CN103683943A - 直流转直流电源供应器 - Google Patents

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Abstract

一种直流转直流电源供应器，包括一具有一初级线圈及一次级线圈的变压器，该初级线圈接受一输入电压，一将该次级线圈产生的电压进行整流滤波以输出一直流电压的整流滤波电路，一与该初级线圈电耦接的第一功率开关，一电耦接在该次级线圈与该整流滤波电路之间的第二功率开关，一产生一脉冲宽度调制讯号以控制该第一功率开关导通与否的脉冲宽度调制控制器，及一讯号转换电路，其根据脉冲宽度调制讯号产生一与脉冲宽度调制讯号反相并延迟一预设时间的控制讯号控制该第二功率开关，使第二功率开关的导通时间与第一功率开关的导通时间相错开。

Description

直流转直流电源供应器
技术领域
本发明涉及一种电源供应器，特别是涉及一种直流转直流电源供应器。
背景技术
现有电源供应器设在变压器二次侧的整流二极管因消耗功率大，造成电源供应器输出低电压时转换效率不佳。因此，如图1所示，现有电源供应器100的变压器5的二次侧52改以消耗功率较低的MOS开关M2来取代整流二极管，并以一同步整流控制器6来检测MOS开关M2的源极S到漏极D电压VDS，据以控制MOS开关M2导通与否，使变压器5二次侧52的MOS开关M2在二次侧52的电流降至零点时先截止，再令变压器5一次侧51的MOS开关M1导通，亦即工作于非连续导通模式(DCM)。但此一工作模式的转换效率相较于连续导通模式(CCM)或临界模式(CrCM)较差。
而当电源供应器100工作在连续导通模式下，其需在变压器5的二次侧52的电流仍高于零点时，即将变压器5一次侧51的MOS开关M1导通，并同时令二次侧52的MOS开关M2截止，但由于二次侧52的MOS开关M2截止时间过慢，会造成一次侧51与二次侧52的MOS开关M1、M2同时导通，使二次侧MOS开关M2因瞬间流过电流过大而烧毁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高转换效率的直流转直流电源供应器。
本发明直流转直流电源供应器，包括一变压器、一整流滤波电路、一第一功率开关、一第二功率开关、一脉冲宽度调制控制器及一讯号转换电路。
该变压器具有一初级线圈及一次级线圈，该初级线圈的一端接受一输入电压；该整流滤波电路对该次级线圈产生的电压进行整流滤波，以输出一直流电压；该第一功率开关具有一与该初级线圈的另一端电耦接的第一端，一接地的第二端及一受控端；该第二功率开关具有电耦接在该次级线圈与该整流滤波电路之间的一第一端与一第二端，以及一受控端；该脉冲宽度调制控制器与该第一功率开关的该受控端电耦接，并产生一脉冲宽度调制讯号以控制该第一功率开关导通与否；该讯号转换电路与该脉冲宽度调制控制器电耦接，以根据该脉冲宽度调制讯号产生一控制讯号，该控制讯号与该脉冲宽度调制讯号反相并延迟一预设时间，且该第二功率开关的该受控端与该讯号转换电路电耦接并受该控制讯号控制，使该第二功率开关的导通时间与该第一功率开关的导通时间相错开。
较佳地，该讯号转换电路包括一讯号延迟电路及一隔离组件，该讯号延迟电路将该脉冲宽度调制讯号反相并延迟该预设时间以产生该控制讯号，并将该控制讯号输出至该隔离组件，使经由该隔离组件输出给该第二功率开关的该受控端。其中，该隔离组件是变压器、光耦合器、光耦合继电器、IGBT与SCR其中之一。
较佳地，该讯号转换电路包括一讯号延迟电路及一变压器，该讯号延迟电路将该脉冲宽度调制讯号延迟该预设时输出至该变压器，且该变压器的一次侧与二次侧反相，使该延迟后的脉冲宽度调制讯号由该变压器的一次测输入并由二次侧反相输出而产生该控制讯号。
较佳地，该次级线圈的一端与该整流滤波电路电耦接，另一端与该第二功率开关的该第一端电耦接，且该第二功率开关的该第二端接地。或者，该第二功率开关的该第一端与该次级线圈的一端电耦接，其第二端与该整流滤波电路电耦接，且该次级线圈的另一端接地。
本发明的有益效果在于：借由将控制第一功率开关的脉冲宽度调制讯号反相并延迟一预设时间所产生的控制讯号来控制第二功率开关，使第一功率开关与第二功率开关不致同时导通，使得电源供应器能工作在界于非连续导通模式(DCM)与连续导通模式(CCM)之间的一新的工作模式下，而具有相较于非连续导通模式(DCM)更高的转换效率。
附图说明
图1是现有电源供应器的电路示意图；
图2是本发明电源供应器的较佳实施例的电路示意图；
图3（A）是本实施例控制第一功率开关的PWM讯号的波形示意图；及图3（B）是本实施例控制第二功率开关的控制讯号的波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参见图2所示，本发明直流转直流电源供应器的一较佳实施例主要包括一变压器1、一第一功率开关M1、一第二功率开关M2、一脉冲宽度调制(PWM)控制器2、一讯号转换电路3及一整流滤波电路4。
变压器1具有设于其一次侧的一初级线圈11及设于其二次侧的一次级线圈12，初级线圈11的一端111与一输入电压(直流电压)VDC电耦接，且其另一端112与第一功率开关M1电耦接，次级线圈12的一端121与整流滤波电路4电耦接，以输出次级线圈12产生的电压；整流滤波电路4对次级线圈12产生的电压进行整流滤波，以输出一直流电压VOUT。第一功率开关M1是一N沟道金属氧化物半导体（NMOS）管，并具有一与该初级线圈11的另一端112电耦接的第一端，即漏极D，一接地的第二端，即源极S，以及一受控端，即栅极G。
第二功率开关M2是一NMOS，其具有电耦接在次级线圈12与整流滤波电路4之间的一第一端（即漏极D），一第二端（即源极S），以及一受控端（即栅极G）。在本实施例中，第二功率开关M2是电耦接在次级线圈12的另一端122与整流滤波电路4之间，即低压侧。
PWM控制器2与第一功率开关M1的受控端G电耦接，并产生一PWM讯号以控制第一功率开关M1导通与否，该PWM讯号如图3(A)所示。
讯号转换电路3与PWM控制器2电耦接，以根据该PWM讯号产生如图3(B)所示的一控制讯号，该控制讯号与该PWM讯号反相并延迟一预设时间d，例如500ns。为达到上述目的，如图2所示，本实施例的讯号转换电路3包含一讯号延迟电路31及一隔离组件32。该讯号延迟电路31将该PWM讯号反相180度并延迟该预设时间d而产生该控制讯号，再将该控制讯号输出至隔离组件32，使经由隔离组件32输出给第二功率开关M2的该受控端G。其中，隔离组件32在本实施例是使用一变压器，除此之外，隔离组件32也可采用光耦合器、光耦合继电器(Photo DMOS Relays)、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）与可控硅整流器（SCR）等其中之一。
此外，上述讯号延迟电路31也可以只将PWM讯号延迟该预设时间d就输出给隔离组件32，且隔离组件32采用一次侧与二次侧反相的变压器，使延迟后的PWM讯号由变压器的一次测输入并由二次侧反相输出，同样能产生该控制讯号。
由于控制第一功率开关M1的PWM讯号与控制第二功率开关M2的控制讯号反相(即相差180度)且错开该预设时间d，因此，如图3（A）与图3（B）所示，当控制讯号由高准位变成低准位，令第二功率开关2关闭时，该预设时间d可让第二功率开关2完全截止后，PWM讯号才会由低准位变成高准位，而令第一功率开关M1导通。所以第一功率开关M1的导通时间与第二功率开关M2的导通时间可以被完全错开，而确保第一功率开关M1与第二功率开关M2不会同时导通，使电源供应器可工作在介于非连续导通模式(DCM)与连续导通模式(CCM)之间的一新的工作模式下，并能提高电源供应器的转换效率。
再者，值得一提的是，第二功率开关M2也可以电耦接在次级线圈12的该端121与整流滤波电路4之间，即高压侧，且次级线圈12的另一端接地，只是第二功率开关M2的导通电压会变高，若隔离组件32是采用变压器时，则其次级线圈的匝数需要适当增加，使其上产生的电压能够适时地导通第二功率开关M2。
另外，还可以在第二功率开关M2的第一端D与第二端S之间反向并联一整流二极管13，以进一步提升转换效率。
综上所述，本实施例借由将控制第一功率开关M1的PWM讯号反相并延迟一预设时间d所产生的控制讯号来控制第二功率开关M2，使第一功率开关M1与第二功率开关M2不致同时导通，使得电源供应器能工作在界于非连续导通模式(DCM)与连续导通模式(CCM)之间的一新的工作模式下，而具有相较于非连续导通模式(DCM)更高的转换效率，确实达成本发明的功效和目的。

