TW200952302A - Power convert apparatus - Google Patents

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200952302 jn v χ-ζυυδ-052 27876twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 種種電源轉換裝置，且特別是有關於 一種直流轉直流電源轉換裂置。 【先前技術】 Ο Ρ通著電子科技的進步，人崎於電子相_產品的 2日益增高。為了提供人們物美價廉的商品，如何有效 的郎省電子產品_積成了現今電子產品設計者的重要課 題。由於—般電子裝置中’都需好組的電源來提供做為 工作電壓’為了避免使衫個_綠的變壓絲提供這 些不同電壓的電源，電源轉換I置(p。· c_erter)成為 最受設計者歡迎的一種電源供應装置。 然而，一般的直流轉直流電源轉換裝置Dc c〇nve㈣都是利射切換的方式來完成其電源轉換的 功能、’因此，-種所謂的振鈴(ring)的現象也無可避免的發 生。以下請參照圖1A，圖1A繪示習知的直流轉直流電源 轉換裝置的電路圖。其中的電源轉換裝置1G由電感L卜 開關SW1J關SW2、電容C1以及電容〇所構成。當 端點A接收輸入電壓而端點B產生輸出電壓時，電源轉換 裝置10為一個升壓式(boost)的電源轉換裝置。相反的，當 端點B接收輪入電壓而端點A產生輸出電壓時，電源轉換 裝置10為一個降壓式(buck)的電源轉換裝置。 電源轉換裴置10不論是作為升壓式或降壓式的電源 5 200952302 NVI-2OO8-052 27876twf.doc/n 轉換裝置’當在域LI完全槪電能後，開關SW1、SW2 會有一段咖會同時禁能㈣成開路(open)，而在進入此 一狀態的1間就會產生所謂的振鈴現象。 ❹ ❹ 以了请參照圖1B’ g ιΒ ^以降屋式電源轉換裝置為 例所繪不的開關SW1 ' SW2與端點c電壓vc及電感u 的電抓IL1 ffa寺間的關係圖。在進入開關sw卜sw2同時 開路的n之# ’開關SW1為導通。且此時電感Li與開 關swi的輕接端點c的電壓為零電位，當開關swi開路 後(進^區間TR) ’端點A(電壓準位為VA)必須透過電感 L1對&點C做充電(使其充電至與端點a的電壓準位 相同）’因而會在區間TR中’產生振鈴現象。而其令的振 鈴現象如同圖1C綠不的區間Tc中的端點c電壓vc及電 感L1的電流IL1對時間的關係圖。 同理在升壓式電源轉換裝置中，進入開關SWl、sw2 同時開路的期間之前，關SW2為導通，此時，端點c 的電位等於端點B的電位。而當開關繼開路後，端點c 必須透過電感L1放電_點A，同樣的也會產生振鈐的 ίΡ.參。 上述的振鈴現象會產生出額外的雜訊以及電磁干擾 ΕΜΙ)。因此，一些高^ 的電源轉換裝置會在開關sw、SW2都開路時，使電感 U的兩個雜戦短路，使得上㈣纽電行為不至於通 而產生振鈐現象。然而’此種方法在將電路晶 片化的過程中，必須增加連接到端點A的額外接腳，造成 6 200952302 NVT-2008-052 27876twf.d〇c/n 電路面積的浪費 【發明内容】 程中所產生的0振玲^|源轉換裝置，有效降低電源轉換過 艟嫉提供—種電轉換裝置接收輪入電壓並 、生輸㈣壓’包括娜式領職電路 饱轉換電路包括電感、切換開關= 叙aU的切換開顧以禁/致能於電錢行的 =:=\器?由上述的儲能動作時所儲存的電能 用以# 卜，電位調整電路跨接在切換開關上， 用以降低切換開關兩端的電壓差。 在本發明之-實施例中，上述之電位 -調整開關以及第-電阻。第 括第 的-端娜1_接至切換開關 减Η。1+ M Φ接在第—調整開關與切換開關的另一 - 4阻:“『整開關致能時’電位調整電路藉由第 電阻來調整並降低該切換_兩端的電壓差。 之—魏财，上叙驗輕魏包括多 =至切換開關的-端’而第二電阻分 別被致能時，電位調整電路藉由所對觸I:第二 電阻來調整並降低切換開關兩端的電壓差 一 在本發明之-實施例中，上述之電位調整電路包括第 7 200952302 jnv ι-^υυδ-052 27876twf.doc/n 一開關、第二開關以及電容。第一開關的一端耦接至切換 開關的一端’而第二開關的一端耦接至切換開關的另一' 端。並且，電容的一端共同耦接至第一開關的另—端以及 第二開關的另一端，而電容的另一端耦接至接地電壓。其 中的第一開關與第二開關的禁/致能動作反相。 在本發明之一實施例中，上述之電位調整電路包括電 塵控制電流源，串接在切換開關的一端與另一端間，依據 〇 切換開關的兩端的電壓差產生平衡電流。 在本發明之一實施例中’下述之切換式電壓轉換電路 為升壓式電壓轉換電路。 在本發明之一實施例中，其中電感的一端接收輸入電 壓’切換開關串接於電感的另一端與接地電壓間。而同步 整流器的一端、電感的另一端及切換開關共同耦接，且同 步整流器的另一端產生輸出電壓。 在本發明之一實施例中，其中的電源轉換裝置更包括 ❹ 儲存電容’耦接至同步整流器的另一端與接地電壓間。 在本發明之一實施例中，其中更包括穩壓電容，柄接 在電感接收輸入電壓的一端與接地電壓間。 在本發明之一實施例中’下述之切換式電壓轉換電路 為降壓式電壓轉換電路。 在本發明之一實施例中，其中切換開關的一端接收輸 入電壓’切換開關的另一端接電感的一端。並且’電感 的另一端產生輸出電壓，而同步整流器的一端與電感的— 端以及切換開關的另一端共同耦接。同步整流器的另一端 8 200952302 NVl-2a〇8-〇52 27876twf.d〇c/n 則柄接至接地電壓。 在本發明之—實施例中，其中的同步整流 開關 器包括整流 本發明因採用電位調整 分別針對降壓式電源轉換 ’因此可以有效的 生。 減絲作’有效_雜現象的發

