CN113765389B - 直流-直流转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明主要提供一种直流‑直流转换器，其采用主动箝位顺向式或主动箝位反驰式，且基础上包括：一变压器、一第一箝位单元、一第一MOSFET组件、一第二箝位单元、一第二MOSFET组件、一第三MOSFET组件、一第一电感、以及一第二电感。特别说明的是，本发明利用第一箝位单元和第二箝位单元稳定控制该第一MOSFET组件和该第二MOSFET组件的汲极‑源极电压(VDS)，令每一个MOSFET组件的汲极‑源极电压(VDS)的关断应力达到均衡，从而避免特定的MOSFET组件发生高电压突尖(high voltage spike)现象。同时，本发明利用该第一电感降低第三MOSFET组件的本体二极管(body diode)的逆向恢复负电流，同时缓解负电流的振铃现象。

Description

直流-直流转换器
技术领域
本发明为电源供应装置的有关技术领域，尤指能够改善功率开关的高电压突尖(high voltage spike)现象以及抑制寄生二极管的逆向恢复负电流及其振铃(ringing)的一种采用主动箝位顺向式或主动箝位反驰式的直流-直流转换器。
背景技术
已知，切换式电源供应器(Switch Mode Power Supply,SMPS)因具有高功率因子、高转换效率、体积小、以及重量轻等优点，因此已经被广泛地应用在各式电子产品之中。依据不同电子产品及/或电子组件所需的特定驱动电压，例如：3.3V、5V、12V等，切换式电源供应器所输出的电压会进一步地利用直流-直流转换器进行升压处理或降压处理，从而提供合适的驱动电压给电子产品及/或电子组件。现有的直流-直流转换器的类型包含：降压转换器、升压转换器、降压/升压转换器、全桥式转换器、顺向式转换器、反驰式转换器、推挽式转换器、隔离型全桥式转换器、以及隔离型半桥式转换器。
图1显示现有的一种主动箝位顺向式转换器的电路拓朴图，且图2显示现有的另一种主动箝位顺向式转换器的电路拓朴图。图1的电路拓朴和图2的电路拓朴皆包括：一隔离变压器10’、一第一开关Q1’、一第二开关Q2’、一第三开关Q3’、一储能电感L1’、一第一电容C1’、一第二电容C2’、一第三电容C3’、一第四电容C4’、一第一二极管D1’、一第二二极管D2’、以及一第三二极管D3’。其中，该第二二极管D2’和该第三二极管D3’组成一输出整流单元，且该第四电容C4’则作为一输出滤波单元。更详细地说明，该第一开关Q1’和该第二开关Q2’组成所述主动箝位顺向式转换器的主切换开关单元，且两者相互并联。
值得说明的是，在图1的电路拓朴中，第二电容C2’和第三电容C3’皆为箝位电容。另一方面，该第三开关Q3’为一箝位开关，其亦与该第一开关Q1’及该第二开关Q2’并联。在所述主动箝位顺向式转换器操作在谐振模式之时，正极电压(HV+)通过所述第三开关Q3’的本体二极管(body diode)Q31’对箝位电容充电。然而，在实务操作上，第三开关Q3’的本体二极管Q31’的反向恢复时间(Reverse recovery time,Trr)会引致逆向恢复负电流振铃现象。再者，图1所示的主动箝位顺向式转换器的主切换开关包含彼此相互并联的第一开关Q1’和第二开关Q2’。对于实务面来说，每个MOSFET组件(即，第一开关Q1’和第二开关Q2’)耦接至正极电压(HV+)和负极电压(HV-)的铜箔导线的长度都不尽相同，不同长度的铜箔导线所衍生的线电感的值会有所不同，因而导致每个MOSFET组件的汲极-源极电压(VDS)的关断应力不均衡，从而使得离钳位电路单元越远的MOSFET组件发生高电压突尖(high voltagespike)现象。在此情况下，为了避免高电压突尖引致MOSFET组件发生击穿效应(Punchthrough effect)，必须选用具高VDS和低RDS_ON特性的MOSFET组件作为所述主动箝位顺向式转换器的主切换开关单元的组成组件。然而，这样反而造成图1所示的主动箝位顺向式转换器的设计和制造成本增加。
在图2所示的主动箝位顺向式转换器之中，第一开关Q1’和第二开关Q2’同样彼此相互并联且组成一主切换开关单元。与图1的电路拓朴设计不同的是，图2所示的主动箝位顺向式转换器所包含的第三开关Q3’是与所述第一开关Q1’迭接(Cascode)，且第二电容C2’(亦即，箝位电容)耦接于该第三开关Q3’的汲极端和该正极电压(HV+)之间。在图2所示的主动箝位顺向式转换器的实际运作上，第三开关Q3’的本体二极管Q31’的反向恢复时间(Trr)同样会引致逆向恢复负电流振铃现象。另一方面，对于彼此相互并联的第一开关Q1’和第二开关Q2’而言，肇因于不同长度的铜箔导线的所衍生的线电感的值会有所不同，每一个MOSFET组件所承受的高电压突尖(high voltage spike)也不同。实际量测发现第一开关Q1’的高电压突尖和第二开关Q2’的高电压突尖相差达10％～20％。
另一方面，图3显示现有的一种主动箝位反驰式转换器的电路拓朴图，且图4显示现有的另一种主动箝位反驰式转换器的电路拓朴图。图3的电路拓朴和图4的电路拓朴皆包括：一隔离变压器10b、一第一开关Q1b、一第二开关Q2b、一第三开关Q3b、一储能电感L1b、一第一电容C1b、一第二电容C2b、一第三电容C3b、一第四电容C4b、一第五电容C4b、一第六电容C6b、一第一二极管D1b、以及一第二二极管D2b。其中，该第二二极管D2b和该第四电容C4b组成一输出整流单元，且该第五电容C5b和该第六电容C6b分别作为一第一输出电容和一第二输出电容。更详细地说明，该第一开关Q1b和该第二开关Q2b组成所述主动箝位反驰式转换器的主切换开关单元，且两者相互并联。
