TW200427203A

TW200427203A - Short-circuit operation protection for boost circuit

Info

Publication number: TW200427203A
Application number: TW092114468A
Authority: TW
Inventors: Jian-Ping Yin; Teng Liu; Shing Kuan Kuo; Jian Hung Tseng
Original assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-01
Also published as: US20040240239A1; US7099134B2; TWI297236B

Description

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發明所屬之技術領域置，尤防病態本發明係為_種升壓型變換器之防病態運指一種利用受控電壓源，使升壓電路之運行裝置。 &疋< 先前技術請參閱第一圖二極體Drl、Dr2和箝位電路，電容C2 型能量回饋電路。出，而此時二極體持電容C1上的電壓反饋置），附加的 (duty ratio)由工作週期比值仍然輸出短路），不能該升壓電路，進而請參閱第二、均存在如下一種病時’電感（L1 )不請參閱第二圖能量輸出到一輸出，第一圖係電容C1組成、電感L2和有的電源要同樣存在反不變（該電升壓電路必電容C1的電較大，而此將電感L2重損壞整流二三、四圖，態運行狀況能重定。，第二圖應電容Cout 。一極體（D1，D2)的電壓尖峰功率元件Q1，1^3組成升壓求在輪出短路時仍能恒流輸向恢復電壓尖峰問題，？保壓Vcl常為能量回饋電路的須工作，而且工作週期比值壓決定。由於該升壓電路的，電容Cout上電壓很低（因定（reset )。因而會損壞極體（Dl，D2 )。在典型應用之升壓電路中， :即：當輸出（Cout)短路用一升壓電路將一電壓源的 —電容C1與該電壓源並聯，

第6頁 200427203 五、發明說明（2) 並與該輸出電容Cout串聯連接。該升壓電路包含一濾波電感L1、一第一開關元件Q1及一第一整流二極體D1。該輸出電容Cout、該第一整流二極體D1以及該濾波電感!^構成一串聯回路。請參閱第三圖，第三圖為：電容C1、C〇ut串聯後與輸入電壓源並聯，並通過一升壓電路將能量輸出至c〇ut。請參閱第四圖，第四圖用電容C1與輸入電壓並聯，並將該能量用升壓電路送至輸出。該電壓源可能包含二極體、開關元件的反向恢復問題引起的電壓尖峰。

第二、三、四圖中，均會出現當輸出電容c〇ut短路時，濾波電感（L1 )不能重定的病態運行狀況。職是之故’本發明鑒^於習知技術之缺失，乃思及改良發明之意念’發明出本案之『升壓型變換器之防病態運行裝置』。發明概述

本案之主要目的在於提供一種升壓型變換器之防病態運行裝置’在電路輸出短路工作時可以有效地對升壓電路令的電感重定，提高了電源的安全性。根據本案之第一構想提供一種升壓型變換器之防病態運行裝置，該裝置係應用於功率變換器中，該變換器包含一變壓器，該變壓器之二次侧輪出端電連接一全波^流電路、一輸出濾波電感以及一輸出濾波電容；一箝位電路包

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1二=位二極體，該箝位二極體之正極端相互連接形成一 :Θ f端，一第二箝位電容，其一端電連接於該輸出濾波搞1 /、該輸出濾波電容之一節點，另一端電連接於該共陽其一端係電連接該節 f 4 A以及一升壓電路，該防病態運行裝置應用於該升壓電路中，其包含：一受控電壓源點’另一端電連接該升壓電路。、七一根據上述之構想，其中該全波整流電路包含一第一整二極體、一第二整流二極體，該等整流二極體之正極端

