TW390062B - Asymmetrical duty cycle flyback converter - Google Patents

Description

五 '發明說明（1) 【技術領域】 本發明係與電源供應有關之裝置’尤指一種適於小型 化及提昇電力使用效率之非對稱馳返轉換器裝置。 【先前技術】 一般的電源供應器都在輸入端與輪出端之間設有變塵 器’且在該輸入端及該變壓器之間更介入一切換機構， 其係依據一脈衝調幅積體電路輸出之脈衝信號進行⑽' 控制。該切換機構ON的時段，允許電流通過，〇FF的時 段’則予阻隔；然因電流之外尚施加電壓，所以上述T電流 和電壓會有局部重疊的現象而導致功率損失。 机 為提昇效率消拜損失起見，有必要設計出能夠避 述電流和電壓發生重疊現象的切換機構，至於控 機構0N/0FF動作之相關技術已廣為人知，亦即 二「' 電壓切換」。 〇角的、 圖式之簡單說明】 第1圖為利用先前技術發展的半橋式轉換器電路 第2圖為本發明非對稱馳返轉換器之電路圖。 第3圖為第2圖之切換驅動部電路圖。 第4圖（a)為第2圖控制部之輸出波形圖。 (b) 為第3圖第一延遲部之輪出波形圖。 (c) 為第3圖第一緩衝部之輸出 %效電晶體Q1之驅動信號波形圖。.丨化勑 (d) 為第3圖第二延遲部之輸出波形圖。 (e) 為第3圖第二緩衝部之輸出波形供切換

五、發明說明（2) 場效電晶體Q2之奘動信 第5圖（a)為驅動第2圖切換部°現波形圖。 動信號波形圖。 第〜媒動信號及第 (b) 為第2圖中受切換部銘心 壓及電流波形圖。 1之場效電晶體Q1 (c) 為第2圖中受切換匈j 壓及電流波形圖。 (d) 為第2圖中主變壓部+ _ 丨之電流波形圖。 (e) 為第2圖中整流/平、、^ . t冴部二極體兩端之電肩 管制之場效電晶體Q2 二驅 的電 的電 i波形

圖》 圖示標 號 說 明 ] 10---- 切 換部 1 4 ~~ ~* ~~ 控 制 部 16a--- 反 相 器 2 0---- 切 換 部 ^ Q —— 一 一 控 制 部 51---- 第 —— 延 遲 部 5 3 - - - ~ 第 — 緩 衝部 5 5---- 第 延 遲 部 57---- 第 二 緩 衝 部 Cl、C2’ X I Co 、ί Cs D、D1， • D2- IqI > Iq2 L 16b-~_ %、整流/平滑部 驅動部 3〇~〜 5〇~、 52-- 54-- 56~、 緩衝器 整流/平滑部 --切換驅動部 〜第一比較部 〜絕緣部 〜第二比較部 電容器 〜-二極體 電流 線圈

Μ:\CO-FORM\PT\NEW-APPL\256-KRIP. PTD

五、發明說明（3) N1--—— N2 、 N3--

Ql、Q2

Rl ' R2 T-- —- T1---- t----- 初級線圈 次級線圏 場效電晶體 電阻器 變壓部 主變壓部 閒置段

Vcc 電源

Vgl-----------------------第一驅動信號

Vg2-----------------------第二驅動信號

Vi------------------------輸入電壓

Vo------------------------輸出電壤

Vrefl ' Vref2--------------參考信號 第1圖係「零電壓切換」常用之半橋式轉換電路， 係包括：圖中所示將輸入電壓Vi變壓後輪屮s、 _ ’具 柳1出另—電壓Vo的 變壓部T、用以切換該變壓部T之輸入電壓的 龙的切換部1 〇、對 變壓部T之輸出具有整流或平滑化功能而由二極_D1、 D2、線圈及電容器Co其所組成的整流/平嗒鄭彳〇 ^ τ α冲1 2、控制前 述切換部動作的控制部14、及根據該控制部14之輸出 驅動該切換部1 0之驅動部1 6。 口〜 輸出端設有彼 該變’壓部Τ之輸入端設有初級線圈ν 1 此串聯的次級線圈Ν2及Ν3。 該切換部10係由一對場效電晶體Q1、Q2於輸入端盥 地間串聯而成，且該場效電晶體Ql、Q2之共同接點係與前

