本發(fā)明涉及一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，特別是一種同步驅(qū)動器及一種具有二次側(cè)中央抽頭線圈的等效隔離式無電感高帶寬變壓器。本發(fā)明還涉及此系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)：

很多電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含直流/交流及直流/直流隔離式電荷轉(zhuǎn)換。在直流燈絲驅(qū)動應(yīng)用上，如此的電源轉(zhuǎn)換電路被稱為轉(zhuǎn)換器，而在交流燈絲驅(qū)動應(yīng)用上，則被稱為逆變器，其具有連接至二次側(cè)中央抽頭線圈的截止偏壓。在此應(yīng)用中，此截止偏壓可以減少真空顯示設(shè)備的噪聲。

圖1為傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個例子，在此例子中，有一個變壓器位于一次側(cè)供應(yīng)區(qū)及二次側(cè)供應(yīng)區(qū)的間，以達到電壓轉(zhuǎn)換及隔離。在一用于燈絲驅(qū)動的簡單轉(zhuǎn)換電路中，截止偏壓電壓104通過二次側(cè)線圈的中央抽頭連接至變壓器。至少一開關(guān)102在振蕩器101的控制下快速的切換，使電流通過二個交替的路徑由變壓器103的一端流回直流源，一次側(cè)線圈電流交替方向的切換在二次側(cè)電路產(chǎn)生交流電(ac)；在某些真空顯示器應(yīng)用中，齊納(zenor)二極管被連接至中央抽頭線圈以形成直流偏壓。

圖2為圖1的直流輸出簡化版本，在此版本中，一個額外的二極管橋201及一大電容202連接至變壓器的二次側(cè)線圈，以對交流電進行整流及過濾。

本發(fā)明可以克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點并且能提供額外的附加價值，本發(fā)明可以避免使用體積大、昂貴且低帶寬的變壓器、低壓降的蕭特基(shottky) 二極管及不環(huán)保的電解電容。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的其中一個目的就是提供一種新型電路，其使用多個晶體管，且可避免使用蕭特基二極管及大型的變壓器，可以隔離一次側(cè)及二次側(cè)電路，并由一次側(cè)電路傳輸電力至二次側(cè)電路，以降低功率損耗以及元件尺寸。

根據(jù)本發(fā)明的其中一目的提出一種隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于將無電感的電源轉(zhuǎn)換成交流/直流隔離式電源，此系統(tǒng)可包含隔離式電源總線、電荷傳輸系統(tǒng)及包含多個金氧半場效晶體管的集成電路，其中電荷傳輸系統(tǒng)包含隔離式電源總線控制器；振蕩器，其可提供時序信號至隔離式電源總線控制器；延遲時間總線，其可提供延遲時間信號至隔離式電源總線控制器，以延遲多個二次側(cè)開關(guān)由隔離式電源總線控制器控制的開啟時間，其中，在多個一次側(cè)開關(guān)被關(guān)閉后，多個二次側(cè)開關(guān)的開啟時間被延遲一預(yù)設(shè)時間區(qū)間；偏壓總線，其可提供直流偏壓至負(fù)載，其與施加于變壓器的中央抽頭線圈的直流偏壓等效；一次側(cè)控制總線，其可產(chǎn)生一次側(cè)控制信號至多個一次側(cè)開關(guān)；二次側(cè)控制總線，其可產(chǎn)生二次側(cè)控制信號至多個二次側(cè)開關(guān)；至少一開關(guān)電路，其可與隔離式電源總線耦合；至少一開關(guān)控制總線，其可控制至少一開關(guān)電路的切換及傳輸電荷至隔離式電源總線的電荷傳輸系統(tǒng)；以及至少一開關(guān)總線，其可包含至少一位準(zhǔn)偏移器，以調(diào)整控制二次側(cè)開關(guān)的信號。

