200922077 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於 位電路，尤指一種且重具零電壓切換之交錯式主動箝 適用之轉換裝置，=電壓切換之電路，以及該電路 【先前技術ί ^叙零轉祕方法。 範圍：源轉換器來說’寬的輸入電壓 換疋|重要的一環技術。 負截刀=式广源轉換器’其開關切換時需要流通整個 負十载心’因此開關將承受很高的切換應力（SWltching 丨。=:)。及與切換頻率成正比之高切換損（—仙— 同時為了降低轉換II之體積及重量以提高其功率密 又、powe^density)，必須提高其切換頻率，此將使得切 換式轉換裔之缺點更加惡化。因此若能使開關切換瞬間， 開關之電壓為零，便可有效改善上述缺點。因此，如 低切換式轉換器之切換損及切換應力實為吾人所關切。 ^知之零電壓切換有使用軟切換技術 (soft-switchmg techniques)，如共振式轉換哭 振式轉換器，通常藉由共振電感與共振電容所^之= 電路，來產生一零電位於切換開關之兩端點， χ盪 關於投入負載電力前之切換開關端電壓為零電位件刀奐開 請參照第一圖，第一圖為習知零電塵赠之主 ^向式轉換器，此類轉換器 - m _ s 2 n ^ S!並聯之共振電容Cr以產生零電位，使開關^ ^ = 7 200922077 電屋切換。上叙軟切換技術雖可因為 低，開關於切換時所產生的切換損而降 高功率密度。 咬巧问轉換效率及 不過此種軟切換技術，需額外一 轉換器並聯連接時需 求’另外此種軟切換技術無法提供 I含需 輸出之可紐及整體之轉換魏/轉換器電髮 【發明内容】 有L於此，本發明提供—種具零電覆 動箝位電路，係適用於—轉換裝置，交、=4式主 不僅可：簡易電路來產生零電塵切換，以;:二電路 性及轉換器整體之轉換效能外==出電壓的可靠 .生之方式結合而成，並且主開關可 包〜共 用，因此當兩組轉換哭需 = ’、且補助開關使 勢。 寻換，I聯時，本發明具有低成本之優 接具^電壓_之交錯式主動籍位電路’发遠 -箱位器、-第-開關、-第二開關、一共二弟 第二粉位器。共振電感ϋ連接於該變㈣之—中間 :;弟：箝位器連接於該變壓器之-第-輸入端卿= Γ第連接於該第—箝位器與該共振電 接於該魏哭之-第-Γ 第一開關。弟二箝位器連 按 °°之弟一輸入端與該第二開闕之間。 200922077 此外，本發明之具零電壓切換之交錯式主動箝位轉換 裝置，包括有：一具有一第一主繞組與一第一次繞組之第 一變壓器、一具有一第二主繞組與一第二次繞組之第二變 壓器、前述之交錯式主動箝位電路及一負載電路。其中第 二主繞組串聯連接第一主繞組，以形成有一第一輸入端、 一第二輸入端及一中間抽頭端。負載電路連接於該第一次 繞組與該第二次繞組，係根據前述交錯式主動箝位電路之 動作，輸出一輸出電力。 再者，根據本發明之具零電壓切換之交錯式主動箝位 轉換裝置，其零電壓切換方法步驟包括有：首先，令第二 開關進入導通，使得共振電感器可以根據輸入電壓而儲存 電能；然後，切斷第二開關，此時，共振電感器得以釋放 電能至共振電容器；並於共振電容器之電壓上升至輸入電 壓與第一箝位器之電壓總和時，控制第一開關進入導通， 以達到零電壓切換；再來，切斷第一開關，此時，共振電 容器得以釋放電能至共振電感器；並於該共振電容器之電 壓下降至零時，再度導通第二開關，以達到零電壓切換。 