SE514850C2 - Synkronlikriktare i flybacktopologi - Google Patents

Description

trasiga 2 107 på transformatorn 105 på sekundärsidan vilken är ansluten till en diod 109 och en utsignalkondensator 111 över vilken en last 113 kan anslutas, finns emellertid ett problem med spän- ningsfallet över dioden 109. Således blir, då utspänningen över utkondensatorn 111 är låg, t ex lägre än 5 volt, spänningsfallet över dioden 109 en signifikant del av totalspänningen, vilket gör effektomvandlaren ineffektiv för sådana lågspänningstillämpningar.

Vidare beskriver US-patent nr S,237,606 en effektomvandlare utformad att placeras i en terminal i ett telefonsystem.

Effektomvandlaren är utformad att kunna arbeta både i en kontinuerlig mod och i en diskontinuerlig mod vilket kan inträffa i den särskilda tillämpning som effektomvandlaren är utformad för. Effektomvandlaren löser problemet med ett stort spänningsfall över likriktardioden på sekundärsidan genom att använda ett FET-transistor. Eftersom målet år att åstadkomma en effektomvandlare som kan arbeta både i en kontinuerlig mod och i en diskontinuerlig mod är kretsen inte särskilt lämpad för användning i en kontinuerlig mod. Detta beror på det faktum att för att kunna arbeta på ett riktigt-sätt i den diskontinuerliga moden krävs styrkretsar som förutom att de är dyra dessutom galvaniskt sammankopplar primär- och sekundärsidan på effektomvandlaren varigenom den galvaniska isoleringen mellan primär- och sekundärsida tas bort.

REnoc-öRELsE FÖR UPPFINNINGEN Det âr ett syfte med föreliggande uppfinning att övervinna de ovan beskrivna problemen och att åstadkomma en flybackomvandlare för drift i en kontinuerlig mod som har en enkel konstruktion och samtidigt är effektiv jämfört med omvandlarna i enlighet med teknikens ståndpunkt. Detta syfte och andra uppnås genom aasfïæß, såsen i i 3 effektomvandlarna såsom definieras i de bilagda patentkraven.

Således erhålls ett mycket lägre spänningsfall genom att ersätta dioden som i vanliga fall används som en sekundär omkopplare på sekundärsidan för DC-DC-omvandlaren med en FET-transistor som således minskar förlusterna på sekundärsidan. FET-transistorn är sedan direkt ansluten till en hjälplindning anordnad i serie med transformatorns sekundärlindning.

Vidare kan spänningen som alstras av hjälplindningen minskas signifikant genom att införa en likspänningsblockerande kondensator i ett styrarrangemang på sekundärsidan, och därigenom minska drivförlusterna.

Dessutom kommer tillräcklig spänning att finnas tillgänglig för att slå på och av sekundäromkopplaren om en kortslutning av omvandlarens utgång skulle inträffa.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNÄ Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av icke-begränsande exempel och med hänvisning till de bilagda ritningarna, på vilka: - Fig. 1 är ett kretsschema över en DC-DC-omvandlare som arbetar i en kontinuerlig mod i enlighet med teknikens ståndpunkt.

- Fig. 2 är ett kretsschema över en DC-DC-omvandlare som arbetar i en kontinuerlig mod och har en FET-transistor som likriktarkomponent.

- Fig. 3 är ett kretsschema över en ÉC-DC-omvandlare som arbetar i en kontinuerlig mod och har en FET-transistor som likriktarkomponent och har en förbättrad drivkrets. :~:flɧQ¶[^f§5I1. 4 BESKRIVNING Av FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRnaER I fig. 2 visas en DC-DC-omvandlare. Effektomvandlaren innefattar på primärsidan en primärlindning 101 och en omkopplare 103, varvid primärlindningen matas med ström.frän en DC- spänningskälla 102. DC-spänningskällan kan i sin tur vara ansluten till en AC-spänningskälla (ej visad) via en likriktarkrets. Primärsidan matar en sekundärsida med energi via en transformator 105. Sekundärsidan innefattar en sekundärlindning 107 och en hjälplindning 108 ansluten i serie med sekundärlindningen 107. En FET-transistor 110 är med sin emitteranslutningsklämma ansluten till en punkt mellan sekundàrlindningen 107 och hjålplindningen 108. Styret på transistorn 110 är direkt anslutet till hjälplindningens 108 andra ände och transistorns 110 kollektor är ansluten till en ände av en utgångskondensator 111. Den andra änden på utgångskondensatorn är ansluten till den fria änden på sekundärlindningen 107. En last 113 kan sedan anslutas över utgångskondensatorn 111 och är således ansluten parallellt över .denna.

Då omkopplaren 103 är sluten flyter ström genom primärlindningen 101 pga spänningen som är ansluten över denna från spånningskällan 102. Strömflödet genom primärlindningen 101 kommer att lagra energi i transformatorns 105 magnetiska kärna.

Då omkopplaren 103 slås av kommer polariteten över sekundärlindningen 107 att ändras och en ström orsakad av energin som är lagrad i den magnetiska kärnan matas genom transistorn 110 till utgångsanslutningsklämmorna över 1 kondensatorn 111. Detta är möjligt tack vare arrangemanget med hjälplindningen 108 som kommer att åstadkomma en spänning vid transistorns 110 styre då omkopplaren 103 är i ett öppet tillstànd eftersom hjälplindningen har samma polarisering som .vf . .. .v 1. N f. - - -1 v~ _ -. f . .-( < < -< _ .- , » . |< v. . .. . . .. . . < . -_ _ _ - . _ .«r Uf. .» «--.. -uvcm r f _ .¿_'¿ _« _. - v . . ~ v . w . n \ - . .- ^ ~ 1 . . _ ø :f << n: < . < \ .z S sekundärlindningen 107. Härigenom matas en styrpuls till transistorn 110 så att FET-transistorns kanal kommer att vara ledande då omkopplaren 103 är i ett öppet tillstånd.

