CN2697943Y

CN2697943Y - 具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器

Info

Publication number: CN2697943Y
Application number: CN 200420007478
Authority: CN
Inventors: 袭充武
Original assignee: Li Shin International Enterprise Corp
Current assignee: Lite On Technology Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2014-03-22

Abstract

本实用新型是关于一种具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，利用脉宽调变控制器驱动功率电子开关切换动作，使输入电力经第一变压器、同步整流电路及能量储存器传送至负载；其中同步整流电路使用一N信道场效晶体管的泄极端连接第一变压器二次侧一端，源极端连接飞轮二极管正极端，且飞轮二极管负极端连接第一变压器二次侧另端，N信道场效晶体管控制端通过电阻器与电容器连接感应线圈一端，且感应线圈另端连接N信道场效晶体管源极端。其将现有顺向式电源转换器输出电感L以变压器一次侧绕组取代，顺向二极管D1由N信道场效晶体管取代，藉变压器自我激磁作用，在二次侧绕组线圈感应产生电能，而控制N信道场效晶体管，可达到电源顺向转换的同步整流。

Description

具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器

技术领域

本实用新型是涉及一种具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，特别是涉及一种利用变压器自我激磁作用，并在变压器的二次侧绕组线圈感应产生电能，进而控制N信道场效晶体管，以达到同步整流的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器。

背景技术

切换式电源供应器(SPS)已广泛使用于信息和家电类电子产品中，由于省电意识增强和对电子产品轻薄短小的设计要求，切换式电源供应器(SPS)的工作效率及功率密度的提升，已经成为当前设计者最重要的目标。

按目前已知的直流电源供应装置，如交换式电源供应器中(AC To DCSwitching Power Supply)中，为缩小变压器的体积，大多使用高频的脉波宽度调变(PWM)控制直流输出电压，请参阅图1所示，是现有习知的顺向式电源转换器的电路示意图。该顺向式电源转换器，主要是分别由功率开关Q1、变压器T1、二极管D1，D2，D3、输出电感器L以及输出电容C所组成，其基本工作原理简述如下：当脉宽调变控制器U1控制功率开关Q1导通(ON)时，输入电压VI会供应电力到变压器T1的初级绕组N1上，此时绕组上渐渐会有电流流过，并将能量储存于其中。同时，变压器的次级绕组N2上会感应一个与初级绕组N1相同极性的电压，因此能量是顺向转移至次级绕组N2，并经由二极管D1与输出电感L，然后传送至负载端load。而此时，二极管D2则处于逆向偏压状态，且该二极管D2是为顺向二极管。

当功率开关Q1被截止(OFF)时，此时变压器T1上的绕组极性会反转，如此，使得二极管D1变成逆向偏压而不导通(OFF)。而二极管D2则进入导通(ON)状态，且该二极管D2俗称为飞轮二极管(flywheel diode)。此时，负载端load能量的提供，是由输出电感L与输出电容C储存的能量经由二极管D2来供给。由此可以得知输出电感L是为一储能组件。

请再参阅图1所示，变压器T1的作用是使一次侧电路与二次侧电路之间达到隔离的效果，同时，可以经由绕组圈数比的关是来获得负载端load所需的输出电压。

请参阅图1、图2所示，图2是现有习知的顺向式电源转换器二极管的逆向导通电压与导通电流波形示意图。当二极管D1导通时，在其两端可以量得一逆向导通电压Vrrm，并同时可以量得一导通电流Ic。如图2所示，在时间t0-t1时，是为二极管D1、D2导通的交换时间，此时，二极管D1的导通电流Ic渐渐上升，且逆向导通电压Vrrm仍保持高电位。因此导致转换器在二极管D1、D2交换期间产生很大的交换损失(switching loss)。

