專(zhuān)利名稱(chēng)：用來(lái)改進(jìn)同步整流復(fù)位的一種單端正向dc至dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
至DC轉(zhuǎn)換器本發(fā)明涉及一種DC至DC轉(zhuǎn)換器，特別是涉及具有使變壓器鐵心復(fù)位的電路的一種單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器。
DC至DC轉(zhuǎn)換器被用來(lái)將輸入的DC電壓轉(zhuǎn)換成不同輸出的DC電壓以提供給負(fù)載。這種轉(zhuǎn)換器通常包括一個(gè)通過(guò)開(kāi)關(guān)電路電連接在電壓源和負(fù)載之間的變壓器。被稱(chēng)為單端正向轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器是這樣一種轉(zhuǎn)換器，它依靠連接在電壓源和變壓器原繞組之間的單個(gè)開(kāi)關(guān)在開(kāi)關(guān)接通并且導(dǎo)電時(shí)向變壓器的副繞組提供正向輸送的功率。
為了讓變壓器的泄漏電感放電，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間需要使變壓器鐵心“復(fù)位”。通常是采用附加的電路來(lái)完成復(fù)位，例如是和變壓器原繞組并聯(lián)的一個(gè)第三變壓器繞組，或者是電連接到副繞組上的一個(gè)Lc諧振電路。然而，這種電路的驅(qū)動(dòng)波形中具有一個(gè)“空載時(shí)間”(“dead time”)，在此期間開(kāi)關(guān)仍維持?jǐn)嚅_(kāi)，開(kāi)關(guān)兩端的電壓等于電壓源的電壓，并且沒(méi)有電流?？蛰d時(shí)間會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的整體效率，并且在開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生電壓應(yīng)力。
本發(fā)明的目的是提供一種可以使變壓器鐵心有效復(fù)位的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器(single-ended forward I)C-to-DC converter)，并且基本上沒(méi)有空載時(shí)間，使作用在轉(zhuǎn)換器部件上的電壓應(yīng)力最小。
本發(fā)明涉及到一種可以使變壓器鐵心有效復(fù)位(reset)的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器，從而提高其執(zhí)行自驅(qū)動(dòng)同步整流的能力。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)變壓器，其原繞組電連接到一個(gè)原開(kāi)關(guān)，而副繞組電連接到一個(gè)副開(kāi)關(guān)和一個(gè)箝位電容器。副繞組被電連接到一對(duì)整流器和一個(gè)LC濾波電路，用來(lái)為到達(dá)負(fù)載的功率信號(hào)進(jìn)行整流和平滑。在原開(kāi)關(guān)被接通時(shí)，原繞組導(dǎo)電，并且在副繞組兩端產(chǎn)生一個(gè)輸入電壓。當(dāng)原開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí)，副繞組被接通，將存在于副繞組內(nèi)的磁化電流輸送到箝位電容器，并且將箝位電容器充電到基本上等于輸入電壓。在原開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)期間，副繞組兩端的電壓被維持不變，并且使變壓器鐵心復(fù)位。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，原和副開(kāi)關(guān)包括MOSFET開(kāi)關(guān)。在這種實(shí)施例中，當(dāng)原MOSFET開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí)，出現(xiàn)在副繞組上的電壓使MOSFET副開(kāi)關(guān)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在其他實(shí)施例中，原開(kāi)關(guān)包括一種n-溝道MOSFET，而副開(kāi)關(guān)包括一種p-溝道MOSFET。在另外的實(shí)施例中，副開(kāi)關(guān)包括一種n-溝道MOSFET，并且將副繞組電連接到第三繞組。由第三繞組來(lái)提供起動(dòng)n一溝道MOSFET所需要的正電壓。
