具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器的製作方法
2023-06-03 03:22:31 2
專利名稱：具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器的製作方法
技術領域：
本實用新型是有關於一種順向式轉換器，尤指一種使用具有低導通電阻的同步開關取代飛輪整流器以大幅降低其功率消耗的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器。
背景技術：
如圖1所示，已知順向式(forward)轉換器中通常具有第一開關81；變壓器82；第二整流器83；以及飛輪(flywheel)整流器84等組件。其中，於正半周期間，該第一開關81導通，經由變壓器82耦合後該第二整流器83也會導通，使電流流過該電感器85，並儲存能量於該電感器85中。
於負半周期間，該第一開關81截止，經由變壓器82耦合後該第二整流器83也會感應到負電壓而截止，該飛輪整流器84的正端則感應到正電壓而導通，使該電感器85釋放能量。於上述對電感器85的儲能及釋能過程中，儲能約佔整個周期的0.3-0.35，而釋能約佔整個周期的0.7-0.65，因此於釋能期間，該飛輪整流器84需消耗相當大的功率，例如，假設該飛輪整流器84具有0.5V順嚮導通電壓，而其輸出電流則為10A，則於導通期間該飛輪整流器84上的功率消耗＝Io×Vf＝10×0.5＝5W，不僅浪費電力且易使電源供應器發燙，誠屬美中不足之處。
有鑑於此，需要一種具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其使用具有低導通電阻的開關取代飛輪整流器以大幅降低其功率消耗的半波自我驅動同步整流器，以改善已知半波自我驅動同步整流器的缺點。
實用新型內容本實用新型的一目的是提供一種具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其使用具有低導通電阻的開關取代飛輪整流器以大幅降低其功率消耗。
為達上述的目的，本實用新型的一種具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其具有一第一開關，其第一端耦接至一電源輸入端，第二端則耦接至另一電源輸入端，第三端則接受一外接控制信號的控制；一變壓器，其具有一初級線圈、一第一次級線圈及一第二次級線圈，其中該初級線圈的兩端分別耦接至該直流電源輸入端及該第一開關的第一端，而該第一次級線圈是串接該第二次級線圈；
一第二整流器，其一端耦接至該第一次級線圈的一端，另一端則耦接至一電感器；以及一第二同步開關，其第一端耦接至該第二整流器的另一端，第二端耦接至該第一次級線圈及該第二次級線圈的串接處，第三端則耦接至該第二次級線圈的另一端。
其中該第一開關及第二同步開關皆為一具低導通電阻的電力開關。
其中該第一同步開關具有1-2Ω的導通電阻，而該第二同步開關則具有10mΩ的導通電阻。
其中該電力開關為N信道金氧半場效電晶體或N信道接面場效電晶體。
其中該第一開關的第一端是該金氧半場效電晶體的漏極，該第二端是該金氧半場效電晶體的柵極，該第三端是該金氧半場效電晶體的源極。
其中該第二同步開關的第一端是該金氧半場效電晶體的漏極，該第二端是該金氧半場效電晶體的柵極，該第三端是該金氧半場效電晶體的源極。
其中該第二次級線圈為一驅動線圈。
其中該第二整流器的導通時間為 其中N=N32N31,]]>N31為初級線圈的繞組圈數，N32為第一次級線圈的繞組圈數。
其中該第二同步開關的導通時間為全周期時間扣除第二整流器的導通期間。
其進一步具有一準位提升電路，其是串接於該第二同步MOS開關的柵極及第二次級線圈之間。
其中該準位提升電路是為一鉗位器。
本實用新型的有益效果是其使用具有低導通電阻的開關取代飛輪整流器以大幅降低其功率消耗。
為使審查員能進一步了解本實用新型的結構、特徵及其目的，
以下結合附圖及較佳具體實施例的詳細說明如後，其中圖1為一示意圖，其繪示已知順向式轉換器的電路示意圖。
圖2為一示意圖，其繪示本實用新型一較佳實施例的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器的電路示意圖。
圖3為一示意圖，其繪示本實用新型的順向式轉換器進一步具有一準位提升電路的電路示意圖。
圖4(a)及4(b)為示意圖，其分別繪示本實用新型的第二次級線圈輸出電壓經準位提升電路提升前及提升後的示意圖。
具體實施方式