為了使貴審查委員能更進一步瞭解本發明特徵及技 術内容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而 所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限 制。 【實施方式】 請參考第二圖，為本發明具零電壓切換之交錯式主動 箝位轉換裝置電路架構示意圖。本發明之具零電壓切換之 交錯式主動箝位轉換裝置包括有一箝位電路卜一變壓器τ 及一負載電路2。箝位電路1透過變壓器T連接於負載電 200922077 路2 ’ 1¾位電路1係接收·一輸入電壓VI並且措由切換動作 而將電能透過變壓器T轉送至負載電路2，以提供一負載 R0使用。 前述變壓器T包括一第一變壓器Ta與一第二變歷器 Tb，前述之第一變壓器Ta具有一第一主繞組Tal與一第一 次繞組Ta2，且第二變壓器Tb具有一第二主繞組Tbl與一 第二次繞組Tb2。其中第二主繞組Tbl串聯連接第一主繞 組Tal ’以形成有一第一輸入端E1、一第二輸入端E2及一 中間抽頭端E3。而第一次繞組Ta2與該第二次繞組Tb2連 接於負載電路2，此負載電路2係根據前述箝位電路1之 動作，而輸出電力至該負載R0。 復參考第二圖，前述之箝位電路丨包括有一共振電感 器Lr、一第一箝位器C1、一第一開關Q1、一第二開關Q2、 一共振電容器Cr及一第二箝位器C2。其中，共振電感器 Lr連接於變壓器T之中間抽頭端E3。第一箝位器C1連接 於變壓器T之第一輸入端E1與輸入電壓VI，第一籍位器 C1為一電容器。第一開關Q1連接於第一箝位器C1與共振 電感器Lr之間，同時，第一開關Q1並聯連接有一第一本 體二極體DQ1。第二開關Q2連接於第一開關Q1、共振電感 器Lr與輸入電壓VI，同時，第二開關Q2並聯連接有一第 二本體二極體DQ2。共振電容器Cr並聯連接於第二開關 Q2。第二箝位器C2連接於變壓器T之第二輸入端E2與第 二開關Q2之間，其中第二箝位器C2為一電容器。 復參考第二圖，箝位電路1透過變壓器T可與各種不 同拓樸之負載電路2搭配使用，其中負載電路2包括有一 順向式負載電路、一反馳式負載電路或一半橋式負载電路。 10 200922077 藉由本發明之箝位電路1提供有变 用以降低切換開關於切換時所產生的^壓切換的枝術， 高功率密度。同時’藉由使用二個1厚達到高轉換 作為電能的轉換，係可以提供轉換器 :Ta、Tb 圍，提高轉換器之可靠性及整體轉換效能見、則入電壓範 本發明之箝位電路1其操作方法如7 開關Q2進入導通（on)，讓輸入電壓v 第二 器Ta而對共振電感器卜進行電能儲存，此^， 於第二變物二= 7: ^Tb。接下來，第二開關進入戴止（Off)， 此B守的共振電感器Lr得以釋放f 丘恭兩六…Γ *干于釋敌私此至共振電容器Cr ,對 ”振包“ Cr充電；然後，於共振電容 壓上升
^輸入電㈣與第—箝位器π之電壓總和時^制I 開關Q1進入導通，以達到第一開 ·^ A , m ^ 之I電壓切換，再 開關Q1進入截止（〇ff)，此 得以釋放電能至共振電成哭、I h、摄電合°° 轉恭㈣Γ +=广这Lr進仃放電動作；然後·於 :振电合@Cr之電！下降至零時，再度導 以達到第二開關Q2之零電壓切換。 幵 ^ ^十㈣述箝位電路1之操作方法，可叫效的提供開 卜電屋切換’同時’搭配第一 圍，：接：，轉換器可以工作在較寬二ΐ範 主k间美·換為之可靠性及整體轉換效能。 之六為本發明第—實施例之具零電壓切換 、掛立專換裝置電路示意圖，其中負載電路2 係為一順向式負载電路，僉括 員载 連接於第-變壓器Ta之二二向二極體D1串:: 昂人、、凡、、且Ta2，一第一飛輪二極 11 200922077 版D2並聯連接於第一順向
