TW445694B - Buck regulator circuit - Google Patents

Description

494 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（1) 本發明之專利申請案，聲明擁有一相關的美國專利申 請案之優先權，該美國申請案之臨時申請號（Provisional Application NO.)是 NO* 60/010,218 * 申請曰其月是 1996 年 1 月 18 日，標題名稱為"BUCK REGULATOR CIRCUIT" 〇 本發明係有關於一種功率調節器電路，特別是有關於 一種降壓調節轉換器電路，將一高壓電源轉換為一低歷電 源。 供脈波寬度調變（Pulse Width Modulation，PWM)用 的驅動器與相關控制電路，供馬達控制用的轉換器，以及 其它的並用，皆需要一 15V的電源來供電。 本發明之主要目的在提供一種可靠度高而且有效~率-的 功率調節器電路。 本發明之另一目的在提供一種降壓調節器電路，該調 節器電路能將一可變高壓直流電壓轉換為一調節的低壓直 流輸出。 上述的目的Μ及本發明其它的目的，是利用一降壓調 節器來達成，該降壓調節器提供一 15V的電壓源，直接從 直流匯流排電壓，經由該降壓調節器，而獲得所需之電壓 〇 本發明是利用現有的電子元件來實瑪，比如IR2152 * * IRFU120 HEXFET，以及其它相關的電路裝置。IR2152，與 IRI^IJ120 HEXFET是功率半導體產品，由一家位於美國加州 白勺國際整流公司（Inter nat i ona 1 Rectifier Corpora t i on οί* E]. Segundo, California〉所生產製造的，同時也是本 (#先閩讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（2!〇><297公釐} 經濟部中夬揉隼苟員 4456 94 A? _B7__五、發明説明（2 ) 發明的受讓人。 IR2152驅動器是一'種單石（Monolithic)金氧半間驅動 器，能夠從邏輯準位與接地參考輸入，同時驅動一低側與 —高側的功率MOSFET，以及/或IGBT(隔絕閘雙載子電晶體 )電晶體對（或任何其它型式;的MOSgate裝置）。與IR2152相 類似的一種單石MOS ga t e驅動器，在本發明受讓人的-·美 國專利中被揭露出來，而該專利之專利號碼為U S Patent NO.5,545,955，被公佈於1996年8月13日，而其肉容將被 當作本發明的參考。 本發明的降壓調節電路，從250V到450 V作變動的一直 流匯流排電壓，傳送出一經調節的15V電壓與ΙΟΟπιΑ電流的 直流輸出。 本發明的其它特點Μ及優點，將在以下配合相關圖式 的說明中，而更加的顯著。 圖式之簡單說明： 圖一為本發明第一實施例的電路圖。 圖二為本發明第一實施例中輸出電壓對負載電流以及 直流匯流排電歷的變化圖。 圖三至圖十一為不同操作條件下的波形圖。 圖十二為本發明第二實施例的電路圖。 圖式中之參照數號 1 IR2152 晶片 1、裝一； ^ 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適扣中國國家摇準（CNS ) Α4规格（210X 297公釐） A7 B7 445694 五、發明説明（3) 2共同端 10降壓調節電路 12電容 14電感 兹配合圖式將本發明較佳實施例說明如下。 參閱圖一，發明第一實施例的電路圖。圖一的IR21.52 晶片1 (或一積體電路）是一種雙排封裝方式（Dual In-Line ，DIP)或表面黏著（Surface Mount)封裝方式所封裝的晶 片，該晶Μ同時包含有下列的接腳：

