專利名稱：一種使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換器裝置，尤指一種包含有同步整流器且其上設(shè)以一LC減震電路的轉(zhuǎn)換器，其消除了轉(zhuǎn)換器的突波，并使轉(zhuǎn)換器的變壓器可實(shí)現(xiàn)重置，同時(shí)使能量得以回生，因而使其效率提升。
為能解決此一問題，除了發(fā)展出一種近乎理想二極管(具有極小內(nèi)阻、切入電壓極低的優(yōu)點(diǎn))以外，事實(shí)上非常困難而幾乎不可能。而場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)同步整流器(SR)即可取代傳統(tǒng)二極管整流電路，再者，某些主動(dòng)箝制電路(active clamp)可進(jìn)一步改善運(yùn)用場(chǎng)效應(yīng)晶體管同步整流器的效率，但此種方式卻必需使用如輔助主動(dòng)開關(guān)以及復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路。
如

圖1所示，示出一種使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管同步整流器電路的單端順向轉(zhuǎn)換器的電路圖，該電路中的開關(guān)S2包含有場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1及其寄生二極管D1作為整流，而開關(guān)S3的場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2及其寄生二極管D2則形成一飛輪裝置，為減少二極管D2的導(dǎo)通損耗，而在圖2中使用一旁路電容C1用以延長(zhǎng)變壓器的重置時(shí)間，并防止場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1、Q2的同時(shí)關(guān)閉狀態(tài)，且由于轉(zhuǎn)換器寄生電感的存在，所以電容C1將使轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生高頻震蕩，而加劇電磁干擾(EMI)的問題及增大功率損失。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供有一種使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括有一變壓器，該變壓器的次級(jí)線圈一端連接有一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于該場(chǎng)效應(yīng)晶體管并連有一互相串連的電阻及電容；及該變壓器的初級(jí)線圈的一端連接于一主開關(guān)的一端，該初級(jí)線圈及該主開關(guān)另一端則各串接有兩二極管，該兩二極管之間連接一電感，并由該電感與其中一個(gè)二極管的連接端通過一電容連接于該初級(jí)線圈和該主開關(guān)的連接點(diǎn)，以構(gòu)成一LC減震電路。
其中，該轉(zhuǎn)換器可為一順向式轉(zhuǎn)換器。
其中，該轉(zhuǎn)換器可為一回掃式轉(zhuǎn)換器。
其中，該轉(zhuǎn)換器可為一半橋式轉(zhuǎn)換器。
其中，該轉(zhuǎn)換器可為一結(jié)合有實(shí)現(xiàn)能量同生電路的轉(zhuǎn)換器。
其中，該轉(zhuǎn)換器的變壓器另接一具有二次線圈的電感，使該電感與場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)串接，供該開關(guān)開路時(shí)，將可能產(chǎn)生的電壓突波的能量回生于電壓源，從而保護(hù)該開關(guān)。
其中，該轉(zhuǎn)換器的變壓器具有多組輸出。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一種使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括有變壓器，該變壓器的次線圈一端連接有一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管并連有一互相串連的電阻及電容。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管同步整流器電路的單端順向轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合有LC減震電路的轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合有RCD減震電路的轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖5是根據(jù)的本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器中的LC減震電路和RCD減震電路的負(fù)載特性效率曲線比較圖。
圖6是根據(jù)的本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器中的LC減震電路和RCD減震電路的輸入特性效率曲線比較圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合有LC減震電路的轉(zhuǎn)換器的波形示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合有LC減震電路的轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)波形示意圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合有LC減震電路的轉(zhuǎn)換器的電路圖，用于結(jié)合圖7和圖8來描述該轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的使用同步整流器電路的回掃式轉(zhuǎn)換器電路圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的使用同步整流器電路的半橋式轉(zhuǎn)換器電路圖。
