高效率切换功率转换器制造技术

一种切换功率转换器，其具有第一和第二晶体管，所述第一和所述第二晶体管与变压器串联以提供较高切换效率。电荷泵电路耦合至驱动电路以便提供电源来驱动所述第一晶体管。第三晶体管连接在所述变压器与接地端之间以有助于所述变压器的切换和所述电荷泵电路的充电。切换控制电路耦合至所述切换功率转换器的输出以便产生第一切换信号和第二切换信号，用以调节所述切换功率转换器。所述第一切换信号经耦合以驱动所述第一晶体管和所述第二晶体管。所述第二切换信号经耦合以驱动所述第三晶体管。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及功率转换器，且更明确地说涉及切换功率转换器和切换调节器。换器的变压器经设置以便为了安全目的而在输入电源与应用装置之间提供隔离。图1展示传统的切换功率转换器。晶体管5连接至变压器40的初级绕组 Np用来切换变压器40。因此，变压器40的次级绕组Ns产生电源，所述电源 通过整流器及过滤器50而耦合至功率转换器的输出。归因于变压器的几何局 限性，将在变压器40中产生泄漏电感器45。泄漏电感器45的电感值Li表示 无法转移至变压器40的次级绕组Ns的能量。初级绕组与次级绕组之间的较 差耦合将导致变压器的较高的泄漏电感。因此，较小的变压器通常包含较高 的泄漏电感。由泄漏电感器45产生的功率Pl可表示如下，PL=1/2 x Ll x lM2 x Fs ...... (1)其中，IM是变压器40的切换电流；Fs是功率转换器的切换频率。二极管70、电阻器71和电容器72形成緩冲电路并消耗由泄漏电感器45造成的功率。否则，泄漏电感器45的能量将变成浪涌电压施加到晶体管5。公式1展示泄漏电感的功率损耗响应于切换频率的增大而增大。因此，尤其对于包含小变压器和高切换频率的切换功率转换器而言，如何节省泄漏电感的功率成为功率节省的主要关注的问题。
技术实现思路
本技术提出了一种切换功率转换器，其利用第一晶体管与第二晶体 管的切换，来将变压器的泄漏电感器和/或-兹化电感器的能量转换至输入电压 中，进而有效地降低切换功率转换器的功率消耗。
技术介绍
本技术提供一种节省泄漏电感的功率并为功率转换器实现较高效率 的方法和装置。其包括第一晶体管，所述第一晶体管从切换功率转换器的输 入电压连接至变压器的初级绕组的第一端。第二晶体管从变压器的初级绕组 的第二端连接至接地。第一二极管从初级绕组的第二端连接至输入电压。第 二二极管从接地耦合至初级绕组的第 一端。第三晶体管从初级绕组的第 一端耦合至接地。驱动电路耦合至初级绕组的第一端和第一晶体管用来驱动第一 晶体管。电荷泵电路连接至驱动电路以便将电源提供至驱动电路。切换控制 电路耦合至功率转换器的输出以便产生第 一切换信号和第二切换信号用以调 节切换功率转换器。第 一切换信号经耦合以便以第 一脉冲宽度来驱动第 一晶 体管和第二晶体管。第二切换信号经耦合以便以第二脉冲宽度来驱动第三晶体管。综上所述，本技术的有益效果在于提供了一种切换功率转换器，其 是利用耦接至变压器的第一晶体管与第二晶体管，使得变压器的泄漏电感器 和/或磁化电感器在第一晶体管与第二晶体管的控制下，泄漏电感器和/或磁 化电感器所形成的能量将可转换至输入电压中。故与已知技术相较之下，由于本技术的切换功率转换器不需通过额外的电路(譬如緩沖电路)，来消 耗变压器的泄漏电感器所形成的能量，因此能有效地降低切换功率转换器的 功率消耗。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，所述附图并入本说明书中并 组成本说明书的一部分。附图说明本技术的实施例，并与具体实施方式一起用来解释本技术的原理。图l展示传统的功率转换器。图2是根据本技术的实施例的高效率切换功率转换器的示意电路。 图3A至图3E展示根据本技术的实施例的切换功率转换器的每一切 换周期的操作阶段。图4展示根据本技术的实施例的切换信号的波形。图5是根据本技术的实施例的切换功率转换器的切换控制电路。图6展示根据本技术的实施例的振荡电路的电路示意图。具体实施方式图2展示根据本技术的实施例的切换功率转换器。所述切换功率转换器可为功率转换器或切换调节器。变压器10包含初级绕组Np和次级绕组 Ns。变压器10的初级绕组Np具有第一端和第二端。变压器10的次级绕组 Ns通过整流器-过滤器50而耦合至切换功率转换器的输出。晶体管11从输 入电压ViN连接至初级绕组Np的第一端。晶体管11包含寄生二极管16。