本發(fā)明的其他實(shí)施例涉及到一種方法，通過(guò)起動(dòng)和關(guān)閉連接到變壓器原繞組的一個(gè)原MOSFET使變壓器的鐵心復(fù)位，在原MOSFET被關(guān)閉時(shí)，副MOSFET被起動(dòng)，對(duì)一個(gè)箝位電容器充電，并且將副繞組箝位在箝位電容器的電壓。
本發(fā)明提供的同步整流和零電壓切換技術(shù)可以有效地用于為負(fù)載提供較低的輸出電壓和較高的功率密度。另外，使用箝位電容器和MOSFET開(kāi)關(guān)可以使DC至DC轉(zhuǎn)換器得到進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，并且消除開(kāi)關(guān)上出現(xiàn)的不希望的空載時(shí)間和電壓應(yīng)力。
根據(jù)以下的說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)可以了解到本發(fā)明的上述和其他特征。
在所附的權(quán)利要求書(shū)中提出了本發(fā)明的特征。通過(guò)以下參照附圖的說(shuō)明可以更好地理解本發(fā)明的上述及其他優(yōu)點(diǎn)，在附圖中

圖1是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器；圖2A是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器；圖2B是圖2A的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器在原開(kāi)關(guān)接通時(shí)的導(dǎo)通示意圖；圖2C是圖2A的單端正向Dc至DC轉(zhuǎn)換器在原開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的導(dǎo)通示意圖；圖3A是按照本發(fā)明又一實(shí)施例的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器；圖3B是圖3A的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器在原開(kāi)關(guān)接通時(shí)的導(dǎo)通示意圖；圖3C是圖3A的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器在原開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的導(dǎo)通示意圖；圖4A是一個(gè)波形圖，表示單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器的原開(kāi)關(guān)被接通和斷開(kāi)期間的波形；圖4B是一個(gè)波形圖，表示原開(kāi)關(guān)被接通和斷開(kāi)期間出現(xiàn)在單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器的變壓器原繞組上的電壓；圖4c是一個(gè)波形圖，表示原開(kāi)關(guān)被接通和斷開(kāi)期間出現(xiàn)在單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器的原開(kāi)關(guān)上的電壓
圖4D是一個(gè)波形圖，表示原開(kāi)關(guān)被接通和斷開(kāi)期間出現(xiàn)在單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器的變壓器副繞組上的電壓。
在圖1中表示了單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例。如圖中所示，變壓器10被電耦合在具有一定輸入電壓V的一個(gè)DC電源20和負(fù)載50之間。變壓器1O包括一個(gè)原繞組12和一個(gè)副繞組14。繞組的匝數(shù)通常是取決于負(fù)載50所需要的輸出電壓。例如在電信工業(yè)中的典型輸入電壓是48V，而需要的典型輸出電壓是4V，因此，所需的匝數(shù)比大約是12∶1。
然而，為了便于說(shuō)明，假設(shè)變壓器10的匝數(shù)比是1∶1。用Q1表示的原開(kāi)關(guān)16被串聯(lián)電連接在原繞組12和電源20之間。在開(kāi)關(guān)16被接通時(shí)，也就是當(dāng)開(kāi)關(guān)16處在閉合狀態(tài)時(shí)，就形成了閉合的電路，電流從電源20流經(jīng)原繞組12后返回電源20，在副繞組14中感應(yīng)出一個(gè)電壓。
