CN202127362U - 具有较高轻载效率的电源转换器 - Google Patents

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Abstract

一种具有较高轻载效率的电源转换器，包含有：一直流电源；一变压器，一次侧具有一第一绕组、一第一MOSFET(金氧半场效晶体管)以及一PWM(脉冲宽度调变)控制器；二次侧具有一第二绕组，以及具有一驱动控制单元、一电流侦测控制单元、一比较器以及一第二MOSFET(金氧半场效晶体管)，该电流侦测控制单元电性连接于该比较器的一输入端，该比较器的输出端电性连接于该驱动控制单元，该驱动控制单元电性连接于该第二MOSFET，提供同步整流功能，该第二MOSFET电性连接于该第二绕组的一端且具有一内部二极管；该第二绕组与该第二MOSFET的组合用以连接于一负载，该负载并联一电容。借此可降低轻载时的损耗，同时提高了轻载时的效率。

Description

具有较高轻载效率的电源转换器
技术领域
本实用新型是与电源转换的技术有关，特别是指一种具有较高轻载效率的电源转换器。
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)做为同步整流开关元件。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，所以在轻载时仍然有功率上的损耗，造成了轻载时的效率较低。
美国第US 7,443,146号专利，即揭露了在二次侧以MOSFET来进行整流的技术，其具有上述在轻载时仍有功率上的损耗的缺失，也具有轻载时效率较低的问题。
本案申请人提出了中国台湾第M374229号专利技术，其降低了轻载时的功率损耗。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，仍有进一步增加的余地。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种具有较高轻载效率的电源转换器，其可降低轻载损耗，同时提高了轻载效率。
为了达成前述目的，依据本实用新型所提供的一种具有较高轻载效率的电源转换器，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，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(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；该二次侧具有一第二绕组，以及具有一驱动控制单元、一电流侦测控制单元、一比较器以及一第二MOSFET，该电流侦测控制单元电性连接于该比较器的一输入端，该比较器的输出端电性连接于该驱动控制单元，该驱动控制单元电性连接于该第二MOSFET，主要提供同步整流功能，该第二MOSFET电性连接于该第二绕组的一端且具有一内部二极管(Body Diode)，该第二绕组的另一端电性连接于该电流侦测控制单元；该第二绕组与该第二MOSFET的组合用以连接于一负载，该负载并联一电容。借此可降低轻载损耗，同时提高了轻载效率。
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效率/负载曲线图。
图3是本实用新型第二较佳实施例的电路示意图。
图4是本实用新型第三较佳实施例的电路示意图。
图5是本实用新型第四较佳实施例的电路示意图。
图6是本实用新型第五较佳实施例的电路示意图。
图7是本实用新型的一等效电路示意图，显示另一种电流侦测控制单元的电路架构。
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，本实用新型第一较佳实施例所提供的一种具有较高轻载效率的电源转换器10，主要由一直流电源11、一变压器T1、一第一MOSFET(金氧半场效晶体管)Q1、一PWM(脉冲宽度调变)控制器21、一驱动控制单元31、一电流侦测控制单元41、一比较器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T1，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11的正极端，另一端连接于该第一MOSFET Q1，该第一MOSFET Q1电性连接于该PWM控制器21。
该二次侧具有一第二绕组N2，以及具有该驱动控制单元31、该电流侦测控制单元41、该比较器51以及该第二MOSFET Q2，该电流侦测控制单元41电性连接于该比较器51的一输入端，该比较器51的输出端电性连接于该驱动控制单元31，该驱动控制单元31电性连接于该第二MOSFET Q2，主要提供同步整流功能，该第二MOSFET Q2电性连接于该第二绕组N2的一端且具有一内部二极管(body diode)，该第二绕组N2的另一端电性连接于该电流侦测控制单元41。
该第一绕组N1与该第二MOSFET Q2的组合用以连接于一负载52，该负载52并联一电容C1。
在本实施例中，该第一绕组N1的终端电性连接于该直流电源11的正极端，该第二绕组N2的终端电性连接于该电流侦测控制单元41。该驱动控制单元31为一同步整流控制器，具有一失能(disable)脚位311，该比较器51的输出端连接于该失能脚位311。又，该电流侦测控制单元41主要具有一放大器(OP放大器)42以及一感测电阻Rsense，该感测电阻Rsense的两端分别电性连接于该第二绕组N2的终端以及该负载52。