Ho-驅動高側M0SFET上鬧極的一輸出接腳；

Vs-連接到MOSFETs上圖騰結構（Totem-Pole)或半橋结 構（Half Bridge)的中央；

Lo-驅動低側M0SFET上閘極的一輸出接腳（未顯示於圖 中）； . COM-連接到負電壓端或是負壓直流線的接腳；

Ct-單一輸入控剌接腳，Μ控制輸出Ho與Lo ; R t ~(參考圖士二； .).連接到時序電組的接腳； ---—----

Vcc-接收晶；={操作電流的接腳，在圖一中，是從整體 降壓調節電路10的負載輸出電壓，Μ及從直流匯 流排電壓一降壓電阻，所獲得的一輸出電壓；

Vb-連接到二極體D6與電容12的接腳。 控制的原理是，#了開> 晶體Q1—段固定時間，該時間 等方^^152的本質延遲時間，周時改變電晶體Q1的關閉時 本紙張尺度適用中國國家標準（.CNS ) Λ4規格（210X297公釐〉 --I, j :'~i H ! ί ! 1_ 一 Ύ t I — - ΐ - I --SJ,- i -j·: [ t ·.- 1^1 : (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 45 6 9 4 A7 B7 羥濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 五、發明説明（.4：) 間，κ致於輸出電壓被調節到一固定值，而與直流匯流排 電壓或輸出電流無關。將電晶體Q1的導通（ON)時間極小化 到R2152的本質延遲時間，而進一步將平滑電感的尺寸極 小化。 假設Ho是高準位，則電晶體Q1被導通。跨越二極體D5 的電壓，等於電晶體Q1導通時直流暖流排的電壓，經由電 阻R1與二極體D3，而被反饋到IR2152的Ct端上。二極體D1 將施加到Ct端的電壓箝位到Vcc。 經過IR2152的本質延遲時間後，Ho降為低準位，並關 閉電晶體Q1，同時移去電晶體Q1上的匯流排電壓。Ct端的 電壓以一起始速率作衰減，該起始速率決定於Ct端的一内 部電容；然而，Ct端的電壓不會低於（Vo*R3)/(R2 + R3)。 Ho停留在低準位上，直到連接Ct端的反饋電歷降到Vcc/3 。經過IR2152的本質延遲時間後，Ho變為高準位，並一再 重複進行。 因此，當每一次輸出電壓要降到一預設值Μ下時，電 晶體Q1的一新導通時間便被起始；經由這種機制，輸出電 壓被保持在一定值，不受輸入電壓Μ及輸出電流的影響。 需要約35mA的一極小輸出負載，Μ保持4.7mH的平滑 電感14能連續導通，同時確保靴帶（Bootstrap)電容在被 充電。… 圖二顯示，本發明第一實施例中，輸出電壓對負載電 流Μ及直流匯流排電壓的變化圖。 輸出電懕便在400 V直流輸入電壓與37mA輸出電流下的 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I 1 -i^J— - —ΐ - II -11-1_ 訂 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 "4 45 h α ·' A7 ……_ B7 _五、發明説明（5) 14. 93V到250V直流蝓入電壓與100mA輸出電流下的14. 13V 之間作變動。800nvV的調節是可被接受的。要注意的是， 變動量可藉調節電阻R2，而被集中到一較高的中間值，例 如最大值15.4V/最小值14.6V 〇 ‘圖三至圖十一顯示出不同操作條件下的波形圖。操作 頻率由最小負載、最大直流匯流排電壓下的49KHz，到最 大負載、最小直流匯流排電壓下的100KH2之間作變動（圖 四）= 圖九的波形圖顯示，電晶體Q1的導通時間被IR2152的 本質延遲時間所設定，並在攝氏25度的約500nS (奈秒）以 及攝氏100度的^j650nS之間作變動。總起動時間，亦即從 直流匯流排電壓導通到15V輸出的這段時間，在Vdc = 250V 時，約為5mS(如圖十），Μ及在= 時，$勺為3mS (如 圖^-- ) 〇 圖一的電路將調節器的15V輸出電壓，經由電胆R4M 及二極體D4 *反饋到IR2152的Vcc端上，Μ補充IR2152的 電流Ic供應。齊納崩漬二極體（Zener Diode)Zl將Vcc定位 在11V，_並且允許一有限大的電流作反饋動作。電阻R4、 二極體D4、齊納崩潰二極體Z1可Μ被省略，不過會造成低 電阻Μ及R5的高功率耗損的缺點。另外一種方式是，如果 IR2152被*修改成含有一11V的齊納崩潰二極體（而非目前的 15.6 V的齊納崩潰二極體）的話，則齊納崩潰二極體ζ 1可Μ 被省略，雖然電阻R4、二極體D4仍然保留住。 