用Q2表示的副開(kāi)關(guān)22和箝位電容器24與副繞組14串聯(lián)電連接。如下文中所述，箝位電容器24在副開(kāi)關(guān)22被接通時(shí)充電。用Dl表示的一個(gè)二極管26與變壓器10的副繞組14串聯(lián)電連接，并且與副開(kāi)關(guān)22和箝位電容器24并聯(lián)電連接。如下文所述，二極管26在原開(kāi)關(guān)16被接通時(shí)導(dǎo)通。用D2表示的一個(gè)第二二極管28與變壓器1 O的副繞組14并聯(lián)電連接。一個(gè)Lc電路30被電連接到副繞組14和二極管26。LC電路30包括與副繞組14和二極管28串聯(lián)的濾波電感器32，以及與副繞組14和二極管28并聯(lián)的一個(gè)濾波電容器34。二極管26，28和Lc電路30共同構(gòu)成了一個(gè)整流和平滑電路，在提供給負(fù)載50之前對(duì)副繞組的電壓進(jìn)行濾波。
一個(gè)控制裝置40被電連接到原開(kāi)關(guān)16和副開(kāi)關(guān)22。用控制裝置40來(lái)控制原開(kāi)關(guān)16和副開(kāi)關(guān)22的操作，使它們?cè)谙Ｍ臅r(shí)間接通和斷開(kāi)。控制裝置40最好是按照不同的相位起動(dòng)開(kāi)關(guān)16，22，在本實(shí)施例中，控制裝置40可以在開(kāi)關(guān)16和22都處在斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)小的時(shí)間的延遲。該延遲時(shí)間可以使副開(kāi)關(guān)22在原開(kāi)關(guān)16被斷開(kāi)之后經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間段后接通。通過(guò)這種延遲就可以實(shí)現(xiàn)零電壓切換，因?yàn)樵_(kāi)關(guān)16上的電壓在原開(kāi)關(guān)16再次接通之前可以返回到大約零伏。如下文所述，在這一延遲期間，在原開(kāi)關(guān)16被斷開(kāi)之后出現(xiàn)在變壓器1O中的磁化電流被用來(lái)在副繞組上維持一個(gè)恒定電壓。
當(dāng)控制裝置40將原開(kāi)關(guān)16接通時(shí)，電流流經(jīng)原繞組12，在副繞組14中感應(yīng)出電流，該電流經(jīng)過(guò)二極管26流到LC電路30。用LC電路30來(lái)平滑副繞組14上的電壓，在負(fù)載50上獲得一個(gè)DC輸出。當(dāng)控制裝置40使原開(kāi)關(guān)16斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)原繞組12和副繞組14正向輸送的電流就消失了。此時(shí)，二極管28變?yōu)閷?dǎo)通，將儲(chǔ)存在濾波電感器32中的磁場(chǎng)能量釋放給濾波電容器34和負(fù)載50。同時(shí)將變壓器中的磁化電流儲(chǔ)存在箝位電容器24中，從而將變壓器10的副繞組14上的電壓基本上箝位在輸入電壓的幅值。這樣就能使副繞組14上的電壓基本上維持恒定，并且由于變壓器中的磁通反向促使變壓器10復(fù)位。
箝位電容器34的電容是足夠大的，箝位電容器34上兩端的電壓與時(shí)間的關(guān)系可以忽略不計(jì)。在穩(wěn)態(tài)的條件下，在原開(kāi)關(guān)16被接通的時(shí)間期間施加在變壓器10的原繞組12上的電壓秒乘積等于在原開(kāi)關(guān)16被斷開(kāi)的時(shí)間期間施加在副繞組14上的電壓秒乘積(volt-second product)。對(duì)于匝數(shù)比為1∶1的變壓器1O可以表示成(Vin)(ton)=(Vc)(toff)或者是表示成Vc= (Vln)(D/I-D)，其中的D是占空周期，ton是原開(kāi)關(guān)16接通的時(shí)間期，而tort是原開(kāi)關(guān)16斷開(kāi)的時(shí)間期。
圖2A表示了本發(fā)明的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)實(shí)施例。如圖中所示，變壓器110被電連接在具有一定輸入電壓V的一個(gè)DC電源120和一個(gè)負(fù)載150之間。變壓器11O包括一個(gè)原繞組112和一個(gè)副繞組114。用Q3表示的一個(gè)n-溝道MOSFET原開(kāi)關(guān)116與原繞組112串聯(lián)電連接。原繞組112被電連接到MOSFET 116的漏極端118，一個(gè)DC電源120被電連接到MOSFET 116的源極端122。在本實(shí)施例中，控制裝置140被電連接到MOSFET 116的柵極端124，并且向柵極124提供一個(gè)電壓，使MOSFET 116選擇地導(dǎo)通。在MOSFET 116導(dǎo)通時(shí)，它與原繞組112和DC電源120構(gòu)成了一個(gè)閉合的電路。作為上述電路的一種變形結(jié)構(gòu)，如果在MOSFET 116漏極端118上的輸入極性使MOSFET 116變成正向?qū)?，并且根?jù)柵極端124上來(lái)自控制裝置140的輸入使其反向偏置，就可以將DC電源120電連接到漏極端118，并且將原繞組112電連接到源極端122。