值得说明的是，在图3的电路拓朴之中，第二电容C2b和第三电容C3b皆为箝位电容。另一方面，该第三开关Q3b为一箝位开关，其亦与该第一开关Q1b及该第二开关Q2b并联。在所述主动箝位反驰式转换器操作在谐振模式之时，正极电压(HV+)通过所述第三开关Q3b的本体二极管(body diode)Q31’对箝位电容充电。然而，在实务操作上，第三开关Q3b的本体二极管Q31b的反向恢复时间(Reverse recovery time,Trr)会引致逆向恢复负电流振铃现象。再者，图3所示的主动箝位反驰式转换器的主切换开关包含彼此相互并联的第一开关Q1b和第二开关Q2b。对于实务面来说，每个MOSFET组件(即，第一开关Q1b和第二开关Q2b)耦接至正极电压(HV+)和负极电压(HV-)的铜箔导线的长度都不尽相同，不同长度的铜箔导线所衍生的线电感的值会有所不同，因而导致每个MOSFET组件的汲极-源极电压(VDS)的关断应力不均衡，从而使得离钳位电路单元越远的MOSFET组件发生高电压突尖(high voltagespike)现象。在此情况下，为了避免高电压突尖引致MOSFET组件发生击穿效应(Punchthrough effect)，必须选用具高VDS和低RDS_ON特性的MOSFET组件作为所述主动箝位反驰式转换器的主切换开关单元的组成组件。然而，这样反而造成图3所示的主动箝位反驰式转换器的设计和制造成本增加。
在图4所示的主动箝位反驰式转换器之中，第一开关Q1b和第二开关Q2b同样彼此相互并联且组成一主切换开关单元。与图3的电路拓朴设计不同的是，图4所示的主动箝位反驰式转换器所包含的第三开关Q3b是与所述第一开关Q1b迭接(Cascode)，且第二电容C2b(亦即，箝位电容)耦接于该第三开关Q3b的汲极端和该正极电压(HV+)之间。在图4所示的主动箝位反驰式转换器的实际运作上，第三开关Q3b的本体二极管Q31b的反向恢复时间(Trr)同样会引致逆向恢复负电流振铃现象。另一方面，对于彼此相互并联的第一开关Q1b和第二开关Q2b而言，肇因于不同长度的铜箔导线所衍生的线电感的值会有所不同，每一个MOSFET组件所承受的高电压突尖(high voltage spike)也不同。实际量测发现第一开关Q1b的高电压突尖和第二开关Q2b的高电压突尖相差达10％～20％。
由上述说明可知，现有的主动箝位顺向式转换器及主动箝位反驰式转换器的电路拓朴设计仍具有需要进一步改善之空间。有鉴于此，本案发明人极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的一种采用主动箝位顺向式或主动箝位反驰式的直流-直流转换器。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种采用主动箝位顺向式或主动箝位反驰式的直流-直流转换器，其基础上包括：一变压器、一第一箝位单元、一第一MOSFET组件、一第二箝位单元、一第二MOSFET组件、一第三MOSFET组件、一第一电感、以及一第二电感。其中，本发明利用第一箝位单元和第二箝位单元稳定控制该第一MOSFET组件和该第二MOSFET组件的汲极-源极电压(VDS)，令每一个MOSFET组件的汲极-源极电压(VDS)的关断应力达到均衡，从而避免特定的MOSFET组件发生高电压突尖(high voltage spike)现象。同时，本发明利用该第一电感降低第三MOSFET组件的本体二极管(body diode)的逆向恢复负电流，同时缓解负电流的振铃现象。
为达成上述目的，本发明提出所述直流-直流转换器的一第一实施例，其应用为一直流-直流转换器，且包括：
一变压器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压；
一第一箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器该第二输入端；
一第一MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该第一箝位单元的该第二端；
一第二箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元的该第三端；
一第二MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该第二箝位单元的该第二端；其中，该第一MOSFET组件的该源极端和该第二MOSFET组件的该源极端皆耦接一负极电压(HV-)；
一第三MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件的该汲极端、该第一箝位单元的该第一端、该第二MOSFET组件的该汲极端、以及该第二箝位单元的该第一端并联；
一第一电感，以其一端耦接该第三MOSFET组件的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元的该第三端以及该第二箝位单元的该第三端；以及
一第二电感，耦接该变压器的该第一输出端。
并且，为达成上述目的，本发明提出所述直流-直流转换器的一第二实施例，其包括：
一变压器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压；
一第一箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第二端耦接该变压器的该第一输入端；
一第一MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接一负极电压；
一第二箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第二端耦接该变压器的该第一输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元的该第三端；
一第二MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该负极电压；
一第三MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件的该汲极端、该第一箝位单元的该第一端、该第二MOSFET组件的该汲极端、以及该第二箝位单元的该第一端并联；