t Ϊ電連接該變壓器之二次侧輸出端，且其負極端形成一共陰極端。一山根據上述之構想，其中該更包含一第一箝位電容，其一端電連接於該共陰極端，另一端電連接於該共陽極端/。、根據上述之構想，其十該升壓電路包含··一電感，其一端電連接該受控電壓源；一第一開關元件，其第一端^ 連接該電感之另一端，第二端電連接該共陽極端；以及一二極體，其正極端電連接該電感之另一端，其負極端電連接該第一整流二極體之負極端。根據上述之構想，其中該受控電壓源包含··一第二開關元件，其第一端電連接該節點，其第二端電連接該升壓電路；一第一穩壓二極體，其負極端電連接該共陰極端；一第一電阻，其一端電連接該第一二極體之正極端，另丄端電連接該第二開關元件之控制端；一電容，其一端電連接該共陰極端，另一端電連接該第二開關元件之第二端；一第二電阻，其一端電連接該電容之另一端，另一端電連

200427203 五、發明說明（4) 接該第二開關元件之控制端；以及一第二穩壓二極體，其負極端電連接該第二開關元件之控制端，其正端電連接該電容之另一端。根據本案之第二構想提供一種升壓型變換器之防病態運行裝置，該裝置係電連接一電壓源，一電容係並聯該電壓源，一輸出電容係串聯連接該電容，該防病態運行裝置應用在一升壓電路_，該升壓電路包含一濾、波電感、一第一開關元件及一第一整流二極體，其中該輸出電容、該第一整流二極體以及該濾波電感構成一串聯回路，包含··一受控電壓源，係串聯於該串聯回路中間之任一點。根據上述之構想’其中該受控電壓源其一端電連接該升壓電路之該濾、波電感，另一端電連接該輸出電容與該電容連接之一節點。根據上述之構想’其中該受控電壓源包含：一第二開關元件，其第一端電連接該節點，其第二端電連接該升壓電路；一第一穩壓二極體，其負極端電連接該輸出電容之另一端；一第一電阻，其一端電連接該第一穩壓二極體之正極端，另一端電連接該第二開關元件之控制端；一電容，其一端電連接該輸出電容之另一端，另一端電連接該 2二開關元件之第二端；一第二電阻，其一端電連接該電谷之另一端，另一端電連接該第二開關元件之控制端；以 :-第二穩壓二極體，纟負極端電連接該第二開關元件之控制端，其正端電連接該電容之另一端。根據上述之構想，其中該受控電壓源其一端電連接該

第9頁 200427203 五、發明說明（5) 升壓電路之該端。根據上述壓二極體，其電連接該第一第一端電連接一電阻之另一之第二端，另連接該第一電之第二端；以接。根據上述升壓電路之該位電容連接之根據上述壓二極體，其濾、波電感，另一端電連接該輸出電容之另之構想，其中該受控電壓源包含：一第一穩正極端電連接該節點；一第一電阻，其一端穩壓二極體之負極端；一第二開關元件，其該輸出電容之另一端，其控制端電連接該第端；一電容，其一端電連接該第二開關元件一端電連接該節點；一第二電阻，其一端阻之另一端’另—端電連接該第二開關元件及一第二穩壓二極冑，與該第二電阻並聯連之構想，其中該受控濾波電感，另一端電一節點。電壓源其一端電連接該連接該輸出電容與該箝之構想，其中該受控正極端電連接該輪出電阻，其一端電連接該第一穩壓開關元件，其端電連接該第第二開關元件之正極端；一端，另一端電第一端電連接該輪出一電阻之另電壓源包含：電各之另一端極體之負極端電容之另一端第一穩一第一一第二其控制壓二極體，根據上述之第二端，第二電阻，連接該第二與該第二電之構想，其端，一另一端電其一端電開關元件阻並聯連中該受控電容，其一端電連接言連接該第一穩壓二極體連接該第一電阻之另一之第二端；以及一第二接。一電壓源包含：一第一穩五、發明說明（6) 壓二極體，其負極電連接該第一穩壓第一端電連接該輸一電阻之另一端；之第一端’另一端第二電阻，其一端連接該第二開關元與該第二電阻並聯本案付精由以瞭解。實施方式為克服習知技習知技術為基礎作串聯回路（係由輸波電感L1構成）中係可串聯於該串聯源，使升壓電路之為例在下文中述及請參閱第五圖聯一受控電壓源V.，電壓源V為正（參考感L2重定，並將C2 t 端電連接該節點；一第一電阻，其一端二極體之正極端；一第二開關元件，其出電容之另一端，其控制端電連接該第一電容’其一端電連接該第二開關元件電連接該第一穩壓二極體之正極端；一電連接該第一電阻之另一端，另一端電件之第二端；以及一第二穩壓二極體，連接。下列圖示與詳細說明，俾得一更深入之術之問題，本發明以第二、三、四圖的了改進。即：在第二、三、四圖所示之出電容Cout、第一整流二極體!^以及濾 ’再串聯一受控電壓源，該受控電壓源回路中間之任一點。藉由該受控電壓電感得以重定。其工作原理將以第五圖。與第一圖的不同之處是在電感L2上串當電容電壓Cout小於某一個值時受控方向如圖示），用Vcout與V的和使電 6能量損耗在該受控電壓源上。當輸出 200427203