Fördelen med ett sådant arrangemang jämfört med arrangemanget som beskrivs ovan i samband med fig. 1 är att spänningsfallet över dioden 109 ersätts av spänningsfallet över FET-transistorn vilket för det mesta är mycket mindre. Det vill säga i stället för ett spänningsfall på 0,3 till 0,7 volt som är vanligt för de flesta dioder kan ett spänningsfall på mindre än 0,1 volt erhållas varigenom DC-DC-flybackomvandlarens effektivitet ökas, särskilt då utgångsspänningen är liten, till exempel mindre än omkring 5 volt. Vidare blir, vilket är uppenbart, användningen av en likriktarkomponent med lågt spänningsfall viktigare ju mindre utspänningen är.

Genom att använda arrangemanget i fig. 2 i stället för arrangemanget i fig. 1 införs emellertid drivförluster eftersom medelvärdet för spänningen över hjälplindningen 108 är 0 och således kommer stora negativa amplituder att anslutas till transistorns 110 styre som ett resultat av en tillräckligt hög drivspânning till styret. Vidare kommer, om omvandlaren utgângsklämmor kortsluts, spänningen från hjälplindningen att sjunka långt under tröskelvärdet för styret på transistorn 110, vilket kommer att orsaka att utgàngsströmmen flyter via body- emitter-dioden på FET-transistorn 110, vilket, i sin tur, signifikant kommer att öka effektförlusten.

Detta problem kan emellertid övervinnas genom arrangemanget som visas i fig. 3. Således anordnas en DC-blockerande kondensator 117 mellan utgångsklämman på hjälplindningen 108 och basen på en PNP-transistor 115, anordnad i anslutning till transistorn 110 i m fw.< syfte att minska drivförlusterna. På grund av kollektorbasdioden i transistorn 115 förhindras spänningen som ansluts till styret på FET-transistorn 110 från att bli negativ. Transistorn 115 åstadkommer också en mycket snabb fránslagning av kanalen i FET- transistorn 110 så att omkopplingsförlusten minskas till ett minimum.

Basen på PNP-transistorn 115 är genom den blockerande kondensatorn 117 ansluten till hjälplindningens 108 fria utgångsklämma, PNP-transistorns 115 emitter är ansluten till styret på FET-transistorn 110 och PNP-transistorns 115 kollektor är ansluten till FET-transistorns 110 emitter.

I en föredragen utföringsform är PNP-transistorns emitter och bas sammankopplade med en resistor 119 för att åstadkomma ett spänningsfall mellan transistorns 115 bas och emitter. Resistorn kan ersättas av en diod eller en annan komponent som kan åstadkomma spänningsfallet.

Slutligen kommer, såsom beskrivits ovan, styrpulser att matas till FET-transistorns 110 styre även då utgångsklámmorna från DC-DC-effektomvandlaren kortsluts, genom att placera den DC- blockerande kondensatorn 117 i drivarrangemanget. Detta är mycket fördelaktigt eftersom om inga styrpulser matas till FET- transistorn 110 kommer utgångsströmmen att tvingas att gå genom FET-transistorns 110 bodydiod. Detta skulle leda till höga förluster och FET-transistorn skulle kunna skadas.

Topologin som beskrivs ovan kan också användas i andra typer av omvandlare såsom Cuk och SEPIC-omvandlare.

Claims (4)

51 varsin PATENTKRAV

1. Flybackomvandlare anordnad att arbeta i en kontinuerlig mod, som har en primär och sekundär sida, varvid den sekundära sidan innefattar en sekundârlindning (107), varvid sekundärsidan också innefattar en hjàlplindning (108), varvid en första anslutningsklämma på hjålplindningen är ansluten till styret på en FET-transistor (110) och den andra anslutningsklämman på hjälplindningen (108) är ansluten till emittern på FET-transistorn (110), kânnetecknad av att sekundärsidan vidare innefattar en PNP-transistor (115) vars emitter är ansluten till styret på FET-transistorn (110), varvid dess kollektor är ansluten till FET-transistorns emitter och dess bas är ansluten till hjälplindningens första anslutningsklämma. Och en kondensator (117) ansluten mellan hjälplindningens (108) första anslutningsklâmma och FET-transistorns (110) styre.

2. Omvandlare enligt krav 1, kännetecknad av en resistor (119) eller en diod ansluten mellan PNP-transistorns (115) bas och emitter.

3. Flybackomvandlare som arbetar i en kontinuerlig mod och har en primär och en sekundär sida, varvid sekundärsidan innefattar en sekundàrlindning (107), varvid sekundärsidan också innefattar en hjälplindning (108) ansluten till styret på FET-transistor (110), kän- netecknad av en DC-blockerande kondensator (117) anordnad mellan hjâlplindningen (108) och styret på FET-transistorn (110).

4. Omvandlare enligt något av kraven 1-3, kânnetecknad av att omvandlaren är en Cuk eller SEPIC-omvandlare i stället för en flybackomvandlare.