由此可见，上述现有的顺向式电源转换器仍存在有缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决顺向式电源转换器存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的顺向式电源转换器存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，能够改进一般现有的顺向式电源转换器，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有的顺向式电源转换器存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，所要解决的技术问题是将现有习知顺向式电源转换器的输出电感L以变压器的一次侧绕组取代，顺向二极管D1是由N信道场效晶体管取代。藉由该变压器的自我激磁作用，并在变压器的二次侧绕组线圈感应产生电能，进而控制N信道场效晶体管，而可达到电源顺向转换的同步整流，从而更加适于实用。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，其是利用一脉宽调变控制器驱动一功率电子开关的切换动作，使得一输入电力可以经由一第一变压器、一同步整流电路及一能量储存器传送至一负载；其中，该同步整流电路是使用一N信道场效晶体管的泄极端连接于该第一变压器二次侧的一端，源极端连接于一飞轮二极管的正极端，并且，该飞轮二极管的负极端连接于该第一变压器二次侧的另一端，同时，该N信道场效晶体管的控制端通过一电阻器与一电容器连接到一感应线圈的一端，且该感应线圈的另一端是连接于N信道场效晶体管的源极端。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，其中所述的能量储存器至少包括有一第二变压器的一次侧绕组线圈与一储能电容。

前述的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，其中所述的感应线圈是为一第二变压器的二次侧绕组线圈。

前述的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，其中所述的脉宽调变控制器可连接一第二变压器的二次侧绕组线圈，并由该第二变压器的二次侧绕组线圈取得一备援电源。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本实用新型提出一种具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，是利用脉宽调变控制器驱动一功率电子开关的切换动作，使得一输入电力可以经由一第一变压器、一同步整流电路及一能量储存器传送至一负载。其中，该同步整流电路是使用一N信道场效晶体管的泄极端连接于该第一变压器二次侧的一端，源极端连接于一飞轮二极管的正极端，并且，该飞轮二极管的负极端连接于该第一变压器二次侧的另一端，同时，该N信道场效晶体管的控制端通过一电阻器与一电容器连接到一感应线圈的一端，且该感应线圈的另一端是连接于N信道场效晶体管的源极端。

借由上述技术方案，本实用新型至少具有下列优点：

在上述技术方案中，该能量储存器是至少包括一第二变压器的一次侧绕组线圈与一储能电容，并且，该感应线圈是为该第二变压器的二次侧绕组线圈。因此，本实用新型在顺向提供电力时，是在第二变压器的一次侧绕组线圈建立能量，并利用第二变压器自我激磁的作用，使得该第二变压器的二次侧绕组线圈感应电能，并传送至N信道场效晶体管的控制端，用以驱动N信道场效晶体管的导通(ON)。

当无输入电力供电时，因此第一变压器是无法供应电力，此时，第二变压器的一次侧绕组线圈是改变极性，并且将储存的能量通过飞轮二极管传送至负载，使得负载可以继续工作而不至断电。第二变压器的二次侧绕组线圈亦同时改变极性，进而驱动N信道场效晶体管截止(OFF)。

再者，本实用新型在空载供电时，二次侧绕组线圈感应电能会小于N信道场效晶体管的临界驱动电压点，而使得N信道场效晶体管无法导通。

同时，本实用新型具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，可以利用二次侧绕组线圈感应的电能，用以提供脉宽调变控制器使用，成为脉宽调变控制器的备援电源，并在空载供电时仍能提供稳定的工作电源给脉宽调变控制器使用，如此再加上脉宽调变控制器是在空载时会自动降频，而可减少转换器的损失。

因此，本实用新型具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，主要是使用N信道场效晶体管取代现有习知的二极管，并利用感应线圈在顺向供电时感应电能，用以驱动N信道场效晶体管导通，进而可以减少电路功率的消耗，以提高工作效率和功率密度。并在空载时整体功率损失极小，进而可以达到法规所需的输入功率小于1W规定。

综上所述，本实用新型特殊结构的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，将现有的顺向式电源转换器的输出电感L以变压器的一次侧绕组取代，顺向二极管D1是由N信道场效晶体管取代。藉由该变压器自我激磁作用，并在变压器的二次侧绕组线圈感应产生电能，进而控制N信道场效晶体管，而可达到电源顺向转换的同步整流。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大改进，在技术上有较大进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的顺向式电源转换器具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是现有习知顺向式电源转换器的电路示意图。

