回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電源轉(zhuǎn)換器，特別涉及一種能夠使二次側(cè)二極管實(shí)現(xiàn)零電流切換(Zero Current Switching, ZCS)的回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步與便攜式電子產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，切換式轉(zhuǎn)換器的效能及各項(xiàng)應(yīng)用亦越來(lái)越受到重視。近年來(lái)，由于電力電子技術(shù)的大幅進(jìn)步及奈米科技的發(fā)展，電子器材日益趨向輕薄短小化，省能源，及降低成本的方向發(fā)展，其內(nèi)部的電源轉(zhuǎn)換器亦需朝向輕薄短小，省能，提高功率及降低制作成本的趨勢(shì)設(shè)計(jì)。電源供應(yīng)器為大多電子產(chǎn)品所必備的一種電子裝置，用來(lái)將電池或是市電的輸入電源，轉(zhuǎn)換成電子產(chǎn)品所需要的特別規(guī)格的輸出電源。而隨著科技技術(shù)的演進(jìn)，電源供應(yīng)器的轉(zhuǎn)換效率也不斷的被要求到更好的境界。轉(zhuǎn)換效率定義為輸出電源的輸出功率對(duì)輸入電源的輸入功率的比值。
[0003]一功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)接收一輸入直流(DC)或交流(AC)功率及將它轉(zhuǎn)換至一 DC或AC輸出功率，其通常呈現(xiàn)一不同于該輸入功率的電壓。該輸出功率的控制可能響應(yīng)該輸出電壓或該輸出電流。一升壓式轉(zhuǎn)換器(boost converter,亦稱為step-up converter)是一具有大于其輸入電壓的輸出電壓的功率轉(zhuǎn)換器。它是一種包含至少一第一電控開關(guān)(例如，晶體管)、至少一第一能量?jī)?chǔ)存元件(例如，一電線圈)及一附加元件(例如，一二極管或一第二電控開關(guān))的切換模式電源。通常，該等電控開關(guān)及二極管是配置在該電線圈與該輸出間，其中電流被交替地汲取來(lái)使該電線圈充能，以響應(yīng)該被關(guān)閉的第一電控開關(guān)，以及被傳送至一負(fù)載，以響應(yīng)該被打開的第一電控開關(guān)。當(dāng)該電流被傳送至該負(fù)載時(shí)，該電流經(jīng)過(guò)該二極管或該第二電控開關(guān)。一降壓式轉(zhuǎn)換器(buck converter,亦稱為step-downconverter)是一具有小于其輸入電壓的輸出電壓的功率轉(zhuǎn)換器。它是一種包含至少一第三電控開關(guān)(例如，一晶體管)、至少一第二能量?jī)?chǔ)存元件(例如，一電線圈)及一附加元件(例如，一二極管或一第四電控開關(guān))的切換模式電源。通常，該等電控開關(guān)及二極管是配置在該輸入電源與該電線圈間，其中電流被交替地汲取來(lái)經(jīng)由一負(fù)載使該電線圈充能，以響應(yīng)該被關(guān)閉的第三電控開關(guān)，以及持續(xù)使該電線圈朝該負(fù)載放能，以響應(yīng)該被打開的第三電控開關(guān)。當(dāng)使該電線圈朝該負(fù)載放能時(shí)，該二極管或第四電控開關(guān)是與該電線圈串聯(lián)。一回掃式轉(zhuǎn)換器(flyback converter)是一具有可大于或小于其輸入電壓的輸出電壓的轉(zhuǎn)換器。它是一種切換模式電源，其包含:至少一電控開關(guān)；一能量?jī)?chǔ)存元件，其包括至少一電線圈(特別是一變壓器)，藉此在具有隔離的附加優(yōu)點(diǎn)下使電壓比增加；以及至少一附加元件(例如，一二極管及/或附加電控開關(guān))。通常，該變壓器的一次電線圈是連接于該電控開關(guān)與該輸入電壓間及該變壓器的二次電線圈是連接于該附加元件與該輸出間。上面所列的功率轉(zhuǎn)換器表示一些解釋性的說(shuō)明，但是絕不用于表示限定。
[0004]在小功率的應(yīng)用上，回掃式(Flyback)轉(zhuǎn)換器是目前廣泛應(yīng)用的電源電路，但回掃式轉(zhuǎn)換器會(huì)有輸入電流脈沖遭受電磁干擾(EMI)的問(wèn)題以及漏感所導(dǎo)致的電壓突波，所以在現(xiàn)有技術(shù)下已使用單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(Single-ended Primary InductorConverter, SEPIC)來(lái)減少電磁干擾的問(wèn)題。