Claims (6)

1.一种直流转直流电源供应器，其特征在于：
该直流转直流电源供应器包括：
一变压器，具有一初级线圈及一次级线圈，该初级线圈的一端接受一输入电压；
一整流滤波电路，对该次级线圈产生的电压进行整流滤波，以输出一直流电压；
一第一功率开关，具有一与该初级线圈的另一端电耦接的第一端，一接地的第二端及一受控端；
一第二功率开关，具有电耦接在该次级线圈与该整流滤波电路之间的一第一端与一第二端，以及一受控端；
一脉冲宽度调制控制器，与该第一功率开关的该受控端电耦接，并产生一脉冲宽度调制讯号以控制该第一功率开关导通与否；及
一讯号转换电路，与该脉冲宽度调制控制器电耦接，以根据该脉冲宽度调制讯号产生一控制讯号，该控制讯号与该脉冲宽度调制讯号反相并延迟一预设时间，且该第二功率开关的该受控端与该讯号转换电路电耦接并受该控制讯号控制，使该第二功率开关的导通时间与该第一功率开关的导通时间相错开。
2.根据权利要求1所述的直流转直流电源供应器，其特征在于：该讯号转换电路包括一讯号延迟电路及一隔离组件，该讯号延迟电路将该脉冲宽度调制讯号反相并延迟该预设时间以产生该控制讯号，并将该控制讯号输出至该隔离组件，使经由该隔离组件输出给该第二功率开关的该受控端。
3.根据权利要求2所述的直流转直流电源供应器，其特征在于：该隔离组件是变压器、光耦合器、光耦合继电器、IGBT与SCR其中之一。
4.根据权利要求1所述的直流转直流电源供应器，其特征在于：该讯号转换电路包括一讯号延迟电路及一变压器，该讯号延迟电路将该脉冲宽度调制讯号延迟该预设时输出至该变压器，且该变压器的一次侧与二次侧反相，使该延迟后的脉冲宽度调制讯号由该变压器的一次测输入并由二次侧反相输出而产生该控制讯号。
5.根据权利要求1所述的直流转直流电源供应器，其特征在于：该次级线圈的一端与该整流滤波电路电耦接，另一端与该第二功率开关的该第一端电耦接，且该第二功率开关的该第二端接地。
6.根据权利要求1所述的直流转直流电源供应器，其特征在于：该第二功率开关的该第一端与该次级线圈的一端电耦接，其第二端与该整流滤波电路电耦接，且该次级线圈的另一端接地。
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