TW571497B - Power converter - Google Patents

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TW571497B
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Arian M Jansen
Xiaoyang Zhang
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Minebea Co Ltd
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Description

571497 A7 B7 五、發明説明（1) 發明領域 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種功率轉換器，且更特別而言，係關 於如返馳轉換器之開關功率轉換器。 發明背景 習知功率返馳轉換器從電源汲取電流入變壓器之一次 繞組。此一次繞組電流從零開始且以一上升緣上升，而後 呈電源開關關閉時’即中斷。而後，此一^次繞組電流保持 零一段時間。當一次輸入電流受到中斷時，在變壓器繞組 中儲存之能量使電流流入變壓器之二次或輸出繞組。在最 通用之返馳轉換器中，在變壓器之二次側提供有整流二極 體。跨過整流二極體之電壓降會影響轉換器之效率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使用在變壓器二次側上之電晶體功率開關裝置之功率 轉換器爲已知的，如美國專利第5，594，629號案， Steigerwald所發表之高頻開關電路。Steigerwald功率轉換 器包括一次側功率開關裝置Q1和二次側功率開關裝置 Q2，其受控制以在自然零電壓開關模式中操作，因此，功 率開關裝置在開關時以跨過它們的零電壓而開關。此零電 壓開關功能使轉換器可以更大效率操作。S t e i g e r w a 1 d專利 卻未揭示使功率開關裝置Q1和Q2開關之控制電路或操 作。
Ingman之美國專利第6，069，804號案之雙向DC-DC 功率轉換器包括一輸出雙向開關，如FET34。此轉換器藉由 使用一諧振轉移控制機構以感應電感輸入和輸出繞組電流 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） -4 - 571497 A7 B7 五、發明説明（勿 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 和輸出電壓，和用以調整頻率以提供在諧振轉移模式中之 電源開關之開關，和調整輸出電壓至一預定位準，而增加 效率。在諧振轉移模式之操作中，時間電路之週期受到調 整以提供實質諧振轉移在輸入和輸出雙向開關中。lngnlan 專利所揭示之雙向功率轉換器之實施例包括用於功率雙向 開關之控制架構，其中一次側開關和二次側開關由相同時 間電路44所控制。在控制二次側雙向開關之訊號線48上 之第二控制訊號具有之狀態爲在控制一次側雙向開關之訊 號線46上之第一控制訊號之補數。因此，用於一次和二次 雙向開關之控制訊號爲來自相同控制單元之相關訊號。 Ingman專利之圖9進一步揭示作用當成控制單元之時鐘電 路44。更特別而言，變壓器丨25以方向開關驅動一次和二 次側兩者。 發明槪要 本發明之目的乃在提供一種功率轉換器，其允許在一 次和二次側開關兩者上之零電壓開關。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之另一目的乃在提供一種具有改善效率之可變 頻返馳型功率轉換器。 本發明之另一目的乃在提供一種功率轉換器，其在結 合同步整流之一次和二次側上可達成全零電壓開關。 本發明之另一目的乃在提供一種功率轉換器，其具有 可由分離獨立的控制單元所控制之一次和二次側開關。 本發明之另一目的乃在提供一種功率轉換器，其具有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5 - 571497 A7 B7 五、發明説明（泠 一次和二次側開關，且在隔離屏蔽上不具有控制訊號，和 不含必須符合規定安全容限之二次變壓器。