一第一电感，以其一端耦接该第三MOSFET组件的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元的该第三端以及该第二箝位单元的该第三端；以及
一第二电感，耦接该变压器的该第一输出端。
并且，为达成上述目的，本发明提出所述直流-直流转换器的一第三实施例，其应用为一直流-直流转换器，且包括：
一变压器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压；
一第一箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器该第二输入端；
一第一MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该第一箝位单元的该第二端；
一第二箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元的该第三端；
一第二MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该第二箝位单元的该第二端；其中，该第一MOSFET组件的该源极端和该第二MOSFET组件的该源极端皆耦接一负极电压(HV-)；
一第三MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件的该汲极端、该第一箝位单元的该第一端、该第二MOSFET组件的该汲极端、以及该第二箝位单元的该第一端并联；
一第一电感，以其一端耦接该第三MOSFET组件的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元的该第三端以及该第二箝位单元的该第三端；
一第一输出电容，具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端和所述第二端与变压器的该第一输出端和该第二输出端并联；以及
一第二电感，具有一第一端和一第二端，且其所述第一端耦接该第一输出电容的该第一端。
进一步地，为达成上述目的，本发明提出所述直流-直流转换器的一第四实施例，其包括：
一变压器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压；
一第一箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端；
一第一MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接一负极电压；
一第二箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元的该第三端；
一第二MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该负极电压；
一第三MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件的该汲极端、该第一箝位单元的该第一端、该第二MOSFET组件的该汲极端、以及该第二箝位单元的该第一端并联；
一第一电感，以其一端耦接该第三MOSFET组件的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元的该第三端以及该第二箝位单元的该第三端；
一第一输出电容，具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端和所述第二端与变压器的该第一输出端和该第二输出端并联；以及
一第二电感，具有一第一端和一第二端，且其所述第一端耦接该第一输出电容的该第一端。
附图说明
图1显示现有的一种主动箝位顺向式转换器的电路拓朴图；
图2显示现有的另一种主动箝位顺向式转换器的电路拓朴图；
图3显示现有的一种主动箝位反驰式转换器的电路拓朴图；
图4显示现有的另一种主动箝位反驰式转换器的电路拓朴图；
图5显示本发明的一种直流-直流转换器的第一实施例的电路拓朴图；
图6显示本发明的直流-直流转换器的第二实施例的电路拓朴图；
图7显示本发明的一种直流-直流转换器的第三实施例的电路拓朴图；以及
图8显示本发明的直流-直流转换器的第四实施例的电路拓朴图。图中主要符号说明：
1 直流-直流转换器
10 变压器
11 第一箝位单元
12 第二箝位单元
13 输出整流单元
14 输出滤波单元
C1 第一电容
C2 第二电容
C3 第三电容
C4 第四电容
D1 第一二极管
D2 第二二极管
D3 第三二极管
D4 第四二极管
L1 第一电感
L2 第二电感
Q1 第一MOSFET组件
Q2 第二MOSFET组件
Q3 第三MOSFET组件
10a 变压器
11a 第一箝位单元
12a 第二箝位单元
13a 导出整流单元
C1a 第一电容
C2a 第二电容
C3a 第三电容
C4a 第四电容
Co1a 第一输出电容
Co2a 第二输出电容
D1a 第一二极管
D2a 第二二极管
D3a 第三二极管
L1a 第一电感
L2a 第二电感
Q1a 第一MOSFET组件
Q2a 第二MOSFET组件
Q3a 第三MOSFET组件
10’ 隔离变压器
C1’ 第一电容
C2’ 第二电容
C3’ 第三电容
C4’ 第四电容
D1’ 第一二极管
D2’ 第二二极管
D3’ 第三二极管
L1’ 储能电感
Q1’ 第一开关
Q2’ 第二开关
Q3’ 第三开关
Q31’ 本体二极管
10b 隔离变压器
C1b 第一电容
C2b 第二电容
C3b 第三电容
C4b 第四电容
C5b 第五电容
C6b 第六电容
D1b 第一二极管
D2b 第二二极管
L1b 储能电感
Q1b 第一开关
Q2b 第二开关
Q3b 第三开关
Q31b 本体二极管
