降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置的製作方法
2023-04-30 21:17:46 1
專利名稱：降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置，特別是指一種可降低製造成本並可自行控制驅動能力的磁能驅動裝置。
背景技術：
一般在電訊及寬頻網絡傳輸中，需要用到一單相或多相的降壓型同步整流電路做為一直流-直流轉換器，且該電路需要一強而有力的外部驅動器去驅動它。如圖1所示，是以往一種外部驅動器1，其主要是驅動降壓型同步整流電路2中兩個串接的N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(下稱MOSFET)21、22，該外部驅動器1包括一用以產生脈衝信號的脈衝寬度調變器11及另一顆整合性驅動電路IC 12，該整合性驅動電路IC 12將該脈衝信號適當放大後，輸出兩個互為反相的驅動方波，分別驅動該二N通道MOS FET 21、22，使輪流產生導通及不導通現象，以輸出一可控制寬度的脈衝，然後經過一LC整流電路23整流後輸出一直流電壓。但是，由於以往外部驅動器1的整合性驅動電路IC 12的價錢較高，且其電路設計已經固定，應用者並無法自行控制或改變其驅動能力，使得使用上的彈性受到了限制。
發明內容
本發明的目的在於提供一種較為經濟且可讓使用者自行控制驅動能力的降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置。
本發明降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置，其中該降壓型同步整流電路包括一產生脈衝信號的脈衝寬度調變器，相串接的一第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體及一第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體，一第一電感器及一電容器，其中，該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極連接一電壓源，其源極連接該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極，該第一電感器一端連接該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的源極，另一端則經由該電容器接地。該磁能驅動裝置則包括一圖騰柱驅動器及一第二電感器。該圖騰柱驅動電路分別與該脈衝寬度調變器及該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的柵極電性連接，以根據該脈衝信號產生一驅動該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的第一驅動方波。該第二電感器是與上述第一電感器同相方式繞設於該第一電感器上，其一端連接上述電壓源，另一端連接上述第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的柵極。因此，當該第一驅動方波令該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體反覆產生導通及不導通時，該第一電感器上會有電流間斷流過，並在該第二電感器上間斷感應一負向電壓，而產生一使該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體反覆產生不導通及導通的第二驅動方波，且該第二驅動方波恰與該第一驅動方波反相，而藉由既有電路所構成的圖騰柱驅動電路及第二電感器的配合達到較為經濟且可自行控制驅動能力的目的。
下面通過最佳實施例及附圖對本發明降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置進行詳細說明，附圖中圖1是驅動一降壓型同步整流電路的一以往外部驅動器的電路方塊圖。
圖2是本發明降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置的一實施例。
圖3是該實施例的圖騰柱驅動電路所輸出的驅動該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的第一驅動方波。
圖4是該實施例的第二電感器所產生的驅動該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的第二驅動方波，且該第二驅動方波與圖3中的第一驅動方波互為反相。
圖5是在該實施例的節點40所產生的一輸出脈衝波形。
具體實施方式本發明的前述以及其它技術內容、特點與優點，在以下配合參考圖式的一實施例的詳細說明中，將可清楚的明白。