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，本發明之另一目的乃在提供一種功率轉換器， 其具有一次和二次側開關，其中二次側開關操作當成一僕 開關。 本發明之另一目的乃在提供一種功率轉換器，其具有 主-僕型式之一次和二次側開關，其中二次側開關依照功率 轉換器之變壓器之波形而受控制。 本發明之另一目的乃在提供一種功率轉換器，其中功 率轉換器之變壓器允許在相反方向充電至一特殊位準，而 後在正方向開關以充電。 本發明之另一目的乃在提供一種功率轉換器，其具有 一次和二次側開關，其中在返回電流之預定位準上，二次 側開關關閉。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之上述和其它目的之完成乃藉由提供一種功率 轉換器，包含：一變壓器具有一次繞組和二次繞組；一次側 開關；二次側開關；一主控制單元，用以控制一次側開關 之開關；一僕控制單元，用以依照在二次側開關中之所偵 測之回流電流而控制二次側開關之開關。 上述目的之完成可進一步藉由提供一種功率轉換器， 包含：一變壓器具有一次側和二次側；一次側開關；二次側 開關；和二次側控制單元，用以依照變壓器之波形而控制 二次側開關之開關。在功率轉換器之較佳實施例中，亦提 供有一次波形感應器和二次波形感應器。該一次波形感應 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6-

Claims (1)

  1. 571497 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 1 1. 一種功率轉換器，包含： 一*輸入觸， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一輸出端； 一變壓器具有一次側和二次側，該變壓器進一步包含 一次側繞組連接至該輸入端和二次側繞組連接至該輸出 端； 一次側開關； 二次側開關； 一僕控制單元用以控制該二次側開關之開關； 一主控制單元用以控制該一次側開關之開關；和 二次電流感應器用以偵測在二次側開關中之二次電 流，該一次側開關和二次側開關構造成交替的開啓和關 閉；其中該二次側開關之開關依照在二次側開關中偵測到 之二次電流而完成，和其中該一次側開關和該二次側開關 在零電壓開關條件時開關； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中該僕控制單元進一步包含一比較器和一設定/重設 正反器，其中當二次電流變爲負時，該二次電流感應器傳. 送輸出訊號至該比較器，其中該比較器比較二次電流感應 器之輸出訊號和一電流參考位準，和當二次電流感應器之 輸出訊號超過該電流參考位準時，輸出一開關訊號至該設 定/重設正反器，和當接收到該開關訊號時，該設定/重設正 反器開關該二次側開關，和其中該電流參考位準如下式所 示： I r e v e r s e = (V i η + V ο * N) * \/~ [ (C d s 1 + C d s 2 / N2) / L τ 丨 c ] 本紙i尺度適用中關家標準（CNS ) A4^ ( 210X 297公釐) "" '^ -18- 571497 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本覓) 其中爲電流參考位準，Ltic爲該變壓器之二次繞 組之電感’ Cdsl爲該一次側開關之本質電容，Cds2爲二次 側開關之本質電容，Vin爲輸入電壓，Vo爲輸出電壓，和 N爲介於一次和二次繞組間之繞組比例。 2. 如申請專利範圍第1項之功率轉換器，其中該開關訊 號爲關閉二次側開關之重設訊號。 3. 如申請專利範圍第丨項之功率轉換器，進一步包含二 次波形感應器，用以偵測由變壓器所產生之波形，該二次 波形感應器爲在變壓器之二次側上之感應繞組。 4. 如申請專利範圍第3項之功率轉換器，其中該二次側 開關依照該變壓器之波形而開啓。 5 .如申請專利範圍第1項之功率轉換器，進一步包含一 輸出電容。 