【實施方式】 以下將針對本發明的電轉換裝置提❹個實施例 及多個實施方法來加以說明，並佐關示， 通常知識者更能了解，並得據以實施。貝埤據 第一實施例：

以下請參照圖2A，圖2A繪示本發明第一實施例的電 源轉換裝置示意圖。其中的電源轉換裝置20為升壓式的電 源'轉換裝置’包括切換式電壓轉換電路210以及電位調整 電路220。而切換式電壓轉換電路210由電感L1、穩壓電 容C1、儲存電容C2、切換開關SW1、同步整流器211。 其中電感L1的一端接收輸入電壓VIN，切換開關SW1串 接於電感L1的另一端與接地電壓GND間，同步整流器211 的一端、電感L1的另一端及切換開關SW1共同耦接，且 同步整流器211的另一端產生輸出電壓VOUT。同步整流 9 200952302 NV1-2008-052 27876twf.doc/n 器211則由整流開關sw2所構成。 在電源轉換裝置20的整體作動方面，首先，切 關SWi致能(導通)且整流開關SW2禁能(開路），使電= L1得以接收輸人電壓VIN進行儲能動作。接著，= 換開關sw卜並且致能整流關SW2。此_存= L1中的電能經由整流開關SW2流向儲存電容c2，使 得輸出電壓VOUT上升。 便

