TWI297236B - Short-circuit operation protection for boost circuit - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明係為一種升壓型變換器之防病態運行裝置， 用受控電壓源，使升壓電路之電感…防病態 運仃裝置。 先前技術 二極體Dr 1、Dr2和 箝位電路，電容C 2 型能量回饋電路。 出，而此時二極體 持電容C1上的電壓 反饋量），附加的 (duty rati〇)由 工作週期比值仍然 輸出短路），不能 該升壓電路，進而 請參閱第二、 均存在如下一種病 時’電感（L1 )不 請參閱第二圖 能量輸出到一輸出 電容C1組成 、電感L 2和 有的電源要 同樣存在反 不變（該電 升壓電路必 電容C1的電 較大，而此 將電感L2重 損壞整流二 三、四圖， 態運行狀況 能重定。 ’第二圖應 電容Cout 。 請參閱第一圖，第一圖係為一箝位及能量回饋電路， 一極體（D1，D2)的電壓尖峰 功率元件Q1，Dr3組成升壓 求在輸出短路時仍能恒#輸 向恢復電壓尖峰問題，_保 壓Vcl常為能量回饋電^的 須工作，而且工作週期比值 壓決定。由於該升壓電路的 時電容Cout上電壓很低（因 疋（reset)。因而會損壞 極體（D1，D 2 )。 在典型應用之升壓電路中、， :即：當輸出（Cout)短路 用一升壓電路將一電壓源的 一電容C1與該電壓源並聯，

1297236 五、發明說明（2) 並與該輸出電容Cout串聯連接。該升壓電路包含一濾波電 感L1、一第一開關元件Q1及一第一整流二極體D1。該輸出 電容Cout、該第一整流二極體D1以及該濾波電感L1構成一 串聯回路。 請參閱第三圖，第三圖為··電容Cl、Cout串聯後與輸 入電壓源並聯，並通過一升壓電路將能量輸出至Cout。請 參閱第四圖，第四圖用電容C1與輸入電壓並聯，並將該能 量用升壓電路送至輸出。該電壓源可能包含二極體、開關 元件的反向恢復問題引起的電壓尖峰。 第二、三、四圖中，均會出現當輸出電容Cout短路 時，濾波電感（L1 )不能重定的病態運行狀況。 職是之故，本發明鑒於習知技術之缺失，乃思及改良發明 之意念，發明出本案之『升壓型變換器之防病態運行裝 置』。 發明概述 本案之主要目的在於提供一種升壓型變換器之防病態 運行裝置，在電路輸出短路工作時可以有效地對升壓電路 中的電感重定，提高了電源的安全性。 ' 根據本案之第一構想提供一種升壓型變換器之防病態 運行裝置，該裝置係應用於功率變換器中，該變換器包含 一變壓器，該變壓器之二次側輸出端電連接一全波整流電 路、一輸出濾波電感以及一輸出濾波電容；一箝位電路包

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五、發明說明（3) 含一 #位二極體，該箝位二極體之正極端相互連接形成一 共陽極端，一第二箝位電容，其一端電連接於該輸出濾波 電感與該輸出濾波電容之一節點，另一端電連接於該^陽 極端，以及一升壓電路，該防病態運行裝置應用於該壓 電路中，其包含：一受控電壓源，其一端係電連接該節 點，另一端電連接該升壓電路。 根據上述之構想，其中該全波整流電路包含一第一整 流一極體、一第二整流二極體’該等整流二極體之正極端 分別電連接該變壓器之二次側輸出端，且其負極端形成— 共陰極端。 根據上述之構想，其中該更包含一第一箝位電容，其 一端電連接於該共陰極端，另一端電連接於該共陽極端。 根據上述之構想，其t該升壓電路包含：一電感，其 一端電連接該受控電壓源；一第一開關元件，其第一端電 連接該電感之另一端’第二端電連接該共陽極端；以及一 二極體，其正極端電連接該電感之另一端，其負極端電連 接該第一整流二極體之負極端。 根據上述之構想，其中該受控電壓源包含：一第二開 關元件，其第一端電連接該節點，其第二端電連接該升壓 電路；一第一穩壓二極體’其負極端電連接該共陰極端、,· 一第一電阻，其一端電連接該第一二極體之正極端，另一 端電連接該第二開關元件之控制端；一電容，其一端電連 接該共陰極端，另一端電連接該第二開關元件之第二端； 一第二電阻，其一端電連接該電容之另一端，另一端電連