6. 如申請專利範圍第1項之功率轉換器，其中該二次側 開關進一步包含一本質輸出電容，和其中該零電壓開關條 件在該本質輸出電容放電時產生。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7. 如申請專利範圍第1項之功率轉換器，其中該一次側 開關進一步包含一本質輸出電容，和其中該零電壓開關條 件在該本質輸出電容放電時產生。 . 8. 如申請專利範圍第1項之功率轉換器，進一步包含一 輸出饋回電路連接在輸出端和主控制單元間，該輸出饋回 電路產生一輸出饋回訊號。 9. 如申請專利範圍第8項之功率轉換器，其中該主控制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19- 571497 A8 B8 C8 __ D8 六、申請專利範圍 3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 單元進一步包含一計時器，一時間延遲電路，一零電壓偵 測器’和一錯誤放大器，其中該輸出饋回訊號饋至該錯誤 放大器’該錯誤放大器產生一放大錯誤訊號，和其中該放 大錯誤訊號饋至該計時器，該計時器控制一次側開關之開 關。 10·如申請專利範圍第1項之功率轉換器，進一步包含 一次側電流感應器用以偵測在一次側開關中之一次電流。 11. 一種功率轉換器，包含： 一變壓器具有一次側和二次側； 一次側開關； 二次側開關； 一僕控制單元用以控制該二次側開關之開關； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一主控制單元用以控制該一次側開關之開關；和 二次側電流感應器用以偵測在二次側開關中之二次電 流；其中該二次側開關之開關依照在二次側開關中偵測到 之二次電流而完成，和其中該一次側開關和該二次側開關 在零電壓開關條件時開關；其中該僕控制單元進一步包含. 一比較器和一設定/重設正反器，其中當二次電流變爲負 時，該二次電流感應器傳送輸出訊號至該比較器，其中該 比較器比較二次電流感應器之輸出訊號和一.電流參考位 準，和當二次電流感應器之輸出訊號超過該電流參考位準 時，輸出一開關訊號至該設定/重設正反器；其中當接收到 該開關訊號時，該設定/重設正反器開關該二次側開關；和 其中該電流參考位準如下式所示： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20- 571497 A8 B8 C8 ______ D8 六、申請專利範圍 4 Ireverse = (Vin + Vo *. N) *，[(Cdsl +Cds2/N2)/Lnc] 其中Lmm爲電流參考位準，Lnc爲該變壓器之二次繞 組之電感，Cdsl爲該一次側開關之本質電容，Cds2爲二次 側開關之本質電容，Vin爲輸入電壓，Vo爲輸出電壓，和 N爲介於一次和二次繞組間之繞組比例。 12. 如申請專利範圍第1 1項之功率轉換器，其中該開關 訊號爲關閉二次側開關之重設訊號。 13. 如申請專利範圍第1 1項之功率轉換器，進一步包含 二次波形感應器，用以偵測由變壓器所產生之波形，該二 次波形感應器爲在變壓器之二次側上之感應繞組。 14. 如申請專利範圍第Π項之功率轉換器，其中該二次 側開關依照該變壓器之波形而開啓。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之功率轉換器，其中在僕控 制單元偵測到該波形之零位準後，在一預定時間內’該僕 控制單元構造以開啓該二次側開關。 1 6.如申請專利範圍第11項之功率轉換器，進一步包含 一輸出電容。 17.如申請專利範圍第11項之功.率轉換器，其中該二次 側開關進一步包含一本質輸出電容，和其中該_電壓開關 條件在該本質輸出電容放電時產生。 1 8 .如申請專利範圍第11項之功率轉換器，其中該一次 側開關進一步包含一本質輸出電容，和其中該攀電壓開關 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tT 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - 571497 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 條件在該本質輸出電容放電時產生。 