根據(jù)本發(fā)明的其中一目的，再提出一種隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包含：外循環(huán)的上開關(guān)電路及外循環(huán)的下開關(guān)電路，外循環(huán)的上開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，外循環(huán)的下開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，其中，外循環(huán)的上開關(guān)電路及外循環(huán)的下開關(guān)電路可包含同步開關(guān)電路，其可用于傳輸電荷至隔離式電源總線；內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電 路及內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路，電源逆變應(yīng)用中內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，其中，內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路及內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路包含同步開關(guān)電路，可用于傳輸電荷至隔離式電源總線；內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路于電源轉(zhuǎn)換及隔離式數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路于電源轉(zhuǎn)換及隔離式數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，其中，內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路及內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路可包含同步開關(guān)電路，可用于傳輸電荷至隔離式電源總線；其中，當(dāng)上開關(guān)電路與下開關(guān)電路關(guān)閉時，施加于上開關(guān)電路的上電壓及施加于下開關(guān)電路的下電壓是隔離的，二次側(cè)控制總線電路用于控制上開關(guān)電路及下開關(guān)電路。

其中，施加于上開關(guān)電路的上電壓及施加于下開關(guān)電路的下電壓是同步的；此電路可包含至少一自舉位準(zhǔn)變換器，其偏移邏輯位準(zhǔn)至二次側(cè)控制總線位準(zhǔn)，以控制上開關(guān)電路及下開關(guān)電路的切換。

根據(jù)本發(fā)明的又一目的再提出一種隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換方法，其可用于隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。此方法可包含下列步驟：利用雙循環(huán)實現(xiàn)交流及直流電荷傳輸系統(tǒng)，其中外循環(huán)的上開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，外循環(huán)的下開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，其中，外循環(huán)的上開關(guān)電路及外循環(huán)的下開關(guān)電路可包含同步開關(guān)電路，可用于傳輸電荷至隔離式電源總線；于電源逆變應(yīng)用中，內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，而內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，其中，內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路及內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可包含同步開關(guān)電路，可用于傳輸電荷至隔離式電源總線；單一循環(huán)則可輸出脈動直流；于電源轉(zhuǎn)換及隔離式數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，而內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，其中，內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路及內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可包含同步開關(guān)電路，可用于傳輸電荷至隔離式電源總線；施加于上開關(guān)電路 的上電壓與施加于下開關(guān)電路的下電壓與一次側(cè)隔離；提供至少一開關(guān)控制總線，其可包含位準(zhǔn)偏移電路以根據(jù)偏移電壓總線電位來偏移一次側(cè)地參考開關(guān)控制總線至二次側(cè)開關(guān)控制總線的位準(zhǔn)；以及提供至少一電阻排連接至一次側(cè)循環(huán)電源，其包含至少一開關(guān)控制總線，用于接收i2c譯碼器的指令來改變整體分壓阻值，進而改變一次側(cè)和二次側(cè)的電壓值。

額外的特征及優(yōu)點可通過本發(fā)明的技術(shù)來實現(xiàn)，而本發(fā)明這里描述的其它實施例及觀點均應(yīng)涵蓋在主張的發(fā)明中。

通過本發(fā)明后續(xù)的敘述及相關(guān)的圖式，本發(fā)明其它的特征及優(yōu)點將變的更為清楚明了。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換裝置的一實施例的示意圖；

圖2為傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換裝置的另一實施例的示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一實施例的示意圖，其可提供交流輸出及脈動直流輸出；

圖4為圖6的電路的波型圖；

圖5為本發(fā)明提供的隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的另一實施例的示意圖，其可提供同步直流輸出；

圖6為本發(fā)明提供的隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的另一實施例的數(shù)字隔離器示意圖，其可提供同步直流輸出及數(shù)據(jù)傳輸；

圖7為本發(fā)明提供的隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的另一實施例的數(shù)字隔離器示意圖，其可變更循環(huán)電源的值作為動態(tài)控制補償輸出。