然而，傳統(tǒng)主動(dòng)式箝位SEPIC由于次級(jí)側(cè)二極管會(huì)有較高的突波電壓(spike voltage)，使得效率上無(wú)法得到較大的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提出一種回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器，能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)使得輸出二極管進(jìn)行零電流切換，以減少功率轉(zhuǎn)換的切換損失。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器，回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器包括輸入電感、下橋開關(guān)、上橋開關(guān)、第一儲(chǔ)能電容、箝位電容、諧振電感、激磁電感、變壓器、輸出二極管與輸出電容。輸入電感的第一端連接輸入電壓源的正極，其中流經(jīng)輸入電感的輸入電感電流運(yùn)作于邊界導(dǎo)通模式。下橋開關(guān)的控制端接收第一控制信號(hào)，下橋開關(guān)的第一端連接輸入電壓源的負(fù)極，其中下橋開關(guān)根據(jù)第一控制信號(hào)的電平來(lái)決定導(dǎo)通或截止。上橋開關(guān)的控制端接收第二控制信號(hào)，上橋開關(guān)的第一端連接下橋開關(guān)的第二端，其中上橋開關(guān)根據(jù)第二控制信號(hào)的電平來(lái)決定導(dǎo)通或截止，并且下橋開關(guān)與上橋開關(guān)具有開關(guān)切換頻率。第一儲(chǔ)能電容的第一端連接下橋開關(guān)的第一端。箝位電容的第一端連接上橋開關(guān)的第二端，箝位電容的第二端連接第一儲(chǔ)能電容的第二端。諧振電感的第一端連接下橋開關(guān)的第二端。激磁電感的第一端連接諧振電感，激磁電感的第二端連接箝位電容的第二端，其中流經(jīng)激磁電感的電流為激磁電感電流。變壓器具有一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組,一次側(cè)繞組并聯(lián)連接激磁電感，其中一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組具有互感效應(yīng)。輸出二極管的陽(yáng)極連接二次側(cè)繞組的第一端。輸出電容的第一端連接輸出二極管的陰極，輸出電容的第二端連接二次側(cè)繞組的第二端。回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器內(nèi)的箝位電容與諧振電感所產(chǎn)生的諧振頻率實(shí)質(zhì)上等于開關(guān)切換頻率，進(jìn)而使得輸出二極管進(jìn)行零電流切換。
[0007]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)箝位電容與諧振電感的諧振頻率等于開關(guān)切換頻率，則流經(jīng)一次側(cè)繞組的一次側(cè)電流的電流值逐漸下降至零，進(jìn)而使得流經(jīng)二次側(cè)繞組的二次側(cè)電流的電流值為零，以便輸出二極管進(jìn)行零電流切換。
[0008]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)激磁電感電流的電流值實(shí)質(zhì)上等于諧振電流的電流值時(shí)，一次側(cè)電流的電流值實(shí)質(zhì)上等于零電流值，其中諧振電流為流經(jīng)諧振電感的電流。
[0009]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)下橋開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，輸入電感電流對(duì)輸入電感進(jìn)行充電。
[0010]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)上橋開關(guān)不導(dǎo)通且輸入電感電流的電流值為零時(shí)，則激磁電感電流對(duì)下橋開關(guān)的寄生電容進(jìn)行充電。
[0011]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)下橋開關(guān)的第一端與第二端的間的跨壓為零時(shí)，激磁電感電流流經(jīng)下橋開關(guān)的本體二極管，進(jìn)而使得第一儲(chǔ)能電容的電容電壓隨著激磁電感電流的上升而線性增加。
[0012]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)下橋開關(guān)不導(dǎo)通時(shí)，輸入電感電流與激磁電感電流對(duì)下橋開關(guān)的寄生電容進(jìn)行充電。
[0013]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)上橋開關(guān)的本體二極管開始導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電流對(duì)箝位電容進(jìn)行充電，其中導(dǎo)通電流為輸入電感電流與激磁電感電流的總和。