1 9 ·如申請專利範圍第1 1項之功率轉換器，進一步包含 一輸出端和一輸出饋回電路連接在輸出端和主控制單元 間，該輸出饋回電路產生一輸出饋回訊號。 20 ·如申請專利範圍第1 9項之功率轉換器，其中該主控 制單元進一步包含一計時器，一時間延遲電路，一零電壓 偵測器，和一錯誤放大器，其中該輸出饋回訊號饋至該錯 誤放大器，該錯誤放大器產生一放大錯誤訊號，和其中該 放大錯誤訊號饋至該計時器，該計時器控制一次側開關之 開關。 2 1 ·如申請專利範菌第11項之功率轉換器，進一步包含 一次電流感應器用以偵測在一次側開關中之一次電流。 nils-----0^—,----1—^!------4| I ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -22- »V
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    571497 附件2:第9Π12000號專利申請案中文說明書替換頁 A7 民國92年12月8日呈 Έ7 五、發明説明（） 器最好爲在變壓器一次側上之感應繞組，和該二次波形感 應器最好爲在變壓器二次側上之感應繞組。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於此提供一種功率轉換方法，包含：藉由改變一次功率 開關之有效週期而調整輸出功率；和依照連接在一次和二 次側功率開關間之變壓器之波形而開關二次側功率開關。 由下述之說明伴隨附圖之解說，其中本發明之較佳實 施例以說明例顯示，可更加明暸本發明之上述和其它目 的，特徵.，和優點。 圖式簡單說明 本發明將以實例和伴隨之圖式說明，但非用於限制本 發明，其中圖中相同部份以相同參考數字表示，其中： 圖1爲依照本發明之功率轉換器之示意方塊圖； 圖2爲一次主和二次僕開關之汲極電壓和變壓器之一 次和二次電流之波形圖； 圖3爲與圖1相似之主和僕控制單元之更詳細方塊 圖； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4爲相關於主控制單元之控制之波形圖； 圖5爲相關於僕控制單元之控制之波形圖；和 圖6爲依照本發明之另一實施例之功率轉換器之示意 方塊圖，其相似於圖1所示之實施例，但是進一步包含控 制僕控制單元之電流感應比較器之參考電壓之電路。 主要元件對照表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 571497 A7 B7 五、發明説明（）·…一人’ 5 1 端 丄山 2 m (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Τ 1 A 一次繞組 T 變壓器 Q1 一次主開關 T1C 二次繞組 Q101 二次僕開關 C 1 0 1 輸出電容 T1B 一次感應繞組 Τ 1 D —^次感應繞組 D1 汲極 D2 汲極 Cdsl 本質輸出電容 Cds2 本質輸出電容 OCP 過電流保護電路 G2 閘極 D 2 汲極 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 S2 源極 較佳實施例之詳細說明 參考圖1，依照本發明之功率轉換器從具有電壓Vin之 端1上之電源（其在一次主開關Q 1啓動時供應電流至變壓 器T之一次繞組Τ 1 A)接收功率。一次主開關Q 1經由一次 電流感應器耦合在變壓器一次繞組Τ 1 A和地01間。功率 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2j〇X 297公釐） 571497 AT ：M -； ;B7'、 五、發明説明（6) 丨-----------------一一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 轉換器在具有輸出電壓Vo之端2上輸出功率。