請參照圖2，其繪示本實用新型一較佳實施例的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器的電路示意圖。如圖所示，本實用新型的半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器其具有R、C、Dclamp、Reset Winding或Lossless-Snubber等三種重置(reset)方式，包括一第一開關20；一變壓器30；一第二整流器40；以及一第二同步開關50所組合而成。
該第一開關20是為一三端組件，其可為任何電力開關，例如但不限於為一N信道金氧半場效電晶體、N信道接面場效電晶體、P信道金氧半場效電晶體或P信道接面場效電晶體，以下稱第一MOS開關20，其具有一具低導通電阻，例如但不限於1-2Ω，其第一端經由該變壓器30耦接至電源(VI的正端)，第二端可接受一外接控制信號的控制，該外接控制信號可來自例如但不限於一脈波寬度調變(PWM)控制器(圖未示)，第三端則耦接至另一直流電源輸入端(電源VI的負端)。其中，該第一端是該金氧半場效電晶體20的漏極(Drain)，該第二端是該金氧半場效電晶體20的柵極(Gate)，該第三端是該金氧半場效電晶體20的源極(Source)，其可接受該脈波寬度調變(PWM)控制器的控制而導通或截止。
該變壓器30例如但不限於為一電力變壓器，其具有一初級線圈31、一第一次級線圈32及一第二次級線圈33，其中該初級線圈31的兩端分別耦接至該直流電源輸入端及該第一MOS開關20的第一端，而該第一次級線圈32是串接該第二次級線圈33，且該第二次級線圈33較佳為一驅動線圈(driven coil)。
該第二整流器40，其一端耦接至該變壓器30的第一次級線圈32的一端，另一端則耦接至該第二開關50，而該第一次級線圈32的另一端則串接至第二次級線圈33後接地。
該第二同步開關50亦為一三端組件，其可為任何電力開關，例如但不限於為一N信道金氧半場效電晶體、N信道接面場效電晶體，以下稱第二MOS開關50，其具有一具低導通電阻，例如但不限於10mΩ，其第一端是耦接至該第二整流器40的負極，第二端耦接至該第二次級線圈33的另一端，第三端則耦接至該第一次級線圈32及第二次級線圈33的串接處。其中，該第一端是該金氧半場效電晶體50的漏極(Drain)，該第二端是該金氧半場效電晶體50的柵極(Gate)，該第三端是該金氧半場效電晶體50的源極(Source)。
於運作時，於該控制信號的高電壓期間，該第一MOS開關20因柵-源電壓為正而導通，該初級線圈31上的打點處感應到Vd正電壓，耦合後於該第一次級線圈32及第二次級線圈33的打點處分別感應到該正電壓，使第二整流器40導通，而第二同步MOS開關50則因其柵-源電壓為負(-(N3/N1)Vd，其中N1為初級線圈31的圈數，N3為第二次級線圈33的圈數)而截止，使電流流過該電感器65並儲存能量於該電感器65中。
於控制信號的無電壓期間，該第一MOS開關20截止，初級線圈31上的打點處感應到Vc的負電壓，經由耦合後該第一次級線圈32及第二次級線圈33的打點處亦分別感應到負電壓，使該第二整流器40截止，而該第二同步MOS開關50則因柵-源電壓為正((N3/N1)Vc)而導通，使該電感器65釋放能量。
於上述對電感器65的儲能及釋能過程中，儲能約佔整個控制信號周期的 百分比，N=N32N31,]]>其中N31為初級線圈31的繞組圈數，N32為第一次級線圈32的繞組圈數，通常設定為例如但不限於0.3-0.35，而釋能約佔整個控制信號周期的全周期時間扣除第二整流器50的導通期間，通常為例如但不限於0.7-0.65，因此於釋能期間，該第二同步MOS開關50所消耗功率的多寡即為一重點。如上所述，已知順向式電源轉換器所使用的飛輪整流器於導通期間具有Io×Vf＝10×0.5＝5W的功率消耗；而本實用新型使用具有10mΩ低導通電阻的第二同步MOS開關50取代已知飛輪整流器，假設導通時其輸出電流為10A，則本實用新型的第二MOS開關50於導通期間的功率消耗＝Io2×RDS(on)＝102×10×10-3＝1W；因此，本實用新型的第二同步MOS開關50於導通期間的功率消耗僅為已知飛輪整流器的1/5，但成本卻增加不多，足證本實用新型較已知順向式轉換器確具進步性。
請配合參照圖3及圖4，其中圖3繪示本實用新型的順向式轉換器進一步具有一準位提升電路的電路示意圖；圖4繪示本實用新型的第二次級線圈33輸出電壓經準位提升電路提升後的示意圖。如圖3所示，本實用新型的順向式轉換器進一步具有一準位提升電路70，其是串接於該第二同步MOS開關50的柵極及第二次級線圈33之間，可將該第二次級線圈33的輸出電壓提升。其中該準位提升電路70例如但不限於為一鉗位器(clamper)。