Ta2; —第一輪出 ？體D1與该弟一次繞組 D1; —第二川电感态Lo1串聯連接於第一順向二極體 第二飛輪:極體聯連接於第二次繞組— 次繞組Tb2;二並"連接於弟二順向二極體D3與第二 二極體D3; 一輸出電感器L〇2串聯連接於第二順向 L〇l與第- C容器C〇並聯連接於第-輸出電感器 啊一'極體D1 ’以及並聯遠接於證__去〜山+ 器1^與第二飛輪二極體D4。外連接於弟一幸則出電感 五二以明第一實施例之電路動作波型圖，而第 圖。參考第四本=弟Γ實施例之電路動作示意 令第二開關q2 = ,. a 0，本發明於時間tO〜tl時，先 (0N^ Qi 電壓VI ,並將電;弟一主繞組Tal係接收輸入 向二極_導通二:矛；；次繞組Ta2輸出，讓第一順 第一順向二極t能至負載即，此時，串聯於 電同時’第二變壓器Tb之第二主繞二 -拼位益C2接收-約等於負的輪入電Μ_νι之電壓W， 以截止第二順向二極體1)3。此時，第二輸出電感器Μ所 儲存的電感電流1〇2即透過導通的第二飛輪二極體以 放電能給負載R〇。於此段時間，共振電感器Lr開始建立 電感電流iLr ,而共振電容器cr維持在零電壓。口 參考第四圖與第五b圖，於時間tl~t2時，第二 Q2進入截土 ’第―開_仍保持截止，而共振電 得以釋放電能至共振電容器Cr，以對共振電容器Cj/ 一 充電，係將零電壓之共振電容器Cr充電至約等輪I電^ 12 200922077 VI。此時，第一順向二極體導通D1與第二飛輪二極體以 仍保持導通，使得第一輸出電感器Lol繼續建立電感電节 Ιοί，而第二輪出電感器L〇2繼續釋放電能給負載R〇。肌 參考第四圖與第五c圖，在時間t2時，第一開 與第二開關Q2仍保持截止，共振電容器&之端電 约等於輸人電，而讓第-變—仏與第二變 進入失磁狀態’此時二極體DPD4會同時導通 k間t2-t3期間，共振電感器Lri|續釋放電能至 ” 器Cr，以對共振電容進行砀，將共_ = =約等於輸人電㈣與第—箝_心 參考第四圖與第五d圖，在時間^ ^ Q1與第二開關Q2保持截止，而—開關 此時，共振電容器Cr之端電壓上升 保持導通。 > V至褕入雷壓VT盥牮 I皆位器C1端電壓vcl之總和，而m 2 土〗1與乐一 第-本體二極體顧進入導通。此;^^—開_之 之電感電流iLr係經由導通的第〜^啤=，共振電感器Lr 一箝位器Cl，以對其進行充電。教且體二極體叫1流至第 一開關Q1導通，係可以達到零電魘於此#又時間控制第
1切換D 參考第四圖與第五e圖，在時門 Q1保持導通，而第二開關Q2保待^ «時，第一開關 Ta之第一主繞組Tal係接收第〜*止。此時第一變壓器 ~Vcl，以截止第一順向二極體di， 、。° Cl之負端電壓 所儲存的電感電流I〇1即透過導通而+第輪出電感器Lol 釋放電能給負載R0。此時，第~ ^的第—飛輪二極體D2， Tbl係接收第一箝位器C1之端電厥 °。lb之第一主繞組 < Vcl ’並將電能轉換至 13 200922077 出:讓-第二順向二極體D3導通以提供電 ^ 時，第二輸出電感器Lo2也開始建立電减 電流1〇2。於此段眭門 φ , . τ 錢 又守間電感電流改變極性而流過第 一開關Q1，而完成零電a切換。此外，共振電容 持在輸入電㈣與第一箝位器π端電壓Vd之總和。、准 參^四圖與第五f圖，在時間如6時 過共振電容器; = ^截止，電流心流 電壓心從輪人電壓怂振電容器。之端 电土 Π興弟一柑位器CI端電 和放電至約等於輪入電壓VI。