參閱圖2所示，是本發明降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置3的一實施例，本發明的磁能驅動裝置3主要是做為一降壓型同步整流電路4的驅動器，該降壓型同步整流電路4包括一脈衝寬度調變器41、兩個串接的N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(下稱MOSFET)Q1、Q2，一第一電感器L1，一電容器C及一第一二極體D1，其中，該脈衝寬度調變器41是用以產生一脈衝信號輸出，該MOSFET Q1的漏極連接一電壓源Vin，其源極連接該MOSFET Q2的漏極，而MOSFET Q2的源極接地，該第一電感器L1一端連接MOSFET Q1的源極(即Q2的漏極)，另一端連接該電容器C一端，而電容器C的另一端接地，該第一二極體D1連接於該MOSFET Q1的源極，以當該MOSFET Q1、Q2同時關閉通道時，做為一電流迴路。而該磁能驅動裝置3主要是用以驅動該降壓型同步整流電路4中的MOSFET Q1、Q2，其主要包括一圖騰柱驅動電路31、一第二電感器L2，以及一電阻R、一第二二極體D2和一第三MOSFET Q3。其中，該圖騰柱驅動電路31分別與上述脈衝寬度調變器41的輸出端及MOSFET Q1的柵極連接，以根據該脈衝寬度調變器41輸出的脈衝信號產生一驅動該MOSFETQ1的第一驅動方波33，其波形如圖3所示，每一脈衝具有一工作周期(duty cycle)D，且該工作周期D可隨著該脈衝寬度調變器41所輸出的脈衝信號的脈衝寬度改變。
該第二電感器L2是以與上述第一電感器L1同相的方式繞設在第一電感器L1上，其一端連接上述電壓源Vin，另一端則依序串接該電阻R、該第二二極體D2及該MOSFET Q3的漏極，且該MOSFET Q3的漏極又連接至該第二MOSFET Q2的柵極，其柵極連接至該脈衝寬度調變器41的輸出端，而其源極則接地。
因此，一併參閱圖2及圖3，當該圖騰柱驅動電路31輸出第一驅動方波33至MOSFET Q1時，在第一驅動方波33的工作周期D期間，MOSFET Q1被導通，電流從MOSFET Q1的源極流至第一電感器L1，於節點40(即MOSFET Q1的源極)產生一約等於電壓源Vin的正電壓，此時，繞設在第一電感器L1上的第二電感器L2受該電流感應，產生一負向電壓，特別是，該第二電感器L2繞線的匝數以及其受該MOSFET Q1導通所流過的電流，恰使得該負向電壓值等於該電壓源Vin的電壓值，即-Vin，使得正、負電壓恰相抵消為0伏特，MOSFET Q2因此不導通。而且，在MOSFET Q1導通期間，由於該脈衝寬度調變器41所輸出的脈衝信號與該第一驅動方波33同相，所以MOSFET Q3亦會同時被導通，而將該MOSFET Q2的柵極拉至接地端，以確保在MOSFET Q1導通的同一時間，MOSFET Q2不會導通。而當過了第一驅動方波33的工作周期D，MOSFETQ1及Q3變成不導通，此時，第一電感器L1不再有電流流過，第二電感器L2上沒有感應到負向電壓-Vin，電壓源Vin於是直接由第二電感器L2流經電阻R、第二二極體D2而使該MOSFET Q2導通，並於節點40產生一接近0伏電壓，直到第一驅動方波33的下一脈衝的工作周期D開始，MOSFET Q1才又被導通，此時，第二電感器L2上再度感應一負向電壓-Vin，使MOSFET Q2不導通。因此，藉由第二電感器L2根據MOSFET Q1導通、不導通所產生的感應電壓0及-Vin，即形成一驅動該MOSFET Q2的第二驅動方波34，如圖4所示，且該第二驅動方波34恰與該第一驅動方波33反相。MOSFET Q1及Q2即被該第一及第二驅動方波33、34反覆驅動，輪流產生導通及不導通，而在節點40產生如第五圖所示的輸出脈衝35，其相位比該第一驅動方波33稍微落後，而其峰值則相當於電壓源Vin，且該輸出脈衝35的脈衝寬度可隨該第一驅動方波33的脈衝寬度而改變。然後該脈衝35經過該第一電感器L1及電容器C的整流後，即於輸出端Vout產生一振幅小於該電壓源Vin的直流電壓。
因此，本發明藉由該圖騰柱驅動電路31產生一驅動該降壓型同步整流電路4的第一MOSFET Q1的第一驅動方波33，並藉由在該第一電感器L1上繞設一組同相的第二電感器L2，且該第二電感器L2的一端連接該電壓源Vin，另一端連接該第二MOSFET Q2的柵極，使得藉由該第一驅動方波33驅動該第一MOSFET Q1產生導通及不導通時，藉由磁能感應在該第二電感器L2上產生一負向電壓-Vin，而藉由第二電感器L2產生一驅動該第二MOSFET Q2的第二驅動方波34，使得該第二MOSFET Q2與該第一MOSFET Q1輪流產生導通及不導通現象，而在節點40產生一輸出脈衝35，經過LC電路(即第一電感器L1及電容C)整流降壓後輸出一直流電壓。
再者，由於該圖騰柱驅動電路31的架構較以往的整合性驅動電路IC 12簡單，且為一般既有的電路(由數顆電晶體構成)，可直接布局(layout)在電路板上，所以其價格相較於該整合性驅動電路IC 12便宜許多，而且，由於該圖騰柱驅動電路31是在設計時，才布局在電路板上，因此，其可因應使用者設計上的需求去做改變，讓設計者可自行控制其驅動能力，使用上較以往的整合性驅動電路IC 12更具彈性。另外，利用該第二電感器L2以與第一電感器L1同相繞線方式繞設在第一電感器L1上，即可在第一電感器L1被通以電流時，感應一負向電壓-Vin，然後再經由一正向偏壓Vin，即可得到一恰與該第一驅動方波33反相的第二驅動方波34，而此第一、二驅動方波33、34正可以做為該降壓型同步整流電路的第一、第二MOSFET Q1及Q2的驅動來源。
另外，在此值得一提的是，雖然本實施例中所例舉的降壓型同步整流電路4是一單相降壓型同步整流電路，但是對於多相降壓型同步整流電路而言，其不同之處只在於該多相降壓型同步整流電路是以一個脈衝寬度調變器輸出多個脈衝至多個驅動器以分別驅動連接其後的各個降壓型同步整流電路而已，因此，在多相降壓型同步整流電路中，只是根據其中的降壓型同步整流電路的數量，對應增加圖騰柱驅動電路31及第二電感器L2的數量，且其所能達致的功效與單相降壓型同步整流電路相同。