❹ 接著整流開關SW2被禁能，此時電感L1與整流開 swj耦接的端點的電位會被放電至等於輸入電壓為 使这個放電動作得以平順而不致產生振鈴現象同時間啟 動電位調整電路220。電位調整電路22〇跨接在切換開關 SW1的兩端，在本第一實施例中，電位調整電路包括 調整開關S1以及電阻]^。當電位調整電路22〇被啟動時， 調整開關S1被致能，而電感L1與整流_ SW2 _的 端點的電位則透過調整開關S1以及電阻R1進 作，進而降低振鈐現象的發生。 值得注意的是’電阻R1包括利用可變電阻來建構。 當切換開關SW1兩端的電壓差甚大時，可以調整使得電阻 R1具有較小的電阻值，以較快的速率放電。而隨著切換開 關SW1兩端的電壓差逐漸因為放電而降低時，電阻R1的 阻值則可以逐漸調大，以避免額外放電使電源轉換裝置的 效率降低。 此外，電位調整電路220還可以用不同的方式來實 施。請參照圖2B，圖2B繪示電源轉換裝置2〇在另一電 200952302 NVT-2008-052 27876twf.doc/n 位調整電路220實施方式下的電路示意圖。在此實施方式 中’電位調整電路220由多個調整開關s2、s3、s4以及 夕個電阻R2、R3、R4來構成。其中’調整開關幻〜以的 一端共同耦接至切換開關SW1的一端，電阻幻〜尺4的一 端則分別與調整開關S2〜S4的另-端耦接，而電阻R2〜R4 的另一端則共同耦接至切換開關SW1的另—端。 在此種電位調整電路220的實施方式下，當一開始要 ❹進行賊電_作時，導通所有__關S2〜S4。並在 放電的過程中，依序斷開調整開關幻〜料直至所有的調整 開關S2〜S4都被斷開後’即完成預放電動作。這種利用多 組電阻並聯方式的一個特點是在於並聯的電阻數目越多， 在斷開調整開關的過程中所產生的電阻值變化將會越平 緩。換句話說，這種架構下的進行放電所產生的放4電流 的改變也可以更為的平緩。 在此请注意，上述所提到的使用三組調整開關幻〜S4 ❹ 以及電阻尺2〜尺4只是一個範例，更多的調整開關以及電阻 (大於3組)或是更少的調整開關以及電阻(兩組），都可以用 來實施電位調整電路220，並不限制本發明。 另外，以下將再提出另一種電位調整電路的實施方 式，請參照圖2C，圖2C繪示電源轉換裝置2〇在再一電 位調整電路220實施方式下的電路示意圖。在本實施方式 中，電位調整電路220是利用一種所謂的切換式電容 (switching capacitor)來達成的。其中的開關S5的一端耦接 至切換開關SW1的一端，而開關S0的一端耦接至切換開 200952302 NVT-2008-052 27876twf.doc/n 關SW1的另一端，並且電容C3的一端共同耦接至開關S5 的另一端以及開關S0的另一端，而電容C3的另一端耦接 至接地電壓GND。其中的開關S5與開關S6的禁致能動作 反相。

❹ 在此，電位調整電路220利用持續反相切換的開關s 5 與開關S6，並配合電容C3來形成一個等效電阻，其中的 等效電阻值等於l/(C3H=fsw)，其中的fsw為開關S5與開關 S6的切換頻率。也就是說，利用改變開關S5與開關S6 的切換頻率的快慢，就可以控制電位調整電路22〇的等效 電阻值’進而控制預放電電流大小及放電速度。 接著請再參照圖2D，圖2D繪示電源轉換裝置2〇 > 更電位調整電路220實施方式下的電路示意圖。。 本實施方式中，電位調整電路22〇由一個電壓控制電流: η來構成。電壓控制電流源n跨接在切換開關SW1的〗 端，依據切換開關SW1兩端的電壓差來產生電流，並利 這個電流來進行職電的動作，崎仙換簡剛和 的電壓差’進而降低振鈴現象的發生。此外，電壓控制 ，源II可以利用電晶體來構成，而這個使用電晶體來橡 ，壓控制電流源的綠為本領域具通常知識者皆可以輕 瞭解，此處則不多贅述。 心隹相明亦可對電愿控制電流源11所輸出的 :仃控制。牛例來說4城開關剛兩 可使電壓控制電流源n輸峻大的電流，以迅速 電，而g切換開關SW1兩端的電壓差逐漸因為放電而 12 200952302 JNV ι-2υυκ-052 27876twf.doc/n 低時，電壓控制電流源n所輸出的電流便可以逐漸調小， 以避免額外放電使電源轉換裝置的效率降低。 值得一提的是’在本第一實施例以及其電位調整電路 220的各種不同的實施方法中，同步整流器211是由整流 開關SW2建構而成，而上述所提到的各種開關（包括切換 開關SW1、整流開關SW2、調整開關S1〜S4以及開關S5、 S6)都可以利用電晶體來構成，並利用控制這些電晶體的閘 〇 極電壓來禁/致能這些開關。這種利用電晶體來建構開關的 方法同樣為本領域具通常知識者皆可以輕易瞭解，此處不 多加資述。 第二實施例： 以下請參照圖3A，圖3A繪示本發明第二實施例的電 源轉換裝置示意圖。電源轉換裝置30為一個降壓式的電源 轉換裝置，包括切換式電壓轉換電路31〇以及電位調整電 路320。而切換式電壓轉換電路310由電感L1、穩壓電容 & C2、儲存電容α、切換開關sW2、同步整流器311。其 令切換開關SW2的一端接收輸入電壓VIN，切換開關SW2 的另一端輕接電感L1的一端，而電感L1的另一端產生輸 出電壓VOUT。此外，同步整流器311的一端與電感u 的一端以及切換開關SW2的另一端共同耦接，且同步*整流 器311的另一端耦接至接地電壓GND。另外，同步整流器 311則由整流開關SW1所構成。 在電源轉換裝置30的整體作動方面，首先，切換開 關SW2致能(導通)且整流開關SW1禁能(開路），使電感 13 200952302 in v ι-ζυυο-052 27876twf.doc/u LI得以透過城開關SW2接收輸人電壓糖進行 作，著，禁能切換開關SW2，並且致能整流開關 =3 H電能’產生由接地電壓GND端經由整流 開關swm向儲存電容α的電流，並使得輸出電壓卿τ 下降。 接著整流開關SW1被禁能，此時電感L1與整