晶 体管21从初级绕组Np的第二端连接至接地。晶体管21包含寄生二极管26。 二极管37从初级绕组NP的第二端连接至输入电压VIN。 二极管35从接地耦 合至初级绕组Np的第一端。晶体管31从初级绕组Np的第一端耦合至接地。 驱动电路90耦合至初级绕组Np的第一端和晶体管11用来驱动晶体管11。緩 冲电路95连接至晶体管21用来驱动晶体管21。 二极管80从电源电压Vb連 接至电容器85。 二极管80和电容器85形成电荷泵电路，所述电荷泵电路连 接至驱动电路90以便将电源提供至驱动电路90。当晶体管31导通时，电源 电压VB将通过二极管80而对电容器85进行充电。切换控制电路100通过次 级电路60而耦合至功率转换器的输出V0。次级电路60用来根据功率转换器 的输出而产生反馈信号。次级电路60的器件(例如，光耦合器)将提供隔离。 切换控制电路100根据反馈信号VFB来产生切换信号S！和切换信号S2用以调 节功率转换器的输出。切换信号S,经耦合以驱动晶体管11和晶体管21。切 换信号S2经耦合以驱动晶体管31。图3A至图3E展示功率转换器的每一切换周期的操作阶段。如图3A中 所展示，在操作阶段T,期间晶体管11和晶体管21导通。切换电流IM经导通 而将能量转移至变压器10中。图3B展示操作阶段T2，其中晶体管11和晶 体管21关断。变压器10的泄漏电感器和/或磁化电感器的能量将变成环电流 以便通过二极管37和二极管35将能量取回至输入电压Vjn。如图3C中所展 示，此刻晶体管31导通以实现软切换(零电压导通)。在操作阶段T3期间， 电容器27的电压等于输入电压Vtn。电容器27是晶体管21的寄生电容器。 此外，电源电压VB将为电荷泵而通过二极管80和晶体管31对电容器85进 行充电。如图3D中所展示，在操作阶段丁4，当变压器10完全放电时，电容 器27的能量将通过晶体管31而传递至变压器10。图3E是搡作阶段Ts，其 中晶体管31关断。因此，变压器10的能量将反转对电容器17和电容器27 的充电，此有助于在下一切换周期中晶体管11和21的软切换。电容器17是晶体管11的寄生电容器。图4展示切换信号S!和S2的波形，其中在禁用切换信号S,之后且在启 用切换信号S2之前产生延迟时间TD1。此外，在禁用切换信号S2之后且在启 用切换信号S,之前产生延迟时间TD2。延迟时间To,是操作阶段T2的时段。 延迟时间To2是操作阶段Ts的时段。切换信号S,经耦合以分别通过驱动电路 90和緩沖电路95来驱动晶体管11和晶体管21。切换信号S2经连接以驱动 晶体管31。以第一脉沖宽度驱动晶体管11和晶体管21。以第二脉冲宽度驱 动晶体管31。图5是根据本技术的实施例的切换控制电路100。切换控制电路100 包含用于产生脉冲信号PLS和斜坡信号RAMP的振荡电路200。脉冲信号PLS 连接至反相器115。反相器115的输出经连接以启用触发器(flip-flop) 120。 触发器120的输出连接至与门(AND gate) 150的输入。与门150的另一输 入连接至反相器115的输出。与门的输出产生切换信号S,。斜坡信号RAMP 和反馈信号VpB耦合至运算放大器110。运算放大器的输出用以中止触发器 120。晶体管160、电流源170和电容器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切换功率转换器，其特征在于其包括：变压器，其包括具有第一端和第二端的初级绕组、耦合至所述切换功率转换器的输出的次级绕组；第一晶体管，其从输入电压连接至所述初级绕组的所述第一端；第二晶体管，其从所述初级绕组的所述第 二端连接至接地；驱动电路，其耦合至所述初级绕组的所述第一端和所述第一晶体管用来驱动所述第一晶体管；电荷泵电路，其连接至所述驱动电路以便将电源提供至所述驱动电路；二极管，其从所述初级绕组的所述第二端连接至所述输入电压； 第三晶体管，其从所述初级绕组的所述第一端耦合至所述接地；和切换控制电路，其耦合至所述切换功率转换器的所述输出以便产生切换信号用以调节所述切换功率转换器，其中切换信号包含第一切换信号和第二切换信号，所述第一切换信号经耦合以驱动 所述第一晶体管和所述第二晶体管，所述第二切换信号经耦合以驱动所述第三晶体管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大勇，
申请(专利权)人：崇贸科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]