TWI388961B - 昇降壓轉換器 - Google Patents

Description

昇降壓轉換器

本發明係關於一種昇降壓轉換器。

昇降壓轉換器因具有電路簡單及輸出效率高之特點，現已廣泛應用於要求有多組輸出直流電壓電路中。

請參閱圖1，其係一種先前技術昇降壓轉換器之電路結構圖。該昇降壓轉換器1包括一電壓輸入端11、一變壓器12、一開關管13、一二極體14、一電容15及一負載16。該電壓輸入端11為直流電壓輸入端，該開關管13為N通道增強型場效應電晶體。

該變壓器12包括一初級繞組120及一次級繞組130。該初級繞組120包括一第一端121及一第二端122。該次級繞組130包括一第三端123及一第四端124。該第一端121與該第四端124為同名端。

該電壓輸入端11與該第一端121連接。該開關管13之汲極與該第二端122連接，其源極接地，其閘極接收一脈衝P₁ ，該脈衝P₁ 控制該開關管13之導通與截止。該二極體14之陽極與該第三端123連接，其陰極經由該電容15與該負載16並聯所形成之支路接地。該第四端124接地。

該昇降壓轉換器1之工作原理如下：當該脈衝P₁ 為高電位時，該開關管13導通，這時該變壓器12相當於一個電感，其初級繞組120之電流逐漸增加。該次級繞組130感應出電壓，並且該第三端123之電位低於 該第四端124之電位，因此該二極體14截止，該次級繞組130沒有感生電流。

當該脈衝P₁ 為低電位時，該開關管13截止，這時該變壓器12之初級繞組120之電流逐漸降為零。該次級繞組130感應出電壓，並且該第三端123之電位高於該第四端124之電位，因此該二極體14導通，該次級繞組130產生感生電流，經該電容15濾波後為該負載16供電。

該昇降壓轉換器1藉由控制該開關管13之導通占空比，來調定該變壓器12之初級繞組120之峰值電流。

惟，該開關管13由截止到導通時，其電流上升與電壓下降同時進行，會產生導通損耗。該開關管13由導通到截止時，其電壓上升與電流下降同時進行，會產生截止損耗。該導通損耗與該截止損耗統稱為開關損耗。該開關管13之開關頻率越大，開關損耗越大。該開關損耗限制了該昇降壓轉換器1之開關頻率提高，從而限制了該昇降壓轉換器1之小型化及輕量化。

有鑑於此，有必要提供一種開關損耗較低之昇降壓轉換器。

一種昇降壓轉換器，其包括一電壓輸入端、一第一變壓器、一開關管、一負載及一輔助電路。該第一變壓器包括一第一初級繞組及一第一次級繞組，該第一次級繞組為負載提供電壓。該輔助電路包括一第二變壓器、一第一二極體、一第二二極體及一電容。該第二變壓器包括一第二初級繞組及 一第二次級繞組。該電壓輸入端經該第二初級繞組及該第一初級繞組串聯至該開關管之汲極。該開關管之源極接地，該開關管之閘極接收一脈衝。該第一二極體之陽極經由該電容接地，其陰極串聯該第二次級繞組後與該第一初級繞組之同名端連接，該第二二極體之陰極經由該電容接地，其陽極與該開關管之汲極電連接。

一種昇降壓轉換器，其包括一電壓輸入端、一第一變壓器、一開關管、一負載及一輔助電路。該第一變壓器包括一第一初級繞組及一第一次級繞組，該第一次級繞組為負載提供電壓。該輔助電路包括一第二變壓器、一第一二極體、一第二二極體及一電容。該第二變壓器包括一第二初級繞組及一第二次級繞組。該第二初級繞組串聯於該電壓輸入端及該第一初級繞組之間，該第二二極體及該第一二極體正向串聯後與該第二次級繞組串聯構成一支路，該支路與該第一變壓器並聯，該第一二極體及該第二二極體間之節點經由該電容接地。該第二初級繞組抑制該第一初級繞組之電流上升速率，該電容抑制該開關管截止時其汲極與源極間之電壓上升速率，該電容藉由該支路充電及放電。

相較於先前技術，本發明之昇降壓轉換器包括一輔助電路。當該開關管由截止到導通時，由於該第二初級繞組之阻抗作用，使該開關管之導通電流不會發生突變，減少該開關管之導通損耗。當該開關管由導通到截止時，由於該電容之充電過程，使該開關管之汲極與源極之間電壓不會發生突變，減少該開關管之截止損耗。當該開關管完全導通時，由 於該第二次級繞組感應出電壓，使該第一二極體導通，該電容經由該第一二極體及該第二次級繞組為該第一變壓器供電，減少該電容之電壓損耗。