___點的電位會被充電至等於輸出麵vo=關 為使這個充電動作得以平順而不致產生振鈴縣， 啟動電位調整電路320。電位調整電路32G跨接在切 關SW2的兩端。與第—實施例相類似，在本第二實施例 I’電位調整電路32〇同樣包括調整開關S1以及電阻ri。 當電位調整電路320被啟動時，調整開關S1被致能，而 電感L1與整流開關SW1耦接的端點的電位則透過調整開 關S1以及電阻幻進行預充電動作，進而降低振鈐現象的 發生。 ^此外，與第一實施例相同的’本第二實施例中的電位 凋整電路320 —樣可以由多種不同的方式來實施。以下請 參照圖3B〜圖3D，圖3B〜圖3D分別繪示電源轉換裝置孙 在不同電位調整電路320實施方式下的電路示意圖。 其中圖3B中的電位調整電路320是由多個開關 S2〜S4及分別與其串接電阻R2〜R4所建構，圖3c中的電 位調整電路32〇則是由所謂的切換式電容來建構，圖3〇 中的電位調整電路32〇則是由電壓控制電流源n所建構。 上述這些不同的電位調整電路320實施方式的作動方法都 200952302 IN V i-^uu〇-052 27876twf.doc/n 第一實施 的相同，唯-不同的是在 裝置進行丄 ❹ ====接電或預放電，二= 的情況下有效減;生進而在不增加電路面積 限_明，任何所常f ίί非： 定者 【圖式簡單說明】 曰圖1A繪示習知的直流轉直流電源轉換裝置的電路 圖1B繪示開關SW1、SW2與端點C電壓VC及雷咸 L1的電流IL1對時間的關係圖。 毛 圖lc綠示的區間tc中的端點c電壓vc及電感L1 的電流IL1對時間的關係圖。 圖2A %示本發明第一實施例的電源轉換裝置 圖。 心、 15 200952302 in ν ι-ζυυδ-052 27876twf.doc/n 圖2B〜圖2D繪示電源轉換裝置20在不同電位調整電 路220實施方式下的電路示意圖。 圖3A繪示本發明第二實施例的電源轉換裝置示意 圖。 圖3B〜圖3D分別繪示電源轉換裝置30在不同電位調 整電路320實施方式下的電路示意圖。 【主要元件符號說明】 10、20、30 :電源轉換裝置 210、 310 :切換式電壓轉換電路 220、320 :電位調整電路 211、 311 :同步整流器 A、B、C :端點 VA、VB、VC :電壓準位 IL1 :電流 TR :區間 SW1、SW2、S1〜S6 :開關 R1〜R4 :電阻 11 .電流源 VOUT :輸出電壓 VIN :輸入電壓 GND :接地電壓 L1 :電感 C卜C2、C3 :電容 16

Claims (1)