用D3表示的一個(gè)n-溝道MOSFET整流器126與變壓器1O的副繞組114串聯(lián)電連接。如下文所述，整流器126在MOSFET 116接通時(shí)導(dǎo)通。整流器126與副開(kāi)關(guān)130和箝位電容器132并聯(lián)。在本實(shí)施例中，副開(kāi)關(guān)130是一個(gè)用Q4表示的p-溝道MOSFET。p-溝道MOSFET130的漏極端136和柵極端138被連接在副繞組114兩端，讓MOSFET 130按照副繞組114兩端的電壓變化進(jìn)入正向偏置。其源極端139被連接到一個(gè)箝位電容器132。用D4表示的一個(gè)n-溝道MOSFET第二整流器134與箝位電容器132串聯(lián)電連接，并且與變壓器110的副繞組114并聯(lián)。一個(gè)LC電路160被電連接到副繞組114和整流器134。與上文所述類(lèi)似，LC電路160包括與副繞組114和整流器134串聯(lián)的一個(gè)濾波電感器162，以及與副繞組114和整流器134并聯(lián)的一個(gè)濾波電容器164。整流器126和134的功能是提供自驅(qū)動(dòng)同步整流。整流器126和l 34降低了輸入電壓，使出現(xiàn)在LC電路上的電壓降低。整流器126和134與LC電路160的組合構(gòu)成了一個(gè)整流和平滑電路。
參考圖2B，圖2B是圖2A的轉(zhuǎn)換器電路部分在控制裝置140使原開(kāi)關(guān)116的n-溝道MOSFET Q3接通時(shí)的導(dǎo)電示意圖。當(dāng)MOSFET 116導(dǎo)通時(shí)，就形成了一個(gè)閉合的電路，出現(xiàn)在原繞組112兩端的輸入電壓使電流從電壓源120流過(guò)變壓器110的原繞組112，并且在副繞組114中感應(yīng)出一個(gè)電壓。副繞組114上的電壓使整流器126正向偏置，并且使電流流過(guò)LC電路160。用LC電路160來(lái)平滑出現(xiàn)在副繞組114兩端的電壓，并且在負(fù)載150上獲得一個(gè)DC輸出。
參考圖2C，圖2C是圖2A的轉(zhuǎn)換器電路部分在控制裝置140使n-溝道MOSFET 116斷開(kāi)時(shí)的導(dǎo)電示意圖。在DC電源120和原繞組112以及MOSFET 116之間有一條用虛線表示的連接，表示沒(méi)有電流流過(guò)原繞組112和MOSFET116。當(dāng)n溝道MOSFET 116被反向偏置時(shí)，通過(guò)原繞組112到副繞組114正向輸送的電流就停止了。副繞組114上的電壓使n-溝道MOSFET D4的整流器134變成正向偏置，將儲(chǔ)存在濾波電感器162中的能量釋放出的電流進(jìn)入濾波電容器164和負(fù)載15O。同時(shí)，副繞組兒4上的電壓使得p-溝道MOSFET Q4構(gòu)成的副開(kāi)關(guān)130導(dǎo)通。這樣，副繞組114中的磁化電流就能從漏極136流到源極139，對(duì)箝位電容器132充電。在n-溝道MOSFET 116斷開(kāi)期間，箝位電容器132將變壓器11O的副繞組114上的電壓基本上箝位在輸入電壓V。特別值得注意的是，用MOSFET Q4獲得的副開(kāi)關(guān)130的自驅(qū)動(dòng)特性不需要將控制裝置140連接到MOSFET 130上用來(lái)控制其導(dǎo)通和斷開(kāi)。
請(qǐng)參考圖3A，圖3A表示了本發(fā)明的單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)實(shí)施例。如圖中所示，變壓器210電連接在具有一定輸入電壓的DC電源220和一個(gè)負(fù)載250之間。變壓器2lO包括一個(gè)原繞組212和一個(gè)副繞組214。用Q5表示的一個(gè)n-溝道MOSFET原開(kāi)關(guān)216與原繞組212串聯(lián)電連接。原繞組212電連接在MOSFET 216的漏極端218和Dc電源220之間，并且將電源220電連接到MOSFET 216的源極端222。如上所述，如果MOSFET 216的工作方式保持不變，MOSFET 216端子的連接可以不同于原繞組212和電壓源220。將一個(gè)控制裝置240電連接到MOSFET 216的柵極端224，并且向柵極224提供一個(gè)電壓，有選擇地使MOSFET 216導(dǎo)通。當(dāng)MOSFET 216導(dǎo)通時(shí)，它與原繞組112和電壓源120構(gòu)成一個(gè)閉合的電路。