功率轉換器 之輸出功率決定於一次主開關Q1之有效週期。變壓器τ進 一步包括二次繞組τ 1 C。二次僕開關Q 1 〇 1經由二次電流感 應器而連接在變壓器T之二次繞組和地G2間。當一次僕開 關Q 1 0 1啓動時，從變壓器二次繞組τ 1 C傳送二次電流。 功率轉換器之二次側進一步包括一輸出電容C 1 〇 1連接在輸 出端和地間。一次電流可由一次電流感應器感應’該一次 電流感應器傳送一訊號至一主控制單元’而主控制單元控 制一次主開關Q1之啓動和關閉。二次電流可由二次電流感 應器感應，該二次電流感應器傳送一訊號至一僕控制單 元，以控制二次僕開關Q1 0 1之啓動和關閉。功率轉換器進 一步包括一次波形感應器，包括一次感應繞組τ 1 Β，其輸 入一訊號至主控制單元。功率轉換器進一步包括二次波形 感應器，其包括二次感應繞組T1D，以提供一訊號至僕控 制單元。此外，輸出電壓Vo饋回至主控制單元。此饋回電 路亦包括一光二極體和感應器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2爲相關於圖1所示之功率轉換器之波形圖。更特 別而言，波形1爲主開關電壓。此爲圖1所示在一次主開 關Q1之汲極D1上之電壓MSV。波形2爲僕開關電壓，其 爲二次側開關Q 1 0 1之汲極D2上之電壓。波形3爲流經變 懕器T之一次繞組Τ 1 A之一次電流。正電流爲在從電壓源 至一次主開關Q1之方向。波形4爲流經變壓器τ之二次繞 組Τ 1 C之二次電流。正電流爲在從二次僕開關q丨〇 !至輸 出5而之方向。從圖2之波形可知，依照本發明之功率轉換 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 571497 A7 B7 五、發明説明（7) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 器達成在一次和二次側上之零電壓開關，亦即，在開關Q1 和Q 1 〇 1之汲極上之電壓在發生開關時爲零。如此可增加功 率轉換器之效率。 本發明爲可變頻返馳轉換器，分別具有一次和二次開 關Q 1和Q 1 0 1，使全零電壓開關在兩開關上，結合同步整 流以達成比習知返馳轉換器更高轉換效率。 雖然亦可使用其它型式之電晶體，如雙極接面功率電 晶體，BJT或IGBT電晶體，於此之一次主開關Q1和二次 僕開關Q101乃如所示之MOSFET(金氧半場效電晶體）。最 好使用FET，因爲它可容許比大部份雙極功率電晶體更高 的開關頻率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明包括兩分離控制單元（主控制單元和僕控制單元） 以分別控制一次主開關和二次僕開關。主控制單元和僕控 制單元獨立操作且單獨設置。在本發明之功率轉換器中無 需第二變壓器以用於控制目的。如此可消除在第二變壓器 之一次和二次側間需要4000V或更大安全間距之標準或規 定。除了來自光耦合器之饋回外，無任何控制訊號會超過 隔離屏蔽。 在本發明之二次側上之僕控制單元依照變壓器T之波 形以完成主-僕開關操作。如下更詳細說明，當變壓器之波 形到達零電壓位準時，且在一預定時間延遲後，啓動二次 側開關時，僕控制單元偵測。二次側（僕）控制單元容許以來 自輸出電容C 1 0 1之回流電流在反方向對二次繞組充電至一 特殊位準，而後關閉二次側開關，藉以使變壓器再度在正 本纸張尺度適用中國國家榇準（(：]^)六料見格（210'乂297公釐） ' " ~ -10- 571497 A7 _ B7 _ 五、發明説明（Q) 〇 方向充電。 如圖2之波形所示，當主一次開關Q1啓動時，二次僕 開關Q10 1關閉，反之亦然。當主一次開關Q1啓動時，在 一次變壓器繞組T 1 A中之電流線性上升，且能量儲存在變 壓器T中。當主一次開關Q1關閉時，儲存在變壓器T中之 一部份能量使用以對一次主開關Q1之本質輸出電容Cdsl 充電和對二次僕開關Q1 01之本質輸出電容Cds2放電，以 使如圖2之波形2所示之二次僕開關Q 1 0 1之汲極電壓實質 到達零。此即爲用於二次僕開關Q 1 〇 1之零電壓開關條件。 