本实施例还包含有一第三MOSFET Q3以及一电感L，该第三MOSFET Q3分别以其源极、闸极以及汲极电性连接于该第二MOSFET Q2、该驱动控制单元31以及该第二绕组N2的终端，该电感L以其两端分别电性连接于该第二绕组N2的终端以及该电流侦测控制单元41。
接下来说明本第一实施例的操作状态。
借由该PWM控制器21控制该第一MOSFET Q1的导通，该一次侧的电源即经由变压而于该二次侧产生电源。
在正常工作时(或重载模式时)，该负载52上的电流借由该感测电阻Rsense感测而转换为电压讯号至该放大器42，该放大器42即把讯号放大后输出至该比较器51，该比较器51将讯号与参考电压(Vref)进行比较后由其输出端输出至该驱动控制单元31的失能脚位311。此时由于输出至该失能脚位311的电压为正常电压，因此该驱动控制单元31即持续输出脉波使该第二MOSFET Q2导通，而持续维持正常工作状态。
当进入轻载模式时，该负载52上的电流下降，该放大器42所输出的电压亦随之下降，当降至低于该比较器51的参考电压时，该比较器51输出至该失能脚位311的讯号即为低电压，该驱动控制单元31即关闭，而截止该第二及第三MOSFET Q2，Q3，转由该第二及第三MOSFET Q2，Q3的内部二极管进行整流。
由于在轻载状况时，在二次侧是使用到该第二及第三MOSFET Q2，Q3的内部二极管进行整流，因此降低了功率损耗，亦即降低了轻载时的功率损耗，提高了轻载时的工作效率。截止该第二及第三MOSFET Q2，Q3的时机可由轻载时的效率/负载曲线来调整设定，如图2所示，将该比较器51的动作点(即该电流侦测控制单元41所输出的电压是否大于或小于参考电压Vref的时机点)设定在以该驱动控制单元31进行同步整流以及该驱动控制单元31关闭而使用内部二极管整流的效率/负载曲线交叉点，使效率/负载曲线能补足两者的缺点，使转换器的效率在不同负载时达到最佳值。
由上可知，本第一实施例中是由位于第二侧的比较器51来判断是否要关闭该驱动控制单元31，因此其是在该变压器T1的二次侧完成判断的。
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较高轻载效率的电源转换器60，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：
该驱动控制单元31为一同步整流控制器，具有一电源端32。该比较器51的输出端电性连接于该驱动控制单元31的电源端32。
在操作时，该比较器51的输出端输出低电压讯号时，即直接由电源端32关闭该驱动控制单元31，同样达到了使该第二及第三MOSFET Q2，Q3截止的功能。
本第二实施例的其余结构、操作方式以及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不赘述。
请再参阅图4，本实用新型第三较佳实施例所提供的一种具有较高轻载效率的电源转换器70，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：
该驱动控制单元31由二MOSFET Q4，Q5以及一电源端32所组成，该比较器51的输出端为电性连接于该驱动控制单元31的电源端32，且该二MOSFET Q4，Q5的闸极电性连接于该电源端32。
在操作时，该比较器51的输出端输出低电压讯号时，即直接由电源端32截止该二MOSFET Q4，Q5，进而截止了该第二及第三MOSFET Q2，Q3。
本第三实施例的其余结构、操作方式以及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不赘述。
请再参阅图5，本实用新型第四较佳实施例所提供的一种具有较高轻载效率的电源转换器80，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：
本实施例中不具有第三MOSFET Q3，也不具有该电感L，而是以该第二MOSFET Q2配合该变压器T1以及该电容C1形成一返驰式转换电路。
在操作时，该比较器51的输出端输出低电压讯号时，即经由该失能脚位311使该驱动控制单元31关闭，进而截止了该第二MOSFET Q2，进而使用该第二MOSFET Q2的内部二极管进行整流。
本第四实施例的其余结构、操作方式以及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不赘述。
请再参阅图6，本实用新型第五较佳实施例所提供的一种具有较高轻载效率的电源转换器90，主要概同于前揭第四实施例，不同之处在于：
还包含有：一第三绕组N3，该驱动控制单元31由该第三绕组N3、二个二极管D2、二电阻R2以及一电容C2所组成。其中该第三绕组N3的终端与该第二MOSFET Q2电性连接。
在操作时，该比较器51的输出端输出低电压讯号时，即经由该驱动控制单元31截止该第二MOSFET Q2，进而使用该第二MOSFET Q2的内部二极管进行整流。
本第五实施例的其余结构、操作方式以及所能达成的功效均概同于前揭第四实施例，容不赘述。
值得补充的一点是，上述各实施例中的该电流侦测控制单元41，其放大器可等效替换为一电流侦测IC 42’，如图7所示，换言之，该电流侦测控制单元41并不以使用放大器42为限。
由上可知，本实用新型所可达成的功效在于：在轻载状况时，是由位于第二侧的比较器51来判断是否要关闭该驱动控制单元31，因此其是在该变压器T1的二次侧完成判断的。此外，在二次侧主要使用到MOSFET的内部二极管进行整流，因此降低了功率损耗，从而降低了轻载时的功率损耗，提高了轻载时的工作效率。