附圖標(biāo)記說明：102-開關(guān)；103-變壓器；104-截止偏壓電壓；201-二極管橋；202-大電容；30、50、60、70-隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；301、302-隔離式電源總線；311、511、611-振蕩器及邏輯電路；312、512、612- 隔離式電源總線控制器；321、322、323、324、521、522、523、524、621、622、623、624-一次側(cè)開關(guān)；326、327、328、329、526、527、528、529、626、627、628、629-二次側(cè)開關(guān)；351、352、551、552、592、651、652-波形因素控制電容；371、571-循環(huán)電源；381、581、681-二次側(cè)控制總線；382、582、682-延遲時間總線；383、583、683-偏壓總線；384、584、684-一次側(cè)控制總線；391、591、601-負(fù)載；602-隔離式位準(zhǔn)偏移器；701、702-電阻；703-i2c譯碼器；704-電源；s-源極；d-汲極；g-閘極；d1、d2-二極管。

具體實施方式

以下將參照相關(guān)圖式，說明依本發(fā)明提供的隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其方法的實施例，為使便于理解，下述實施例中的相同元件以相同的符號標(biāo)示來說明。

圖3舉例說明了本發(fā)明提供的的隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一實施例的示意圖，其可提供交流輸出。此隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30可包含隔離式電源總線301及302、電荷傳輸系統(tǒng)及包含多個金氧半場效晶體管的集成電路，其中電荷傳輸系統(tǒng)可包含隔離式電源總線控制器312、振蕩器及邏輯電路311、延遲時間總線382、偏壓總線383、一次側(cè)控制總線384、二次側(cè)控制總線381、至少一開關(guān)電路、至少一開關(guān)控制總線及至少一開關(guān)總線。振蕩器及邏輯電路311可提供時序信號至隔離式電源總線控制器312。延遲時間總線382可提供延遲時間信號至隔離式電源總線控制器312，以延遲多個二次側(cè)開關(guān)326、327、328、329由隔離式電源總線控制器312控制的開啟時間，其中，在多個一次側(cè)開關(guān)321、322、323、324被關(guān)閉后，多個二次側(cè)開關(guān)326、327、328、329的開啟時間可被延遲一預(yù)設(shè)時間區(qū)間。偏壓總線可提供直流偏壓至負(fù)載391。一次側(cè)控制總線384可產(chǎn)生一次側(cè)控制信號至該多個一次側(cè)開關(guān)321、322、323、324。二次側(cè)控制總線381可產(chǎn)生二次側(cè)控制信號至該多個二次側(cè)開關(guān)326、327、328、329。開關(guān)控 制總線可控制至少一開關(guān)電路的切換及傳輸電荷至隔離式電源總線301、302的電荷傳輸系統(tǒng)。至少一開關(guān)總線可包含至少一位準(zhǔn)偏移器，其可調(diào)整信號以利該多個二次側(cè)開關(guān)326、327、328、329的操作。

如圖3所示，振蕩器及邏輯電路311產(chǎn)生兩個具延遲時間的相位頻率，其可減少貫穿失真，一次側(cè)開關(guān)及偏壓以等效中央抽頭線圈。在相位1中，循環(huán)電源371產(chǎn)生的電壓經(jīng)由一次側(cè)開關(guān)321、322被導(dǎo)入波形因素控制電容351，而波形因素控制電容352則直接通過二次側(cè)控制總線381控制的二次側(cè)開關(guān)329、328注入隔離電荷至輸出負(fù)載391。

如圖3所示，在相位2中，直接于二次側(cè)控制總線381控制的交替路徑通過二次側(cè)開關(guān)326、327，波形因素控制電容351注入隔離電荷耦合至輸出負(fù)載391，而循環(huán)電源371產(chǎn)生的電荷經(jīng)由一次側(cè)開關(guān)323、324被導(dǎo)入波形因素控制電容352。經(jīng)由內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)電流方向的交替產(chǎn)生交流電至負(fù)載391。輸出均方根電壓是切換工作周期、電容、輸入電壓、負(fù)載及晶體管的導(dǎo)通電阻值的函數(shù)。

隔離電荷傳輸是由隔離波形因素控制電容351、352交替的傳輸耦合至負(fù)載，在一些實施例中是繞經(jīng)保持電容。

在一實施例中，若電荷輸出極小，隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30可以利用高壓金氧半導(dǎo)體2m集成電路制程(hvmos2micfoundryprocess)制造而成，隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30包含波形因素控制電容。最大隔離輸出是被此制程的最大接面崩潰電壓所限制。p型金氧半晶體管用于一次側(cè)開關(guān)321、323和二次側(cè)開關(guān)326、328，若是利用其它的自舉方法，則可以利用n型金氧半晶體管取代。n型金氧半晶體管用于一次側(cè)開關(guān)322、324和二次側(cè)開關(guān)327、329。n型埋層(nbllayer)用于保持隔離。

