專利名稱：具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是與電源轉(zhuǎn)換的技術(shù)有關(guān)，特別是指一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC converter)在進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)有功率損耗，此功率的損耗降低了轉(zhuǎn)換的效率。然而直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換器在功率密度的要求上日益增加，為了提高其轉(zhuǎn)換效率，目前廣泛使用的方式是在變壓器的二次側(cè)以功率金氧半場(chǎng)效晶體管(power M0SFET)做為同步整流開(kāi)關(guān)元件。此種方式確實(shí)可以提高重載時(shí)的效率，但是因?yàn)樵黾恿蓑?qū)動(dòng)時(shí)的功率損失，所以在輕載時(shí)仍然有功率上的損耗，造成了輕載時(shí)的效率較低。美國(guó)第US 7，443，146號(hào)專利，即揭露了在二次側(cè)以MOSFET來(lái)進(jìn)行整流的技術(shù)，其具有上述在輕載時(shí)仍有功率上的損耗的缺失，也具有輕載時(shí)效率較低的問(wèn)題。本案申請(qǐng)人提出了中國(guó)臺(tái)灣第M374229號(hào)專利技術(shù)，其降低了輕載時(shí)的功率損耗。雖然，此案是使用變壓器一次側(cè)的電流偵測(cè)結(jié)果做為降低待機(jī)損耗的判斷基礎(chǔ)，但并未揭露不經(jīng)由一次側(cè)而僅在二次側(cè)進(jìn)行判斷，并借以達(dá)到降低待機(jī)損耗的技術(shù)；此外，其所降低的損耗，仍有進(jìn)一步增加的余地。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其可降低輕載損耗，同時(shí)提高了輕載效率。為了達(dá)成前述目的，依據(jù)本實(shí)用新型所提供的一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，包含有一直流電源，具有一正極端以及一負(fù)極端；一變壓器，具有一一次側(cè)以及一二次側(cè)；該一次側(cè)具有一第一繞組，該第一繞組的一端連接于該直流電源的正極端，另一端連接于一第一 MOSFET (金氧半場(chǎng)效晶體管)，該第一 MOSFET電性連接于一 PWM(脈沖寬度調(diào)變)控制器；該二次側(cè)具有一第二繞組，以及具有一驅(qū)動(dòng)控制單元、一電流偵測(cè)控制單元、 一比較器以及一第二 M0SFET，該電流偵測(cè)控制單元電性連接于該比較器的一輸入端，該比較器的輸出端電性連接于該驅(qū)動(dòng)控制單元，該驅(qū)動(dòng)控制單元電性連接于該第二 M0SFET，主要提供同步整流功能，該第二 MOSFET電性連接于該第二繞組的一端且具有一內(nèi)部二極管 (Body Diode)，該第二繞組的另一端電性連接于該電流偵測(cè)控制單元；該第二繞組與該第二 MOSFET的組合用以連接于一負(fù)載，該負(fù)載并聯(lián)一電容。借此可降低輕載損耗，同時(shí)提高了輕載效率。

圖1是本實(shí)用新型第一較佳實(shí)施例的電路示意圖。圖2是本實(shí)用新型第一較佳實(shí)施例的效率/負(fù)載曲線圖。[0010]圖3是本實(shí)用新型第二較佳實(shí)施例的電路示意圖。 圖4是本實(shí)用新型第三較佳實(shí)施例的電路示意圖。圖5是本實(shí)用新型第四較佳實(shí)施例的電路示意圖。圖6是本實(shí)用新型第五較佳實(shí)施例的電路示意圖。圖7是本實(shí)用新型的一等效電路示意圖，顯示另一種電流偵測(cè)控制單元的電路架構(gòu)。
具體實(shí)施方式
為了詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)所在，茲舉以下較佳實(shí)施例并配合附圖說(shuō)明如后，其中如圖1至圖2所示，本實(shí)用新型第一較佳實(shí)施例所提供的一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器10，主要由一直流電源11、一變壓器Tl、一第一 MOSFET (金氧半場(chǎng)效晶體管) Ql、一 PWM (脈沖寬度調(diào)變)控制器21、一驅(qū)動(dòng)控制單元31、一電流偵測(cè)控制單元41、一比較器51以及一第二 MOSFET Q2所組成，其中該直流電源11，具有一正極端以及一負(fù)極端。該變壓器Tl，具有一一次側(cè)以及一二次側(cè)。