M:\CO-FORM\PT\NEff-APPL\256-KRIP. PTD

五、發明說明（4) 述初級線圈N1之一端連接’而該初級線圈N1之另一端則與 一電容器Cs串聯。 别述變壓器T1為一半橋式結構，其後級整流/平滑部 12係由分別與該變壓部τ之兩輸出端相接之二極體、 D2、一端與兩二極體〇1、D2共同接點連結之線圈[，及一 與該線圈L之另端和變壓部τ之中心抽頭分別連接的電容器

C 〇組合而成D 前述控制部14宜由脈衝調幅積體電路構成，又，諄驅 動部1 6係由一反相器丨6a及一緩衝器丨6b所構成，其係依據 控制部14之輸出信號驅動該對非對稱互補性體

Ql ' Q2 〇 【擬解決課題】 往常多利用如第1圖所示之半橋式轉換器使該對場效 電aa體Ql、Q2作非對稱互補性切換，乃至於「零電壓切 換」。不過，由於前述變壓部屬於體積較大的半橋式結 構，且供應電源給該控制部14的輔助電源部（ 輸 2電壓會隨輸入電壓Vi的變動而變動，並造成由脈衝週幅 積體電路構成的控制部14發熱以致誘發誤動作，以及該等 ，極體D1、D2在ΟΝ/OFF切換時也會產生切換雜訊，以上俱 疋一般半橋式轉換器亟待改善的問題點。 β本發明之非對稱馳返轉換器乃係為解決上述諸問題點 〇提出之改善手段，主要包括設置一可操作「零電壓切 換」甩切換部，將整流二極體之切換雜訊極小化防止—控 制部發熱，及變壓器小型化等。

【解決方法】 本發明之非 對稱桃返轉換器係採用 為達到上述目的， 以下結構： 於輸入端及輸出端分別連接一初級線一 圏，-主變壓部將輸入電壓予以變麼 部設有〗、2兩切換機構對施加予前述主變多 進行切換，-整流/平滑部用以整流該主變壓部輸〜之信 號並予平滑化，一控制部係依據該整流/平滑部之俨 ，產生-管控該切換部門動作之控制信號，及一切1換驅、 :係依據該控制部之輸出信號產生驅動信號及設定_ 閒置時間而驅使前述兩切換機構做非對稱互補性之「零資 壓切換」者。 、 【實施例說明】 為期能對本發明之目的、形狀、構造、特徵及效用等 有更具體的瞭解起見，茲舉實施例配合相關圖式詳細說明 之： ' 如第2圖所示，本發明之非對稱驰返轉換器包括有·· 連接於輸入端之初級線圈N1及一連接於輸出端之次級線 圈N2、輪入電壓Vi經變壓後，產生輸出電壓乂〇的主變壓部 n '一具有切換機構Q1及Q2對施加於主變壓部T1之前述輸 入電壓Vi進行切換之切換部20、將該主電壓部τι輸出之電 壓信號予以整流及平滑化之整流/平滑部3 〇、依據前述該 整流/平滑部3 〇的輸出信號以產生一信號用以控'制該切換 部20動作之控制部40、以及一切換驅動部50係依據該控制

