可在临界模式下进行零电位切换的返驰式功率转换器制造技术

一种可在临界模式下进行零电位切换的返驰式功率转换器，该返驰式功率转换器包含一变压器，该变压器的初级绕组上并联有至少由一电容器及一初级侧功率开关所形成的一串联电路，当变压器的次级绕组上所串联的一次级侧功率开关（可为一二极管）导通时，初级侧功率开关亦被导通，令初级绕组将能量储存至该电容器，当次级侧功率开关由导通状态变成截止状态时，初级侧功率开关仍将导通一小段时间，以令电容器对初级绕组进行充电，直到该变容器被充电的能量，达到足以令初级绕组上所串联的主功率开关达成零电位切换的条件时，切换初级侧功率开关，并令主功率开关完成零电位切换，如此，既没有增加成本，又具备高效率、高切换频率及低杂讯等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种返驰式功率转换器，尤指一种可在临界模式下进行零电位切换的返驰式功率转换器。
技术介绍
传统上，操作在临界模式(Boundary mode)下的功率转换器(Converter)，可为一振铃扼流功率转换器(Ringing Choke Converter，简称RCC)，参阅图1所示，乃一标准的振铃扼流功率转换器的电路示意图，该振铃扼流功率转换器由于是操作在临界模式下，因此，当该振铃扼流功率转换器上的一变压器T1将其上的能量，释放予其次级绕组，并令其次级侧的输出电压为V0时，该变压器TI的初级绕组的电压即等于V0·n，其中n为该初级绕组及次级绕组间的匝数比，亦即其上的一功率开关Q1的端电压VCE等于输入电压Vin及初级绕组的电压V0·n的总和，即Vin+V0·n，该能量是以电压形式储存在其回路的寄生电容上。在该种传统的振铃扼流功率转换器中，当该变压器T1内残存的能量，不足以维持令该次级绕组侧所串联的一二极管D1导通时，该二级管D1即变成截止状态，并令回路上的寄生电容与电感产生谐振，此时，若该功率开关Q1没有被再次切换，在功率开关Q1的端电压VCE会呈现以Vin为中心的正弦波(sin wave)震荡，其振幅度等于V0·n，受到回路阻抗的影响，此正弦波会呈现指数型衰减，参阅图2所示即为该振铃扼流功率转换器操作在临界模式下的波形图，其中该端电压VCE的正弦波(sin wave)震荡如图2的虚线所示，该功率开关Q1的端电压VCE最低值等于Vin-V0·n。因此，借由适当地设计该功率开关Q1的驱动道路，以在该功率开关Q1的端电压VCE为最低值时，驱动该功率开关Q1，则依下列切换损失的公式CS(VCE)22·f0,]]>其中Cs是回路上的等效杂散电容，f0是该功率开关Q1的操作频率，可清楚得知，由于该功率开关Q1的端电压VCE降低，该功率开关Q1的切换损失也因而减少许多。然而，由于该种传统的振铃扼流功率转换器是操作在临界模式下，故该功率开关Q1的操作频率f0，在输入电压Vin愈高，输出负载愈轻时，将变得愈高，故依前述切换损失的公式可知，该功率开关Q1仍会产生相当的切换损失，因此，在操作频率f0愈高时，其切换损失亦将变得更为惊人。有鉴于此，为使该种操作在临界模式下的传统振铃扼流功率转换器所产生的切换损失降为零，以有效解决在高频操作状态下所产生的前述问题，功率转换器的设计及制造业者在设计该功率转换器的控制回路时，必需完成下列动作(1)在该振铃扼流功率转换器的该功率开关Q1的集电极与发射极上，并联一二极管，或将该功率开关Q1更换成一具有寄生二极管的功率开关，如金属氧化半导体场效晶体管(Metal-Oxid-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)，以令该功率开关Q1的端电压VCE在谐振到零电位后，可被该二极管或寄生二极管箝位在该电位，以进行零电位切换。(2)将该振铃扼流功率转换器的电路，设计成可令前述的正弦波(sinwave震荡的振幅等于Vin，亦即令该初级绕组上的反射电压大于Vin，以使该功率开关Q1的端电压VCE的最低值为零电位，并在达到零电位时，进行切换。前述作法所必需付出的代价，是该功率开关Q1上会产生2·Vin的压降，并迫使设计者选用高耐压的开关元件，由于该高耐压开关元件的成本及阻抗值均高，故此一作法，不仅增加了该振铃扼流功率转换器的制作成本，亦增加了该开关元件的导通损失，致其整体效能未尽理想，因此，如何在不增加制作成本及开关导通损失的条件下，有技巧地将该功率转换器的功率开关Q1电路设计成，在临界模式各种负载状况下，均能进行零电位切换，即成为各相关设计及制造业者欲解决的一重要课题。
技术实现思路