用Q6表示的n一溝道MOSFET副開(kāi)關(guān)230與副繞組214串聯(lián)電連接，當(dāng)n-溝道MOSFET Q5的原開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí)，副開(kāi)關(guān)230導(dǎo)通。n溝道MOSFET 230的柵極端238電連接到與漏極端236的輸出相并聯(lián)的變壓器第三繞組237。第三繞組237為副開(kāi)關(guān)230提供使其導(dǎo)通時(shí)所需的正電壓。MOSFET 230的源極端239電連接到一個(gè)箝位電容器232。用D5表示的一個(gè)n-溝道MOSFET整流器226也和變壓器210的副繞組214串聯(lián)電連接。在MOSFET 216導(dǎo)通時(shí)，整流器226就導(dǎo)通。整流器226還與MOSFET Q6構(gòu)成的副開(kāi)關(guān)230和箝位電容器2 32并聯(lián)。用D6表示的一個(gè)n一溝道MOSFET第二整流器2 34與箝位電容器232串聯(lián)電連接，并且與變壓器21O的副繞組214并聯(lián)。有一個(gè)LC電路260電連接到副繞組214和整流器234。LC電路260包括一個(gè)與副繞組214和整流器234串聯(lián)的濾波電感器262和一個(gè)與副繞組214和整流器234并聯(lián)的濾波電容器264。如上文所述，整流器226和234以及LC電路260構(gòu)成了一個(gè)整流和平滑電路。
圖3B表示了圖3A的轉(zhuǎn)換器的局部電路圖，它在控制電路240使n-溝道MOSFET Q5構(gòu)成的原開(kāi)關(guān)216導(dǎo)通的時(shí)候?qū)?。在MOSFET Q5導(dǎo)通時(shí)，就形成了閉合的電路，并且在漏極218和源極222兩端上產(chǎn)生一個(gè)輸入電壓，使電流從電壓源220流到變壓器210的原繞組212，在副繞組214中感應(yīng)出一個(gè)電壓。副繞組214上的電壓使MOSFET D5構(gòu)成的整流器226正向偏置，使電流流過(guò)LC電路260。用LC電路260來(lái)平滑副繞組214上的電壓，并且在負(fù)載250上獲得一個(gè)DC輸出。
圖3C表示圖3A的轉(zhuǎn)換器的一個(gè)局部電路圖，它在控制電路240使MOSFET216導(dǎo)通的時(shí)候?qū)āＴ贛OSFET 216被斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)原繞組212和副繞組214正向輸送的電流就停止了。再次說(shuō)明在DC電源220和原繞組212以O(shè)SFET216之間也有一條用虛線表示的連接，表示沒(méi)有電流流過(guò)MOSFET 216或是原繞組212．當(dāng)MOSFET 216斷開(kāi)時(shí)，在第三繞組214上就會(huì)出現(xiàn)正電壓，使n-溝道MOSFET 230變成導(dǎo)通。特別值得注意的是，用MOSFET Q6獲得的副開(kāi)關(guān)230的自驅(qū)動(dòng)特性不需要將控制裝置240連接到開(kāi)關(guān)230上用來(lái)控制其導(dǎo)通和斷開(kāi)。
與上述的情況相似，當(dāng)副開(kāi)關(guān)230導(dǎo)通時(shí)，副繞組214中的磁化電流就會(huì)從漏極236流到源極239，對(duì)箝位電容器232充電。用箝位電容器232將變壓器210的副繞組214上的電壓基本上箝位在輸入電壓的量值。另外，副繞組214上的電壓使OSFET D6構(gòu)成的整流器234變成正向偏置，將儲(chǔ)存在濾波電感器262中的能量釋放給濾波電容器264和負(fù)載250。
在以上的每一個(gè)實(shí)施例中，箝位電容器和變壓器的副繞組構(gòu)成了一個(gè)諧振電路，因?yàn)轶槲浑娙萜骰厥樟俗儔浩鞯拇呕芰?，因此，變壓器上的電壓不?huì)低于箝位電容器的電壓。因此，變壓器可以有效地復(fù)位，并且減少了作用在原開(kāi)關(guān)上的應(yīng)力。
在圖4A-4D中進(jìn)一步顯示了本發(fā)明的這些特征。圖4A表示了原開(kāi)關(guān)(16，116，216)的定時(shí)圖。如圖中所示，波形是周期性的；在時(shí)間t1和t2之間，開(kāi)關(guān)(16，116，216)是導(dǎo)通的，在時(shí)間t2到t4之間，開(kāi)關(guān)(16，116，216)是斷開(kāi)的，在時(shí)間t4和t5之間，開(kāi)關(guān)(16，116，216)再次導(dǎo)通。圖4B表示了在原開(kāi)關(guān)(16，116，216)的導(dǎo)通和斷開(kāi)周期內(nèi)出現(xiàn)在變壓器(10，110，210)的原繞組(12，11 2，212)上的電壓。如圖中所示，當(dāng)原開(kāi)關(guān)(16，116，216)導(dǎo)通時(shí)，也就是在時(shí)間周期t1和t2以及t4和t5之間的時(shí)間周期內(nèi)，原繞組(12，112，212)上是高電壓。當(dāng)原開(kāi)關(guān)(16，116，216)斷開(kāi)時(shí)，也就是在時(shí)間周期t2和t4之間的時(shí)間周期內(nèi)，原繞組(12，112，212)上是低電壓。