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种采用主动箝位顺向式或主动箝位反驰式的直流-直流转换器，以下将配合图式，详尽说明本发明的较佳实施例。
本发明提供一种直流-直流转换器，其应用为一主动箝位顺向式电源转换器或一主动箝位反驰式电源转换器，从而用于被整合在一电源供应装置、一电源转换装置、或一LED驱动电源装置之中。
第一实施例
图5显示本发明的一种直流-直流转换器的第一实施例的电路拓朴图。如图5所示，本发明的直流-直流转换器1的第一实施例采用主动箝位顺向式，且其主要包括：一变压器10、一第一箝位单元11、一第一MOSFET组件Q1、一第二箝位单元12、一第二MOSFET组件Q2、一第三MOSFET组件Q3、一第一电感L1、以及一第二电感L2。在第一实施例中，该变压器10具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端。并且，该第一箝位单元11具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器10的该第二输入端。更详细地说明，该第一箝位单元11包括一第一二极管D1以及一第一电容C1。
如图5所示，该第一二极管D1的一阳极端作为该第一箝位单元11的该第一端。并且，该第一电容C1具有一第一端和一第二端；其中，该第一电容C1的该第一端耦接该第一二极管D1的一阴极端从而作为该第一箝位单元11的该第三端，且该第一电容C1的该第二端作为该第一箝位单元11的该第二端。在第一实施例之中，该第一MOSFET组件Q1具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元11的该第一端，并以其所述源极端耦接该第一箝位单元11的该第二端。
另一方面，该第二箝位单元12具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器10的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元11的该第三端。更详细地说明，如图5所示，所述第二箝位单元12包括一第二二极管D2以及一第二电容C2，其中该第二二极管D2的一阳极端作为该第二箝位单元12的该第一端。并且，该第二电容C2具有一第一端和一第二端。如图5所示，该第二电容C2的该第一端耦接该第二二极管D2的一阴极端从而作为该第二箝位单元12的该第三端，且该第二电容C2的该第二端作为该第二箝位单元12的该第二端。
图5还绘示该第二MOSFET组件Q2具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元12的该第一端，并以其所述源极端耦接该第二箝位单元12的该第二端。由图5可知，该第一MOSFET组件Q1的该源极端和该第二MOSFET组件Q2的该源极端皆耦接至该负极电压(HV-)。另一方面，该第三MOSFET组件Q3具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器10的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件Q1的该汲极端、该第一箝位单元11的该第一端、该第二MOSFET组件Q2的该汲极端、以及该第二箝位单元12的该第一端并联。值得注意的是，在第一实施例之中，所述第一电感L1以其一端耦接该第三MOSFET组件Q3的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元11的该第三端以及该第二箝位单元12的该第三端。
此外，图5还绘示本发明的直流-直流转换器1还包括：一输出整流单元13、一输出滤波单元14、一第二电感L2、以及一第三电容C3。其中，该第三电容C3的一端同时耦接该变压器10的该第一输入端和该正极电压(HV+)，且其另一端耦接该负极电压(HV-)。另一方面，第二电感L2耦接该变压器10的该第一输出端，该输出整流单元13耦接该变压器10的该第一输出端和该第二输出端，使得该第二电感L2透过该输出整流单元13耦接该变压器10的该第一输出端。并且，该输出滤波单元14耦接该第二电感L2。再者，该输出整流单元13耦接该变压器10的该二输出端，且包含一第三二极管D3和一第四二极管D4。并且，该输出滤波单元14包含一第四电容C4，且耦接该输出整流单元13。
实验例
下表(1)整理了一些实验数据，包含：汲极-源极电压(VDS)、逆向恢复负电流、以及负电流振铃。
表(1)
进一步说明的是，就现有的主动箝位顺向式转换器(如图1所示)而言，所述汲极-源极电压(VDS)量测自第一开关Q1’，而逆向恢复负电流和负电流振铃则量测自第三开关Q3’。就本发明的采用主动箝位顺向式的直流-直流转换器1(如图5所示)而言，所述汲极-源极电压(VDS)量测自第一MOSFET组件Q1，而逆向恢复负电流和负电流振铃则量测自第三MOSFET组件Q3。透过表(1)的实验数据，易于理解本发明的直流-直流转换器1能够改善功率开关的高电压突尖(high voltage spike)现象以及抑制寄生二极管之逆向恢复负电流及其振铃(ringing)。
第二实施例
图6显示本发明的直流-直流转换器的第二实施例的电路拓朴图。比较图6与图5可以发现，本发明的直流-直流转换器1的第二实施例采用主动箝位顺向式，且其同样主要包括：一变压器10、一第一箝位单元11、一第一MOSFET组件Q1、一第二箝位单元12、一第二MOSFET组件Q2、一第三MOSFET组件Q3、一第一电感L1、以及一第二电感L2。与第一实施例的电路拓朴不同的是，在第二实施例的电路拓朴的规划上，第三MOSFET组件Q3是和第一MOSFET组件Q1迭接(Cascode)，而非并联。