此時，二次僕開關Q 1 0 1以僕控制單元啓動，使變壓器T放 電其所儲存之能量經由二次僕開關 Q 1 〇 1至輸出電容 C 1 0 1。在變壓器T完全放電後，二次僕開關Q 1 〇 1保持啓 動，使在輸出電容C 1 0 1中之部份能量流回至變壓器T和在 相反方向對變壓器T充電。二次電流感應器使用以量測在 變壓器T中之相反電流之振幅。在儲存在變壓器T中之能 量等於或大於需用以充電二次僕開關Q 1 0 1之本質輸出電容 Cds2和放電一次主開關Q1之本質輸出電容Cdsl之能量 時，僕控制單元關閉二次僕開關Q 1 0 1。在一次主開關Q 1 之本質輸出電容已放電且電壓到達零時，一次主開關以主 控制單元啓動。此即爲用於一次主開關Q1之零開關條件。 主控制單元藉由一次主開關Q1之啓動時間決定儲存在 變壓器T中之能量，而後轉換器之功率產能。僕控制單元 根據二次僕開關Q 1 〇 1之零電壓開關緣，變壓器T之放電時 間’和變壓器T之所需相反充電時間，而決定二次僕開關 本紙張尺度適用巾S®家辟（c叫A4規格（210X 297公慶)~— ~ -11 - I 1T-------IP^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571497 A7 B7 97 五、發明説明（ Q 1 0 1之啓動時間，以達成用於一次主開關Q 1之零電壓開 關。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由於轉換器之功率產能根據變壓器T之充電和放電時 間而定，開關頻率反比於輸出功率。本發明之主-僕返馳轉 換器爲一可變頻型式轉換器。 在本發明之轉換器中，至輸出電容C 1 0 1之放電電流流 經二次僕開關Q 1 0 1，而非如在習知返馳轉換器之例中之整 流二極體。因此，在輸出整流器中之導電損失只由二次僕 開關Q 10 1之啓動狀態電阻所決定，而非由如在習知返馳轉 換器之例中之輸出整流二極體之臨限電壓所決定。二次僕 控制單元和變壓器波形同步的控制二次僕開關Q 1 〇 i之啓動 和關閉狀態，使二次僕開關Q 1 0 1作用如同一同步整流器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3與圖1相似，但進一步詳細顯示主控制單元和僕 控制單元。主控制單元包括一啓動計時器，一時間延遲， 一零電壓偵測器，一錯誤放大器，和一 OCP(過電流保護）電 路。此OCP電路隨功率轉換器之一次電流感應器而有所選 擇。啓動計時器控制一次主開關Q1之開關。從輸出端饋回 之輸出饋至錯誤放大器。放大錯誤訊號輸入至啓動計時 器。來自包含一次感應繞組T 1 B之一次波形感應器之輸出 乃輸入至零電壓偵測器。零電壓偵測器之輸出爲時間延遲 且輸入至啓、動計時器。一次電流感應器連接在一次主開關 Q 1之源極S1和地間。來自一次電流感應器之輸出乃輸入 至OCP電路，其輸出一訊號至啓動計時器。根據來自錯誤 放大器之訊號，來自零電壓偵測器之延遲訊號，和來自 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) /U規格（21〇χ 297公釐） -12- 571497 A7 B7 五、發明説明（乂 〇cp電路（如果有）之訊號，啓動計時器控制一次主開關Q1 之開關。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 僕控制單元包括具有一設定輸入和一重設輸入之設定7 重設正反器。僕控制單元進一步包括一零電壓偵測器’一 時間延遲，一比較器，和參考電源。來自爲二次感應繞組 Τ 1 D之二次波形之訊號輸入至零電壓偵測器。來自零電壓 偵測器之輸出由時間延遲所延遲且輸入至正反器之設定 端。二次電流感應器位在二次僕開關Q101之源極S2和地 間。二次電流感應器傳送一訊號至運算放大器之正輸入， 運算放大器操作當成僕控制單元之比較器。運算放大器之 反向輸入接收一參考訊號。參考訊號可由如齊納二極體之 參考二極體，電阻或電池或其它已知產生參考訊號之方式 而建立。比較器之輸出乃輸入至正反器之重設端。因此， 當二次電流超過由僕控制單元所設定之參考位準，且特別 的，傳送至比較器之參考値時，正反器控制二次僕開關 Q 1 ο 1之開關以轉換開關Q 1 0 1。