五、發明說明（6) :40之輸出信號對該切換部之兩切換機構qi、Q2發出 2性切換信號以安排互補性導通或閒置以達到「零電麗 換」之目的者。 前述切換部20之兩切換機構係分別由兩串聯於輸入 ，接地之間的第一及第二場效電晶體〇1、Q2所碑成，且該 等場效電晶體Ql、Q2之共同接點與初級線圈N1之一端連 接’該線圈之另一端則與一電容器Cs串聯。 - 前述整流/平滑部30包含一與該次級線圈N2 一端串聯 之二極體D、一分別連接該次級線圈N2另端及該二極體陰 極之電容器Co ’又，前述控制部4〇宜由一脈衝調幅積體電， 路構成。

m:\CO-F〇RM\PT\NEW-APPL\256-KRIP.PTD 第 Θ 頁 第3圖中，前述切換驅動部50之構成係包括：一接收 前述控制部40輸出信號後予以延遲一定時間再行輸出之第 一延遲部51 ; —用以比較該第一延遲部51之輸出與參考信 號Vrefl大小之第一比較部52，若前者較大則輸出高電 位；第一緩衝部5 3將第一比較部之輸出加以緩衝；一絕緣 部54用以隔離該第一緩衝部53之輸出與前述場效電晶體 Q1 ; —接收前述控制部4〇輸出信號後予以延遲一定蜂兩再 行輸出之第二延遲部55 ; —用以比較該第二延遲部55的輸 出與參考信號Vref 2大小之第二比較部56，若前者較小則 輪出高電位；第二緩衝部57用以緩衝該第二比較部之輸 出’及將該輸出做為偏壓施加於前述場效電晶體之問極。 前.述第一延遲部51之組成係包含：一與該控制部4〇 一端連 接之電阻器R1、一與該電阻器R1反向並連之二極體D1、 五、發明說明（7) 一端及該二極體D1相 電容器C1之一端與該電阻器R1之另 接’他端接地。 相接較部52係由一具有與前述延遲部51輸出端 端（-）之比較器所構成者。 安也义汉相 一麵前雷述緩衝部53係丨兩串聯於電源VCC及接地間之 1雨ΛτΛ:卿電晶體所組成，且該npn及卿電晶體 變壓另器所:rr:54係由一具有輸入端出端線圈之 • 成其輸入端線圈之一端透過電阻器和電容器 與該第-緩衝部53之輸出端交連，他端接地；X，立輸出 端線圈之兩端分別與前述場效電晶體Q1之閘極及源極連 結0 月丨j述第一延遲部5 5之組成係包含：一與該控制部4 〇 一 端連接之電阻器R2、一與該電阻器R2順向並連之二極體 D2、一電容器C2之一端與該電阻器R2之另一端及該二極體 D2相接，他端接地。 前述第二比較部56係由一具有與前述延遲部55輸出端 相接之反相端（-)及一透過參考電壓源Vref2接地之非反相 端（+ )之比較器所構成者。 前述第二緩衝部57係由兩串聯於電源vcc及接地間之 一npn電晶體與一pnp電晶體所組成，且該npn及pnp電晶體 之兩基極係與前述第二比較部52之輸出端共接；另，兩共 接射極透過一電阻器與前述場效電晶體q2之閘極交連。

M:\CO-FORM\PT\NEf-APPL\256-KRIP. PTD 第 1〇 頁 五、發明說明（8) 以下係就本發明之非斜 之： 稱驶返轉換器之動作細節予以說明 首先’前述控制部4〇係從一 饋輸出電壓V〇之資訊如第4顧彳）饋電路（未圖示）取得反 給前述第一、二延遲邱n(a):示’'然後輸出方波信號 含上昇曲線：第4圖(b)所示；產生並輸出内 樣來自乂:f ;仏號，而前述第二延遲部55於接收同 部4°之輸出信號後如第4圖⑷所示；產生 2二ίΓ 為下降曲線之波形信號…該延遲 C2二Ϊίί形曲線係由電阻器R1，及電容器。、 ' 、曰1吊數來決定。第一延遲部51之輸出信號經非反 弟比較"卩52並與參考電壓Vref 1做比較，惟 第一延遲部51輸出信號之準位高於參考電壓矸以！時第 比較邛5 2纔會輸出如第4圖（c )所示之方波脈衝信號。該 第一比較部52之輸出信號經由第一緩衝部53及絕緣部M對 場效電晶體Q1之閘極施加偏壓並驅動之。另一方面第二 延遲部55之輸出信號經反相端（_)進入第二比較部56並與 參考電壓Vref2做比較，惟第二延遲部55輸出信號之準位 低於參考電壓Vref2時，第二比較部56纔會輸出如第4圖 (e)所示之方波脈衝信號。該第二比較部56之輸出信號經 由第二緩*衝部57對場效電晶體Q2之閘極施加偏壓並驅動 之。 如以上說明，依據前述控制部40之輸出信號如第4圖 (c)及（e)所示，前述切換驅動部50將產生如第5圖（&)所示