正常時電容Cout上的電壓為正常電壓，電壓源¥的電壓近似為零，從而將C2的能量送到輸出電容c〇ut，因而提高了效率。本發明就是通過一簡單的輔助電路以實現這一受控電壓源的目的。即，提供一種升壓型變換器之防病態運行裝置，係電連接一電壓源，一電容C丨係並聯該電壓源，一輸出電容Cout係串聯連接該電容C1，該防病態運行裝置在一升壓電路（L1，Dl，Ql)中，該升壓電路包含一濾波電感L1、一第一開關元件q 1及一第一整流二極體D丨，其中該輸出電容Cout、該第一整流二極體D1以及該濾波電感u構成一串聯回路，包含：一受控電壓源，係串聯於該串聯回路中間之任一點，該受控電壓源的具體實施方式請參閱第六圖至第十圖，將在下文中述及。請參閱第六圖，其為實現第五圖所示受控電壓源功能之具體電路。其組成部分如下：T1代表高頻變壓器；D1、 D2代表高頻整流二極體；Drl、Dr2代表箝位二極體；qi代表能量回流開關元件；Dr3代表能量回流二極體；c 1、C2 代表箝位電容；L 1代表輸出濾波電感；L2代表能量回流電感；ZD1、ZD2代表穩壓二極體，其中21)1用於確定c〇ut短路時的受控電壓源的電壓，ZD2用於保護功率元件Q2的閘極；Rl、R2代表電阻，其中ri為限流電阻，R2為閘級保護電阻；Q2為功率元件，可工作於飽和與放大狀態；C3代表電容。第六圖其工作過程分為以下兩個階段：正常運行階段

第12頁 200427203 五、發明說明（8) 以及短路階段。 ^ 正常運行時，升壓（boost)電路將電容C2中的箝位能篁對電容C 3充電，當C3上的電壓大於穩壓管ZD1的穩壓值時:，關元件Q2導通，可通過設計使其工作於飽和態。C3 的，量流向電容Cout。短路運行時電容以“的電壓？零，但疋D 1，D2的反向恢復問題仍然存在。為了穩定箝位電容 ci的電壓，升壓電路必須運行，升壓電路將電容中的箝位電壓能$對電容C3充電，可通過設計使功率元件Q2工作，f性區’冑箝位吸收的能量消耗在開關元件Q2上，從而呆β 了主一極體。使電路在病態情況下也能夠安全工作。 $克服如第二、三、四圖所示典型應用升壓電路中， Ϊ Ϊ不能重定之問題。*案利用在升壓電感上串聯可控制：壓源的想法，提出了幾種具體實施電路圖如下。一 ^例1 ·在第二、三圖的應用中可以應用第七、八的M0S丁？方病悲運仃裝置。第七圖中功率開關元件為Ν型 =，也：綱型電晶體。第八圖中功率開型的M0S，也可為ΡΝρ型電晶體。千的I 列2 ·在第六圖的應用中可以應用第九、十圖所 M0S、，路保護電路。第九圖中功率開關元件為Ν型的 M0S，也^ ί ΓΝ型電晶體。第十圖中功率開關元件？Ρ型的 MUb >也可為ΡΝΡ型電晶體。絲合上述，本發明提供了一種升壓型變換器之防病態用範圍不禮2圖所不的是一類通用的防病態的電路，其應用靶=不僅僅局限於吸收電路。