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4爲主控制單元之操作波形圖。圖4之波形1爲主 開關汲極電壓，且相同於圖2之波形1。波形2爲主開關閘 極驅動器，亦即，傳送至一次主開關Q1之閘極G1之電 壓。波形3爲Τ1B腳4波形，其爲在一次感應繞組Τ1B之 端腳4上之波形，且傳送至主控制單元。波形4爲主控制 單元之零電壓偵測器之輸出。當Τ 1B腳4波形橫跨零伏如 波形3所示時，在時間11，零電壓偵測器之輸出轉爲低位 準。以主控制單元之時間延遲而延遲零電壓偵測器之輸出 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2]〇X 297公釐） - 13-
    571497 五、發明説明（^ L——————一一― 直到時間t2，此時，主開關閘極驅動器轉換以開關一次主 開關Q1。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 圖5爲僕控制單元之操作波形圖。圖5之波形1爲僕 開關汲極波形，且相同於圖2之波形2。圖5之波形2爲僕 開關閘極驅動器，亦即，傳送至二次僕開關Q 1 0 1之閘極 G2之電壓。波形3爲T1D腳9波形，其爲在二次感應繞組 T 1D之端腳9上之波形，且傳送至僕控制單元。波形4爲 僕控制單元之零電壓偵測器之輸出。當T 1 D腳9波形橫跨 零伏如波形3所示時，在時間t3，零電壓偵測器之輸出轉 爲低位準。以僕控制單元之時間延遲而延遲零電壓偵測器 之輸出直到時間t4，此時，僕開關閘極驅動器轉換以開關 二僕主開關Q 1 0 1。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以下詳細說明圖1所示本發明之轉換器之循環。當一 次主開關Q1啓動時，變壓器T充電。當一次主開關Q1關 閉時，二次僕開關Q 1 0 1之本質電容放電以產生用於二次僕 開關Q 1 0 1之零電壓開關條件。二次僕開關Q 1 0 1在下述所 決定之時間時啓動。當二次僕開關Q 1 0 1啓動時，變壓器T 放電，且最後，來自輸出電容C101之電荷流入變壓器T當 成回流以對變壓器充電。二次僕開關Q 1 0 1在如下述所決定 之時間關閉。一次主開關Q1之本質電容放電以產生用於一 次主開關Q 1之零電壓開關條件，其而後啓動且重複此循 TEES. 〇 決定僕開關Q101之啓動時間 二次僕開關Q 1 〇 1之啓動時間如圖2之ta所示。來自 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 - 571497 A7 B7 五、發明説明（^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 二次感應繞組τ 1 D之訊號如圖5之波形3所示乃使用以獲 得用以啓動二次僕開關Q 1 〇 1之時間。τ 1 D腳9波形輸入至 僕控制單元之零電壓偵測器，和當Τ 1 D腳9波形橫跨零伏 位準時，零電壓偵測器在時間t3轉換其輸出。零電壓偵測 器之輸出乃輸入至時間延遲且延遲一時間t4。在時間t4 上，來自時間延遲之訊號輸入至設定/重設正反器之設定輸 入。設定/重設正反器輸出一訊號G2(圖5之僕開關閘極驅 動訊號波形2)以控制已啓動之二次僕開關Q 1 〇 1之開關。二 次僕開關Q 1 〇 1保持啓動直到由僕控制單元決定將其關閉。 決定僕開關Q 1 〇 1之關閉時間 二次僕開關Q101關閉之時間如圖2之tb所示。參考 圖2之波形4，當在二次僕開關Q 1 0 1之啓動週期時，流經 二次僕開關Q 1 〇 1之電流爲正且初始在高位準，但是漸漸下 降而後變爲負。正電流在從源極S2至汲極D2至變壓器二 次繞組τ 1 C至輸出電容C 1 0 1之方向流動。當如圖2之波形 4所示之二次電流爲負時，輸出電容C 1 0 1放電至變壓器 T。輸出電容値大到足以想像爲無限大電容之値。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 二次電流感應器偵測流經二次僕開關之電流變成負之 時間，如圖2之時間t c所示。