Μ:\C0-F0RM\PT\NEW-APPL\256-KRIP. PTD 第 11 頁 五、發明說明（9) = 2=3導通段之第一堪動信狗及第二驅動信 換部20之場效電晶體Q1、Q2。從而， 電晶體Q1、Q2在非對稱的有效（箏通）、無^:置) 交錯：：下，進行如第5圖(bWc)之零電壓切換動作， 如第5圖（a)所示第一驅動信號Vgl及第二驅動信號 之排列方式，當場效電晶體…導通時，Q2閒置；其時電流 通過主電壓部τι的初級線圈對電容器Cs進行充電。 其次，依第5圖（a)排列的順序，輪到場效電晶體Q1斷 路時’前此已經充電之該電容器Cs即轉而對場效電晶體Q2 之問極施加電壓’待閒置時段已過，則該場效電晶體Q2隨 即導通。藉此，該電容器Cs、主電壓部之初級線圈N1及該 場效電晶體Q2乃依序形成一電流電路，且該電容器cs之電 容與該初級線圈N1之電感產生共振，其共振能量遂誘導該 主電壓部之次級線圈N2令二極艎D導通，則該次級線圈 N2、二極體X)及輸出端電容器Co依序形成一電流電路。 如前所述，該場效電晶體Q1、Q 2每經歷一次閒置段t 即相互切換一次，又如第5圖（b )及（c )所示，流經該等場 效電晶體Ql、Q2之電流Iql、Iq2係呈小於共振時期基準電 位之鼓起波形，是以電壓Vql、Vq 2乃形成無重疊性零交越 現象。又如第5圖（d)所示，不論正、負向電流均得通過該 主電壓部T1，因此，依照磁通密度B及磁場強度Η的特性， 可完全使用到Β-Η曲線的第一與第三象限全部，故而該主 電壓部Τ1之體積應可減半。 【發明效用】

五、發明說明（10) 一 ------------ 從以上說明可知，本發明之非對稱馳返轉換器設有充 分的閒置時間，及非對稱交錯切換工作it #月，並佐以一零 交越切換部以提昇電力效能。又’本發明設有一絕緣部使 換部之第一切換機構被隔離，且為穩定該第一切換 機構之動作起見，所設計之主變壓部可通盤適用於曲 線之第一及第三象限，同時亦得將變壓部的體積予以極小. 化。進而因捨棄主變壓部輸出端的尋常半橋式結構，整流· 二極體的切換雜訊及控制部的發熱現象均能獲得改善。