1297236 五、發明說明（4) 接該第二開關 負極端電連接 電容之另一端 根據本案 運行裝置，該 壓源，一輸出 應用在一升壓 元件之控制端 該第二開關元 〇 之第二構想提 裝置係電連接 電容係串聯連 電路中，該升 :以及一第二 件之控制端， 供一種升壓型 一電壓源，一 穩壓二極體，其 其正端電連接該 變換器之防病態 電容係並聯該電 防病態運行裝置 一開關元件及一第一整流 一整流二極體 受控電壓源， 根據上述之構 電路之該濾波電感，另一端電連接該輸出 接之一節點。 據上述之構想 以及該濾波電 係串聯於該串 想，其中該受 接該電容，該 壓電路包含一濾波電感、一第 極體，其中該輸出電容、該第 感構成一串聯回路，包含：一 聯回路中間之任一點。 控電壓源其一端電連接該升壓 電容與該電容連 根 關元件 電路； 第一 另一端；一第 ，另一 一端電 ，其中 其第一端電連接該 極體， 該受控電 節點，其 其負極端 一電阻，其一端電連接 穩壓 端電連接該第二開關元 連接該輸出電容之另一 正極端 容，其 第二開關元件之第二端；一 容之另一端，另一端 及一第二穩壓二極體 控制端，其正端電連 根據上述之構想 第二電阻 該第二開 極端電連 電連接 ，其負 接該電 ，其中該受控電 容之另一 壓源包含：一第二開 第二端電連接該升壓 電連接該輸出電容之 該第一穩壓二極體之 件之控制端；一電 端，另一端電連接該 ，其一端電連接該'電 關元件之控制端；以 接該第二開關元件之 端。 壓源其一端電連接該

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正常時電容Cout上的電壓為正常電壓，電壓源¥的電壓近 似為零，從而將C2的能量送到輸出電容⑸討，目而提高了

…、本發明就是通過一簡單的輔助電路以實現這一受控電 堊源的目的即，提供一種升壓型變換器之防病態運行裝 置，係電連接一電壓源，一電容C1係並聯該電壓源，一輸 ，電容Cout係串聯連接該電容C1，該防病態運行裝置應用 f 一升壓電路（Ll，D1，Q1)中，該升壓電路包含一濾波電 感L1、一第一開關元件…及一第一整流二極體M，其中該 輸出電谷Cout、該第一整流二極體D1以及該濾波電感u構 成一串聯回路，包含：一受控電壓源，係串聯於該串聯回 路中間之任一點，該受控電壓源的具體實施方式請參閱第 六圖至第十圖，將在下文中述及。 請參閱第六圖，其為實現第五圖所示受控電壓源功能 之具體電路。其組成部分如下：T 1代表高頻變壓器；D 1、 D 2代表南頻整流二極體；d r 1、d Γ 2代表箝位二極體；q 1代 表能量回流開關元件；Dr3代表能量回流二極體；ci、C2 代表箝位電容；L 1代表輸出濾波電感；l 2代表能量回流電

感；ZD1、ZD2代表穩壓二極體，其中ZD1用於確定⑸“短 路時的受控電壓源的電壓，ZD2用於保護功率元件Q2的閘 極’ Rl、R2代表電阻，其中R、i為限流電阻，R2為閘級保護 電阻；Q2為功率元件，可工作於飽和與放大狀態；代表 電容。 弟六圖其工作過程分為以下兩個階段··正常運行階段

第12頁 1297236 圖式簡單說明 圖示簡單說明 第一圖係為習知技術之一箝位及能量回饋電路示意圖； 第二、三、四圖係為習知技術之具有升壓電路的電路示意 圖， 第五圖係為本案較佳實施例之應用升壓型變換器之防病態 運行裝置之電路原理示意圖； 第六圖係為第五圖具體實現之電路示意圖；以及 第七〜十圖係為本案各種較佳實施例之示意圖。 圖式符號說明

Cl 、 C2 、 Cout ：電容 D1、D2、Drl、Dr2、Dr3 :二極體 LI 、 L2 :電感 Q1 :功率元件 R1 :限流電阻 R2 :閘級保護電阻 T1 :高頻變壓器 V :受控電壓源 ' ZD1、ZD2 :穩壓二極體

Claims (1)

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1拖：ί升壓f變換器之防病態運行裝4，係應用於功率變 、抑中，該k換益包含一變壓器，該變壓器之二 端電連接一全波整流電路、一 =輸出 玻雷宠·一从A兩叻— 輸出濾波包感以及一輸出濾 ’柑位电路包含二箝位二極體，該箝位二極體之 正極编相互連接形成一共陽極端’一第二箝位電容，盆j 端電連接於該輸出濾波電感與該輸出濾波電容之—節點， 另一端電連接於該共陽極端，以及一升壓電路，該 運行裝置應用於該升壓電路中，其包含： ，〜

一受控電壓源，其一端係電連接該節點，另一恭 接該升壓電路。 ^电連 2.如申請專利範圍第1項所述之防病態運行裝置，其中該 全波整流電路包含一第一整流二極體、一第二整流二極 體，該等整流二極體之正極端分別電連接該變壓器之二次 側輸出端，且其負極端形成一共陰極端。 人 3 ·如申請專利範圍第2項所述之防病態運行裝置，其中該 更包含一第一箝位電容，其一端電連接於該共陰極端，另 一端電連接於該共陽極端。