此時裳—缈1之總 主繞組Tal係接收浐入v 、夂塾态Ta之第— 变收輸入電壓VI與共振雷容哭Γ 之第;：主繞物係接收輸入 ‘器Tb 端電龍=正電壓差（VCr_VI ; vcr ^^奋裔Cr之 此％•’第二领向二極體導通⑽與第 仍f持導通，使得第二輸出電感器L。2繼續建::核體D2 Ιο ’而乐一輪出電感器L〇1繼續釋放仏^電流 與弟一開關Q2仍保持截止，共振電容哭「弟〜開關Ql 约等於輸入電壓νί，而讓第一變壓器τ:二之端電壓VCr 進入失磁狀態，此時二極體m〜D4會同8士篆弟「變髮器Tb _如7期間’共振電容器以繼續二二通。此外，於 态Lr，且進行放電至零電壓。 电犯至共振電感 多考第四圖與第五h圖，在時間 Q1與第二開關Q2保持截止，而二極，，第一開關 此時’共振電容IfCr之端電愿VCrT文保持導通。 聲至零電歷，而讓龙 14 200922077 聯於第二開關Q2之第二本體二極體、 時間，控制第二開關Q2進入導通，以達=導通。於此我 接著，本發明第一實施例之電路 ¥龟壓切換。 t8-t9時之電路動作波形又重新回 ’於時間 作波形’依序如上述說明，在此不加曰。t〇、u時之 …請參考第六圖，為本發明第二實施例 之父錯式主動箝位轉換裝置電路示意圖，具零電壓切； 係為一反馳式負載電路，包括有—第一曰、中負栽電路 2=第™次繞組Ta2與第二次繞組τ、：二極體D5串！ 本脰D6串聯連接於第一次繞組了心與〜第二返驰_ 輪出電容器C 0並聯連接於第 1、〜欠繞組T b 2。_ 二欠繞 第七圖為本發明第二實施例 =圖到第八h圖，為本發明第二實::作波型圖，， 圖。參考第七圖與第八a圖，本發二，電路動作矛 .令第二開關Q2進入導通二)才上:於時間㈣時， (咐），此時第一變屢器 而弟—開關Q1保持截 電璧VI，並將電能轉換至第一次域^組TaU系接收輪 :返馳4體D5,且第一變壓器广’且a2輸出’以截止 第二變壓器了b 土 °。a開始儲存電能。並且 約等於負•電二箝位_妾收- 振電感器=電能。於此段時間1 维持在零電壓。 罨"L ，而共振電容器Cr則 …七圓與第八5圖，於時間㈣時，第二開關 200922077 Q2進入截止’而第一開關⑴保 器㈣以釋故電能至共振電容器&止，時，共振電感 進行充電’係將零電屢 =共振電容器Ci· 電㈣與^箝位器π端電壓^=^@輸入 返馳二極體D5盥坌、e n L 和。此時，第一 參考第七_1二返驰二極體⑽仍保持戴止。 圖與第八c圖，在時間t2日* ^ 與第二開關Q2仍保持截止，共振電“I第一開_ 約等於輸入電壓VI與第一箝位 電=端電騰 而於時間㈣期間，共振電容；=亦 於第-開，Q1之第一本體二極體_ =心讓並聯 間’共振包感器Lr之電感電流比 々通。此段期 與第二變壓器托之觸經由導通的第t變壓器Ta 流至第-箝位器C1，以對其進行充電。此久，極體_ 及/、乐〜返馳二極體D6仍保持戴止。 、馳― 參考第七圖與第八0圖，於時間t3 ^σσ 數比，ν0為輸出電壓；Lm —定 與第二變壓器Tb之激磁電感值；Lr^壓器Ta 值。此時’共振電感器Lr與共振電容器=之電感 且’於此段時間控制第-開關Q1導通，以=辰遷，並 換。而第-返馳，D5與第二返馳q J零電壓切 讓儲存在第1摩器Ta與第二變壓器 進入攀通， 供至負載肋。 胥迠，得以提 ^呆^導通，而第二開闕收仍保持截^ —感電机iLr ?文變極性流過第一開g Q1，同時二日^間， 亇弟―％馳二 蒼考第七圖與第八6圖，在時間t4 開關 16 200922077 極體D5與第二返馳二極體^ 載肋。 i具導通，以提供電能至負 參t第七圖與第八^圖，在時間t5-t6時，第一門關 Q1進入截止。電感電流lLr流:第，關 行放電。此時第一返馳-極袖加、振电奋為Cr’而使其進 %馳一極體D5與第二返馳-杯邮DfWn 保持導通’以提供電能至負載R0。 驰-椏“6仍 參考第七圖與第八§圖’在時