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 h 一種非對稱驰返轉換器裝置，包括. 一主變壓部，其輸入端及輸出· 級線圏用以將輸入電壓變壓後有初級線圈與次 -切換部，具有第一及第 述主變壓部之該輸入電壓； 構用以切換施加於前 一整流/平滑部，具有將該主變 平滑化之功能； 。卩輸出之信號整流及 依據該整流/平滑部之輸出信號輸出-徑制仏娩官制該切換部之動作者；及 =前述控制部之輸出信號產生驅動信號，付以空 切換部之第一及第二切換機構遵行非對稱 m導通機制，且包含一促使該第一及第二切換機構 進而遂行「零電壓切換」之切換驅動部。 2·如申請專利範圍第1項所述之非對稱馳返轉換器裝置， 其中該切換部之第一及第二切換機構係分別由串接於輸 入端及接地之間之第一及第二場效電晶體所構成。 3.如申請專利範圍第2項所述之非對稱馳返轉換器裝置， 其中該第一及第二場效電晶體之共接點係與輸入端初級 線圈之一端相接’且該初級線圈之他端係與第一電容器 Cs串聯。 4. 如申請’專利範圍第1項所述之非對稱馳返轉換器裝置， 其中該次級線圈之一端續接一二極體，他端與該二極體 之陰極端連結第二電容器以構成前述整流/平滑部。 5. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱驰返轉換器裝置，

   M:\CO-FORM\PT\NEW-APPL\256-KRIP. PTD 第 14 頁 - —-- 六、申請專利範圍 其中該切換驅動部包括： 第一延遲部’用將前述控制 間号行輸出者； 輪出信號延遲一特定時 第一比較部，用以比較前 信號之大小後，輸出大於參I;遲部之輸出與-參考 Τι第 較部輪出信號之第-緩播邱· 隔離該第一緩衝部輸出信號與該一 ^世 部； 、"第 七效電晶體之絕緣 將前述控制部輸出信號延遲— 二延遲部； ·疋時間後再灯輪出之第 ::述第二延遲部輸出信號與 參1信號時予以輸出之第二比較部^纽較後，小於 之輸出予以緩衝後施加於前述第-場 政電日日體閘極之第二緩衝部。 乐一 ％ nmr5項所述之非對稱跳返轉換器裝置， -電阻器、與該第一；述控制部連接之第 一命〜 電卩器逆向並聯之第一二極體、β :】：器：：端係與前述第一電阻器之他端及前述第- 7 共接點相連，而另-端接地。 ΪΠ,Γ範圍第5項所述'之非對稱驶返轉換器裝置， 其中該第一比較部係由—曰‘ L 农罝 -延遲部之輸出連結、；J有；：反與前述第 反相端的比較器所構成另"'透過—參考㈣源接地之 請㈣㈣第5項所述之非對稱驰返轉換器裝置， 15頁 Μ: \CO-FORM\PT\NEW-APPL\256-KRIP. PTD P 力' 中請專利範圍 '~ ----- 其中該第一緩衝部係由串聯於電源與接地間之一η叩及 另一ρηρ電晶體所構成，且該ηρη及ρηρ電晶體之共基極 係與前述第一比較部之輸出端連結。 9 ‘如申清專利範圍第5項所述之非對稱馳返轉換器裝置， 其Τ該絕緣部係由一具有輸入端線圈及輸出端線圏之變 壓器所構成，且該輸入端線圈之一端係透過一電阻器及 一電容器與前述第一緩衝部之輸出端相接，且他端接 地；而前述輪出端線圈之兩端則係分別與該第_場效電 晶體之閘極及源極連接。 1 0.如申請專利範圍第5項所述之非對稱驰返轉換器裝置， 其中前述第二延遲部係包括：一與前述控制部連接之第 二電阻器、一與該第二電阻器順向並聯之第二二極體、 及一電容器之一端係與該第二電阻器之他端及該二極體 之共接點連結，且他端接地。 11.如申請專利範圍第5項所述之非對稱馳返轉換器裝置， 其中前述第二比較部係由一比較器構成，其反相端與前 述第二延遲部之輸出端連結’非反相端則係透過一參考 電壓源接地。 ' 1 2.如申請專利範圍第5項所述之非對稱馳返轉換器裝置， 其中前述第二緩衝部係由串聯於電源與接地間之一ηρι1 及一 Ρη'ρ電晶體所構成，且該兩電晶體之共基極與前述 第二比較部之輸出端連結’而共射極則透過一電阻器與 前述第二場效電晶體之閘極相接。