CN101902128A - 返驰式功率转换器 - Google Patents

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Abstract

一种返驰式功率转换器，包括用以转换功率的变压器、高端晶体管、低端晶体管、两个二极管、控制电路、及高端驱动电路。高端晶体管及低端晶体管用来切换变压器。该两二极管耦接变压器，用以将变压器的漏电感能量循环至返驰式功率转换器的输入电源导线。控制电路产生一切换信号以控制高端晶体管与低端晶体管。高端驱动电路接收切换信号以驱动高端晶体管。变压器具有产生一浮接电压的辅助线圈，用以供电给高端驱动电路。

Description

返驰式功率转换器
技术领域
本发明是有关于一种返驰式功率转换器，特别是有关于一种双开关返驰式功率转换器，用以提供电给高端装置。
背景技术
双开关返驰式功率转换器是一种高效率的功率转换器。其变压器的漏电感能量可以收回至其输入电源导线(power rail)。近来已公开由Yang所提出的美国专利编号7,460,380，名称为“Highly Efficient Switching PowerConverter Using a Charge Pump to Power the Driving Circuit”的专利。然而，此已知技术具有有限最大工作周期的缺点。当工作周期接近100％时，充电泵浦(charge pump)无法供电给高端驱动电路。本发明的目的在于提供解决此问题的方式。
发明内容
本发明提供一种返驰式功率转换器，包括用以转换功率的变压器、高端晶体管、低端晶体管、两个二极管、控制电路、及高端驱动电路。高端晶体管及低端晶体管用来切换变压器。该两二极管耦接变压器，用以将变压器的漏电感能量循环至返驰式功率转换器的输入电源导线。控制电路产生一切换信号以控制高端晶体管与低端晶体管。高端驱动电路接收切换信号以驱动高端晶体管。变压器具有产生一浮接电压的辅助线圈，用以供电给高端驱动电路。
附图说明
图1表示根据本发明实施例的双开关返驰式功率转换器；
图2表示图1中高端驱动电路的实施例；
图3表示图1及2中主要信号的波形；
图4表示图1中低端驱动电路的实施例；以及
图5表示图1中供应电压VB、切换信号SA、以及低端驱动信号SL的波形。
[主要元件标号说明]
图1：
10～高端晶体管；      15～二极管；
20～低端晶体管；      25～二极管；
30～变压器；          40～整流器；
45～电容器；          50～控制电路；
60～阴极负载二极管；  70～浮接二极管；
75～浮接电容器；      100～高端驱动电路；
300～低端驱动电路；   NA～辅助线圈；
NP～初级线圈；        NS～次级线圈；
VB～供应电压；        VIN～输入电源导线；
VF-VN～浮接电压；     VO～输出；
SH～高端驱动信号；    SL～低端驱动信号；
图2：
110、120～晶体管；    150～电阻器；
160～电阻器；         170～比较电路；
180～触发器；         200～脉冲产生电路；
SS～设定信号；        SR～重置信号；
XP～脉冲开启信号；    XN～脉冲关闭信号；
WP～移位开启信号；    WN～移位关闭信号；
图4
310、320～齐纳二极管；325、327～电阻器；
351、352～晶体管；    360、370～反相器；
380～与非门。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1是表示根据本发明实施例的双开关返驰式功率转换器。变压器30被使用于功率转换。变压器30具有初级线圈NP及次级线圈NS。高端晶体管10与低端晶体管20用来切换变压器30。二极管25耦接于变压器30的初级线圈NP的一端与功率转换器的输入电源导线VIN之间。另一二极管耦接于变压器30的初级线圈NP的另一端。当晶体管10及20关闭时，二极管15及25用来将第一变压器30的漏电感的能量循环至输入电源导线VIN。整流器40耦接变压器30的次级线圈NS，以在电容器45产生输出电压VO。控制电路50产生切换信号SA，以控制晶体管10及20。高端驱动电路100接收切换信号SA以驱动高端晶体管10。低端驱动电路300接收切换信号SA以驱动低端晶体管20。在低端驱动电路300的供应电压VB到达一操作临界值前，低端驱动电路300将导通低端晶体管20。在供应电压VB高于操作临界值之后，高端晶体管10与低端晶体管20同时地导通/关闭。高端驱动电路100由供应电压VB与浮接电压VF-VN来供电。浮接电压VF-VN耦接高端驱动电路100与高端晶体管10。变压器30具有关于产生浮接电压VF-VN的辅助线圈NA。浮接电容器75用来产生浮接电压VF-VN。浮接二极管70耦接于变压器30的辅助线圈NA与浮接电容器75之间，用以提供整流。此外自举二极管(bootstrap diode)60耦接供应电压VB与浮接电容75之间，以在功率开启期间(power on period)内对浮接电容器75充电。