圖4C表示了出現(xiàn)在圖2A和3A中所示的原開(kāi)關(guān)(16，116，216)上的電壓。從波形中可見(jiàn)，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)間t2和時(shí)間t4之間，電壓維持在輸入電壓上不變，并且當(dāng)開(kāi)關(guān)在時(shí)間t4上再次導(dǎo)通時(shí)立即回到零伏。圖4D表示在原開(kāi)關(guān)(16，116，216)的導(dǎo)通和斷開(kāi)周期內(nèi)出現(xiàn)在變壓器(10，110，210)的副繞組(14，114，214)上的電壓。如圖中所示，在原開(kāi)關(guān)(16，116，216)導(dǎo)通的t1和t2以及t4和t5之間的時(shí)間周期內(nèi)，副繞組(14，114，214)上是高電壓．在原開(kāi)關(guān)(116，216)斷開(kāi)的t2和t4之間的時(shí)間周期內(nèi)，副繞組(114，214)上是負(fù)電壓。由于在箝位電容器(24，132，232)中儲(chǔ)存了副繞組(14，114，214)釋放出來(lái)的磁能量，該電壓在原開(kāi)關(guān)(16，116，216)斷開(kāi)的整個(gè)周期內(nèi)是恒定的。這一負(fù)電壓造成變壓器中的磁通方向發(fā)生變化，這樣就可以使變壓器鐵心復(fù)位。
從以上的圖4A一4D中可見(jiàn)，上述實(shí)施例中的Dc至Dc轉(zhuǎn)換器消除了常規(guī)轉(zhuǎn)換器中普遍存在的不應(yīng)有的空載時(shí)間。另外，在原開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間出現(xiàn)在副繞組上的恒定電壓可以使變壓器鐵心有效地復(fù)位。這樣就提高了借助自身復(fù)位的功能，便于其自動(dòng)完成自驅(qū)動(dòng)同步整流，這種功能在負(fù)載上需要低輸出電壓和高功率密度的場(chǎng)合是有用的。
功率轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域的趨勢(shì)是要求低輸出電壓和高功率密度。同步整流和零電壓切換也屬于用來(lái)滿足這些要求的技術(shù)內(nèi)容。本發(fā)明的DC至DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的整流器可以實(shí)現(xiàn)同步整流，在異相的工作狀態(tài)下降低了Lc濾波器電路的輸入電壓。本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自驅(qū)動(dòng)同步整流，因?yàn)檫@種整流器是用變壓器副繞組上的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)的。另外，本發(fā)明的復(fù)位技術(shù)改進(jìn)了同步整流，因?yàn)樽则?qū)動(dòng)同步整流的性能是由變壓器鐵心的復(fù)位來(lái)保證的。
本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)零電壓切換。在原開(kāi)關(guān)再次導(dǎo)通之前，本發(fā)明利用變壓器中的磁化電流將原開(kāi)關(guān)上的電壓降低到一個(gè)接近零伏的值。這樣就大大降低了開(kāi)關(guān)的功耗。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書(shū)確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下還可以對(duì)上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)各種各樣的修改。因此，本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說(shuō)明，而是由權(quán)利要求書(shū)的范圍來(lái)確定的。
權(quán)利要求
1．一種自驅(qū)動(dòng)單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是包括包括一個(gè)原繞組和一個(gè)副繞組的變壓器；電耦合到上述原繞組的原開(kāi)關(guān)，用一個(gè)輸入來(lái)起動(dòng)上述原開(kāi)關(guān)；電耦合到上述副繞組的副開(kāi)關(guān)；電耦合到上述副開(kāi)關(guān)的一個(gè)電容器由此，當(dāng)?shù)谝浑妷撼霈F(xiàn)在上述副繞組上時(shí)，上述副開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，在第二電壓出現(xiàn)在上述副繞組上時(shí)，上述副開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通，并且用上述電容器將上述副繞組箝位在一個(gè)恒定電壓，使得上述變壓器復(fù)位。