該一次側(cè)具有一第一繞組Ni，該第一繞組m的一端連接于該直流電源11的正極端，另一端連接于該第一 MOSFET Q1，該第一 MOSFET Ql電性連接于該P(yáng)WM控制器21。該二次側(cè)具有一第二繞組N2，以及具有該驅(qū)動(dòng)控制單元31、該電流偵測(cè)控制單元 41、該比較器51以及該第二MOSFET Q2，該電流偵測(cè)控制單元41電性連接于該比較器51的一輸入端，該比較器51的輸出端電性連接于該驅(qū)動(dòng)控制單元31，該驅(qū)動(dòng)控制單元31電性連接于該第二 MOSFET Q2，主要提供同步整流功能，該第二 MOSFET Q2電性連接于該第二繞組 N2的一端且具有一內(nèi)部二極管(body diode)，該第二繞組N2的另一端電性連接于該電流偵測(cè)控制單元41。該第一繞組附與該第二 MOSFET Q2的組合用以連接于一負(fù)載52，該負(fù)載52并聯(lián)一電容Cl。在本實(shí)施例中，該第一繞組m的終端電性連接于該直流電源11的正極端，該第二繞組N2的終端電性連接于該電流偵測(cè)控制單元41。該驅(qū)動(dòng)控制單元31為一同步整流控制器，具有一失能(disable)腳位311，該比較器51的輸出端連接于該失能腳位311。又，該電流偵測(cè)控制單元41主要具有一放大器(0P放大器)42以及一感測(cè)電阻Rsense，該感測(cè)電阻Rsense的兩端分別電性連接于該第二繞組N2的終端以及該負(fù)載52。本實(shí)施例還包含有一第三MOSFET Q3以及一電感L，該第三MOSFET Q3分別以其源極、閘極以及汲極電性連接于該第二 MOSFET Q2、該驅(qū)動(dòng)控制單元31以及該第二繞組N2 的終端，該電感L以其兩端分別電性連接于該第二繞組N2的終端以及該電流偵測(cè)控制單元 41。接下來(lái)說(shuō)明本第一實(shí)施例的操作狀態(tài)。借由該P(yáng)WM控制器21控制該第一 MOSFET Ql的導(dǎo)通，該一次側(cè)的電源即經(jīng)由變壓而于該二次側(cè)產(chǎn)生電源。在正常工作時(shí)(或重載模式時(shí))，該負(fù)載52上的電流借由該感測(cè)電阻Rsense感測(cè)而轉(zhuǎn)換為電壓訊號(hào)至該放大器42，該放大器42即把訊號(hào)放大后輸出至該比較器51，該比較器51將訊號(hào)與參考電壓(Vref)進(jìn)行比較后由其輸出端輸出至該驅(qū)動(dòng)控制單元31的失能腳位311。此時(shí)由于輸出至該失能腳位311的電壓為正常電壓，因此該驅(qū)動(dòng)控制單元31即持續(xù)輸出脈波使該第二 MOSFET Q2導(dǎo)通，而持續(xù)維持正常工作狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)入輕載模式時(shí)，該負(fù)載52上的電流下降，該放大器42所輸出的電壓亦隨之下降，當(dāng)降至低于該比較器51的參考電壓時(shí)，該比較器51輸出至該失能腳位311的訊號(hào)即為低電壓，該驅(qū)動(dòng)控制單元31即關(guān)閉，而截止該第二及第三MOSFET Q2，Q3，轉(zhuǎn)由該第二及第三MOSFET Q2，Q3的內(nèi)部二極管進(jìn)行整流。由于在輕載狀況時(shí) ，在二次側(cè)是使用到該第二及第三MOSFET Q2，Q3的內(nèi)部二極管進(jìn)行整流，因此降低了功率損耗，亦即降低了輕載時(shí)的功率損耗，提高了輕載時(shí)的工作效率。截止該第二及第三MOSFET Q2，Q3的時(shí)機(jī)可由輕載時(shí)的效率/負(fù)載曲線來(lái)調(diào)整設(shè)定，如圖2所示，將該比較器51的動(dòng)作點(diǎn)(即該電流偵測(cè)控制單元41所輸出的電壓是否大于或小于參考電壓Vref的時(shí)機(jī)點(diǎn))設(shè)定在以該驅(qū)動(dòng)控制單元31進(jìn)行同步整流以及該驅(qū)動(dòng)控制單元31關(guān)閉而使用內(nèi)部二極管整流的效率/負(fù)載曲線交叉點(diǎn)，使效率/負(fù)載曲線能補(bǔ)足兩者的缺點(diǎn)，使轉(zhuǎn)換器的效率在不同負(fù)載時(shí)達(dá)到最佳值。由上可知，本第一實(shí)施例中是由位于第二側(cè)的比較器51來(lái)判斷是否要關(guān)閉該驅(qū)動(dòng)控制單元31，因此其是在該變壓器Tl的二次側(cè)完成判斷的。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D3，本實(shí)用新型第二較佳實(shí)施例所提供的一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器60，主要概同于前揭第一實(shí)施例，不同之處在于該驅(qū)動(dòng)控制單元31為一同步整流控制器，具有一電源端32。