更详细地说明，在第二实施例中，该变压器10具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压(HV+)。并且，该第一箝位单元11同样具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第二端耦接该变压器10的该第一输入端。如图6所示，该第一箝位单元11包括一第一二极管D1以及一第一电容C1。其中，该第一二极管D1的一阳极端作为该第一箝位单元11的该第一端，该第一电容C1具有一第一端和一第二端。其中，该第一电容C1的该第一端耦接该第一二极管D1的一阴极端从而作为该第一箝位单元11的该第三端，且该第一电容C1的该第二端作为该第一箝位单元11的该第二端。
在第二实施例之中，该第一MOSFET组件Q1具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元11的该第一端，并以其所述源极端耦接一负极电压(HV-)。另一方面，该第二箝位单元12具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第二端耦接该变压器10的该第一输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元11的该第三端。更详细地说明，所述第二箝位单元12包括一第二二极管D2以及一第二电容C2，其中该第二二极管D2的一阳极端作为该第二箝位单元12的该第一端。如图6所示，该第二电容C2具有一第一端和一第二端，且该第二电容C2的该第一端耦接该第二二极管D2的一阴极端从而作为该第二箝位单元12的该第三端，而该第二电容C2的该第二端作为该第二箝位单元12的该第二端。
图6还绘示该第二MOSFET组件Q2具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元12的该第一端，并以其所述源极端耦接该负极电压(HV-)。在第二实施例中，该第三MOSFET组件Q3具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器10的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件Q1的该汲极端、该第一箝位单元11的该第一端、该第二MOSFET组件Q2的该汲极端、以及该第二箝位单元12的该第一端并联。值得注意的是，在第二实施例之中，所述第一电感L1以其一端耦接该第三MOSFET组件Q3的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元11的该第三端以及该第二箝位单元12的该第三端。
此外，图6还绘示本发明的直流-直流转换器1的第二实施例还包括：一输出整流单元13、一输出滤波单元14、一第二电感L2、以及一第三电容C3。其中，该第三电容C3的一端同时耦接该变压器10的该第一输入端和该正极电压(HV+)，且其另一端耦接该负极电压(HV-)。另一方面，第二电感L2耦接该变压器10的该第一输出端，该输出整流单元13耦接该变压器10的该第一输出端和该第二输出端，使得该第二电感L2透过该输出整流单元13耦接该变压器10的该第一输出端。并且，该输出滤波单元14耦接该第二电感L2。再者，该输出整流单元13耦接该变压器10的该二输出端，且包含一第三二极管D3和一第四二极管D4。并且，该输出滤波单元14包含一第四电容C4，且耦接该输出整流单元13。
第三实施例
图7显示本发明的一种直流-直流转换器的第三实施例的电路拓朴图。在第三实施例中，本发明的采用主动箝位反驰式的直流-直流转换器1主要包括：一变压器10a、一第一箝位单元11a、一第一MOSFET组件Q1a、一第二箝位单元12a、一第二MOSFET组件Q2a、一第三MOSFET组件Q3a、一第一电感L1a、一第一输出电容Co1a、以及一第二电感L2a。在第三实施例中，该变压器10a具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端。并且，该第一箝位单元11a具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器10a的该第二输入端。更详细地说明，该第一箝位单元11a包括一第一二极管D1a以及一第一电容C1a。
如图7所示，该第一二极管D1a的一阳极端作为该第一箝位单元11a的该第一端。并且，该第一电容C1a具有一第一端和一第二端；其中，该第一电容C1a的该第一端耦接该第一二极管D1a的一阴极端从而作为该第一箝位单元11a的该第三端，且该第一电容C1a的该第二端作为该第一箝位单元11a的该第二端。在第三实施例之中，该第一MOSFET组件Q1a具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元11a的该第一端，并以其所述源极端耦接该第一箝位单元11a的该第二端。
另一方面，该第二箝位单元12a具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器10a的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元11a的该第三端。更详细地说明，如图7所示，所述第二箝位单元12a包括一第二二极管D2a以及一第二电容C2a，其中该第二二极管D2a的一阳极端作为该第二箝位单元12a的该第一端。并且，该第二电容C2a具有一第一端和一第二端。如图7所示，该第二电容C2a的该第一端耦接该第二二极管D2a的一阴极端从而作为该第二箝位单元12a的该第三端，且该第二电容C2a的该第二端作为该第二箝位单元12a的该第二端。