有鉴于传统振铃扼流功率转换器操作在临界模式下，将因操作频率愈高，导致其功率开关的切换损失愈高的问题，专利技术人乃针对此，研究出一种可在临界模式下进行零电位切换的返驰式功率转换器，一种可在临界模式下进行零电位切换的返驰式功率转换器，该返驰式功率转换器包含一变压器，该变压器的初级绕组上并联有至少由一电容器及一初级侧功率开关所形成的一串联电路，当该变压器的次级绕组上所串联的一次级侧功率开关(可为一二极管)导通时，该初级侧功率开关亦被导通，令该初级绕组将能量储存至该电容器，当该次级侧功率开关由导通状态变成截止状态时，该初级侧功率开关仍将导通一小段时间，以令该电容器对该初级绕组进行充电，直到该变压器被充电的能量，达到足以令该初级绕组上所串联的一主功率开关达成零电位切换的条件时，切换该初级侧功率开关，并令该主功率开关完成零电位切换。本专利技术的一目的，是在利用该变压器在临界模式下，释放完能最后所产生的自然谐振现象，再搭配一简单的控制回路，将该主功率开关上的电荷抽走，以令该主功率开关能在临界模式的各种负载状况下，进行零电位切换，大幅降低该主功率开关的切换损失。本专利技术的另一目的，是在临界模式下的各种负载状况下，令该主电子开关的工作频率被限制在一预定范围内，并有效压制因漏电感造成的电压高峰，使得该返驰式功率转换器能在不增加成本的情形下，具备高效率、高切换频率及低杂讯等优点。附图说明图1所示为一传统振铃扼流功率转换器的电路示意图；图2所示为图1的该振铃扼流功率转换器操作在临界模式下时，其功率开关Q1的端电压VCE的波形示意图；图3所示为本专利技术的返驰式功率转换器的电路示意图；图4所示为图3的该返驰式功率转换器操作在临界模式下时，其主功率开关SW1的端电压VSW1在四个时段的波形示意图；图5(a)～5(d)所示为图3的该返驰式功率转换器分别在四个时段的等效电路示意图；图6所示为本专利技术的一具体实施例的电路示意图；图7所示为图6的本专利技术具体实施例中各元件的电压波形示意图。符号说明变压器～TI初级绕组～NP次级绕组～NS输入电压～Vin输出电压～V0端电压～VCE、VSW1、Vds1输入电压滤波电容～Cin输出电压滤波电容～C0驱动电路～DR 主功率开关～SW1初级侧功率开关～SW2次级侧功率开关～SW3功率开关～Q1、Q2杂散电容～Cs辅助电容～Ca寄生电容～Cs二极管～D1、DSW具体实施方式在本专利技术的一较佳实施例中，参阅图3所示，乃一操作在临界模式下的返驰式功率转换器的电路图，该功率转换器包括变压器T1、一输入电压滤波电容Cin、一辅助电容Ca、一驱动电路DR、三个功率开关SW1、SW2、SW3及一输出电压滤波电容C0等元件，其中该变压器T1主要是用以储存及释放电能，其上设有一初级绕组NP及一次级绕组NS，各该绕组的匝数比NP/NS等于n，其上的电感量分别为LP及LS，其绕线标记则如图3所示，该变压器T1的该初级绕组NP的一端是与该输入电压滤波电容Cin的正极相连接，其另端则系与该主功率开关SW1相连接，该输入电压滤波电容Cin的正负极是跨接在一输入电压Vin的正负极上，该初级侧功率开关SW2的一端是与该输入电压滤波电容Cin的正极相连接，其另一端则是与该辅助电容Ca相连接，该辅助电容Ca的另一端则与该主功率开关SW1相连接，该主功率开关SW1的另一端则连接至该输入电压滤波电容Cin的负极，使该输入电压滤波电容Cin可提供一稳定的输入电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可在临界模式下进行零电位切换的返驰式功率转换器，其特征在于所述该返驰式功率转换器包含：一变压器，是由一初级绕组及次级绕组所组成；一串联电路，是由至少一辅助电容及一初级侧功率开关串联而成，该串联电路是并联在该初级绕组上；　 　一次级侧功率开关，是串联在该次级绕组上；一主功率开关，是串联在该串联电路邻近该辅助电容的一端；至少一驱动电路，是连接至该主功率开关与该辅助电容间，用以侦测该连接处的电压值，并用以发出驱动信号，分别切换该初级侧功率开关及 该次级侧功率开关；当该次级侧功率开关导通时，该初级侧功率开关被切换成导通状态，以令该初级绕组将能量储存至该辅助电容，当该次级侧功率开关中导通状态变成截止状态时，该初级侧功率开关仍将导通一小段时间，以令该辅助电容对该初级绕组进行充电， 直到该变压器被充电的能量，达到足以令该主功率开关达成零电位切换的条件时，切换该初级侧功率开关，并令该主功率开关完成零电位切换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁锦宏，黄国建，白坤山，王博爵，
申请(专利权)人：天网电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]