CN202026241U - 具有超低无载损耗的直流电源转换器 - Google Patents

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刘力豪
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Abstract

一种具有超低无载损耗的直流电源转换器，包含有：一直流电源；一变压器，其一次侧具有一第一绕组N1、第一MOSFET(金氧半场效晶体管)以及一PWM(脉冲宽度调变)控制器，该PWM控制器具有在轻载时进入突冲模式、脉冲跳跃或非导通时间调变的功能；该变压器的二次侧分为一第二绕组以及一第三绕组，且该二次侧具有一驱动控制单元、一整流单元以及一第二MOSFET，该三者的组合是电性连接于该第二绕组的一端以及该第三绕组的一端之间，且该第二MOSFET具有一内部二极管(Body Diode)；该第二绕组与该第二MOSFET的组合用以连接于一负载。借此，可达到在二次侧进行判断，并降低无载损耗的功效。

Description

具有超低无载损耗的直流电源转换器
技术领域
本实用新型是与电源转换的技术有关，特别是指一种具有超低无载损耗的直流电源转换器。
背景技术
现有的直流对直流转换器(DC/DC converter)在进行电源转换的过程中会有功率损耗，此功率的损耗降低了转换的效率。
然而直流对直流转换器在功率密度的要求上日益增加，为了提高其转换效率，目前广泛使用的方式是在变压器的二次侧以功率金氧半场效晶体管(power MOSFET)做为同步整流开关组件。此种方式确实可以提高重载时的效率，但是因为增加了驱动时的功率损失，所以在无载时仍然有功率上的损耗，造成了无载时的效率较低。
美国第US7,443,146号专利，即揭露了在二次侧以MOSFET来进行整流的技术，其具有上述在无载时仍有功率上的损耗的缺失。
本案申请人基于解决上述问题，提出了中国台湾第M374229号专利技术，其降低了无载时的功率损耗。虽然，此案是使用变压器一次侧的电流侦测结果做为降低待机损耗的判断基础，但并未揭露不经由一次侧而仅在二次侧进行判断，并借以达到降低待机损耗的技术；此外，其所降低的损耗，仍有进一步降低的余地，因此依法提出本案的专利申请。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种具有超低无载损耗的直流电源转换器，其可在二次侧进行判断，借以达到降低无载损耗的功效。
为了达成前述目的，依据本实用新型所提供的一种具有超低无载损耗的直流电源转换器，包含有：一直流电源，具有一正极端以及一负极端；一变压器，具有一一次侧以及一二次侧；该一次侧具有一第一绕组N1，该第一绕组N1的一端连接于该直流电源的正极端，另一端连接于一第一MOSFET(金氧半场效晶体管)，该第一MOSFET电性连接于一PWM(脉冲宽度调变)控制器，该PWM控制器具有在轻载时进入突冲模式(Burst Mode)、脉冲跳跃(Pulse skipping)或非导通时间调变(Off-time modulation)的功能；该二次侧分为一第二绕组以及一第三绕组，且该二次侧具有一驱动控制单元以及一整流单元，该整流单元电性连接于该驱动控制单元，该驱动控制单元电性连接于一第二MOSFET，该第二MOSFET、该驱动控制单元以及该整流单元的组合电性连接于该第二绕组的一端以及该第三绕组的一端之间，且该第二MOSFET具有一内部二极管(Body Diode)；该第二绕组与该第二MOSFET的组合用以连接于一负载。借此，可达到在二次侧进行判断，降低无载损耗的功效。
附图说明
图1是本实用新型第一较佳实施例的电路示意图。
图2是本实用新型第一较佳实施例的波形示意图，显示PWM控制器在突冲模式时所输出的波形以及驱动控制单元所输出的波形状态。
图3是本实用新型第二较佳实施例的电路示意图。
图4是本实用新型第二较佳实施例的另一电路示意图，显示第二MOSFET设置于不同位置的状态。
图5是本实用新型一电路示意图，显示驱动控制单元的另一种电路结构。
图6是本实用新型的另一电路示意图，显示整流单元的另一种电路结构。
具体实施方式
为了详细说明本实用新型的技术特点所在，兹举以下较佳实施例并配合附图说明如后，其中：
如图1至图2所示，本实用新型一较佳实施例所提供的一种具有超低无载损耗的直流电源转换器10，主要由一直流电源11、一变压器21、一第一MOSFET(金氧半场效晶体管)Q1、一PWM(脉冲宽度调变)控制器31、一驱动控制单元41、一整流单元51以及一第二MOSFET Q2所组成，其中：
该直流电源11，具有一正极端以及一负极端。
该变压器21，具有一一次侧以及一二次侧。