第13頁 200427203 五、發明說明（9) 運行裝置，利用一受控電壓源，使升壓電路之電感得以重定。將其應用於箝位元回饋電路中，可以將反向恢復電壓的箱1位能量損耗在受控電壓源上。且當輸出正常時，輸出電容上的電壓為正常電壓，而受此控制的電壓源的電壓近似？零，從而將箝位元元能量幾乎全部能夠返回輸出電容，因而提高了系統效率。故本發明確實具有工業上實用進步之價值，本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

第14頁 200427203 圖式簡單說明圖示簡單說明第一圖係為習知技術之一箝位及能量回饋電路示意圖；第二、三、四圖係為習知技術之具有升壓電路的電路示意圖，第五圖係為本案較佳實施例之應用升壓型變換器之防病態運行裝置之電路原理示意圖；第六圖係為第五圖具體實現之電路示意圖；以及第七〜十圖係為本案各種較佳實施例之示意圖。

圖式符號說明 C1、C2、Cout ·電容 D1、D2、Drl、Dr2、Dr3 :二極體 LI、L2 :電感 Q1 :功率元件 R1 :限流電阻 R2 :閘級保護電阻

T 1 :高頻變壓器 V :受控電壓源 ZD1、ZD2 :穩壓二極體

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Claims

200427203 六、申請專利範圍 1 · 一種升壓型變換器之防病態運行裝置，係應用換器中，該變換器包含一變壓器，該變壓器之二=功率變端電連接一全波整流電路、一輸出濾波電感以^次侧輪出波電容；一箝位電路包含二箝位二極體，該箝=輪出攄正極端相互連接形成一共陽極端，一第二箝位=極體之知電連接於該輸出濾波電感與該輸出濾波電容之各’其〜另一端電連接於該共陽極端，以及一升壓電路，「節點，運行裝置應用於該升壓電路中，其包含：該防病態端電連一受控電壓源，其一端係電連接該節點，接該升壓電路。 a 2 ·如申請專利範圍第1項所述之防病態運行裝置，复 = 全波整流電路包含一第一整流二極體、一第二整流、-'該體，該等整流二極體之正極端分別電連接該變壓=:極" 側輸出端，且其負極端形成一共陰極端。 °° 一次 3·如申請專利範圍第2項所述之防病態運行裝置，其中該更包含一第一箝位電容，其一端電連接於該共陰極端，另一端電連接於該共陽極端。 4·如申請專利範圍第2項所述之防病態運行裝置，其中該升壓電路包含： " 一電感，其一端電連接該受控電壓源；一第一開關元件，其第一端電連接該電感之另一端，第二端電連接該共陽極端；以及一二極體，其正極端電連接該電感之另一端，其負極端電連接該第一整流二極體之負極端。、°