[0014]為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，但是此等說(shuō)明與所附圖式僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的權(quán)利范圍作任何的限制。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例所繪示的回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器的細(xì)部電路不意圖。
[0016]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0017]100:回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器
[0018]Cb:第一儲(chǔ)能電容
[0019]Cc:箝位電容
[0020]C。:輸出電容
[0021]CSl:第一控制信號(hào)
[0022]CS2:第二控制信號(hào)
[0023]D0:輸出二極管
[0024]HT:變壓器
[0025]iin:輸入電感電流
[0026]iLr:諧振電感電流
[0027]激磁電感電流
[0028]ip:—次側(cè)電流
[0029]is: 二次側(cè)電流
[0030]Lin:輸入電感
[0031]Llk:諧振電感
[0032]Ln1:激磁電感
[0033]S1:下橋開關(guān)
[0034]S2:上橋開關(guān)
[0035]R。:負(fù)載
[0036]Vg:輸入電壓源
[0037]V。:輸出電壓
[0038]Vcb、電容電壓
【具體實(shí)施方式】
[0039]在下文將參看說(shuō)明書附圖更充分地描述各種例示性實(shí)施例，在說(shuō)明書附圖中展示一些例示性實(shí)施例。然而，本發(fā)明概念可以許多不同形式來(lái)體現(xiàn)，且不應(yīng)解釋為限于本文中所闡述的例示性實(shí)施例。確切而言，提供此等例示性實(shí)施例使得本發(fā)明將為詳盡且完整，且將向熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者充分傳達(dá)本發(fā)明概念的范疇。在諸圖式中，可為了清楚而夸示層及區(qū)的大小及相對(duì)大小。類似數(shù)字始終指示類似元件。
[0040]應(yīng)理解，雖然本文中可能使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等來(lái)描述各種元件，但此等元件不應(yīng)受此等術(shù)語(yǔ)限制。此等術(shù)語(yǔ)乃用以區(qū)分一元件與另一元件。因此，下文論述的第一元件可稱為第二元件而不偏離本發(fā)明概念的教示。如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)「及/或」包括相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目中的任一者及一或多者的所有組合。
[0041]以下將以多種實(shí)施例配合圖式來(lái)說(shuō)明所述回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器，然而，下述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明。
[0042]〔回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例〕
[0043]由于傳統(tǒng)主動(dòng)式箝位SEPIC由于次級(jí)側(cè)二極管會(huì)有較高的突波電壓(spikevoltage)，使得效率上無(wú)法得到較大的提升，所以本公開提供了一種能夠使得次級(jí)側(cè)二極管實(shí)現(xiàn)零電流切換進(jìn)而提升效率的回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器，來(lái)減少功率轉(zhuǎn)換的柔性切換損失并且解決次級(jí)側(cè)二極管的反向恢復(fù)電流的問(wèn)題，以提高便攜裝置(如筆記型電腦)的電源效率且通過(guò)高頻化的操作來(lái)大幅縮小體積。
[0044]請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例所繪示的回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器的細(xì)部電路示意圖。如圖1所示，回掃式主動(dòng)箝位電源轉(zhuǎn)換器100包括輸入電感Lin、下橋開關(guān)S1、上橋開關(guān)S2、第一儲(chǔ)能電容Cb、箝位電容C。、諧振電感Llk、激磁電感Lm、變壓器HT、輸出二極管D。與輸出電容Rci，其