4 ·如申請專利範圍第2項所述之防病態運行裝置，其中該 升壓電路包含： 一電感，其一端電連接該受控電壓源； 一山， 一第一開關元件，其第一端電連接該電感之另一如 第二端電連接該共陽極端；以及 * 立負極 一二極體，其正極端電連接該電感之另一端’”、 端電連接該第一整流二極體之負極端。

第16頁 1297236 六、申請專利範圍 5 ·如申請專利範圍第2項所述之防病態運行裝置，其中該 受控電壓源包含： 一第二開關元件，其第一端電連接該節點，其第二端 電連接該升壓電路； 一第一穩壓二極體，其負極端電連接該共陰極端； 一第一電阻，其一端電連接該第一穩壓二極體ZD1之 正極端’另一端電連接該第二開關元件Q2之控制端； 一電容，其一端電連接該共陰極端，另一端電連接該 第二開關元件之第二端·， 第二電阻，其一端電連接該電容之另 端 另 電連接該第二開關元件之控制端；以及 m2二穩壓二極體，其負極端電連接該第二開關元^ 之控制编，其正端電連接該電容之另一端。 6. —種升壓型變換器之防病態運行裝置，係電連接一電^ -電容係並聯該電壓源，-輸出電容係串聯連接該$ 谷，該防病態運行装置應用在一升壓電路中，該升壓電足 =—據波電⑤、H g元件及一第—整=二極體， 輸出電容、該第一整流二極體以及 波電感 一串聯回路，包含： Η

受控電壓源，係串聯於該串聯回路中間之任一點· 7: ϋ ί專ΐ範圍第6項所述之防病態運行裝置，其中該ϋΐίίΐζ端電連接該升壓電路之該冑波電⑤，另- 鈿電連接該輸出電容與該電容連接之一節點。 3·如申請專利範圍第7項所述之防病態運行裝置，其中該

1297236 六、申請專利範圍 受控電壓源包含： 一第一開關元件，甘# 電連接該升壓電路； M鈿”連接該節點，其第二端 一第一穩壓二極辦 ^ ^ t 一端； _，其負極端電連接該輸出電容之另 一第一電阻， 端，另-端電連接該第=接：第一穩壓二極體之正極 電連:匕開關出電容之另-端，另-端 電連$ = = =之另一端，另-端 第一穩壓二極體，其負極端電連接該第二開關元件 之控制端，其正端電連接該電容之另一端。 9，·如申明專利範圍第6項所述之防病態運行裝置，其中該 又控電壓源其一端電連接該升壓電路之該濾波電感，另一 端電連接該輸出電容之另一端。 10·如申請專利範圍第9項所述之防病態運行裝置，其中該 受控電壓源包含： 一第一穩壓二極體’其正極端電連接該節點； 端 第一電阻，其一端電連接該第一穩壓二極體之負極 端 一第二開關元件，其第一端電連接該輸出電容之另 其控制端電連接該第一電阻之另一端；· 另

一電容，其一端電連接該第二開關元件之第二端，

第18頁 ^.92114468 ^〇· 11.乙 HZ Η 曰 修正 281 一端電連接該節點； 一第一電阻，其一端電連接該第一電阻之另一端，另 一端電連接該第二開關元件之第二端；以及 一第二穩壓二極體，與該第二電阻並聯連接。 11.如申請專利範圍第6項所述之防病態運行裝置，其中該 受控電壓源其_端電連接該升壓電路之該濾波電感了另二 端電連接該輸出電容與該箝位電容連接之一節點。 12·如申請專利範圍第11項所述之防病態運行裝置，i φ 該受控電壓源包含： τ 一第一穩壓二極體 一端； 一第一電阻，其一 端； 一第二開關元件， 端，其控制端電連接該 一電容，其一端電 一端電連接該第一穩壓 一第二電阻，其一 一端電連接該第二開關 一第二穩壓二極體 13 ·如申請專利範圍第1 該受控電壓源包含： 一第一穩壓二極體 一第一電阻，其一 ，其正極端電連接該輪出電容 之另 端電連接該第一穩壓二極體之負極 其第一端電連接該輸出電容之 第一電阻之另一端； 連接該第二開關元件之第 二極體之正極端； 端電連接該第一電阻之另 元件之第二端；以及 ，與該第二電阻並聯連接 1項所述之防病態運行袭置 端，另 端 另 其中 ’其負極端電連接該節點 端電連接該第一穩麼 " 極體之正

92114468 曰 修正 端； 一第二開關元件，其第一端電連接該輸出電容之另一 端，其控制端電連接該第一電阻之另一端； 一電容，其一端電連接該第二開關元件之第二端，另 一端電連接該第一穩壓二極體之負極端； 一第二電阻，其一端電連接該第一電阻之另一端，另 一端電連接該第二開關元件之第二端；以及 一第二穩壓二極體，與該第二電阻並聯連接。

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92114468 ±_1 修正 日

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