图2是现有习知顺向式电源转换器二极管的逆向导通电压与导通电流波形示意图。

图3是本实用新型具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器电路示意图。

图4是本实用新型N信道场效晶体管的逆向导通电压与导通电流波形示意图。

图5是本实用新型在空载时N信道场效晶体管的驱动讯号波形示意图。

图6是本实用新型在满载时N信道场效晶体管的驱动讯号波形示意图。

Q1：功率开关 T1：变压器

D1、D2、D3：二极管 L：输出电感器

C：输出电容 U1：脉宽调变控制器

10：脉宽调变控制器 11：电磁干扰保护电路

12：同步整流电路 13：整流滤波电路

14：能量储存器 15：功率因素修正电路

16：负载 18N：信道场效晶体管

T1：第一变压器 T2：第二变压器

VCC：输入电力 Q5：功率电子开关

D2：飞轮二极管

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图3所示，是本实用新型具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器的电路示意图。本实用新型具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，是利用一脉宽调变控制器10驱动一功率电子开关Q5的切换动作，使得一输入电力VCC可以经由一第一变压器T1、一同步整流电路12及一能量储存器14传送至一负载16。其中，该同步整流电路12是使用一N信道场效晶体管18的泄极端D连接于该第一变压器T1二次侧的一端B，源极端S连接于一飞轮二极管D2的正极端(P)，并且，该飞轮二极管D2的负极端(N)连接于该第一变压器T1二次侧的另一端A，同时，该N信道场效晶体管18的控制端G通过一电阻器R与一电容器C连接到一感应线圈L的一端，且该感应线圈L的另一端是连接于N信道场效晶体管18的源极端S。

请再参阅图3所示，一交流电力AC先通过一电磁干扰保护电路11作为电源的保护及电磁干扰的防护，接着，经由一整流滤波电路13将交流电力AC进行整流动作，并将交流电力AC改变为含低交流涟波的直流电力。直流电力再通过一功率因素修正电路15作为整体电力系统功率因素的改善，用以达到法规的规定要求。直流电力经由功率因素修正电路15改善功率因素后，是可以得到本实用新型工作所需的输入电力VCC。

请再参阅图3所示，该能量储存器14，其包括一第二变压器T2的一次侧绕组线圈T21、至少一储能电容Cr以及至少一电阻R1，R2……等。并且该感应线圈L是为该第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22。

当脉宽调变控制器10驱动功率电子开关Q5导通(ON)时，输入电力VCC是通过第一变压器T1的一次侧端传送至二次侧端，并通过第二变压器T2的一次侧绕组线圈T21传送至负载16。此时，第二变压器T2的一次侧绕组线圈T21同时储存能量，并在二次侧绕组线圈T22感应产生电能用以驱动N信道场效晶体管18导通，以形成一电力供电的回路，进而供应电力给负载16使用。

当脉宽调变控制器10驱动功率电子开关Q5截止(OFF)时，第一变压器T1的一次侧是无输入电力VCC供电，因此，第一变压器T1的二次侧是无法供应电力到负载16。此时，第二变压器T2的一次侧绕组线圈T21是改变极性，并且将储存的能量通过飞轮二极管D2传送至负载16，使得负载16可以继续工作而不至断电。第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22亦同时改变极性，进而驱动N信道场效晶体管18截止(OFF)。

上述说明中，当脉宽调变控制器10驱动功率电子开关Q5在导通(ON)或截止(OFF)时，另有一第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22，连接到脉宽调变控制器10的一备援电源端，用以提供一备援电源给脉宽调变控制器10使用。

请再参阅图3、图4所示，图4是本实用新型N信道场效晶体管的逆向导通电压与导通电流波形示意图。在时间t0-t1时，N信道场效晶体管是处于截止(OFF)状态所以无导通电流Ic经过，同时N信道场效晶体管18泄极端D与源极端S间的逆向导通电压Vrrm，是为第一变压器T1泄能时二次侧端产生的电压，是为一下降电压值。此时，由于无导通电流Ic经过，所以无功率的消耗损失。