圖12是裝有一反饋電流構(gòu)成能量回生電路的具有同步整流作用的順向式轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖13是裝有一反饋電流構(gòu)成能量回生電路的具有同步整流作用的回掃式轉(zhuǎn)換器的電路圖。
而且，在主開關(guān)S1開路狀態(tài)，儲(chǔ)存于主開關(guān)、轉(zhuǎn)換器、連接器的被動(dòng)元件能量會(huì)形成能量回生。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合有RCD減震電路的轉(zhuǎn)換器的電路圖。其中與圖3所示不同之處在于替換LC減震電路，而在變壓器的初級(jí)線圈加入由電阻R3、電容C3及二極管D5組成的RCD減震電路，用以保護(hù)主開關(guān)S1，以防止突波(turn-off surge)。
如圖5所示，則為結(jié)合有圖3所示LC減震電路的轉(zhuǎn)換器及結(jié)合有圖4所示RCD減震電路的轉(zhuǎn)換器的負(fù)載特性效率比較圖。該兩轉(zhuǎn)換器均設(shè)有場(chǎng)效應(yīng)晶體管同步整流器。由圖5中可看出，當(dāng)結(jié)合有LC減震電路的轉(zhuǎn)換器中的順向變壓器在4.14安培時(shí)，可以達(dá)到90.9％的最大效率，該效率高于結(jié)合有RCD減震電路的轉(zhuǎn)換器。
如圖6所示，是在各種不同輸入電壓下結(jié)合有LC減震電路的轉(zhuǎn)換器及結(jié)合有RCD減震電路的轉(zhuǎn)換器中的變壓器的效率比較圖。圖中結(jié)合有LC減震電路的變壓器的效率仍然高于結(jié)合有RCD減震電路的變壓器，我們可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，使用LC減震電路取代RCD減震電路，其變壓器的效率將提高10％。
如圖7所示，示出根據(jù)本發(fā)明的使用LC減震電路的轉(zhuǎn)換器的波形，圖中橫座標(biāo)為時(shí)間，V及I各代表電壓及電流。其主要波形在靜止對(duì)應(yīng)于一次開關(guān)周期，上述該周期如圖8所示，包括有7個(gè)操作狀態(tài)，主開關(guān)在兩個(gè)狀態(tài)中為導(dǎo)通(ON)，5個(gè)狀態(tài)中為開路(OFF)。
如圖9所示，此一轉(zhuǎn)換器的操作被詳細(xì)分析如下(1)狀態(tài)1在主開關(guān)S1開路時(shí)，此時(shí)減壓電容C以轉(zhuǎn)換器及輸出電流的磁性電流而放電。同時(shí)，儲(chǔ)存于減壓電感L的能量將回至電壓源Vi，由于電壓通過電容C的極性不是正極，在此狀態(tài)，開關(guān)S2持續(xù)導(dǎo)通，由轉(zhuǎn)換器次級(jí)電流供給負(fù)載電阻R0電源。(2)狀態(tài)2此狀態(tài)是在感應(yīng)電流iL到達(dá)0時(shí)啟動(dòng)，在電容C放電至零時(shí)停止。(3)狀態(tài)3初級(jí)線圈電流in1持續(xù)對(duì)電容C充電，當(dāng)能量完全轉(zhuǎn)移至電容C時(shí)，初級(jí)線圈電流in1將為0，此時(shí)，該電容C的電壓VC將被充電至某一特定電壓。次級(jí)線圈電壓|Vn2|將因電容C的充電動(dòng)作而逐漸上升，且在其上升期間，開關(guān)S3無法立即導(dǎo)通。而該逐漸增加的次級(jí)線圈電壓|Vn2|，使二極管D2此時(shí)導(dǎo)通，開關(guān)S3的該場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2則在此時(shí)打開。(4)狀態(tài)4二極管D3在初級(jí)線圈電流in1到達(dá)0時(shí)反向，電容C的電壓VC則通過狀態(tài)4的二極管D3反向電流回復(fù)而稍微放電，同時(shí)，因開關(guān)電壓VS1高于電壓源Vi，而有電流反向經(jīng)過初級(jí)線圈n1流到電壓源Vi。借此而回復(fù)能量，此階段，能量回復(fù)通常長(zhǎng)于二極管D3的反向回復(fù)。在狀態(tài)4的末期，初級(jí)線圈電流in1值在初級(jí)線圈電壓Vn1為0及開關(guān)電壓VS1等于電壓源Vi時(shí)到達(dá)。
另一方面，由于開關(guān)S3為導(dǎo)通，此狀況下開關(guān)電壓VS2等于負(fù)的線圈電壓Vn2，因電容C2及開關(guān)S2的被動(dòng)電容量將可通過反向線圈電流in2充電，此電流將于此狀態(tài)末期降至0。(5)狀態(tài)5已充電的電容C2可用來延長(zhǎng)開關(guān)S3內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2的導(dǎo)通狀態(tài)，即使轉(zhuǎn)換器重設(shè)電流降至0。因此飛輪電流并不流經(jīng)開關(guān)S3的二極管D2，避免較大的導(dǎo)通耗損轉(zhuǎn)換器次級(jí)往回電壓，在初級(jí)線圈電流in1為0后，將感應(yīng)一反向電壓Vn1經(jīng)二極管D3對(duì)電容C充電，使次級(jí)線圈電壓Vn2反向電壓上升保持開關(guān)S3在導(dǎo)通狀態(tài)，在初級(jí)狀態(tài)，當(dāng)二極管D3接通，開關(guān)電壓VS1等于電容C電壓VC及電壓源Vi之和，開關(guān)電壓VS1保持低于2倍電壓源Vi電壓。