图7还绘示该第二MOSFET组件Q2a具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元12a的该第一端，并以其所述源极端耦接该第二箝位单元12a的该第二端。由图7可知，该第一MOSFET组件Q1a的该源极端和该第二MOSFET组件Q2a的该源极端皆耦接至该负极电压(HV-)。另一方面，该第三MOSFET组件Q3a具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器10a的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件Q1a的该汲极端、该第一箝位单元11a的该第一端、该第二MOSFET组件Q2a的该汲极端、以及该第二箝位单元12a的该第一端并联。值得注意的是，在第三实施例之中，所述第一电感L1a以其一端耦接该第三MOSFET组件Q3a的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元11a的该第三端以及该第二箝位单元12a的该第三端。
此外，图7还绘示本发明的直流-直流转换器1的第三实施例还包括：一输出整流单元13a、一第一输出电容Co1a、一第二电感L2a、一第二输出电容Co2a、以及一第三电容C3a。其中，该第三电容C3a的一端同时耦接该变压器10a的该第一输入端和该正极电压(HV+)，且其另一端耦接该负极电压(HV-)。另一方面，该第一输出电容Co1a具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端和所述第二端与变压器10a的该第一输出端和该第二输出端并联。如图7所示，输出整流单元13a包含一第三二极管D3a和一第四电容C4a，且耦接该变压器10a的该第一输出端和该第二输出端，使得该第一输出电容Co1a透过该输出整流单元13a而与该变压器10a的该第一输出端和该第二输出端并联。并且，该第二输出电容Coa2具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端耦接该第二电感L2a的该第二端。
进一步说明的是，本发明利用第一箝位单元11a和第二箝位单元12a稳定控制该第一MOSFET组件Q1a和该第二MOSFET组件Q2a的汲极-源极电压(VDS)，令每一个MOSFET组件的汲极-源极电压(VDS)的关断应力达到均衡，从而避免特定的MOSFET组件发生高电压突尖(high voltage spike)现象。同时，本发明还利用该第一电感L1a降低第三MOSFET组件Q3a的本体二极管(body diode)的逆向恢复负电流，同时缓解负电流的振铃现象。
第四实施例
图8显示本发明的直流-直流转换器的第四实施例的电路拓朴图。与前述第三实施例相同的是，本发明的直流-直流转换器1的第四实施例同样主要包括：一变压器10a、一第一箝位单元11a、一第一MOSFET组件Q1a、一第二箝位单元12a、一第二MOSFET组件Q2a、一第三MOSFET组件Q3a、以及一第一电感L1a、以及一第一输出电容Co1a、以及一第二电感L2a。然而，与前述第三实施例的电路拓朴不同的是，在第四实施例的电路拓朴的规划上，第三MOSFET组件Q3a是和第一MOSFET组件Q1a迭接(Cascode)，而非并联。
更详细地说明，在第四实施例中，该变压器10a具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压(HV+)。并且，该第一箝位单元11a同样具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器10a的该第二输入端。如图8所示，该第一箝位单元11a包括一第一二极管D1a以及一第一电容C1a。其中，该第一二极管D1a的一阳极端作为该第一箝位单元11a的该第一端，该第一电容C1a具有一第一端和一第二端。其中，该第一电容C1a的该第一端耦接该第一二极管D1a的一阴极端从而作为该第一箝位单元11a的该第三端，且该第一电容C1a的该第二端作为该第一箝位单元11a的该第二端。
在第四实施例之中，该第一MOSFET组件Q1a具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元11a的该第一端，并以其所述源极端耦接一负极电压(HV-)。另一方面，该第二箝位单元12a具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器10a的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元11a的该第三端。更详细地说明，所述第二箝位单元12a包括一第二二极管D2a以及一第二电容C2a，其中该第二二极管D2a的一阳极端作为该第二箝位单元12a的该第一端。如图8所示，该第二电容C2a具有一第一端和一第二端。其中，该第二电容C2a的该第一端耦接该第二二极管D2a的一阴极端从而作为该第二箝位单元12a的该第三端，且该第二电容C2a的该第二端作为该第二箝位单元12a的该第二端。
图8还绘示该第二MOSFET组件Q2a具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元12a的该第一端，并以其所述源极端耦接该负极电压(HV-)。在第四实施例中，该第三MOSFET组件Q3a具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器10a的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件Q1a的该汲极端、该第一箝位单元11a的该第一端、该第二MOSFET组件Q2a的该汲极端、以及该第二箝位单元12a的该第一端并联。值得注意的是，在第四实施例之中，所述第一电感L1a以其一端耦接该第三MOSFET组件Q3a的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元11a的该第三端以及该第二箝位单元12a的该第三端。