當回流電流到達臨限時，二 次僕開關Q 1 〇 1關閉。更特別而言，來自二次電流感應器之 輸出乃輸入至僕控制單元和至在僕控制單元內之比較器。 如果回流電流超過一參考位準時，該參考位準爲設定爲提 供充分功率轉換之用於開關之最佳位準，比較器輸出一訊 號以重設設定/重設正反器。結果，正反器輸出一訊號G2 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 一 -15- 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 571497 __您.议贫 ...:Ί 五、發明説明（^ j 以關閉二次僕開關Q 1 0 1。比較器爲具有正輸入和負輸出之 運算放大器。二次電流感應器之輸出乃輸入至比較器之正 輸入，且比較一參考位準輸入和負輸入。參考源如所示爲 一參考二極體。亦可使用任何已知產生參考訊號之方式。 圖6爲與圖1所示之實施例相似之本發明之另一實施 例’但是進一步包括用以控制僕控制單元之電流感應比較 器之參展電壓之電路。此外，於此分別顯示一次主開關和 二次僕開關之本質輸出電容Cdsl和Cds2。 下式建立相反電流Ireverse之參考位準以在用於開關之 最佳電流上有效率的獲得最佳開關，其正確決定如下： Ireverse = (Vin + Vo* N)* y^[(Cdsl + Cds2/N2)/LT 1 c] 其中LT1C爲變壓器T之二次繞組TIC之電感，和N爲 介於一次和二次繞組τ 1 A和T 1 C間之繞組比例。因此，參 考位準決定於輸入電壓。回流之量必須足夠大以放電一次 主開關Q 1和二次僕開關Q 1 0 1之本質電容。否則，零電壓 開關無法達成且浪費能量。 圖6爲一尖峰偵測器，其連接至變壓器T之二次繞組 T1C和至具有輸入電壓Vi和輸出電壓V之轉換函數。轉換 函數輸出控制僕控制'單元之電流感應比較器之參考電壓。 二次僕開關Q101之關閉標準決定於轉換器之Vo和Vin。 輸出電壓 Vo因爲由饋回迴路所調整而一般保持固定。但 是，輸入電壓Vin可改變，其意即用於二次僕開關Q101之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X 297公釐) ~ ' -16- I Aw IIT (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 571497 单？ S :::二…J B7 >.C.4 - -- - ：t _ 五、發明説明（j 14 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 關閉相反電流隨著在轉換器上之輸入電壓Vi η而改變。藉 由增加一尖峰偵測器在二次繞組Τ 1 C上，可獲得在尖峰偵 測器之輸出上之電壓，其爲Vo和Vin/N之和之函數。藉由 控制二次僕開關Q 1 〇 1之關閉相反電流當成尖峰偵測器之輸 出電壓之函數，在轉換器之每一輸入電壓（Vin)和輸出電壓 (Vo)上皆可符合關閉標準。由於二次僕開關Q101之關閉相 反電流與輸入電壓Vin和輸出電壓Vo兩者具有非線性關 係，尖峰偵測器之輸出電壓必須經由一轉換函數而饋至參 考電壓，此轉換函數表示爲V = f (Vi)。 轉換函數可以二極體，電晶體或其它元件，如可提供 非線性關係之多工器所構成。 一次電流感應器和二次電流感應器亦可以變壓器，電 阻或霍爾感應器或其它適當裝置構成。 經濟部智慧財產局員工消#合作社印製 於此亦揭示一功率轉換方法，包括零電壓開關一次和 二次開關，和依照轉換器之變壓器之波形開關二次開關。 在一延遲後，二次僕開關依照一次主開關之下降緣而啓 動，以確保二次僕開關之零電壓開關。當回流電流超過一 臨限位準（其設定成轉換器之最佳開關時間和效率）時，二次 僕開關關閉。 本發明並不限於上述之實施例，且於此仍可達成各種 改變和修飾，但其仍屬本發明之精神和範疇。因此，本發 明之精神和範疇應由下述申請專利範圍界定之。 適用中國國家標準（CNS ) A4規格" * -17 -
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