CN1950995A - Dc－dc转换器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种DC－DC转换器，其包括：用以执行开关操作的主开关元件；第一扼流线圈；输出电容器；以及二极管模块。所述二极管模块包括包含辅助开关元件和谐振电容器的第一串联电路、以及包括续流二极管和谐振线圈的第二串联电路，其中所述第一串联电路和所述第二串联电路彼此并联。所述DC－DC转换器降低了开关损耗、处理宽泛范围的输入和输出电压变化、并便于对传统电路进行修改。

Description

DC-DC转换器
技术领域
本发明涉及一种DC-DC转换器，并且具体地涉及一种合并了二极管模块以便能够降低开关损耗的DC-DC转换器。
背景技术
通过半导体器件的开关控制，DC-DC转换器将输入DC电压转换成所希望的稳定DC电压，其具有效率高且容易减小尺度和重量的优点，并且因此，在控制基于逆变器技术的电动机时以及在点亮各种放电灯的电路中，DC-DC转换器用作各种电子装置电源的基本组件。
图16是典型的降压DC-DC转换器100的电路图。DC-DC转换器100包括作为主开关元件的场效应晶体管Q1、续流二极管D3、扼流线圈L1、输出电容器C5和控制电路102，其中电压Vi是DC电源、R1是负载，而C1是在场效应晶体管Q1的漏极和源极端子之间所形成的结电容。
DC电源Vi的正端子连接到场效应晶体管Q1的漏极端子，而其负端子接地。场效应晶体管Q1经由其源极端子连接到续流二极管D3的阴极端子，且还连接到扼流线圈L1的一个端子，扼流线圈的另一端子连接到输出电容C5的一个端子。输出电容C5的另一端子和续流二极管D3的阳极端子接地。控制电路102经由其感测端子连接到扼流线圈L1的另一端子(朝向负载R1设置)，且经由其输出端子连接到场效应晶体管Q1的栅极端子。
DC-DC转换器100如下操作。在场效应晶体管Q1设置为关断的稳定状态条件下，当接通场效应晶体管Q1时，电流经由场效应晶体管Q1从DC电源Vi流向扼流线圈L1，而在扼流线圈L1的另一端子(朝向负载R1设置)处的电压被输出电容器C5平滑，且然后施加到负载R1。在场效应晶体管Q1保持接通的同时，能量随电流而被存储在扼流线圈L1中。然后，当关断场效应晶体管Q1时，在扼流线圈L1的两个端子上产生电动势，而由电动势所维持的电流换向流经续流二极管D3，借此场效应晶体管Q1的接通期间所存储的能量被提供给负载R1。
上述操作完成后，依据场效应晶体管Q1的占空比(接通时间(on-time)/接通时间+关断时间(off-time))的电压被输出到负载R1的两端上。为了保持输出电压恒定而与输入电压(Vi)和负载R1的变化无关，控制电路102执行脉宽调制(PWM)控制，其中根据所检测的输出电压电平来调制场效应晶体管Q1的占空比。
在上述DC-DC转换器100中，因在场效应晶体管Q1的漏极和源极端子之间所形成的结电容C1以及因接线有关的寄生电感，导致在场效应晶体管Q1接通或关断的时刻，出现迁移时段，在该迁移时段，同时存在非零漏电流以及漏极和源极端子之上的非零电压，且由此导致开关损耗。由于开关损耗随着执行开关(on-off)控制的频率增加而变大，因此，当通过增加开关控制频率来降低扼流线圈的电感和输出电容器的电容、从而减少装置的尺度和重量时，会出现严重的问题。此外，存在另一问题，即当场效应晶体管Q1关断由此对续流二极管D3进行反相偏置时，致使在反向恢复时间大的恢复电流从阴极流向阳极，从而导致引起严重损耗。
在上述情况下，常规地应用所谓的“软开关”技术，该技术利用谐振来降低由开关损耗和恢复电流所引起的损耗。例如，公开号为2003-189602的日本专利申请公开了一种DC-DC转换器，其中谐振电路使用整流元件和开关元件的结电容，来应对宽泛范围的输入和输出电压变化。