歸納上述，本發明降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置3，利用該以既有電路形成的圖騰柱驅動電路31產生該第一驅動方波33驅動該降壓型同步整流電路4的第一MOSFET Q1，並利用該第二電感器L2以同相方式繞設在第一電感器L1上，而藉由磁能感應產生一驅動該第二MOSFET Q2的第二驅動方波34，使得此一磁能驅動裝置3於應用上更為經濟實惠，加上該圖騰柱驅動電路31的驅動能力可以為設計者自行控制，使得本發明於實用上較具彈性。
權利要求
1.一種降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置，其中該降壓型同步整流電路包括一產生脈衝信號的脈衝寬度調變器，相串接的一第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體及一第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體，一第一電感器及一電容器，其中，該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極連接一電壓源，其源極連接該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極，該第一電感器一端連接該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的源極，另一端則經由該電容器接地；其特徵在於該磁能驅動裝置包括一圖騰柱驅動電路，分別與上述脈衝寬度調變器及該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的柵極電性連接，以根據該脈衝信號產生一驅動該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的第一驅動方波；及一第二電感器，以與上述第一電感器同相方式繞設於該第一電感器上，其一端連接上述電壓源，另一端連接上述第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的柵極；當該第一驅動方波令該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體導通時，流經該第一電感器的電流在該第二電感器上感應一負向電壓，使該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體不導通，當該第一驅動方波令該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體不導通時，該電壓源即經由該第二電感器使該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體導通，藉此，產生一驅動該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體且恰與該第一驅動方波反相的第二驅動方波。
2.如權利要求1所述降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置，其特徵在於該第二電感器在第一電感器上繞線的匝數，以及受到該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體導通所流過的電流，恰使得在其上感應到的負向電壓值等於該電壓源的電壓值。
3.如權利要求1所述降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置，其特徵在於該磁能驅動裝置更包括一電阻、一第二二極體及一第三N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體，而該第二電感器另一端是依序串接該電阻、該第二二極體及該第三N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極，且該第三N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極又連接至該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體的柵極，其柵極連接至該脈衝寬度調變器的輸出端，而其源極接地，藉此，該第三N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體會在該脈衝寬度調變器輸出的脈衝信號的工作周期期間導通，以確保該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體於此期間不導通。
全文摘要
一種降壓型同步整流電路的磁能驅動裝置，其中該降壓型同步整流電路包括一產生脈衝信號的脈衝寬度調變器，相串接的第一及第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體，以及一第一電感器；該磁能驅動裝置包括一借該脈衝信號產生一第一驅動方波的圖騰柱驅動電路，以及一繞設在第一電感器上的第二電感器，當該第一驅動方波使該第一N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體反覆產生導通及不導通動作時，在該第二電感器上會間斷感應一負向電壓，而產生一使該第二N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體反覆產生不導通及導通動作而且與該第一驅動方波反相的第二驅動方波。
文檔編號H02M3/155GK1521927SQ0310317
公開日2004年8月18日 申請日期2003年1月31日 優先權日2003年1月31日
發明者李志升, 陳孟鋒, 許建基 申請人:微星科技股份有限公司