进一步地，图8还绘示本发明的直流-直流转换器1的第四实施例还包括：一输出整流单元13a、一第一输出电容Co1a、一第二电感L2a、一第一输出电容Co2a、以及一第三电容C3a。其中，该第三电容C3a的一端同时耦接该变压器10a的该第一输入端和该正极电压(HV+)，且其另一端耦接该负极电压(HV-)。另一方面，该第一输出电容Co1a具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端和所述第二端与变压器10a的该第一输出端和该第二输出端并联。如图8所示，输出整流单元13a包含一第三二极管D3a和一第四电容C4a，且耦接该变压器10a的该第一输出端和该第二输出端，使得该第一输出电容Co1a透过该输出整流单元13a而与该变压器10a的该第一输出端和该第二输出端并联。并且，该第二输出电容Co2a具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端耦接该第二电感L2a的该第二端。
如此，上述系已完整且清楚地说明本发明所揭示的一种采用主动箝位顺向式或主动箝位反驰式直流-直流转换器的基础构成和技术特征。必须加以强调的是，上述的详细说明系针对本发明可行实施例的具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (11)

1.一种直流-直流转换器，包括：
一变压器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压；
一第一箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端；其中，该第一箝位单元包括：
一第一二极管，其一阳极端作为该第一箝位单元的该第一端；及
一第一电容，具有一第一端和一第二端；其中，该第一电容的该第一端耦接该第一二极管的一阴极端从而作为该第一箝位单元的该第三端，且该第一电容的该第二端作为该第一箝位单元的该第二端；
一第一MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该第一箝位单元的该第二端；
一第二箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元的该第三端；其中，该第二箝位单元包括：
一第二二极管，其一阳极端作为该第二箝位单元的该第一端；及
一第二电容，具有一第一端和一第二端；其中，该第二电容的该第一端耦接该第二二极管的一阴极端从而作为该第二箝位单元的该第三端，且该第二电容的该第二端作为该第二箝位单元的该第二端；
一第二MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该第二箝位单元的该第二端；其中，该第一MOSFET组件的该源极端和该第二MOSFET组件的该源极端皆耦接一负极电压；
一第三MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件的该汲极端、该第一箝位单元的该第一端、该第二MOSFET组件的该汲极端、以及该第二箝位单元的该第一端并联；
一第一电感，以其一端耦接该第三MOSFET组件的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元的该第三端以及该第二箝位单元的该第三端；以及
一第二电感，耦接该变压器的该第一输出端。
2.根据权利要求1所述的直流-直流转换器，其包含于一电源供应装置、一电源转换装置、或一LED驱动电源装置之中。
3.根据权利要求1所述的直流-直流转换器，还包括：
一输出整流单元，耦接该变压器的该第一输出端和该第二输出端，使得该第二电感透过该输出整流单元耦接该变压器的该第一输出端；
一输出滤波单元，耦接该第二电感；以及
一第三电容，其一端同时耦接该变压器的该第一输入端和该正极电压，且其另一端耦接该负极电压。
4.一种直流-直流转换器，包括：
一变压器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、和一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压；
一第一箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第二端耦接该变压器的该第一输入端；其中，该第一箝位单元包括：
一第一二极管，其一阳极端作为该第一箝位单元的该第一端；及
一第一电容，具有一第一端和一第二端；其中，该第一电容的该第一端耦接该第一二极管的一阴极端从而作为该第一箝位单元的该第三端，且该第一电容的该第二端作为该第一箝位单元的该第二端；
一第一MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接一负极电压；
一第二箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第二端耦接该变压器的该第一输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元的该第三端；其中，该第二箝位单元包括：
一第二二极管，其一阳极端作为该第二箝位单元的该第一端；及
一第二电容，具有一第一端和一第二端；其中，该第二电容的该第一端耦接该第二二极管的一阴极端从而作为该第二箝位单元的该第三端，且该第二电容的该第二端作为该第二箝位单元的该第二端；
一第二MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该负极电压；
一第三MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件的该汲极端、该第一箝位单元的该第一端、该第二MOSFET组件的该汲极端、以及该第二箝位单元的该第一端并联；
一第一电感，以其一端耦接该第三MOSFET组件的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元的该第三端以及该第二箝位单元的该第三端；以及
一第二电感，耦接该变压器的该第一输出端。
5.根据权利要求4所述的直流-直流转换器，其特征在于，所述直流-直流转换器包含于一电源供应装置、一电源转换装置、或一LED驱动电源装置之中。