Cr之端魏約等於零，讓並 /、以7 本體二極體DQ2進入導通。1關二 L靡建立電能。此時第一返 ^ =器 極體D6仍保持導通，以提供 胆Ub /、弟—返馳二 甩呢至負載肋。 多考弟七圖與第八h圖，在時 關Q2進入導通，以達到穴带ΐ7蚪，控制第二開 振電感器L順建立以，而於時間㈣，共 二返驰二極體D6保持導而昂一返馳二極體D5與第 ^丄々 直到時間t8才進入截止。 接者，本發明第二實施例 戳止 t8-t9時之電路動作波形 ^動作波型圖，於時間 作波形，依序如上述說明覆到時間㈣時之動 u 在此不加贅述。 °月麥考弟九圖，為本發明當二麻 之交錯式主歸位轉㈣置二關之具零電慶切換 係為一半橋式負載電路，包括7：?® ’其中負載電路2 於第-次繞組Ta2與第二次、纟^ 二極體D7串聯連接 接於該第一二極體D7 ; —第t、__ 2, 一第一電感器L1連 次繞組Ta2與第二次繞組1)8串聯連接於第— 二二極體D8 ;及一輸出電容哭rn弟二電感器L2連接於第 D7與第-電感器亚聯連接於第—二極體 邱連接於第二二極體D8盘望 200922077 二電感器L2。 第十圖為本發明第三實施例之電路動作波型圖，而第 十一a圖到第十一h圖，為本發明第三實施例之電路動作 示意圖。參考第十圖與第十一 a圖，本發明於時間tO〜tl 時，先令第二開關Q2進入導通（on)，此時第一變壓器Ta 之第一主繞組Tal係接收輸入電壓VI，並將電能轉換至第 一次繞組Ta2輸出，讓第一二極體導通D7提供電能至負載 R0。並且，第二變壓器Tb之第二主繞組Tbl從第二箝位器 C2接收一約等於負輸入電壓-VI之電壓Vc2，以截止第二 二極體D8。於此段時間，第一電感器L1釋放電能至負/載 R0，而弟二電感！§' L2進行電能的儲存，共振電感為Lr開 始建立電感電流iLr，而共振電容器Cr維持在零電壓。 參考第十圖與第十一 b圖，於時間t卜t2時，第二開 關Q2進入截止，而共振電感器Lr得以釋放電能至共振電 容器Cr，以對共振電容器Cr進行充電，係將零電壓之共 振電容器Cr充電至約等於輸入電壓VI。此時，第一二極 體D7導通，使得第一電感器L1繼續釋放電感電流iLl給 負載R0，而第二電感器L2繼續儲存電感電流iL2。 參考第十圖與第十一 c圖，在時間t2時，第一開關 Q1與第二開關Q2仍保持截止，共振電容Cr之端電壓VCr 約等於輸入電壓VI，而讓第一變壓器Ta與第二變壓器Tb 進入失磁狀態，此時二極體D7、D8會同時導通。 此外，於時間t2-t3期間，共振電感器Lr繼續釋放 電能至共振電容器Cr，以對共振電容Cr進行充電，將共 振電容器Cr充電至約等於輸入電壓VI與第一箝位器C1 端電壓Vcl之總和。 18 200922077 參考第十圖盘第_^__ 麵持截止，：二:―體 電容Cr之端電壓上升至輸入電壓^盘通第—此=’共= 極體即進之第一本體二 α，以對其進=電體二㈣第一籍位器 導通，係可以達ΐί電=此段時間控制第一嶋1 餐考第十圖與第十一 e圖 關Q1保持導通。此時笛一心广 了』ΐ4邙吟，弟一開 接收篦ρ弟一交壓器Ta之第一主繞組Tal係 接收弟一推位益C1之負端電㈣ ： D7。