CN2650385Y

CN2650385Y - 软切换箝制器

Info

Publication number: CN2650385Y
Application number: CN 03209029
Authority: CN
Inventors: 陈昭安
Original assignee: Asian Power Devices Inc
Current assignee: Asian Power Devices Inc
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2013-09-03

Abstract

本实用新型涉及一种软切换箝制器(soft－switching clamper)，可应用于以脉宽调制(PWM)所控制的电源转换器，该软切换箝制器是具有一暂存电容：当电源转换器的切换开关截止时，以该暂存电容自输入电压累积能量，而于切换开关转为导通后，将累积的能量反馈至电压输入或输出端，藉此降低电磁干扰；并因能量的回收而提升效率；又因该暂存电容的中的能量，不会经由切换开关放电，故不会增加此电源转换器的交换损失(switching loss)。

Description

软切换箝制器

技术领域

本实用新型涉及一种软切换箝制器。

背景技术

以传统的脉宽调制转换器(PWM CONVERTER)而言，在切换开关截止(TURN-OFF)的瞬间，切换开关上的电压值会以非常大的斜率上升，造成电磁干扰(EMI)。

若切换开关以金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)为例，一般为了减少此电磁干扰，会在晶体管的漏极(DRAIN)与源极(SOURCE)之间连接一个电容，以降低组件截止时的电压上升斜率，进而达到降低电磁干扰(EMI)的目的。但所增加的电容，在切换开关截止的期间中，常会被充电到很高的电压而储存相当大的能量。在该切换开关导通(TURN-ON)的瞬间，电容上所储存的能量是会经由该切换开关的本体而放电，于是产生交换损失(SWITCHING-LOSS)，使得效率降低。

请参阅图7A～图7C所示，为习用升压式(BOOST)转换器其切换开关的电路动作图，如图7A所示，当切换开关导通时，电流是流经切换开关的本体(为方便说明，图面上是将与该切换开关并联的电容加以省略)。

如图7B所示，当切换开关由导通转为截止时，电流是转为与切换开关并联的电容加以充电。当切换开关再度导通时，在图7C中，储存于电容中的能量即藉由该切换开关为路径而进行放电，因此于该切换开关上即产生不必要的交换损失。

图8A～图8C、图9A～图9C是分别为驰返式(FLYBACK)转换器与顺向式(FORWARD)转换器，两者的电路动作是与前述升压式转换器原理一致，故不再赘述。无论是何种型态的转换器，所面临到的问题均是产生不必要的交换损失，此一问题显然极待克服。

发明内容

鉴于前述习用技术的缺点，本实用新型是提出一种软切换箝制器(SOFT-SWITCHING CLAMPLER)，不仅可抑制切换开关于截止瞬间的电压上升斜率，且可减少切换开关于下次导通时的切换损失。

为实施前述目的，本实用新型的软切换箝制器是由如下技术方案来实现的。

一种软切换箝制器，是应用于一交换式电源转换器的切换开关，其特征是包含：

一脉宽调制驱动电路，是产生相异时序的第一、第二驱动信号，其中第一驱动信号是控制前述切换开关的导通/截止周期；

一升压开关，是藉由一升压电感连接至暂存电容，并以前述第二驱动信号控制其导通/截止周期；

一暂存电容，其一端是通过一升压电感连接至前述升压开关，又该暂存电容亦藉由一二极管连接至前述电源转换器的切换开关；

当前述切换开关截止时，该暂存电容是累积能量而于切换开关导通之际加以释放。

所述的软切换箝制器，其特征是：更包含有：

一第一二极管，其正端是连接于该切换开关，而负端是连接暂存电容；

一第二二极管，其负端是连接至电源输出端，而正端是连接至升压开关；

其中前述升压电感是连接于第一二极管负端与第二二极管正端之间。

所述的软切换箝制器，其特征是：更包含有：

一第二二极管，其负端是连接至电源输入端，而正端是连接至升压开关；

所述的软切换箝制器，其特征是：

该升压开关是一金属氧化物半导体场效晶体管或其它功率晶体管，其栅极是由前述第二驱动信号控制，而漏极是连接该第二二极管的正端，源极接地；

该切换开关是一金属氧化物半导体场效晶体管或其它功率晶体管，其栅极是由前述第一驱动信号控制，而漏极是连接至第一升压电感，源极接地。

所述的软切换箝制器，其特征是：于第一驱动信号导通时，产生一个或多个脉冲信号来驱动升压开关。

本实用新型的优点在于：

当切换开关截止时，该暂存电容是藉由第一二极管的路径而累积能量，而于切换开关导通之际，因第一二极管呈现反向偏压，故其将所储存的能量藉由升压电感、升压开关与第二二极管所形成的电路加以释放；又在该切换开关下次截止之际，因该暂存电容藉由第一二极管提供一充电途径，使得切换开关上的电压值得以缓慢上升，亦可避免电磁干扰。