图2是表示根据本发明实施例的高端驱动电路100。高端驱动电路100为差动模式电平移位电路(differential-mode level shift circuit)。脉冲产生电路200根据切换信号SA的上升缘及下降缘来分别产生脉冲开启信号XP及脉冲关闭信号XN。晶体管110及120分别接收脉冲开启信号XP及脉冲关闭信号XN。电阻器150耦接于供应电压VF与晶体管110之间，另一电阻器160耦接于供应电压VF与电阻器120之间。脉冲开启信号XP及脉冲关闭信号XN用来分别切换晶体管110及120，以分别产生移位开启信号WP及移位关闭信号WN。比较电路170接收电平开启信号WP与电平关闭信号WN，以产生耦接至触发器180的设定信号SS及重置信号SR。触发器180产生高端驱动信号SH，以驱动高端晶体管10。比较电路170与触发器180是由浮接电压VF-VN来供电。
图3是表示根据本发明实施例主要信号的波形。参阅图3，脉冲开启信号XP及脉冲关闭信号NX是分别根据切换信号SA的上升缘及下降缘而产生。脉冲开启信号XP与脉冲宽必信号XN的脉冲宽度都短于500nsec(毫微秒)。根据切换信号SA，高端驱动信号SH及低端驱动信号SL同时地切换导通/关闭。
图4是表示低端驱动电路300的实施例。齐纳二极管310及320串联于供应电压VB与参考接地端之间。齐纳二极管310及320提供各自的齐纳崩溃电压以形成操作临界值VZ1+VZ2。齐纳二极管310耦接于晶体管352的漏极与源极之间。晶体管352的源极还耦接供应电压VB。电阻器327耦接于供应电压VB与晶体管352的栅极之间。齐纳二极管320耦接于晶体管352的漏极与晶体管351的栅极之间。晶体管51的漏极耦接晶体管352的栅极，且晶体管351的源极耦接参考接地端。电阻器325耦接晶体管351的栅极与参考接地端之间。反相器360的输入端耦接晶体管352的栅极以及晶体管351的漏极，且其输出端耦接与非门380的第一输入端。另一反相器370的输入端接收切换信号SA，且其输出端耦接与非门380的第二输入端。一并参阅图5，当供应电压VB低于操作临界值VZ1+VZ2时，反相器360将输出逻辑低电平信号，以透过与非门380来致能低端驱动信号SL。在供应电压VB高于操作临界值VZ1+VZ2后，低端驱动信号SL将通过反相器370来随着切换信号SA变化。一旦供应电压VB高于操作临界值VZ1+VZ2，晶体管351及352将导通，操作临界值将降低至VZ2。
图5是表示供应电压VB、切换信号SA、以及低端驱动信号SL的波形。参阅图5，当供应电压VB低于操作临界值VZ1+VZ2时，低端驱动信号SL被致能。在供应电压VB高于操作临界值VZ1+VZ2后，低端驱动信号SL将随着切换信号SA变化。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种返驰式功率转换器，包括：
一变压器，用以转换功率；
一高端晶体管及一低端晶体管，用以切换该变压器；
两个二极管，耦接该变压器，用以将该变压器的漏电感能量循环至该返驰式功率转换器的一输入电源导线；
一控制电路，用以产生一切换信号以控制该高端晶体管与该低端晶体管；以及
一高端驱动电路，用以接收该切换信号以驱动该高端晶体管：
其中，该变压器具有产生一浮接电压的一辅助线圈，用以供电给该高端驱动电路。
2.根据权利要求1所述的返驰式功率转换器，还包括：
一低端驱动电路，用以接收该切换信号以驱动该低端晶体管；
其中，在该低端驱动电路的供应电压到达一操作临界值之前，该低端驱动电路将导通该低端晶体管。
3.根据权利要求2所述的返驰式功率转换器，还包括：
一浮接电容器，用以产生该浮接电压；
一浮接二极管，耦接该辅助线圈与该辅助电容器之间；以及
一自举二极管，耦接该低端驱动电路的供应电压与该浮接电容器之间。
4.根据权利要求2所述的返驰式功率转换器，其中，在该低端驱动电路的供应电压到达该操作临界值之后，该高端晶体管与该低端晶体管同时地导通/关闭。
5.根据权利要求1所述的返驰式功率转换器，其中，该高端驱动电路为差动模式电平移位电路。
6.根据权利要求1所述的返驰式功率转换器，其中，该高端驱动电路包括：
一脉冲产生电路，用以产生一脉冲开启信号及一脉冲关闭信号；
两晶体管，分别接收该脉冲开启信号及该脉冲关闭信号，以通过切换该等晶体管来分别产生一移位开启信号及一移位关闭信号；
一比较电路，用以接收该移位开启信号及该移位关闭信号，以产生一设定信号及一重置信号；以及
一触发器，用以产生一高端驱动信号，以驱动该高端晶体管；
其中，该比较电路与该触发器由该浮接电压来供电。
7.根据权利要求1所述的返驰式功率转换器，还包括：
一低端驱动电路，用以接收该切换信号以驱动该低端晶体管；
其中，当该低端驱动电路的供应电压高于一操作临界值时，该低端驱动电路的一低端驱动信号随着该切换信号变化。
8.一种高端驱动电路，包括：
一脉冲产生电路，用以产生一脉冲开启信号及一脉冲关闭信号；
两晶体管，分别接收该脉冲开启信号及该脉冲关闭信号，以通过切换该等晶体管来分别产生一移位开启信号及一移位关闭信号；
一比较电路，用以接收该移位开启信号及该移位关闭信号，以产生一设定信号及一重置信号；以及
一触发器，用以产生一高端驱动信号，以驱动该高端晶体管；
其中，该比较电路与该触发器由一浮接电压来供电。
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