然而，在上述日本专利申请所公开的DC-DC转换器中，当占空比设置得小时，谐振线圈不能累积足够的能量，因此导致谐振电容器的电压减少。如果这个状况继续的话，则谐振电容器的电压极性颠倒，且谐振线圈不能复位。另外，在DC-DC转换器中，构成由整流二极管(续流二极管)和附加的用于谐振的部件构成的整流电路，以使仅谐振线圈位于第一开关元件和扼流线圈之间，而其它部件并联到谐振线圈，并且因而如果将整流电路做成一个模块，则电路将有至少三个端子，这样不利于使用作为两端子元件的续流二极管对传统电路进行更改。
发明内容
本发明是鉴于上述问题来作出的，且本发明的目的是提供一种降低开关损耗的DC-DC转换器，该DC-DC转换器适于对宽泛范围的输入和输出电压变化进行适当地处理，且其合并了二极管模块，以容许方便地对各种传统电路加以修改。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了DC-DC转换器，其包括：主开关元件，用来执行开关(on-off)操作，由此将DC电源电压转换成不同的DC电压；第一扼流线圈；输出电容器；以及二极管模块，其包括含有辅助开关元件和谐振电容器的第一串联电路，以及包括续流二极管和谐振线圈且并联到所述第一串联电路的第二串联电路。
在本发明的该方面中，所述二极管模块可进一步包括并联到谐振电容器的第一二极管。
在本发明的该方面中，所述二极管模块可进一步包括连接在辅助开关元件和谐振电容器的连接点与续流二极管和谐振线圈的连接点之间的第二二极管。
在本发明的该方面中，可如此构成DC-DC转换器，使得：主开关元件的一个端子连接到DC电源的一个端子，主开关元件的另一端子连接到第一扼流线圈的一个端子，第一扼流线圈的另一端子连接到输出电容器的一个端子；以及二极管模块连接在DC电源的另一端子与主开关元件和第一扼流线圈的连接点之间，借此执行降压操作。
在本发明的该方面中，可如此构成DC-DC转换器，使得：第一扼流线圈的一个端子连接到DC电源的一个端子，第一扼流线圈的另一端子连接到主开关元件的一个端子，主开关元件的另一端子连接到DC电源的另一端子，以及二极管模块连接在输出电容器的一个端子与第一扼流线圈和主开关元件的连接点之间，借此执行升压操作。
在本发明的该方面中，可如此构成DC-DC转换器，使得，主开关元件的一个端子连接到DC电源的一个端子，主开关元件的另一端子连接到第一扼流线圈的一个端子，第一扼流线圈的另一端子连接到DC电源的另一端子，以及二极管模块连接在输出电容器的一个端子与主开关元件和第一扼流线圈的连接点之间，借此执行升压和降压操作。
在本发明的该方面中，DC-DC转换器可进一步包括耦合电容器和第二扼流线圈，且可如此构成，使得：第一扼流线圈的一个端子连接到DC电源的一个端子，第一扼流线圈的另一端子连接到主开关元件的一个端子并且亦连接到耦合电容器的一个端子，主开关元件的另一端子连接到DC电源的另一端子，耦合电容器的另一端子连接到第二扼流线圈的一个端子，第二扼流线圈的另一端子连接到输出电容器的一个端子，以及二极管模块连接在DC电源的另一端子与耦合电容器和第二扼流线圈的连接点之间，借此执行升压和降压操作。
在本发明的该方面中，DC-DC转换器可进一步包括耦合电容器和第二扼流线圈，且可如此构成，使得：第一扼流线圈的一个端子连接到DC电源的一个端子，第一扼流线圈的另一端子连接到主开关元件的一个端子并且还连接到耦合电容器的一个端子，主开关元件的另一端子连接到DC电源的另一端子，耦合电容器的另一端子连接到第二扼流线圈的一个端子，第二扼流线圈的另一端子连接到DC电源的另一端子，以及二极管模块连接在输出电容器的一个端子与耦合电容器和第二扼流线圈的连接点之间，借此执行升压和降压操作。
在本发明的该方面中，DC-DC转换器可进一步包括耦合电容器和第二扼流线圈，且可如此构成，使得：主开关元件的一个端子连接到DC电源的一个端子，主开关元件的另一端子连接到第一扼流线圈的一个端子并且还连接到耦合电容器的一个端子，第一扼流线圈的另一端子连接到DC电源的另一端子，耦合电容器的另一端子连接到第二扼流线圈的一个端子，第二扼流线圈的另一端子连接到输出电容器的一个端子，以及二极管模块连接在DC电源的另一端子与耦合电容器和第二扼流线圈的连接点之间，借此执行升压和降压操作。