于隔離的二次側(cè)控制總線381的二次側(cè)開關(guān)326、327、328、329需要由隔離式電源總線301、302的控制脈沖來驅(qū)動。一隔離式電源控制器312 可執(zhí)行接地脈沖的位準(zhǔn)偏移以控制二次側(cè)控制總線的脈沖。沒有電流流經(jīng)一次側(cè)不平衡電路及二次側(cè)平衡電路之間。

本實施例包含下列步驟：

利用雙循環(huán)實現(xiàn)交流及直流電荷傳輸系統(tǒng)，其中，外循環(huán)的上開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，外循環(huán)的下開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，其中，外循環(huán)的上開關(guān)電路及外循環(huán)的下開關(guān)電路可包含同步開關(guān)電路，其可用于傳輸電荷至隔離式電源總線；于電源逆變應(yīng)用中，內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，而內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，其中，內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路及內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可包含同步開關(guān)電路，其可用于傳輸電荷至隔離式電源總線；于電源轉(zhuǎn)換及隔離式數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的上側(cè)，而內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路可耦合至隔離式電源總線的下側(cè)，其中，內(nèi)循環(huán)的下開關(guān)電路及內(nèi)循環(huán)的上開關(guān)電路可包含同步開關(guān)電路，其可用于傳輸電荷至隔離式電源總線。

使施加于上開關(guān)電路的上電壓與施加于下開關(guān)電路的下電壓隔離。

提供至少一開關(guān)控制總線，其可包含位準(zhǔn)偏移電路以根據(jù)偏移電壓總線電位，以偏移第一地參考開關(guān)控制總線至第二開關(guān)控制總線的位準(zhǔn)。

圖4為圖3的電路的燈絲負(fù)載的位置電位的波形。負(fù)載中心點的電位與變壓器中央抽頭線圈的電位相等。為了舉例說明，隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30的電壓波形與具中央抽頭并與偏壓連結(jié)的變壓器等效。

圖5為本發(fā)明提供的隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一實施例的示意圖，其由圖3延伸而來。如圖5所示，在相位1中，波形因素控制電容552經(jīng)由二次側(cè)開關(guān)528、529并經(jīng)由二次側(cè)控制總線581控制的內(nèi)循環(huán)耦合注入隔離電荷至輸出負(fù)載591，而電路經(jīng)由一次側(cè)開關(guān)521、522汲取循環(huán)電源571的產(chǎn)生的電荷至波形因素控制電容551。在相位2中，電路經(jīng)由一 次側(cè)開關(guān)523、524汲取循環(huán)電源571產(chǎn)生的接地電荷至波形因素控制電容552，而波形因素控制電容552經(jīng)由二次側(cè)控制總線581控制的二次側(cè)開關(guān)526、527耦合注入隔離電荷至輸出負(fù)載591。波形因素控制電容592用于過濾切換噪聲。經(jīng)過內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)的電流的相同方向產(chǎn)生直流電至負(fù)載591，其用于同步直流轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。

如圖6所示，其在隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)50的實施例中加入了額外的變化，其包含中斷電源電路所形成循環(huán)的隔離及相對于其它電路組件具有高阻抗的數(shù)據(jù)傳輸路徑。由于中斷了循環(huán)，噪聲電壓是橫跨隔離障壁，而非在接收端或更敏感的元件。

如圖7所示，其在隔離式無電感電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30的實施例中加入了額外的變化，于高精度電源應(yīng)用中如amvfd，由回授輸入電源704決定電荷傳輸有效值，并由內(nèi)建i2c譯碼器703等通訊協(xié)議改變電源回授電阻702以變更循環(huán)電源371的值，作為動態(tài)控制補償輸出。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性。其它任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應(yīng)該包含于本案權(quán)利要求范圍內(nèi)。