Claims (12)

1.一种具有较高轻载效率的电源转换器，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；
该二次侧具有一第二绕组，以及具有一驱动控制单元、一电流侦测控制单元、一比较器以及一第二MOSFET，该电流侦测控制单元电性连接于该比较器的一输入端，该比较器的输出端电性连接于该驱动控制单元，该驱动控制单元电性连接于该第二MOSFET，主要提供同步整流功能，该第二MOSFET电性连接于该第二绕组的一端且具有一内部二极管，该第二绕组的另一端电性连接于该电流侦测控制单元；
该第二绕组与该第二MOSFET的组合用以连接于一负载，该负载并联一电容。
2.根据权利要求1所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该第一绕组的终端电性连接于该直流电源的正极端，该第二绕组的终端电性连接于该电流侦测控制单元。
3.根据权利要求2所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：还包含有一第三MOSFET以及一电感，该第三MOSFET电性连接于该第二MOSFET、该驱动控制单元以及该第二绕组的终端，该电感以其两端分别电性连接于该第二绕组的终端以及该电流侦测控制单元。
4.根据权利要求3所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该驱动控制单元为一同步整流控制器，具有一失能脚位，该比较器的输出端电性连接于该失能脚位。
5.根据权利要求3所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该驱动控制单元为一同步整流控制器，具有一电源端，该比较器的输出端电性连接于该驱动控制单元的电源端。
6.根据权利要求3所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该驱动控制单元由二MOSFET以及一电源端所组成，该比较器的输出端电性连接于该驱动控制单元的电源端，且该二MOSFET的闸极电性连接于该电源端。
7.根据权利要求3所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该电流侦测控制单元主要具有一放大器以及一感测电阻，该感测电阻的两端分别电性连接于 该第二绕组的终端以及该负载。
8.根据权利要求3所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该电流侦测控制单元主要有一电流侦测IC以及一感测电阻，该感测电阻的两端分别电性连接于该第二绕组的终端以及该负载。
9.根据权利要求2所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该驱动控制单元为一同步整流控制器，具有一失能脚位，该比较器的输出端电性连接于该失能脚位。
10.根据权利要求2所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：还包含有一第三绕组，该驱动控制单元由该第三绕组、二个二极管、二电阻以及一电容所组成。
11.根据权利要求2所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该电流侦测控制单元主要有一放大器以及一感测电阻，该感测电阻的两端分别电性连接于该第二绕组的终端以及该负载。
12.根据权利要求2所述的具有较高轻载效率的电源转换器，其特征在于：该电流侦测控制单元主要有一电流侦测IC以及一感测电阻，该感测电阻的两端分别电性连接于该第二绕组的终端以及该负载。 
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