而第二變壓器Tb筮戳止一極租 c⑽義，並::：ΐΓ 接收第一箝位器 讓第二二極體輸出丄 電感電流iLl，而第-σ 私感為LI儲存 振電感器士開始噴電能至負祕且共 是饮笔〉瓜i Lr ’而共据雷交哭p 认 :、二零5成1時，電感電流iLr改變極性而流過第:Η 關Q卜而元成零電壓切換。此外，丘汗1 輸入電壓VI與第〜箝位哭 ^ Cr維持在 參考第十_第十' ^MVel之總和。 其進行放電。共振電容:1^ =電$器Cr，而使 細。此時第以=總=，約等於輪入 入電壓VI無振電容器、c ^且加係接收輪 (VI-VCr ; VCr > VI) 、電Ύ之負電壓差 第一芰壓益Tb之第-主繞組Tbl 19 係接收輸入電聲Vi $ *差I:v々電容器Cr< 此時，第> 感器U繼續建DM乃保_ 放電 參考弟十圖與第 二開關Q2仍：…在時間t6時，第一開關 進入失磁狀態，Λ’而讓第—變端電壓心 $t7期間，技^二核體D7、D8_；nTa與弟二變塵器几
Lr，且進行放電，容器Cr繼續^時導通。並於時間 表去…至零電愿。 、裸放電能至共振電感器 〃亏第十圖與第 關Q1保持戴止，:— h圖，在日夺間 電容器Cr之端極體D?、D8保弟一開 關收之第二本下降至零電匕時:共振 第二開關^二體叫2進入導通。第二開 接著;達到零電堡切時間’控制 如9時之電路動作波二开^^電路動作波型圖，於時間 作，依序如上述一
動箝位電路換之交錯式主 ^你週用於—轉換裝置，交粗—‘A 士可以簡易電路來產生零電壓切換，^ •柑位電路 ^可以提供較寬的輸入電屢範圍，以低切換損，同 性及轉換H整體之轉換效能。嘯出電壓的可靠 是以，本發明完全符合發明專利 依專利法提出申請，請詳查並准予本案，=性要件，故爰 A ’以保障發明者之 20 200922077 權益，若鈞局之貴審查委員有任何的稽疑，請不吝來函 指示。 按，以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本 發明之特徵並不偈限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明 之領域内，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本 案之專利範圍。 【圖式簡單說明】 第一圖為習知零電壓切換之降壓式共振轉換器； 第二圖為本發明具零電壓切換之交錯式主動箝位轉 換裝置電路架構示意圖； 第三圖為本發明第一實施例之具零電壓切換之交錯 式主動箝位轉換裝置電路示意圖； 第四圖為本發明第一實施例之電路動作波型圖； 第五a圖到第五h圖為本發明第一實施例之電路動作 不意圖， 第六圖為本發明第二實施例之具零電壓切換之交錯 式主動箝位轉換裝置電路示意圖； 第七圖為本發明第二實施例之電路動作波型圖； 第八a圖到第八h圖，為本發明第二實施例之電路動 作示意圖； 第九圖為本發明第三實施例之具零電壓切換之交錯 式主動箝位轉換裝置電路示意圖； 第十圖為本發明第三實施例之電路動作波型圖；及 第十一a圖到第十一h圖，為本發明第三實施例之電 路動作示意圖。 21 200922077 【主要元件符號說明】
輸入電壓VI 箝位電路1 共振電感器Lr 第一箝位器Cl 第一開關Q1 第二開關Q2 共振電容器Cr 第二箝位器C2 第一本體二極體DQ1 第二本體二極體DQ2 變壓器T 第一變壓器Ta 第二變壓器Tb 第一主繞組Tal .第一次繞組Ta2 第二主繞組Tbl 第二次繞組Tb2 第一輸入端El 第二輸入端E2 中間抽頭端E3 負載電路2 負載R0 22