本实用新型的电路设计不仅可抑制切换开关于截止瞬间的电压上升斜率，且可利用暂存电容反馈能量至电源输入或输出端，并且不增加切换开关于下次导通时的切换损失。

为能进一步了解本实用新型的结构、特征及其功效，兹列举具体事实例并结合附图详细说明如下：

附图说明

图1：是本实用新型一实施例应用于一升压式(BOOST)转换器的电路图。

图2：是本实用新型另一实施例应用于一升压式转换器的电路图。

图3：是本实用新型的驱动信号波形图。

图4：是本实用新型应用于一升压式转换器的各节点电压波形图。

图5：是本实用新型应用于一顺向式(FORWARD)转换器的电路图。

图6：是本实用新型应用于一驰返式(FLYBACK)转换器的电路图。

图7A～图7C：是习用升压式(BOOST)转换器的切换开关的电路动作图。

图8A～图8C：是习用驰返式(FLYBACK)转换器的切换开关的电路动作图。

图9A～图9C：是习用顺向式(FORWARD)转换器的切换开关的电路动作图。

具体实施方式

请参阅图1所示，是本实用新型一实施例应用于一升压式(BOOST)转换器的电路图，该转换器包含有一切换开关10，其源极接地，而漏极端是通过一第一升压电感11而串接至输入电压，该漏极端是同时通过一输出二极管12而连至电压输出端；该电压输出端是反馈一控制信号予一脉宽调制控制器13，令其控制一脉宽调制驱动电路20产生两驱动信号(DRV-M)(DRV-S)，其中第一驱动信号(DRV-M)是供控制切换开关10。

本实用新型是取代习用于该切换开关10的漏、源极两端并连一电容器的作法，而改以下述组件辅助该切换开关10：

一第一二极管31，其正端是连接于该切换开关10的漏极，而负端是连接一暂存电容32；

一第二二极管33，其负端是连接至电源输出端，而正端是连接一升压开关34的漏极，此实施例中该升压开关34是一金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)，其栅极端是由前述第二驱动信号(DRV-S)加以控制，又其源接端接地；

一第二升压电感35，是连接于前述暂存电容32与升压开关34漏极之间。

前述是本实用新型第一实施例的详细电路，但亦可如图2中所示，将第二二极管33由电源输出端改为连接到电源输入端，其余组件的连结方式毋须改变。

请参考图3所示，是本实用新型两驱动信号(DRV-M)(DRV-S)的波形图，在此必须强调的一点是习用技术仅使用单一驱动信号控制切换开关10动作。而本实用新型是特别产生两驱动信号(DRV-M)(DRV-S)以分别控制该切换开关10及前述升压开关34。用以控制切换开关10的第一驱动信号(DRV-M)，其波形是与脉宽调制控制器13的输出信号同步或直接取用脉宽调制控制器13的输出信号。而第二驱动信号(DRV-S)是于第一驱动信号(DRV-M)导通时，产生一个或多个脉冲信号来驱动升压开关34。请参阅图4所示，是以本实用新型图1所示的实施例配合图3的驱动信号后，得到的主要节点电压波形图。其电路动作可依时间顺序区分为数段，于此事先陈明的一点是为简化电路分析，切换开关10本身的寄生电容是不加以考虑，而有关电路的动作时序，则如以下所述：

1、T0之前：当脉宽调制控制器13尚未动作以前，切换开关10与升压开关34皆呈截止，输入的电压源经由第一升压电感11与第一二极管31对暂存电容32充电，且充电至与输入电压相同。

2、T0～T1：

I.切换开关10导通：因切换开关10的漏极是短路到源极，使得第一二极管31呈现反向偏压，故暂存电容32中的累积能量并不会经由该第一二极管31释放掉。

II.升压开关34导通：当升压开关34导通之际，由该升压开关34、第二升压电感35、第二二极管33所形成的升压电路，会将累积在暂存电容32上的能量转换至电压输出端。藉由此能量转换，该暂存电容32上电压值将会降低，甚至于到达零电压，如此是可回收暂存电容32上的能量。

3、T1～T2：

I.切换开关10截止：当切换开关10截止后，其漏极上的电压会随着第一电感11与暂存电容32的共振，而对暂存电容32进行缓慢的充电而与输出电压相同，如此是可达到本实用新型降低电磁干扰的目的。

II.升压开关34截止：由该升压开关34、第二升压电感35、第二二极管33所形成的升压电路停止动作。

4.T2～T3：是视为与T0～T1相同动作的再次重复。

前述是以本实用新型图1实施例为范例说明，若改以图2为例时，电路动作大致上仍同前述，其差异处是在于该暂存电容32的累积能量是反馈至电源输入端。又请参阅图5、6所示，本实用新型除可应用于升压式转换器之外，亦适用于顺向式(FORWARD)与驰返式(FLYBACK)转换器，其电路波形是与前述图4相同。

综上所述，本实用新型的电路设计不仅可抑制切换开关于截止瞬间的电压上升斜率，且可利用暂存电容反馈能量至电源输入或输出端，并且不增加切换开关于下次导通时的切换损失，相较于习知技术，本实用新型是符合专利要件，爰依法具文提出申请。

Claims

1、一种软切换箝制器，是应用于一交换式电源转换器的切换开关，其特征是包含：

2、根据权利要求1所述的软切换箝制器，其特征是：更包含有：

3、根据权利要求1所述的软切换箝制器，其特征是：更包含有：

4、根据权利要求2或3所述的软切换箝制器，其特征是：

5、根据权利要求4所述的软切换箝制器，其特征是：于第一驱动信号导通时，产生一个或多个脉冲信号来驱动升压开关。