在本发明的该方面中，可将一个电容器并联到主开关元件。
以及，在本发明的该方面中，在DC电源与谐振线圈和续流二极管的连接点之间可连接第三二极管。
因而，由于根据本发明的DC-DC转换器提供有二极管模块，其中所述二极管模块包括含有辅助开关元件和谐振电容器的第一串联电路、以及包括续流二极管和谐振线圈的第二串联电路，所述第一和第二串联电路彼此并联，因此可以降低主及辅助开关元件的开关损耗及续流二极管的恢复电流，并且在宽范围的输入和输出电压下适当地执行PWM控制。而且，本发明的二极管模块是两端子元件，因此可以方便地替换传统DC-DC转换器中的续流二极管。
由于第一二极管并联到二极管模块的谐振电容器，因此防止了谐振电容器的电压反向流动。因而，甚至当主开关元件的占空比非常低时，DC-DC转换器也可以正常操作。此外，由于第二二极管连接在辅助开关元件和谐振电容器的连接点与续流二极管和谐振线圈的连接点之间，因此抑制了链接(linking)的产生。
并且，本发明提供了二极管模块，而不是用在任何类型转换器(如降压、升压、升压和降压、Cuk、Sepic和Zeta转换器)的传统电路的续流二极管，因此可以方便地实现根据本发明的DC-DC转换器。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的DC-DC转换器(具体为降压DC-DC转换器)的电路图；
图2A是图1中所示的二极管模块的电路图；
图2B是不同于图2A中二极管模块的另一二极管模块的电路图；
图3是用于解释图1的电路图的简化示意图；
图4是根据本发明第一实施例的DC-DC转换器操作的时序图；
图5A至5D每个示出根据本发明第一实施例的DC-DC转换器操作时的电流状态，其中图5A是针对图4时序图中的时段t0-t1，图5B是针对时段t1-t2，图5C是针对时段t2-t3，而图5D是针对时段t3-t4；
图6A至6D每个示出根据本发明第一实施例的DC-DC转换器操作时的电流状态，其中图6A是针对图4时序图中的时段t4-t5，图6B是针对时段t5-t6，图6C是针对时段t6-t7，而图6D是针对时段t7-t8；
图7A和7B每个示出在根据本发明第一实施例的DC-DC转换器操作时的电流状态，其中图7A是针对图9时序图中的时段t8-t9，而图7B针对时段t9-t10；
图8A示出当考虑了续流二极管的结电容时本发明第一实施例中的电流状态；
图8B是对应于图8A的时序图；
图9A和9B示出在本发明第一实施例中表示图2A和2B中分别所示的二极管模块操作的电流状态；
图9C是对应于图9A和9B的时序图；
图10是在本发明第一实施例中不同于图1中所示的二极管设置的电路图；
图11是根据本发明第二实施例的DC-DC转换器(具体为升压DC-DC转换器)的电路图；
图12是根据本发明第三实施例的DC-DC转换器(具体为升压和降压DC-DC转换器)的电路图；
图13是根据本发明第四实施例的DC-DC转换器(具体为CukDC-DC转换器)的电路图；
图14是根据本发明第五实施例的DC-DC转换器(具体为SepicDC-DC转换器)的电路图；
图15是根据本发明第六实施例的DC-DC转换器(具体为ZetaDC-DC转换器)的电路图；以及
图16是传统的降压DC-DC转换器的电路图。
具体实施方式
下文将参考所附附图说明本发明的典型实施例。
参考图1，根据本发明第一实施例的DC-DC转换器10包括主开关元件Q1、扼流线圈L1、输出电容器C5、二极管模块20和控制电路12。电压Vi是DC电源、而电阻器R1是负载。优选地，主开关元件Q1由场效应晶体管所构成，而并联到主开关元件Q1的二极管D1和电容器C1分别是包含在场效应晶体管(Q1)中的体二极管和漏极-到-源极结电容。