2．按照權(quán)利要求1的自驅(qū)動(dòng)單端Dc轉(zhuǎn)換器，其特征是上述副開(kāi)關(guān)在上述原開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的預(yù)定時(shí)間之后導(dǎo)通。
3．按照權(quán)利要求1的自驅(qū)動(dòng)單端Dc轉(zhuǎn)換器，其特征是上述原開(kāi)關(guān)和上述副開(kāi)關(guān)是MOSFET。
4．一種自驅(qū)動(dòng)單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是包括包括一個(gè)原繞組和一個(gè)副繞組的變壓器與上述原繞組串聯(lián)耦合的原開(kāi)關(guān)電耦合到上述副繞組的副開(kāi)關(guān)電耦合到上述副繞組的一個(gè)箝位電容器；電耦合到上述箝位電容器和副繞組的一個(gè)平滑電路電耦合到上述原繞組的一個(gè)電壓源，用來(lái)提供一個(gè)輸入電壓，從而在上述原開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，讓電流流過(guò)上述變壓器的上述原繞組，當(dāng)上述原開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，上述副繞組處在預(yù)定的電壓，使上述副開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，并且在上述原開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)用上述箝位電容器將上述副繞組箝位在一個(gè)恒定的電壓。
5．一種自驅(qū)動(dòng)單端Dc轉(zhuǎn)換器，其特征是包括包括一個(gè)原繞組和一個(gè)副繞組的變壓器與上述原繞組串聯(lián)的原開(kāi)關(guān)與上述副繞組串聯(lián)的副開(kāi)關(guān)，并且與第一二極管并聯(lián)，上述第一二極管在上述副開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)被導(dǎo)通與上述第一二極管串聯(lián)的一個(gè)電容器，其中當(dāng)上述副開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)用上述的電容器將上述第一二極管和上述副繞組箝位在一電壓上以及用一個(gè)控制電路向上述原開(kāi)關(guān)提供信號(hào)，使上述開(kāi)關(guān)彼此間異相地工作。
6．按照權(quán)利要求5的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是進(jìn)一步包括與上述副繞組串聯(lián)的第二二極管，上述第二二極管在上述原開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)被導(dǎo)通。
7．按照權(quán)利要求6的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是進(jìn)一步包括與上述第二二極管串聯(lián)的一個(gè)電感器。
8．按照權(quán)利要求5的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是在上述原開(kāi)關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)切換到斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，來(lái)自上述變壓器的磁化電流被傳送到上述電容器。
9．按照權(quán)利要求5的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是在上述開(kāi)關(guān)之一被斷開(kāi)之后和另一個(gè)上述開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通之前，上述控制電路在預(yù)定的時(shí)間期間內(nèi)使上述原開(kāi)關(guān)和上述副開(kāi)關(guān)保持在斷開(kāi)位置。
10．一種單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是包括包括一個(gè)原繞組和一個(gè)副繞組的變壓器；與上述原繞組串聯(lián)的原MOSFET；與上述副繞組串聯(lián)的副MOSFET，上述副MOSFET響應(yīng)上述副繞組上的電壓自動(dòng)導(dǎo)通；與上述副MOSFET串聯(lián)的一個(gè)電容器，上述電容器在上述原MOSFET被斷開(kāi)時(shí)被充電到一電壓上；以及連接到上述原MOSFET的一個(gè)控制電路，用來(lái)使上述原MOSFET在導(dǎo)通狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)之間交替。