圖一中的電路在低電流時（例如低於40mA)，不會操作 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、裝* 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4456 94 A7 B7 五、發明説明（6) 的很理想，因為降壓轉換器已失去控制的能力。圖十二戸片 示為本發明第二實施例之電路方塊圖，圖中顯示出，去除 掉圖一中的齊納崩潰二極體Z1、二極體Dl、D3、D4、電阻 Rl、R4，而且在沒有負載的狀況下，更具有穩定的優點0 綜上所述’當知东案發明具有實用性與新穎性，且本 發明未見之於任何刊物，當符合專利法規定。 唯以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當 不能Μ之限定本發明實施之範圍。即大凡一本發明申請專 利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋之 範圍肉。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ2〔』7·公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. A8 BS C8 m _六、申請專利範園 1.—種降應調節器，其係包含有： 一正壓輸入直流匯流排，Μ提供一高直流電壓，該高直 流電壓之值在一第一直流電壓值與一第二直流電壓值之 間，而該高直流電壓是Μ —低側共同匯流排電壓為參考 電壓； 一閘驅動器電路，由一低電壓電源供給電力，而該低電 壓電源是以一低側共同匯流排電壓為參考電壓； —電感Μ及一切換裝置，該切換裝置連接該正壓輸入直 流匯流排Μ及該電感，而旦經由該電感，該切換裝置包 含一閘極端，並負責將電流傅送到一負載驅動輸出端； 該閘驅動電路，包含一閘驅動輸出裝置，Μ驅動該閘極 端，而該問驅動電路具有一本質的預設延遲時間，在該 雙遲時間的期間内，而且當該閘驅動輸出裝置被一觸發 信號所觸發時，該閘驅動輸出裝置是處在活動狀態*該 觸發信號被施加到該聞驅動電路的一觸發電極上； 一功率調節電路，被耦合到該閘驅動電路的該觸發電極 上，Μ控制該鬧驅動電路，Μ致於該閘驅動輸出装置被 打開一段該本質的延遲時間，而且接著被關閉一段受控 制與改變的可變時間，使得在負載驅動輸出端上的電壓 ，被保持到一固定值的預設值。 2.如申請拿利範圍第1項所述之降壓調節器，其中該閘驅 動電路包含一第一電阻，Μ連接該輸入直流匯流排以及 言亥V c c端ΰ 3 .如申請專利範圍第2項所述之降壓調節器，進一步包含 9 ****** 445694 (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) A4規格（210X297公瘦） #456 9 4 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 有一第一串聯連接電路，連接Vcc端Μ及負載驅動輸出 端，該第一串聯連接電路包含一第二電阻以及一個二極 進一步包含 •ίίΛ保持V c c端 其中該電壓 其中該閘馬區 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 .如申請專利範圍第2項所述之降壓調節器 一電壓辩位電路，連接Vcc端Μ及共同端 的電壓在預設的電壓值。 5.如申請專利範圍第4項所述之降壓調節器 箱位電路包含一齊納崩潰二極體。 6 .如申請專利範圍第2項所述之降壓調節器 動器電路的觸發極，經由一第二串聯連接電路，被連接 到負載驅動輸出端，而該第二串聯連接電路包含有一相 對應的電阻Μ及相對應的二極體。 7. 如申請專利範圍第2項所述之降壓調節器，進一步包含 一個二極體，Μ連接在一邊的該切換裝置與該電感，以 及在另一邊的共同端。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 8, 如申請專利範圍第7項所述之降壓調節器，進一步包含 有一第三串聯連接電路，連接該二極體的陰極端以及該 閘驅動器電路的觸發極，而該第三串聯連接電路包含有 一相對應的電胆Μ及相舞應的二極體。 9 ♦如申請專利範圍第8項所述之降壓調節器，進一步包含 有一個二極體，該二極體連接該電壓箱位電路以及該第 三串聯連接電路，以確保該鬧驅動器電路的觸發極不會 上升到該預設箝位電壓之上。 本紙張尺度逋用中國圃家標準（CNS ) Α4规格（2丨〇〆2?7公« )