(6)狀態(tài)6當(dāng)主開關(guān)S1導(dǎo)通，電流由開關(guān)S1從電壓源Vi進(jìn)入初級(jí)線圈n1，同時(shí)二極管D4將為順偏，電容C將經(jīng)開關(guān)S1、二極管D4而放電，電壓Vn2則經(jīng)開關(guān)S2而供電給負(fù)載電阻R0。此時(shí)，在經(jīng)過一段極短時(shí)間之后，反向的飛輪電流iS3通過開關(guān)S3，此時(shí)開關(guān)S2及開關(guān)S3則呈現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通狀態(tài)。(7)狀態(tài)7當(dāng)開關(guān)S3內(nèi)部二極管D2反向回復(fù)電流到達(dá)0，主電流將保持流經(jīng)初級(jí)線圈n1及開關(guān)S1，同時(shí)，電容C將維持放電；在次級(jí)側(cè)，線圈電壓Vn2將持續(xù)供電給負(fù)載電阻R0，通過二極管D4及電感L對(duì)電容C作逆向充電。
除上述具有同步整流作用的順向式轉(zhuǎn)換器的主要實(shí)施例外，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器亦可是如圖10所示的回掃式轉(zhuǎn)換器或如圖11所示的半橋式轉(zhuǎn)換器。
圖12所示實(shí)施例中，是在圖3所示順向式轉(zhuǎn)換器上再加設(shè)一回生電路，另接一具有二次線圈的電感L1，使該電感L1的初級(jí)線圈與開關(guān)S2、S3連接，當(dāng)開關(guān)S2開路時(shí)將可產(chǎn)生的電壓突波的能量回生于電壓源，從而保護(hù)開關(guān)S2。
圖13所示實(shí)施例中，是在圖10所示回掃式轉(zhuǎn)換器上再加設(shè)一回生電路，另接一具有二次線圈的電感L2，使該電感L2的初級(jí)線圈與開關(guān)S2連接，當(dāng)開關(guān)S2開路時(shí)將可產(chǎn)生的電壓突波的能量回生于電壓源，從而保護(hù)開關(guān)S2。
以上所舉實(shí)施例僅用為方便說明本發(fā)明，不脫離本發(fā)明精神范疇，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所可作的各種簡(jiǎn)易變形與修飾，均仍應(yīng)含括于后附權(quán)利要求所限定的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括有一變壓器，該變壓器的次級(jí)線圈一端連接有一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于該場(chǎng)效應(yīng)晶體管并連有一互相串連的電阻及電容；及該變壓器的初級(jí)線圈的一端連接于一主開關(guān)的一端，該初級(jí)線圈及該主開關(guān)另一端則各串接有兩二極管，該兩二極管之間連接一電感，并由該電感與其中一個(gè)二極管的連接端通過一電容連接于該初級(jí)線圈和該主開關(guān)的連接點(diǎn)，以構(gòu)成一LC減震電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換器為一順向式轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換器為一回掃式轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換器為一半橋式轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換器為一結(jié)合有實(shí)現(xiàn)能量同生電路的轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換器的變壓器另接一具有二次線圈的電感，使該電感與場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)串接，供該開關(guān)開路時(shí)，將可能產(chǎn)生的電壓突波的能量回生于電壓源，從而保護(hù)該開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換器的變壓器具有多組輸出。
8.一種使用同步整流電路的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括有變壓器，該變壓器的次線圈一端連接有一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管并連有一互相串連的電阻及電容。
全文摘要
一種使用同步整流器的轉(zhuǎn)換器，尤指使用同步整流器且結(jié)合有LC減震電路的轉(zhuǎn)換器，主要是在轉(zhuǎn)換器的變壓器次級(jí)線圈一端所連接的場(chǎng)效應(yīng)晶體管并連一互相串連的電阻及電容，以降低震蕩及電磁干擾；該轉(zhuǎn)換器的變壓器初級(jí)線圈則在其兩端串接兩二極管，在二極管之間連接一電感，并由該電感與其中一二極管的連接端以一電容連接于變壓器和主開關(guān)元件的連接點(diǎn)，以構(gòu)成一LC減震電路，使轉(zhuǎn)換器的變壓器可重置，并實(shí)現(xiàn)能量回生，因而提高轉(zhuǎn)換器的效率。
文檔編號(hào)H02M3/338GK1450714SQ02106070
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月11日
發(fā)明者陳野正仁 申請(qǐng)人:鴻運(yùn)電子股份有限公司, 陳野正仁