11．按照權(quán)利要求1O的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是上述原MOSFET的漏極端被連接到上述原繞組，其柵極端被連接到上述控制電路。
12．按照權(quán)利要求11的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是上述副MOSFET在上述原MOSFET達(dá)到斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)自動(dòng)導(dǎo)通。
13．按照權(quán)利要求12的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是上述副MOSFET在上述原MOSFET被斷開(kāi)的預(yù)定時(shí)間之后自動(dòng)導(dǎo)通。
14．按照權(quán)利要求10的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是用上述控制電路來(lái)驅(qū)動(dòng)上述原MOSFET，而上述副MOSFET是自驅(qū)動(dòng)的。
15．按照權(quán)利要求1O的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是上述原MOSFET是一個(gè)n-溝道MOSFET，而上述副MOSFET是一個(gè)p-溝道MOSFET。
16．按照權(quán)利要求10的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是上述原MOSFET和上述副MOSFET都是n-溝MOSFET。
17．按照權(quán)利要求10的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是進(jìn)一步包括與上述副繞組串聯(lián)的一個(gè)第三繞組。
18．按照權(quán)利要求17的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是上述副MOSFET的柵極和漏極連接到上述第三繞組。
19．按照權(quán)利要求10的單端DC轉(zhuǎn)換器，其特征是進(jìn)一步包括與上述副繞組電耦合的一個(gè)LC電路。
20．一種在單端DC轉(zhuǎn)換器中使變壓器鐵心復(fù)位的方法，其特征是包括以下步驟用一個(gè)控制電路使電耦合到變壓器原繞組上的一個(gè)原MOSFET導(dǎo)通，將能量從上述原繞組傳送到一個(gè)副繞組；用上述控制電路斷開(kāi)上述原MOSFET，使耦合到上述副繞組的一個(gè)副MOSFET自動(dòng)導(dǎo)通；以及用來(lái)自上述副繞組的磁化電流對(duì)與上述副MOSFET串聯(lián)電連接的一個(gè)箝位電容器充電；以及當(dāng)上述原MOSFET維持?jǐn)嚅_(kāi)時(shí)，將上述副繞組箝位在等于儲(chǔ)存在上述電容器中的充電電壓，使上述變壓器復(fù)位。
全文摘要
一種單端正向DC至DC轉(zhuǎn)換器,包括一個(gè)變壓器,其原繞組電連接到一個(gè)原開(kāi)關(guān),而副繞組電連接到一個(gè)副開(kāi)關(guān)和一個(gè)箝位電容器,在原開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí),用箝位電容器來(lái)存儲(chǔ)副繞組的磁能,以便在原開(kāi)關(guān)維持?jǐn)嚅_(kāi)的時(shí)間之內(nèi)使變壓器鐵心復(fù)位,這種轉(zhuǎn)換器可以使用MOSFET作原和副開(kāi)關(guān),通過(guò)斷開(kāi)原開(kāi)關(guān)后變壓器副繞組中產(chǎn)生的電壓變化自動(dòng)地接通副開(kāi)關(guān),箝位電容器和MOSFET開(kāi)關(guān)的組合可以使DC至DC轉(zhuǎn)換器得到進(jìn)一步的簡(jiǎn)化,并且消除開(kāi)關(guān)上出現(xiàn)的不應(yīng)有的空載時(shí)間和電壓應(yīng)力。本發(fā)明的DC至DC轉(zhuǎn)換器可以用來(lái)執(zhí)行同步整流和零電壓切換。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1229536SQ97196460
公開(kāi)日1999年9月22日 申請(qǐng)日期1997年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月18日
發(fā)明者夏剛, 馬飛 申請(qǐng)人:國(guó)際電力設(shè)備公司