具体而言，DC-DC转换器10是降压DC-DC转换器，其中主开关元件Q1经由其漏极端子连接到DC电源Vi的负端子，并经由其源极端子连接到扼流线圈L1的一个端子，扼流线圈L1的另一端子连接到输出电容器C5的另一端子，而DC电源Vi的负端子和输出电容器C5的另一端子接地。二极管模块20连接在DC电源Vi的负端子与主开关元件Q1和扼流线圈L1的连接点之间。控制电路12经由其检测端子连接到扼流线圈L1的另一端子(朝向负载R1设置)，并经由其输出端子连接到主开关元件Q1的栅极端子，且还连接到二极管模块20的辅助开关元件Q2(将在下文加以说明)的栅极端子。
下文将说明根据本发明的二极管模块的结构。首先参考图2A，图1中所示的二极管模块20是一个实例，且基本上如此构成：由上述辅助开关元件Q2和谐振电容器C4所组成的第一串联电路并联到由续流二极管D3和谐振线圈L2所组成的第二串联电路。第一二极管D5并联到谐振电容器C4，而第二二极管D4经由其阴极端子连接到辅助开关元件Q2和谐振线圈L2的连接点，并经由其阳极端子连接到续流二极管D3和谐振线圈L2的连接点。辅助开关元件Q2优选地由场效应晶体管构成，而并联到辅助开关元件Q2的二极管D2是包含在场效应晶体管中的体二极管。并联到续流二极管D3的电容器C3是续流二极管D3的结电容。可根据续流二极管D3的极性如图2A中所示来限定二极管模块20的阴极和阳极极性。
现在参考图2B，作为另一实例的二极管模块20’基本上如此构成：由辅助开关元件Q2和谐振电容器C4所组成的第一串联电路并联到由续流二级管3D和谐振线圈L2所组成的第二串联电路。第一二极管D5并联到谐振电容器C4，而第二二极管D4经由其阳级端子连接到辅助开关元件Q2和谐振线圈L2的连接点，并经由其阴极端子连接到续流二极管D3和谐振线圈在L2的连接点。即，与图2A中所示的二极管模块20相比较，图2B中所示的二极管模块20’的辅助开关元件Q2以及二极管D3、D4和D5以其相反的极性相连。可根据续流二极管D3的极性如图2B中所示来限定二极管模块20’的阴极和阳极极性。
在图2A和2B分别所示的二极管模块20和20’中，如果续流二极管D3具有足够高的耐受电压，并且如果不必考虑后面所述的链接所导致而产生的噪声，则可没有必要设置第二二极管D4。在并不使用第二二极管D4的情况下，构成第一串联电路的辅助开关元件Q2和谐振电容器C4可以相反的顺序彼此连接，并且构成第二串联电路的续流二极管D3和谐振线圈L2可以相反的顺序彼此连接。
在上述说明中，开关元件Q1和Q2每个由场效应晶体管构成，但是可使用其它类型的开关元件，如双极晶体管、以及绝缘栅双极晶体管(IGBT)。而且，取决于所用开关元件的特征，两者均并联到主开关元件Q1的二极管D1和电容器C1、并联到辅助开关元件Q2的二极管D2、以及连接到续流二极管D3的电容器C3可由与其等效的相应外部部件来构成。
将说明DC-DC转换器10的操作。因为二极管模块20和20’具有类似的操作，所以将基于二极管模块20加以说明。再参考图1，二极管模块20经由其阴极端子连接到主开关元件Q1和扼流线圈L1的连接点，并经由其阳极端子连接到DC电源Vi的负端子，因此取代图16中所示的传统降压DC-DC转换器100中的续流二极管D3，借此实现了本发明的DC-DC转换器10。在DC-DC转换器10的操作中，主开关元件Q1和辅助开关元件Q2在PWM控制下受到控制电路12的驱动，以便于随着其间插入的关断时间交替地接通。
在DC-DC转换器10中，假设扼流线圈L1具有足够大的电感且实际上起到恒定电流源Io(参见图3)的作用，而谐振电容器C4具有基本上大于辅助开关元件Q2的结电容的电容，且实际上起到恒定电压源的作用，以提供基本上恒定的电容VC4(参见图3)。此外，假定主开关元件Q1和辅助开关元件Q2具有几乎为零的导通电阻，并且所有的二极管具有几乎为零的正向电压。同样，为了方便理解DC-DC转换器10的基本操作，下文将说明续流二极管D3的结电容C3的效果、以及第一二极管D5和第二二极管D4的操作，并且与此同时，假设续流二极管D3是不具有结电容的理想元件，而二极管模块20并不包括第一二极管D5和第二二极管D4。基于上述假设，可以将图1中所示的电路图变成图3中所示的简化示意图。