在时间t2-t3时，N信道场效晶体管18是处于导通(ON)状态所以有导通电流Ic经过，同时N信道场效晶体管18泄极端D与源极端S间的逆向导通电压Vrrm，其电压值是接近零电位。此时，由于逆向导通电压Vrrm值是接近零电位，所以亦无功率的消耗损失。

由上述说明中可以知道，本实用新型使用的N信道场效晶体管18在导通(ON)与截止(OFF)交换时，所消耗的功率损失极小，进而可以提升供电效率，降低工作温度。

请参阅图3、图5所示，图5是本实用新型在空载时N信道场效晶体管18的驱动讯号波形示意图。本实用新型在空载供电时，第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22感应的电能会小于N信道场效晶体管18的临界驱动电压点，而使得N信道场效晶体管18无法导通。第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22感应的电能，是为一空载时N信道场效晶体管18的驱动讯号S1。

请参阅图3、图6所示，图6是本实用新型在满载时N信道场效晶体管的驱动讯号的波形示意图。本实用新型在满载供电时，第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22感应的电能会大于N信道场效晶体管18的临界驱动电压点，而使得N信道场效晶体管18导通。第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22感应之，电能是为一满载时N信道场效晶体管18的驱动讯号S2。

请参阅图3所示，本实用新型可以利用第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22所感应的电能，用以提供脉宽调变控制器10使用，成为脉宽调变控制器10的备援电源，并在空载供电时仍能提供稳定的工作电源给脉宽调变控制器10使用。如此再加上脉宽调变控制器10是在空载时会自动降频，进而可以减少转换器的损失。

综上所述，本实用新型具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器在顺向提供电力时，是在第二变压器T2的一次侧绕组线圈T21建立能量，并利用第二变压器T2自我激磁的作用，使得该第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22感应电能，并传送至N信道场效晶体管18的控制端G，用以驱动N信道场效晶体管18的导通(ON)。

再者，本实用新型在空载供电时，第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22感应电能会小于N信道场效晶体管18的临界驱动电压点，而使得N信道场效晶体管18无法导通。

同时，本实用新型具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，可以利用第二变压器T2的二次侧绕组线圈T22感应的电能，用以提供脉宽调变控制器10使用，成为脉宽调变控制器10的备援电源，并在空载供电时仍能提供稳定的工作电源给脉宽调变控制器10使用，如此再加上脉宽调变控制器10是在空载时会自动降频，可以减少转换器的损失。

因此，本实用新型具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器主要目的，是使用N信道场效晶体管18取代现有习知的二极管，并利用感应线圈在顺向供电时感应电能，用以驱动N信道场效晶体管导通18，进而可以减少电路功率的消耗，以提高工作效率和功率密度。并在市电存在但系统关机的空载情况下，取得最低的输入功率消耗以节省能源，因此整体功率损失极小，进而可以达到法规所需的输入功率小于1W规定。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上的实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1、一种具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，是利用一脉宽调变控制器驱动一功率电子开关的切换动作，使得一输入电力可以经由一第一变压器、一同步整流电路及一能量储存器传送至一负载；其特征在于：

该同步整流电路是使用一N信道场效晶体管的泄极端连接于该第一变压器二次侧的一端，源极端连接于一飞轮二极管的正极端，并且，该飞轮二极管的负极端连接于该第一变压器二次侧的另一端，同时，该N信道场效晶体管的控制端通过一电阻器与一电容器连接到一感应线圈的一端，且该感应线圈的另一端是连接于N信道场效晶体管的源极端。

2、根据权利要求1所述的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，其特征在于其中所述的能量储存器至少包括有一第二变压器的一次侧绕组线圈与一储能电容。

3、根据权利要求1所述的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，其特征在于其中所述的感应线圈是为一第二变压器的二次侧绕组线圈。

4、根据权利要求1所述的具有自激式同步整流电路的顺向式电源转换器，其特征在于其中所述的脉宽调变控制器可连接一第二变压器的二次侧绕组线圈，并由该第二变压器的二次侧绕组线圈取得一备援电源。