請參閱圖2，其係本發明昇降壓轉換器一較佳實施方式之電路結構圖。該昇降壓轉換器2包括一電壓輸入端21、一第一變壓器22、一開關管24、一輔助電路33、一濾波電路34、一整流濾波電路35及一負載31。該電壓輸入端21為直流電壓輸入端，該開關管24為N通道增強型場效應電晶體。該負載31為一電阻。

該第一變壓器22包括一第一初級繞組220及一第一次級繞組250。該第一初級繞組220包括一第一端221及一第二端222。該第一次級繞組250包括一第三端223及一第四端224。該第一端221與該第四端224為同名端。

該輔助電路33包括一第二變壓器23、一第一二極體25、一第二二極體26、一第一電容28及一電感32。該第二變壓器23之線圈數量較少。該第一電容28之電容容量較小。該電感32之電感值較小。

該第二變壓器23包括一第二初級繞組230及一第二次級繞組240。該第二初級繞組230包括一第五端231及一第六端232。該第二次級繞組240包括一第七端233及一第八端234。該第五端231與該第七端233為同名端。

該濾波電路34包括一第二電容29。

該整流濾波電路35包括一第三二極體27及一第三電容 30。

該電壓輸入端21與該第五端231連接。該第一端221經由該第二電容29接地，該第二端222經由該電感32與該開關管24之汲極連接，該第三端223與該第三二極體27之陽極連接，該第四端224接地。該第六端232經由該第二電容29接地，該第七端233亦經由該第二電容29接地，該第八端234與該第一二極體25之陰極連接。該第一二極體25之陽極經由該第一電容28接地。

該開關管24之源極接地，其閘極接收一脈衝P₂ ，該脈衝P₂ 控制該開關管24之導通與截止。該第二二極體26之陽極與該第二端222連接，其陰極經由該第一電容28接地。該第三二極體27之陰極經由該第三電容30與該負載31並聯所形成之支路接地。

該昇降壓轉換器2之工作原理如下：當該脈衝P₂ 由高電位到低電位時，該開關管24由導通到截止，該電壓輸入端21經由該第二初級繞組230、該第一初級繞組220及該第二二極體26為該第一電容28充電，該第一電容28之電壓緩慢上升。該第一電容28之電壓與該開關管24之汲極與源極之間電壓相等，該第一電容28之電壓緩慢上升，使得該開關管24之汲極與源極之間電壓不會發生突變，實現該開關管24之零電壓截止。

當該脈衝P₂ 為低電位時，該開關管24截止，該第一初級繞組220之電流減少。此時，該第一次級繞組250感應出電壓，並且該第三端223之電壓高於該第四端224之電壓， 因此該第三二極體27導通。該第一次級繞組250感應出電流，該電流經由該第三電容30濾波後為該負載31供電。

同時，當該開關管24截止時，該第二初級繞組230之電流減少。此時，該第二次級繞組240感應出電壓，並且該第七端233之電位低於該第八端234之電位，把該第一二極體25之陰極電位拉高，使該第一二極體25截止。該第一電容28無法藉由該第一二極體25放電。

當該脈衝P₂ 由低電位到高電位時，該開關管24由截止到導通。此時，該第一初級繞組220之電流由於受到該電感32及該第二初級繞組230之阻抗，電流上升緩慢，即該開關管24之導通電流上升緩慢，實現該開關管24之零電流導通。

當該脈衝P₂ 為高電位時，該開關管24導通。此時，該第一變壓器22相當於一電感，其第一初級繞組220之電流逐漸增加。該第一次級繞組250感應出電壓，並且該第三端223之電位低於該第四端224之電位，因此該第三二極體27截止，即該第一次級繞組250沒有感生電流，不為該負載31供電。

同時，當該開關管24導通時，該第二初級繞組230之電流上升，該第二次級繞組240感應出電壓。此時，該第七端233之電位高於該第八端234之電位，把該第一二極體25之陰極電位拉低，使得該第一二極體25導通，該第一電容28經由該第一二極體25及該第二次級繞組240為該第二電容29充電或為該第一變壓器22提供電壓。

該昇降壓轉換器2藉由控制該開關管24之導通占空 比，來調定該第一變壓器22之第一初級繞組220之峰值電流。

相較於先前技術，該昇降壓轉換器2包括一輔助電路33。該輔助電路33包括一第二變壓器23、一第一二極體25、一第一電容28及一電感32。當該開關管24由截止到導通時，由於該電感32及該第二初級繞組230之阻抗作用，使該開關管24之導通電流不會發生突變，減少該開關管24之導通損耗。當該開關管24由導通到截止時，由於該第一電容28之充電過程，使該開關管24之汲極與源極之間電壓不會發生突變，減少該開關管24之截止損耗。當該開關管24完全導通時，由於該第二次級繞組240之感生電壓，使該第一二極體25導通，該第一電容28經由該第一二極體25及該第二次級繞組240為該第二電容29充電或為該第一變壓器22提供電壓，減少該第一電容28之電壓損耗。