参考图3，Vi是从DC电源所供应的恒定电流电压，而Io是从恒定电流源流出的电流(下文，在适当之处，DC电源和恒定电流源也将分别被表示为Vi和Io)。VQ1是施加在主开关元件Q1两个端子上的电压，VQ2是施加在辅助开关元件Q2的两个端子上的电压，VD3是施加在续流二极管D3的两个端子上的电压，VL2是施加在谐振线圈L2的两个端子上的电压，且如图3中所示将从-到+的每个方向定义为正方向。并且，IQ1是流经主开关元件Q1的电流，IQ2是流经辅助开关元件Q2的电流，ID3是流经续流二极管D3的电流，且图3中箭头所指向的每个方向定义为正方向。在该连接中，电流IQ1包括流经主开关元件Q1的结电容C1的电流以及流经体二极管D1的电流，而电流IQ2包括流经辅助开关元件Q2的体二极管D2的电流。
参考图4、图5A至5D、图6A至6D、以及图7A和7B，将详细说明DC-DC转换器10的操作，其从在稳定状态条件下主开关元件Q1设置成接通、然后关断的阶段开始，并在主开关元件Q1再次接通以达到稳定状态条件的阶段结束。
在时刻t0以及还在时段t0-t1，如图4所示，主开关元件Q1设置成接通，而辅助开关元件Q2设置成关断，且如图5A所示，恒定电流Io经由主开关元件Q1从恒定电压电源Vi流出。在时段t0-t1期间，电压VQ2保持在“Vi+VC4”的值。
当在时刻t1主开关元件Q1关断时，如图5B所示，在时段t1-t2，由恒定电流源Io对电容器C1充电，且如图4所示，电压VQ1上升且在时刻t2达到Vi，同时电压VQ2下降到VC4。
在时段t2-t3，续流二极管D3导通，且使电流ID3如图5C所示流动。如图4所示，在时段t2-t3，电容器C1由具有“Io-ID3”值的电流来充电，并且电压VQ1不断上升，且在时刻t3达到“Vi+VC4”，同时电压VQ2和VL2分别下降到零和-VC4。
在时段t3-t4，如图4中所示，因谐振线圈L2的操作导致电流ID3线性增加，且如图5D所示，二极管2导通使具有“ID3-Io”值的电流在相反方向上流动，由此对谐振电容器C4充电。
如图6A所示，当在t4时刻辅助开关元件Q2接通时，使正流经二极管2的电流IQ2在时段t4-t5流经辅助开关元件Q2。在时段t4-t5，因谐振线圈在L2的操作导致电流ID3线性增加，而电流IQ2的大小为“ID3-Io”。在时刻t5，电流IQ2达到零，而电流ID3达到Io。就此，可将辅助开关元件Q2被接通的时刻t4设置在时刻t3和t5之间的任何地方，但是优选地设置得更靠近时刻t3，以便降低辅助开关元件Q2的传导损耗。
在时段t5-t6，因谐振线圈L2的操作导致电流ID3进一步线性增加(参考图6B)，由此如图4中所示超出Io。为了补充这个电流，经由辅助开关元件Q2对电容器C4进行放电。在这个阶段，电流IO2的大小为“ID3-Io”。在时刻t6，电流ID3达到“2×Io”，而电流IQ2达到Io。
当在时刻t6关断辅助开关元件Q2时，流经谐振线圈L2的电流开始在如此方向上流动，以便如图6C所示在时段t6-t7对电容器C1放电并使电流ID3开始线性减少。而且，因电容器C1的放电，使电压VQ1减小，同时使VQ2增加。在时刻t6，电流ID3的大小是“2×Io”，且因此电流IQ1的大小是-Io。在时刻t7，电容器C1的放电结束，且电压VQ1的大小为零。电压VQ2和VL2在时段t6-t7增加，且在时刻t7分别达到“Vi+VC4”和Vi。
如图6D所示，在时段t7-t8，二极管D1导通，且使电流IQ1在相反方向上流动。因谐振线圈L2的操作使电流ID3继续线性减少，且在时刻t8电流IQ1的大小为“Io-ID3”。