該比較器51的輸出端電性連接于該驅(qū)動(dòng)控制單元31的電源端32。在操作時(shí)，該比較器51的輸出端輸出低電壓訊號(hào)時(shí)，即直接由電源端32關(guān)閉該驅(qū)動(dòng)控制單元31，同樣達(dá)到了使該第二及第三MOSFET Q2，Q3截止的功能。本第二實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)、操作方式以及所能達(dá)成的功效均概同于前揭第一實(shí)施例，容不贅述。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D4，本實(shí)用新型第三較佳實(shí)施例所提供的一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器70，主要概同于前揭第一實(shí)施例，不同之處在于該驅(qū)動(dòng)控制單元31由二 MOSFET Q4，Q5以及一電源端32所組成，該比較器51的輸出端為電性連接于該驅(qū)動(dòng)控制單元31的電源端32，且該二 MOSFET Q4，Q5的閘極電性連接于該電源端32。在操作時(shí)，該比較器51的輸出端輸出低電壓訊號(hào)時(shí)，即直接由電源端32截止該二 MOSFET Q4，Q5，進(jìn)而截止了該第二及第三MOSFET Q2，Q3。本第三實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)、操作方式以及所能達(dá)成的功效均概同于前揭第一實(shí)施例，容不贅述。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D5，本實(shí)用新型第四較佳實(shí)施例所提供的一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器80，主要概同于前揭第一實(shí)施例，不同之處在于本實(shí)施例中不具有第三MOSFET Q3，也不具有該電感L，而是以該第二 MOSFET Q2 配合該變壓器Tl以及該電容Cl形成一返馳式轉(zhuǎn)換電路。在操作時(shí)，該比較器51的輸出端輸出低電壓訊號(hào)時(shí)，即經(jīng)由該失能腳位311使該驅(qū)動(dòng)控制單元31關(guān)閉，進(jìn)而截止了該第二MOSFET Q2，進(jìn)而使用該第二MOSFET Q2的內(nèi)部二極管進(jìn)行整流。本第四實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)、操作方式以及所能達(dá)成的功效均概同于前揭第一實(shí)施例，容不贅述。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D6，本實(shí)用新型第五較佳實(shí)施例所提供的一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器90，主要概同于前揭第四實(shí)施例，不同之處在于 還包含有一第三繞組N3，該驅(qū)動(dòng)控制單元31由該第三繞組N3、二個(gè)二極管D2、 二電阻R2以及一電容C2所組成。其中該第三繞組N3的終端與該第二 MOSFET Q2電性連接。在操作時(shí)，該比較器51的輸出端輸出低電壓訊號(hào)時(shí)，即經(jīng)由該驅(qū)動(dòng)控制單元31截止該第二 MOSFET Q2，進(jìn)而使用該第二 MOSFET Q2的內(nèi)部二極管進(jìn)行整流。本第五實(shí)施例的其余結(jié)構(gòu)、操作方式以及所能達(dá)成的功效均概同于前揭第四實(shí)施例，容不贅述。值得補(bǔ)充的一點(diǎn)是，上述各實(shí)施例中的該電流偵測(cè)控制單元41，其放大器可等效替換為一電流偵測(cè)IC 42’，如圖7所示，換言之，該電流偵測(cè)控制單元41并不以使用放大器 42為限。由上可知，本實(shí)用新型所可達(dá)成的功效在于在輕載狀況時(shí)，是由位于第二側(cè)的比較器51來(lái)判斷是否要關(guān)閉該驅(qū)動(dòng)控制單元31，因此其是在該變壓器Tl的二次側(cè)完成判斷的。此外，在二次側(cè)主要使用到MOSFET的內(nèi)部二極管進(jìn)行整流，因此降低了功率損耗，從而降低了輕載時(shí)的功率損耗，提高了輕載時(shí)的工作效率。