1. j-052 27876twf.doc/n 200952302 十、申請專利範圍： 1·一種電源轉換裝置，用以接收一 生一輸出電壓，包括： 魏輸入電壓並轉換產 一切換式電壓轉換電路，包括1感、—切 及-同步整流H，其中該切換關^ 行-儲能動作，該同步整流器藉由該儲能動作== 能來產生·^健；錢 4作時儲存的電 ❹ -電位娜㈣，跨接在該域開紅 切換開關兩端的電壓差。 π缉低该 2. 如申睛專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，盆中 該電位調整電路係於肋換關以及該同步 ς 斷路時，降低該切換開關兩端的電壓差。 "白/ 3. 如申请專利範圍第2項所述之電源轉換裝置，苴中 該電位調整電路包括： 、 一=一調整開關，耦接至該切換開關的一端；以及 一第一電阻，串接在該第一調整開關與該切換開關的 另一端之間； 其中當該切換開關以及該同步整流器皆形成斷路 時，該第調整開關致能，以使該電位調整電路藉由該第 一電阻來調整並降低該切換開關兩端的電壓差。 4·如申請專利範圍第3項所述之電源轉換裝置，其中 該第一電阻係為一可變電阻，該可變電阻之阻值係根據該 切換開關兩端的電壓差大小而改變。 5.如申請專利範圍第2項所述之電源轉換裝置，其中 17 200952302 052 27876twf.doc/n §亥電位調整電路包括： 多數個第二調整開關，共同耦接至該切換開關的一 端；以及 多數個第二電阻，分別串接在該些第二調整開關與該 切換開關的另一端之間； 其中當該切換開關以及該同步整流器皆形成斷路 時，該些第二調整開關分別被致能，以使該電位調整電路 ® 藉由所對應的該些第二電阻來調整並降低該切換開關 的電壓差。 6.如t請專利範圍第$項所述之電源轉換裝置，其中 該多數個第二電阻之等效阻值係根據該切換開關兩端的 壓差大小而改變。 7·如申請專利範圍第2項所述之電源轉換裝置，盆 該電位調整電路包括： '、 一第開關，其一端耦接至該切換開關的一端； 〇 一第二開關，其一端耦接至該切換開關的另一以 及 上"二電谷，其一端共同耦接至該第一開關的另一端以及 該第二開關的另一端’該電容的另一端麵接至-接地電壓； '其中，該第一開關與該第二開關的禁/致能動作反相， 以及當該切換開關以及該同步整流器皆形成斷路時，該第 -開關f第二開關以―切換頻率進行開關切換，以使該 電位H：路娜並降健切換開關兩端的電壓差。 8.如申請專利範圍第7項賴之電源轉換裝置，其中 18 200952302 … v x-^w«-052 27876twf.doc/n 該第-開關與销二咖之切換頻率係根據該切換開關兩 端的電壓差大小改變’以使該電容所具有的等效阻抗值 根據該切換開關兩端的電壓差大小而改變。 9. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換裝置，立中 該電位調整電路包括： -電壓控制電流源，串接在該切換開關的—端與另一 ❹ 像 端間’絲當該切換開關以及制步m皆形成斷路 時，產生一平衡電流。 10. 如申凊專利範圍第9項所述之電源轉換裝置，其 中該電壓控制電流源所輸出之該平衡電流係根據該切換開 關兩端的電壓差大小而改變。 11. 如申請專利範圍第丨項所述之電源轉換裝置，其中 該切換式電轉換電路為—韻式電轉換電路。/、 上12.如申請專利範圍第u項所述之電源轉換裴置，其 中該電感的-端接收該輸人電壓，該切朗關串接於該電 感的另一端與一接地電壓間，該同步整流器的—端、'該電 感的另一端及該切換開關共同耦接，且該同步整流= 一端產生該輸出電壓。 ；，L〇 13. 如申請專利範圍第12項所述之電源轉換 豆 中更包括： 、、八 電朗儲存電容，祕至糊步錢11㈣1與該接地 14. 如申請專利範圍第12項所述之電源轉換 苴 中更包括： 、^ 19 200952302 in v i-^.wuo-052 27876twf.doc/n 一穩壓電谷，_接在該電感接收該輸入電 該接地電壓間。 壓的 端與 15.如申請專利範圍第丨項所述之電源轉換裴置，立 該切換式電壓轉換電路為一降壓式電壓轉換電路。八

   16.如申請專利範圍第15項所述之電源轉換裝置，苴 中該切換開關的一端接收該輸入電壓，該切換開關的二 端耦接該電感的一端，該電感的另一端產生該輪出電 該同步整流器的-端與該·的—端以及該切換開關的另 -端共關接’且該同步整流器的另接至該接地電 17.如申請專利範圍第16項所述之電源轉換裝置，1 中更包括： ^ 儲存電谷，輕接至該電感的另—端與該接地電壓 間。 18·如申凊專利範圍第16項所述之電源轉換裝置其 中更包括： 一穩壓電容’耦接在該切換開關接收該輸入電壓的一 端與該接地電壓間。 19.如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中 該同步整流ϋ包括—整流開關。 20