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六、申請專利範圍 5 ·如申請專利範圍第2項所述之防病態運行裝置，其中該受控電壓源包含：一第二開關元件，其第一端電連接該節點，其第二端電連接該升壓電路；一第一穩壓二極體，其負極端電連接該共陰極端；一第一電阻，其一端電連接該第一穩壓二極體ZD1之正極端，另一端電連接該第二開關元件Q2之控制端；一電容，其一端電連接該共陰極端，另一端電連接該第二開關元件之第二端；一第二電阻，其一端電連接該電容之另一端，另一端電連接該第二開關元件之控制端；以及一第二穩壓二極體，其負極端電連接該第二開關元件之控制端，其正端電連接該電容之另一端°，、 6· —種升壓型變換器之防病態運行裝置，係電連接一電壓源，-電容係並聯該電壓源，-輸出電谷係串聯連接該電容，該防病態運行裝置應用在-升壓電路中’該升壓電路包含-濾波電感、-第-開關元件及一第一整流二極體，其中該輸出電容、該第一整流二極體以及該濾波電感構成一串聯回路，包含：一受控電壓源，係串聯於該串聯回路中間之任#一點。 7 ·如申請專利範圍第6項所述之防病態運行裝置八中該受控電壓源其一端電連接該升壓電路之=濾波電忍，另一端電連接該輸出電容與該電容連接之一節點 8 ·如申請專利範圍第7項所述之防病態運打裝4 ’八中該

200427203 六、申請專利範圍受控電壓源包含：一第二開關元件，其第一端電連接該節點，其電連接該升壓電路； ^ 一第一穩壓二極體，其負極端電連接該輸出電容之一端；乃一第一電阻，其一端電連接該第一穩壓二極體之正端，另一端電連接該第二開關元件之控制端； ° 一電谷，其一端電連接該輸出電容之另一端，一電連接該第二開關元件之第二端；一端一第二電阻，其一端電連接該電容之另一端，山電連接該第二開關元件之控制端；以及一端一第二穩壓二極體，其負極端電連接該第二開之控制端’其正端電連接該電容之另一端。 9 ·如申凊專利範圍第6項所述之防病態運行裝置，1 受控電壓源其一端電連接該升壓電路之該濾波残、，^ 端電連接該輸出電容之另一端。 4 另一 1 0 ·如申明專利範圍第9項所述之防病態運行裝受控電壓源包含： /、干該 1 一電阻，其一端電連接該第—穩壓二極體之負極一第二開關元件，其第一端電連接該輸出端1控制端電連接該第一電阻之另一端；出電谷之另- 一電容，其一端電連接該第二開關元件之第二端，另一第一穩壓二極體，其正極端電連接該節點；端；第18頁 200427203

六、申請專利範圍一端電連接該節點；端’另一第二電阻，其一端電連接該第一電阻之另一端電連接該第二開關元件之第二端；以及一第二穩壓二極體，與該第二電阻並聯連接。 Π ·如申請專利範圍第6項所述之防病態運行裝置，其受控電壓源其一端電連接該升壓電路之該濾波電感了 ^ 端電連接該輪出電容與該箝位電容連接之一節點I 另一 1 2 ·如申請專利範圍第i丨項所述之防病態運行該受控電塵源包含：置其中

一第一穩壓二極體，其正極端電連接該輪出電一地· ％令i另一第一電阻，其一端電連接該第一穩壓二極體之負極山一第二開關元件，其第一端電連接該輸出電容之另端’其控制端電連接該第一電阻之另一端；一電容，其一端電連接該第二開關元件之第二端，另一端電連接該第一穩壓二極體之正極端；

一第二電阻’其一端電連接該第一電阻之另一端，另一端電連接該第二開關元件之第二端；以及一第二穩壓二極體，與該第二電阻並聯連接。 1 3 ·如申請專利範圍第11項所述之防病態運行裝置，其中該受控電壓源包含：一第一穩壓二極體，其負極端電連接該節點；一第一電阻’其一端電連接該第一穩壓二極體之正極

第19頁 200427203 六、申請專利範圍 νιΐι · 端，一第二開關元件，其第一端電連接該輸出電容之另一端，其控.制端電連接該第一電阻之另一端；一電容，其一端電連接該第二開關元件之第二端，另一端電連接該第一穩壓二極體之正極端；一第二電阻，其一端電連接該第一電阻之另一端，另一端電連接該第二開關元件之第二端；以及一第二穩壓二極體，與該第二電阻並聯連接。

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