6.根据权利要求4所述的直流-直流转换器，还包括：
一输出整流单元，耦接该变压器的该第一输出端和该第二输出端，使得该第二电感透过该输出整流单元耦接该变压器的该第一输出端；
一输出滤波单元，耦接该第二电感；以及
一第三电容，其一端同时耦接该变压器的该第一输入端和该正极电压，且其另一端耦接该负极电压。
7.一种直流-直流转换器，包括：
一变压器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压；
一第一箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端；其中，该第一箝位单元包括：
一第一二极管，其一阳极端作为该第一箝位单元的该第一端；及
一第一电容，具有一第一端和一第二端；其中，该第一电容的该第一端耦接该第一二极管的一阴极端从而作为该第一箝位单元的该第三端，且该第一电容的该第二端作为该第一箝位单元的该第二端；
一第一MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该第一箝位单元的该第二端；
一第二箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元的该第三端；其中，该第二箝位单元包括：
一第二二极管，其一阳极端作为该第二箝位单元的该第一端；及
一第二电容，具有一第一端和一第二端；其中，该第二电容的该第一端耦接该第二二极管的一阴极端从而作为该第二箝位单元的该第三端，且该第二电容的该第二端作为该第二箝位单元的该第二端；
一第二MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该第二箝位单元的该第二端；其中，该第一MOSFET组件的该源极端和该第二MOSFET组件的该源极端皆耦接一负极电压；
一第三MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件的该汲极端、该第一箝位单元的该第一端、该第二MOSFET组件的该汲极端、以及该第二箝位单元的该第一端并联；
一第一电感，以其一端耦接该第三MOSFET组件的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元的该第三端以及该第二箝位单元的该第三端；
一第一输出电容，具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端和所述第二端与变压器的该第一输出端和该第二输出端并联；以及
一第二电感，具有一第一端和一第二端，且其所述第一端耦接该第一输出电容的该第一端。
8.根据权利要求7所述的直流-直流转换器，其包含于一电源供应装置、一电源转换装置、或一LED驱动电源装置之中。
9.根据权利要求7所述的直流-直流转换器，还包括：
一输出整流单元，耦接该变压器的该第一输出端和该第二输出端，使得该第一输出电容透过该输出整流单元而与该变压器的该第一输出端和该第二输出端并联；
一第二输出电容，具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端耦接该第二电感的该第二端；以及
一第三电容，其一端同时耦接该变压器的该第一输入端和该正极电压，且其另一端耦接该负极电压。
10.一种直流-直流转换器，包括：
一变压器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、和一第二输出端，且以其所述第一输入端耦接一正极电压；
一第一箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端；其中，该第一箝位单元包括：
一第一二极管，其一阳极端作为该第一箝位单元的该第一端；及
一第一电容，具有一第一端和一第二端；其中，该第一电容的该第一端耦接该第一二极管的一阴极端从而作为该第一箝位单元的该第三端，且该第一电容的该第二端作为该第一箝位单元的该第二端；
一第一MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第一箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接一负极电压；
一第二箝位单元，具有一第一端、一第二端和一第三端，且以其所述第一端耦接该变压器的该第二输入端，并以其所述第三端耦接该第一箝位单元的该第三端；其中，该第二箝位单元包括：
一第二二极管，其一阳极端作为该第二箝位单元的该第一端；及
一第二电容，具有一第一端和一第二端；其中，该第二电容的该第一端耦接该第二二极管的一阴极端从而作为该第二箝位单元的该第三端，且该第二电容的该第二端作为该第二箝位单元的该第二端；
一第二MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述汲极端耦接该第二箝位单元的该第一端，并以其所述源极端耦接该负极电压；
一第三MOSFET组件，具有一闸极端、一汲极端和一源极端，且以其所述源极端耦接该变压器的该第二输入端，从而与该第一MOSFET组件的该汲极端、该第一箝位单元的该第一端、该第二MOSFET组件的该汲极端、以及该第二箝位单元的该第一端并联；
一第一电感，以其一端耦接该第三MOSFET组件的该汲极端，且以其另一端同时耦接该第一箝位单元的该第三端以及该第二箝位单元的该第三端；
一第一输出电容，具有一第一端和一第二端，并以其所述第一端和所述第二端与变压器的该第一输出端和该第二输出端并联；以及
一第二电感，具有一第一端和一第二端，且其所述第一端耦接该第一输出电容的该第一端。
11.根据权利要求10所述的直流-直流转换器，其特征在于，所述直流-直流转换器包含于一电源供应装置、一电源转换装置、或一LED驱动电源装置之中。
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