如圖4(a)所示，本實用新型的順向式轉換器其第二次級線圈33的輸出電壓在進入該準位提升電路70的前，其高於0V部份的電壓是由該第二同步MOS開關50所產生，低於0V部份的電壓是由該第二同步MOS開關50的本體二極體(body diode)所產生，惟本體二極體具有較高的導通電阻。如圖4(b)所示，該第二次級線圈33的輸出電壓進入該準位提升電路70後，其可將第二次級線圈33的輸出電壓提升例如但不限於6-7V，因此，使高於0V部份的電壓全部由該第二同步MOS開關50所產生，以降低導通時的導通電阻。
所以，經由本實用新型的實施，其使用具有低導通電阻的電力開關取代飛輪整流器以大幅降低其功率消耗，以改善已知順向式轉換器的缺點。
本實用新型所揭示的，乃較佳實施例，凡是局部的變更或修飾而源於本實用新型的技術思想而為熟習該項技術的人所易於推知的，俱不脫本實用新型的專利權範疇。
權利要求1.一種具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其具有一第一開關，其第一端耦接至一電源輸入端，第二端則耦接至另一電源輸入端，第三端則接受一外接控制信號的控制；一變壓器，其具有一初級線圈、一第一次級線圈及一第二次級線圈，其中該初級線圈的兩端分別耦接至該直流電源輸入端及該第一開關的第一端，而該第一次級線圈是串接該第二次級線圈；一第二整流器，其一端耦接至該第一次級線圈的一端，另一端則耦接至一電感器；以及一第二同步開關，其第一端耦接至該第二整流器的另一端，第二端耦接至該第一次級線圈及該第二次級線圈的串接處，第三端則耦接至該第二次級線圈的另一端。
2.如權利要求1項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該第一開關及第二同步開關皆為一具低導通電阻的電力開關。
3.如權利要求2項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該第一同步開關具有1-2Ω的導通電阻，而該第二同步開關則具有10mΩ的導通電阻。
4.如權利要求3項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該電力開關為N信道金氧半場效電晶體或N信道接面場效電晶體。
5.如權利要求1項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該第一開關的第一端是該金氧半場效電晶體的漏極，該第二端是該金氧半場效電晶體的柵極，該第三端是該金氧半場效電晶體的源極。
6.如權利要求1項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該第二同步開關的第一端是該金氧半場效電晶體的漏極，該第二端是該金氧半場效電晶體的柵極，該第三端是該金氧半場效電晶體的源極。
7.如權利要求1項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該第二次級線圈為一驅動線圈。
8.如權利要求1項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該第二整流器的導通時間為 其中N=N32N31,]]>N31為初級線圈的繞組圈數，N32為第一次級線圈的繞組圈數。
9.如權利要求8項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該第二同步開關的導通時間為全周期時間扣除第二整流器的導通期間。
10.如權利要求1項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其進一步具有一準位提升電路，其是串接於該第二同步MOS開關的柵極及第二次級線圈之間。
11.如權利要求10項所述的具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其特徵在於，其中該準位提升電路是為一鉗位器。
專利摘要本實用新型是關於一種具半波自我驅動同步整流器的順向式轉換器，其具有一第一整流器；一第一開關；一變壓器；一第二整流器；以及一第二同步開關；以便由使用具有低導通電阻的第二同步開關取代飛輪整流器以大幅降低其導通時的功率消耗。
文檔編號H02M3/335GK2899272SQ20062011517
公開日2007年5月9日 申請日期2006年5月16日 優先權日2006年5月16日
發明者黃明和 申請人:高效電子股份有限公司