该变压器21的一次侧具有一第一绕组N1，该第一绕组N1的一端连接于该直流电源11的正极端，另一端连接于该第一MOSFET Q1，该第一MOSFET Q1以其闸极电性连接于该PWM控制器31的脚位Vg1，该PWM控制器31具有在轻载时进入突冲模式(Burst Mode)、脉冲跳跃(Pulse skipping)或非导通时间调变(Off-time modulation)的功能，在本实施例中以进入突冲模式为例。
该变压器21的二次侧分为一第二绕组N2以及一第三绕组N3，且该驱动控制单元41以及该整流单元51位于该二次侧，该整流单元51电性连接该驱动控制单元41，该驱动控制单元41以其脚位Vg2电性连接于该第二MOSFET Q2的闸极，该第二MOSFET Q2、该驱动控制单元41以及整流单元51的组合电性连接于该第二绕组N2的一端以及该第三绕组N3的一端之间，且该第二MOSFET Q2具有一内部二极管(Body Diode)。在本实施例中，该驱动控制单元41为一同步整流驱动控制器(S.R.controller)，其具有一UVLO(低电压锁定-Under Voltage Lock Out)脚位，并以该UVLO脚位电性连接于该整流单元51；而该整流单元51由一二极管D1、一电阻R1以及一电容C1所组成。
该第二绕组N2与该第二MOSFET Q2的组合用以连接于一负载52。
接下来说明本第一实施例的操作状态。
借由该PWM控制器31经由脚位Vg1来控制该第一MOSFET Q1的导通，而该一次侧的电源即经由变压于该二次侧产生电源。
在正常工作时(或重载模式时)，该整流单元51将该第三绕组N3的电源进行整流，再将之输入至该驱动控制单元41，该驱动控制单元41此时即判断为正常工作状态，而由脚位Vg2输出驱动脉波，该第二MOSFET Q2即导通，此时即正常工作。
当进入无载模式时，该负载52降低到该PWM控制器31进入突冲模式时，即会因该第三绕组N3经过该整流单元51的二极管D1整流，以及该整流单元51的电阻R1与电容C1充放电时间常数关系，使得该整流单元51的输出电压Vcc的电压准位下降，当电压准位下载至低于该UVLO脚位的电压准位时，则该驱动控制单元41脚位Vg2即不输出驱动脉波，此时该第二MOSFET Q2即截止，转由其内部二极管整流。此时由于无须再对该第二MOSFET Q2进行驱动，因此没有驱动时的能量耗损，进而降低了无载时的功率损耗。
图2说明了PWM控制器31在突冲模式时所输出的波形以及该驱动控制单元41所输出的波形状态，由图中可知，当PWM控制器31进入突冲模式后，脚位Vg1所输出的脉冲会变成间歇式的变化，而接着在该驱动控制单元41关闭后，脚位Vg2即不再输出脉冲，此时即截止该第二MOSFETQ2。
由上可知，本第一实施例中对于是否要关闭该驱动控制单元41的判断是利用该整流单元51所输出的电压准位来判断的，因此其是在该变压器21的二次侧完成判断的。
此外，由于在无载状况时，该PWM控制器31进入突冲模式，且在二次侧仅使用到一个第二MOSFET Q2的内部二极管进行整流，因此所降低的损耗较先前技术更多，因而形成了超低无载损耗的直流电源转换器。
请再参阅图3，本实用新型第二较佳实施例所提供的一种具有超低无载损耗的直流电源转换器60，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：
还包含有一比较器61，而该驱动控制单元41具有一失能(disable)脚位42。
该比较器61的输入端电性连接于该整流单元51，输出端则电性连接于该驱动控制单元41的失能脚位。
本第二实施例在操作上与第一实施例不同之处在于：当二次侧电压准位下载至低于该比较器61的参考电压(Vref)准位时，则该比较器61输出讯号使该PWM控制器31关闭，则该驱动控制单元41即不输出驱动脉波，同样使该第二MOSFET Q2截止而使用内部二极管整流，同样具有降低无载时功率损耗的功效。
本第二实施例的该第二MOSFET Q2并不以设置于图3中所示的该第二绕组N2的下方端点为限。如图4所示的具有超低无载损耗的直流电源转换器60’，该第二MOSFET Q2亦可设置于该第二绕组N2的上方端点，同样具有相同的效果。
本第二实施例的其余结构、操作方式及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不赘述。
值得补充的一点是，本实用新型上述二实施例中的驱动控制单元41亦可不使用同步整流驱动控制器，而可使用如图5中所示的二个二极管、二电阻以及一电容所组成的整流驱动控制器41’，与使用同步整流驱动控制器相较而言具有相同的功效。
此外，本实用新型上述二实施例中的整流单元51，亦不以一二极管、一电阻以及一电容的组合为限制。例如图6所示的整流单元51’，其由一晶体管、数个电阻、一二极管、一齐纳二极管以及一电容所组成，而具有与上述二实施例中所揭的整流单元51具有相同的功效。
由上可知，本实用新型可在二次侧进行判断是否关闭驱动控制单元41，进而使该第二MOSFETQ2截止而使用内部二极管整流，达到了降低无载损耗的功效。