如图7A所示，当主开关元件Q1在时刻t8接通时，流经二极管D1的电流开始流经主开关元件Q1，并且在时段t8-t9，因谐振线圈L2的操作使电流ID3继续线性减少。在此，可以将主开关元件Q1接通的时刻t8设置在时刻t7和t9之间，但是优选地设置得靠近t7，以便降低主开关元件Q1的传导损耗。当在时刻t9电流ID3的大小为Io时，电流IQ1达到零。
在电流如图7B所示流动的时段t9-t10，因谐振线圈L2的操作使电流ID3继续线性减小，而如图4所示电流IQ1进一步线性增加并且开始在正方向上流动。在时刻t10，电流ID3和IQ1分别达到零和Io，而电压VL2下降到零，且电压VD3上升到Vi。然后，DC-DC转换器10从时刻t0开始操作，且重复上述所述循环。
在DC-DC转换器10的操作中，如上所述，在主开关元件Q1关断(时刻t1)或接通(时刻t8)的时刻，电压VQ1的大小为零，而在辅助开关元件VQ2接通(时刻t4)或关断(时刻t6)的时刻，电压VQ2的大小为零，且因此实现了零伏特开关，由此显著地降低了开关损耗。而且，由于电流ID3适度地下降(从t6到t10)，因此，续流二极管D3在反向恢复时间的恢复电流可以得到显著降低。
现在将说明来自续流二极管D3的结电容C3的影响。目前所做的说明是基于如此假设，即如图4所示，当在时刻t6关断辅助开关元件Q2之后，流经续流二极管D3的电流ID3线性减小，以便在时刻t10达到零，且在时刻t10之后保持于零，代表稳定状态操作(参考图5A)。然而，在图3所示的电路中，当续流二极管D3的结电容C3不可忽略时，在对结电容C3重复地加以充电和放电的同时，电流ID3如图8A所示甚至在时刻t10之后继续流动，并且因结电容C3和谐振线圈L2的谐振导致产生如图8B所示的链接。
在根据本发明的DC-DC转换器10中，如图2A/2B所示，在其二极管模块20/20’中提供有第二二极管D4，借此抑制了上述链接的产生。具体地，在二极管模块20/20’中，如图9A所示，允许谐振能量经由二极管D4流入电容器C4中，并且因而，在续流二极管D3处的电压VD3在时刻t10开始上升，在时刻t11(为解释方便而定义的补充时间)达到“Vi+CV4”，且如图9C所示被箝位在值(“Vi+CV4”)，因而如图9B所示，在时刻t11之后没有对结电容C3的充电和放电。
参考图10，可替选地，可以由第三二极管(在图中为了方便起见这个二极管也以D4表示)D4来抑制链接的产生，所述第三二极管D4提供在DC电源Vi与谐振线圈L2和续流二极管D3的连接点之间，代替在二极管模块20/20’中所提供的第二二极管D4。在这种情况下，续流二极管D3的电压VD3箝位在Vi。
将解释如图2A/2B所示的第一二极管D5的操作。为了解释的目的，假设通过在DC-DC转换器中使用趋于零的低占空比(接近0％)来获得非常低的输出电压，除了在二极管模块20中忽略了第一二极管D5以外，所述DC-DC转换器与DC-DC转换器10的构成相同。在这种假设下，在图4所示的时序图中，时段t7-t10(图6D、7A和7B)是非常短的，因此在谐振线圈L2中不可能储备足够的能量，这导致在时段t1-t3期间(图5B和5C)不能够将电容器C1充电直至“Vi+VC4”的电压。因而，在时段t3-t5期间(图5D和6A)，谐振电容器C4不能被充分充电，并且在时段t5-t6(图6B)期间使谐振电容器C4上的电压VC4逐渐减小，同时谐振电容器C4得到放电。作为对上述循环的补充，谐振电容器C4上的电压VC4的方向最终被颠倒，因而未能够适当地对谐振线圈L2加以复位，这导致不可能正常地执行图4中所示的操作。
在根据本发明的DC-DC转换器中，二极管模块20包括并联到谐振电容器C4的第一二极管D5，借此防止谐振电容器C4上的电压VC4的方向颠倒。因而，DC-DC转换器10可以在接近0％的极低占空比下正常地操作。如果在如此低的占空比下并不应用DC-DC转换器10，则可以忽略二极管D5。
