離本發明的要義所在，亦不脫離本發明的精神及範圍，於此並不再多加贅述。該同步整流開關電路6具有至少一組金屬氧化物半導體場效應電晶體SRI、SR2。請加參閱第3圖所示的本發明切換開關電路與同步整流開關電路的時序控制示意圖，即當該金屬氧化物半導體場效應電晶體SI動作時，該金屬氧化物半導體場效應電晶體S2為不動作，且SI及S2交互動作間會有一 DEAD TIME t'，以預防該切換開關電路5短路。而該同步整流開關電路6接收該脈衝寬度調變控制電路4所提供的一延遲時序t"在調整SI與S2脈衝訊號經隔離電路3到變壓器I能量轉換過程中與同步整流驅動脈衝訊號的時間差，可以使得該同步整流開關電路6、6a的該金屬氧化物半導體場效應電晶體SRUSRla與該切換開關電路5的該金屬氧化物半導體場效應電晶體SI為同步動作，且該同步整流開關電路66a的該金屬氧化物半導體場效應電晶體SR2、SR2a與該切換開關電路5的該金屬氧化物半導體場效應電晶體S2為同步動作亦可隨該變壓器I的繞法而互換，如此不僅可以將本發明的該變壓器I以該變頻電路2進行脈衝寬度調變，更可通過該同步整流開關電路6使該變壓器I達到驅動一組以上同步整流的功效。
以下因大部分的組件是相同或類似於前述實施例，因此相同的組件將直接給予相同的名稱及編號，且不予贅述，合先敘明。請參閱圖4A至圖4C所示，其為本發明脈衝寬度調變的同步整流電源裝置第二較佳實施例方塊、變頻電路的動作、以及振蕩訊號與脈衝訊號的變頻不意圖。該變頻電路2內設有一檢知電路21、一比例控制電路22以及一振蕩電路23，該檢知電路21為一電壓檢知電路以及一電流檢知電路其中之一，該比例控制電路22 —端連接於該檢知電路21，該振蕩 電路23 —端連接於該比例控制電路22，且另一端連接於該脈衝寬度調變控制電路4。在本發明較佳實施例中，該濾波電路7與該變壓器I其二次側12的間設有一取樣電路24，該取樣電路24 —端連接於該脈衝寬度調變控制電路4，可使該取樣電路24所測得的負載狀況傳送至變頻電路2內的檢知電路21。請再配合參閱圖4B所示，而可使該檢知電路21其輸入端的負載反饋電壓Vfb可取得負載狀況的電壓參考值，當然也可由經由隔離電路3取得切換開關電路5負載狀況，因此當負載下降時，可使該負載反饋電壓Vfb下降；反之，當負載上升時，可使該負載反饋電壓Vfb上升。而當該負載反饋電壓Vfb下降時，通過該檢知電路21其內部電壓VMf可與負載反饋電壓Vfb相比較，且一轉換組件211可使該內部電壓VMf與負載反饋電壓Vfb比較的結果轉換為輸出端的負載電流IFB，又該負載電流Ifb與負載反饋電壓Vfb成反比。因此當負載下降時，而可使該檢知電路21其輸入端的負載反饋電壓Vfb下降，因而可使該檢知電路21其輸出端的負載電流Ifb上升。當該檢知電路21其輸出端的負載電流Ifb上升時，通過該比例控制電路22 —端連接於該檢知電路21，且該振蕩電路23 —端連接於該比例控制電路22。該檢知電路21其輸出端的負載電流Ifb流入該比例控制電路22其金屬氧化物半導體場效應電晶體Qfb，而可使該金屬氧化物半導體場效應電晶體Qfb導通、且同時該恆電流It產生分流，而可使該分電流Ia流入金屬氧化物半導體場效應電晶體Qa，因而可使該金屬氧化物半導體場效應電晶體Qa呈導通狀態，進而可使該振蕩電路23的充電電流I。變小，即該負載電流Ifb上升而可控制該振蕩電路23其充電電流I。變小下降。因此當該充電電流I。變小下降時，可使該振蕩電路23其電容C緩慢充電，而可使該電容C的電壓V。緩慢上升，且使該電容C的充電時間11增加，當該電容C的電壓V。充電到與內部電壓V1相等時，通過該電容C的電壓\可對該金屬氧化物半導體場效應電晶體Q B進行放電，而可使該振蕩電路23產生振蕩訊號24，且可使該周期時間Tl增加，同時再通過該周期時間Tl與頻率成反比，而可使該振蕩訊號24其頻率下降，進而可達到降低該振蕩訊號24其頻率的目的。再通過該脈衝寬度調變控制電路4 一端連接于振蕩電路23，而可使該脈衝寬度調變控制電路4接收該振蕩電路23所產生的振蕩訊號24，因此當該振蕩訊號24的頻率降低時，可使該脈衝寬度調變控制電路4其脈衝訊號26的導通時間Tlw與非導通時間Tltw、及周期總時間Tltotal增加，而可使該脈衝周期(duty cycle)增加，且可使該脈衝訊號26其頻率下降，因而可達到降低該脈衝訊號26其頻率，進而可使該脈衝寬度調變控制電路4其脈衝訊號26達到變頻的目的。該隔離電路3 —端連接於該脈衝寬度調變控制電路4，且該隔離電路3設有一隔離組件32，以隔離一次側11與二次側12，而隔離組件32要驅動該切換開關電路5，必須將一低電壓轉成高電壓之後才能驅動，所以在該脈衝寬度調變控制電路4上加裝一圖騰埠放大電路40，該圖騰埠放大電路40能讓隔離組件32的輸出瞬間電流提供驅動該切換開關電路5輸入電容(Ciss)所需，這樣一來要驅動該切換開關電路5也較容易，最後將該圖騰埠放大電路40連接該脈衝寬度調變控制電路4，並使該脈衝寬度調變控制電路4用來產生一控制信號，該控制信號經由圖騰埠放大電路40放大後，讓該隔離電路3接收以驅動該切換開關電路5。