Claims (7)

1.一种具有超低无载损耗的直流电源转换器，其特征在于，包含有：
一直流电源，具有一正极端以及一负极端；
一变压器，具有一一次侧以及一二次侧；
该一次侧具有一第一绕组，该第一绕组的一端连接于该直流电源的正极端，另一端连接于一第一MOSFET，该第一MOSFET电性连接于一PWM控制器，该PWM控制器具有在轻载时进入突冲模式、脉冲跳跃或非导通时间调变的功能；
该二次侧分为一第二绕组以及一第三绕组，且该二次侧具有一驱动控制单元以及一整流单元，该整流单元电性连接于该驱动控制单元，该驱动控制单元电性连接于一第二MOSFET，该第二MOSFET、该驱动控制单元以及该整流单元的组合电性连接于该第二绕组的一端以及该第三绕组的一端之间，且该第二MOSFET具有一内部二极管；
该第二绕组与该第二MOSFET的组合用以连接于一负载。
2.根据权利要求1所述的具有超低无载损耗的直流电源转换器，其特征在于：包含有一比较器，其输入端电性连接于该整流单元，输出端电性连接于该驱动控制单元。
3.根据权利要求1所述的具有超低无载损耗的直流电源转换器，其特征在于：该第一MOSFET以其闸极电性连接于该PWM控制器，该第二MOSFET以其闸极电性连接于该驱动控制单元。
4.根据权利要求1所述的具有超低无载损耗的直流电源转换器，其特征在于：该驱动控制单元为一同步整流驱动控制器，其具有一UVLO脚位，并以该UVLO脚位电性连接于该整流单元。
5.根据权利要求1所述的具有超低无载损耗的直流电源转换器，其特征在于：该驱动控制单元由二个二极管、二电阻以及一电容所组成。
6.根据权利要求1所述的具有超低无载损耗的直流电源转换器，其特征在于：该整流单元由一二极管、一电阻以及一电容所组成。
7.根据权利要求1所述的具有超低无载损耗的直流电源转换器，其特征在于：该整流单元由一晶体管、数个电阻、一二极管、一齐纳二极管以及一电容所组成。
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