上述第一实施例指的是包括降压电路的DC-DC转换器，但是本发明并不局限于如此结构，且可应用到包括其它类型电路的DC-DC转换器，以便于提供图2A/2B中所示的二极管模块20/20′来取代传统DC-DC转换器中的续流二极管，借此可以获得具有相同优势的效果。下文将说明本发明进一步的实施例，其中二极管模块20被合并在包括升压、升压和降压、Cuk、Sepic和Zeta电路的DC-DC转换器中。由于二极管模块20的操作对包括第一实施例的所有实施例是共同的，所以主要说明相应实施例的具体结构。
参考图11，根据本发明第二实施例的DC-DC转换器30是升压DC-DC转换器，其中扼流线圈L1经由其一个端子连接到DC电源Vi的正端子，并经由其另一端子连接到主开关元件Q1的漏极端子，其中主开关元件Q1的源极端子连接到DC电源Vi的负端子。二极管模块20经由其阳极端子连接到扼流线圈L1和主开关元件Q1的连接点，并经由其阴极端子连接到输出电容器C5的一个端子。
参考图12，根据本发明第三实施例的DC-DC转换器40是升压和降压转换器，其中主开关元件Q1经由其漏极端子连接到DC电源Vi的正端子，并经由其源极端子连接到扼流线圈L1的一个端子，其中扼流线圈L1的另一端子连接到DC电源Vi的负端子。二极管模块20经由其阴极端子连接到主开关元件Q1和扼流线圈L1的连接点，并经由其阳极端子连接到输出电容器C5的一个端子。
参考图13，根据本发明第四实施例的DC-DC转换器50是适于执行升压和降压操作的Cuk DC-DC转换器，其中第一扼流线圈L1经由其一个端子连接到DC电源Vi的正端子，并经由其另一端子连接到主开关元件Q1的漏极端子且还连接到耦合电容器C6的一个端子，主开关元件Q1的源极端子连接到DC电源Vi的负端子，而耦合电容器C6的另一端子连接到第二扼流线圈L3的一个端子，其中第二扼流线圈L3的另一端子连接到输出电容器C5的一个端子。二极管模块20经由其阴极端子连接到耦合电容器C6和第二扼流线圈L3的连接点，并经由其阳极端子连接到DC电源Vi的负端子。
参考图14，根据本发明第五实施例的DC-DC转换器60是适于执行升压和降压操作的Sepic DC-DC转换器，其中第一扼流线圈L1经由其一个端子连接到DC电源Vi的正端子，并经由其另一端子连接到主开关元件Q1的源极端子且还连接到耦合电容器C6的一个端子，主开关元件Q1的漏极端子连接到DC电源Vi的负端子，而耦合电容器C6的另一端子连接到第二扼流线圈L3的一个端子，其中第二扼流线圈L3的另一端子连接到DC电源Vi的负端子。二极管模块20经由其阳极端子连接到耦合电容器C6和第二扼流线圈L3的连接点，并经由其阴极端子连接到输出电容器C5的一个端子。
参考图15，根据本发明第六实施例的DC-DC转换器70是适合于执行升压和降压操作的Zeta DC-DC转换器，其中主开关元件Q1经由其漏极端子连接到DC电源Vi的正端子，并经由其源极端子连接到第一扼流线圈L1的一个端子且还连接到耦合电容器C6的一个端子，第一扼流线圈L1的另一端子连接到DC电源Vi的负端子，而耦合电容器C6的另一端子连接到第二扼流线圈L3的一个端子，其中第二扼流线圈L3的另一端子连接到输出电容器C5的一个端子。二极管模块20经由其阴极端子连接到耦合电容器C6和第二扼流线圈L3的连接点，并经由其阳极端子连接到DC电源Vi的负端子。
虽然就具体的实施例对本发明进行了示例和解释，但是应理解，本发明不仅局限于此，且覆盖属于所附权利要求范围之内的所有变化和修改。

Claims (11)

1.一种DC-DC转换器，包括：
执行开关操作的主开关元件；
第一扼流线圈；
输出电容器；以及
二极管模块，该二极管模块包括：包括辅助开关元件和谐振电容器的第一串联电路；以及包括续流二极管和谐振线圈且并联到所述第一串联电路的第二串联电路，其中基于所述主开关元件的开关操作，DC电源的电压被转换成不同的DC电压。