權(quán)利要求1.一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包含有一直流電源，具有一正極端以及一負(fù)極端；一變壓器，具有一一次側(cè)以及一二次側(cè)；該一次側(cè)具有一第一繞組，該第一繞組的一端連接于該直流電源的正極端，另一端連接于一第一 M0SFET，該第一 MOSFET電性連接于一 PWM控制器；該二次側(cè)具有一第二繞組，以及具有一驅(qū)動(dòng)控制單元、一電流偵測(cè)控制單元、一比較器以及一第二 M0SFET，該電流偵測(cè)控制單元電性連接于該比較器的一輸入端，該比較器的輸出端電性連接于該驅(qū)動(dòng)控制單元，該驅(qū)動(dòng)控制單元電性連接于該第二 M0SFET，主要提供同步整流功能，該第二 MOSFET電性連接于該第二繞組的一端且具有一內(nèi)部二極管，該第二繞組的另一端電性連接于該電流偵測(cè)控制單元；該第二繞組與該第二 MOSFET的組合用以連接于一負(fù)載，該負(fù)載并聯(lián)一電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一繞組的終端電性連接于該直流電源的正極端，該第二繞組的終端電性連接于該電流偵測(cè)控制單兀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包含有一第三MOSFET以及一電感，該第三MOSFET電性連接于該第二 M0SFET、該驅(qū)動(dòng)控制單元以及該第二繞組的終端，該電感以其兩端分別電性連接于該第二繞組的終端以及該電流偵測(cè)控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該驅(qū)動(dòng)控制單元為一同步整流控制器，具有一失能腳位，該比較器的輸出端電性連接于該失能腳位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該驅(qū)動(dòng)控制單元為一同步整流控制器，具有一電源端，該比較器的輸出端電性連接于該驅(qū)動(dòng)控制單元的電源端。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該驅(qū)動(dòng)控制單元由二 MOSFET以及一電源端所組成，該比較器的輸出端電性連接于該驅(qū)動(dòng)控制單元的電源端，且該二 MOSFET的閘極電性連接于該電源端。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該電流偵測(cè)控制單元主要具有一放大器以及一感測(cè)電阻，該感測(cè)電阻的兩端分別電性連接于該第二繞組的終端以及該負(fù)載。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該電流偵測(cè)控制單元主要有一電流偵測(cè)IC以及一感測(cè)電阻，該感測(cè)電阻的兩端分別電性連接于該第二繞組的終端以及該負(fù)載。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該驅(qū)動(dòng)控制單元為一同步整流控制器，具有一失能腳位，該比較器的輸出端電性連接于該失能腳位。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包含有一第三繞組，該驅(qū)動(dòng)控制單元由該第三繞組、二個(gè)二極管、二電阻以及一電容所組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該電流偵測(cè)控制單元主要有一放大器以及一感測(cè)電阻，該感測(cè)電阻的兩端分別電性連接于該第二繞組的終端以及該負(fù)載。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該電流偵測(cè)控制單元主要有一電流偵測(cè)IC以及一感測(cè)電阻，該感測(cè)電阻的兩端分別電性連接于該第二繞組的終端以及該負(fù)載。
專利摘要一種具有較高輕載效率的電源轉(zhuǎn)換器，包含有一直流電源；一變壓器，一次側(cè)具有一第一繞組、一第一MOSFET(金氧半場(chǎng)效晶體管)以及一PWM(脈沖寬度調(diào)變)控制器；二次側(cè)具有一第二繞組，以及具有一驅(qū)動(dòng)控制單元、一電流偵測(cè)控制單元、一比較器以及一第二MOSFET(金氧半場(chǎng)效晶體管)，該電流偵測(cè)控制單元電性連接于該比較器的一輸入端，該比較器的輸出端電性連接于該驅(qū)動(dòng)控制單元，該驅(qū)動(dòng)控制單元電性連接于該第二MOSFET，提供同步整流功能，該第二MOSFET電性連接于該第二繞組的一端且具有一內(nèi)部二極管；該第二繞組與該第二MOSFET的組合用以連接于一負(fù)載，該負(fù)載并聯(lián)一電容。借此可降低輕載時(shí)的損耗，同時(shí)提高了輕載時(shí)的效率。
文檔編號(hào)H02M3/335GK202127362SQ20112009494
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者劉力豪, 陳聯(lián)興 申請(qǐng)人:博大科技股份有限公司