當然，該脈衝寬度調變控制電路4具有一延遲時序控制電路41，該延遲時序控制電路41提供該延遲時序控制信號至該同步整流開關電路6，亦可將該延遲時序控制信號經由圖騰埠放大電路40放大後，再提供至該同步整流開關電路6。該隔離組件32可為隔離變壓器，又該隔離組件32也可為光耦合器，另該隔離組件32也可為磁性組件。因此，本發明可依負載的輕載、重載比例調整該脈衝寬度調變晶片10其振蕩訊號24的頻率，而可使該脈衝寬度調變控制電路4其脈衝訊號26達到變頻的功效，進而可大幅降低該切換開關電路5與整流濾波電路7其切換損失的功效，且同時更可提高節能的目的。以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離以下所附權利要求所限定的精神和範圍的情況下，可做出許多修改，變化，或等 效，但都將落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，是包括 一變壓器，其是具有一次側與二次側，該變壓器以一隔離電路隔離該一次側與該二次偵牝而該一次側以一切換開關電路提供驅動該變壓器，該二次側以一濾波電路輸出各種電壓至外部負載； 一脈衝寬度調變控制電路，其是位於該二次側上，該脈衝寬度調變控制電路連接該隔離電路以及該濾波電路，該脈衝寬度調變控制電路產生一控制信號至該隔離電路，以驅動該切換開關電路；以及 一同步整流開關電路，其是位於該二次側上，該同步整流開關電路連接該脈衝寬度調變控制電路，該同步整流開關電路接收該脈衝寬度調變控制電路所提供的一延遲時序控制信號。
2.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該脈衝寬度調變的同步整流電源裝置更包括有一變頻電路，該變頻電路其是位於該二次側上，該變頻電路連接該脈衝寬度調變控制電路以及該濾波電路，該變頻電路以該外部負載的變化，使該脈衝寬度調變控制電路的脈衝訊號變頻。
3.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該脈衝寬度調變的同步整流電源裝置更包括有一變頻電路，該變頻電路其是位於該二次側上，該變頻電路連接該脈衝寬度調變控制電路以及該隔離電路，該變頻電路以該隔離電路取得該切換開關電路負載的變化，使該脈衝寬度調變控制電路的脈衝訊號變頻。
4.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該同步整流開關電路具有至少一組金屬氧化物半導體場效應電晶體。
5.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該脈衝寬度調變控制電路具有一延遲時序控制電路，該延遲時序控制電路提供該延遲時序控制信號至該同步整流開關電路。
6.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該變頻電路更包括有一檢知電路、一比例控制電路以及一振湯電路，該檢知電路為一電壓檢知電路或一電流檢知電路其中之一，該比例控制電路一端連接於該檢知電路，該振蕩電路一端連接於該比例控制電路，且另一端連接於該脈衝寬度調變控制電路。
7.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該切換開關電路具有至少一組切換開關，該切換開關為一金屬氧化物半導體場效應電晶體、一絕緣柵雙極電晶體或一雙載子接面電晶體其中之一。
8.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該隔離電路用於將低電壓轉成高電壓以驅動該切換開關電路。
9.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該隔離電路為一隔離變壓器、一光耦合器或一磁性組件其中之一。
10.根據權利要求I所述的脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，其特徵在於，該變壓器為一半橋式變壓器、一全橋式變壓器、一推挽式變壓器、一換流變壓器、一馳返式變壓器或一前向式變壓器其中之一。
全文摘要
本發明是提供一種脈衝寬度調變的同步整流電源裝置，是包括一變壓器、一脈衝寬度調變控制電路以及一同步整流開關電路。該變壓器具有一次側與二次側，且以一隔離電路隔離一次側與二次側，而一次側以一切換開關電路提供驅動該變壓器，二次側以一濾波電路輸出各種電壓至外部負載。該脈衝寬度調變控制電路位於二次側上，並連接該隔離電路以及該濾波電路，該脈衝寬度調變控制電路產生一控制信號至該隔離電路，以驅動該切換開關電路。該同步整流開關電路位於二次側上，並連接該脈衝寬度調變控制電路，該同步整流開關電路接收該脈衝寬度調變控制電路所提供的一延遲時序控制信號。
文檔編號H02M7/217GK102723887SQ20111007985
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者許佳興, 陳長興 申請人:陳長興