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中所述二极管模块进一步包括并联到所述谐振电容器的第一二极管。
3.根据权利要求1或2所述的DC-DC转换器，其中所述二极管模块进一步包括连接在所述辅助开关元件和所述谐振电容器的连接点与所述续流二极管和所述谐振线圈的连接点之间的第二二极管。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的DC-DC转换器，其中所述主开关元件的一个端子连接到所述DC电源的一个端子，所述主开关元件的另一端子连接到所述第一扼流线圈的一个端子，所述第一扼流线圈的另一端子连接到所述输出电容器的一个端子，而所述二极管模块连接在所述DC电源的另一端子与所述主开关元件和所述第一扼流线圈的连接点之间，借此执行降压操作。
5.根据权利要求1至3中任何一项所述的DC-DC转换器，其中所述第一扼流线圈的一个端子连接到所述DC电源的一个端子，所述第一扼流线圈的另一端子连接到所述主开关元件的一个端子，所述主开关元件的另一端子连接到所述DC电源的另一端子，而所述二极管模块连接在所述输出电容器的一个端子与所述第一扼流线圈和所述主开关元件的连接点之间，借此执行升压操作。
6.根据权利要求1至3中任何一项所述的DC-DC转换器，其中所述主开关元件的一个端子连接到所述DC电源的一个端子，所述主开关元件的另一端子连接到所述第一扼流线圈的一个端子，所述第一扼流线圈的另一端子连接到所述DC电源的另一端子，而所述二极管模块连接在所述输出电容器的一个端子与所述主开关元件和所述第一扼流线圈的连接点之间，借此执行升压和降压操作。
7.根据权利要求1至3中任何一项所述的DC-DC转换器，进一步包括耦合电容器和第二扼流线圈，其中所述第一扼流线圈的一个端子连接到所述DC电源的一个端子，所述第一扼流线圈的另一端子连接到所述主开关元件的一个端子且还连接到所述耦合电容器的一个端子，所述主开关元件的另一端子连接到所述DC电源的另一端子，所述耦合电容器的另一端子连接到所述第二扼流线圈的一个端子，所述第二扼流线圈的另一端子连接到所述输出电容器的一个端子，而所述二极管模块连接在所述DC电源的另一端子与所述耦合电容器和所述第二扼流线圈间的连接点之间，借此执行升压和降压操作。
8.根据权利要求1至3中任何一项所述的DC-DC转换器，进一步包括耦合电容器和第二扼流线圈，其中所述第一扼流线圈的一个端子连接到所述DC电源的一个端子，所述第一扼流线圈的另一端子连接到所述主开关元件的一个端子且还连接到所述耦合电容器的一个端子，所述主开关元件的另一端子连接到所述DC电源的另一端子，所述耦合电容器的另一端子连接到所述第二扼流线圈的一个端子，所述第二扼流线圈的另一端子连接到所述DC电源的另一端子，而所述二极管模块连接在所述输出电容器的一个端子与所述耦合电容器和所述第二扼流线圈的连接点之间，借此执行升压和降压操作。
9.根据权利要求1至3中任何一项所述的DC-DC转换器，进一步包括耦合电容器和第二扼流线圈，其中所述主开关元件的一个端子连接到所述DC电源的一个端子，所述主开关元件的另一端子连接到所述第一扼流线圈的一个端子且还连接到所述耦合电容器的一个端子，所述第一扼流线圈的另一端子连接到所述DC电源的另一端子，所述耦合电容器的另一端子连接到所述第二扼流线圈的一个端子，所述第二扼流线圈的另一端子连接到所述输出电容器的一个端子，所述二极管模块连接在所述DC电源的另一端子与所述耦合电容器和所述第二扼流线圈的连接点之间，借此执行升压和降压操作。
10.根据权利要求1至9中任何一项所述的DC-DC转换器，其中为所述主开关元件并联了电容器。
11.根据权利要求4至6中任何一项所述的DC-DC转换器，其中在所述DC电源与所述谐振线圈和所述续流二极管的连接点之间连接第三二极管。
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