惟，本發明之昇降壓轉換器2並不限於上述實施方式所述，如該第二二極體26之陽極可以直接與該開關管24之汲極連接，該第一變壓器22、該第二變壓器23及該電感32之位置可以相互調換，只需滿足該電壓輸入端21經過該第二電容29濾波後再為該第一變壓器22供電。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出申請專利。惟，以上所述者僅係本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

2‧‧‧昇降壓轉換器

21‧‧‧電壓輸入端

22‧‧‧第一變壓器

220‧‧‧第一初級繞組

221‧‧‧第一端

222‧‧‧第二端

223‧‧‧第三端

224‧‧‧第四端

23‧‧‧第二變壓器

230‧‧‧第二初級繞組

231‧‧‧第五端

232‧‧‧第六端

233‧‧‧第七端

234‧‧‧第八端

24‧‧‧開關管

240‧‧‧第二次級繞組

25‧‧‧第一二極體

250‧‧‧第一次級繞組

26‧‧‧第二二極體

27‧‧‧第三二極體

28‧‧‧第一電容

29‧‧‧第二電容

30‧‧‧第三電容

31‧‧‧負載

32‧‧‧電感

33‧‧‧輔助電路

34‧‧‧濾波電路

35‧‧‧整流濾波電路

圖1係一種先前技術昇降壓轉換器之電路結構圖。

圖2係本發明昇降壓轉換器一較佳實施方式之電路結構圖。

2‧‧‧昇降壓轉換器

21‧‧‧電壓輸入端

22‧‧‧第一變壓器

220‧‧‧第一初級繞組

221‧‧‧第一端

222‧‧‧第二端

223‧‧‧第三端

224‧‧‧第四端

23‧‧‧第二變壓器

230‧‧‧第二初級繞組

231‧‧‧第五端

232‧‧‧第六端

233‧‧‧第七端

234‧‧‧第八端

24‧‧‧開關管

240‧‧‧第二次級繞組

25‧‧‧第一二極體

250‧‧‧第一次級繞組

26‧‧‧第二二極體

27‧‧‧第三二極體

28‧‧‧第一電容

29‧‧‧第二電容

30‧‧‧第三電容

31‧‧‧負載

32‧‧‧電感

33‧‧‧輔助電路

34‧‧‧濾波電路

35‧‧‧整流濾波電路

Claims (10)

1. 一種昇降壓轉換器，其包括：一電壓輸入端；一負載；一第一變壓器，其包括一第一初級繞組及一第一次級繞組，該第一次級繞組為該負載提供電壓；一開關管；及一輔助電路，其包括一第一電容、一第一二極體、一第二二極體及一第二變壓器，該第二變壓器包括一第二初級繞組及一第二次級繞組；其中，該電壓輸入端經該第二初級繞組及該第一初級繞組串聯至該開關管之汲極，該開關管之源極接地，該開關管之閘極接收一脈衝，該第一二極體之陽極經由該第一電容接地，其陰極串聯該第二次級繞組後與該第一初級繞組之同名端連接，該第二二極體之陰極經由該第一電容接地，其陽極與該開關管之汲極電連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之昇降壓轉換器，其中，該輔助電路進一步包括一電感，該電感串聯於該開關管之汲極與該第一初級繞組之異名端之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之昇降壓轉換器，該昇降壓轉換器進一步包括一第三二極體，該第三二極體之陽極串聯該第一次級繞組接地，其陰極經由該負載接地。
4. 如申請專利範圍第1項所述之昇降壓轉換器，其中，該第一初級繞組包括一第一端及一與該開關管之汲極電 連接之第二端，該第一次級繞組包括一第三端及一第四端，該第一端及該第四端為同名端，該第四端接地。
5. 如申請專利範圍第1項所述之昇降壓轉換器，其中，該第二初級繞組包括一第五端及一第六端，該第二次級繞組包括一第七端及一第八端，該第五端與該第七端為同名端，該第五端與該電壓輸入端電連接，該第七端與該第六端連接。
6. 如申請專利範圍第4項所述之昇降壓轉換器，其中，該昇降壓轉換器進一步包括一第二電容，該第二電容之一端與該第一端連接，其另一端接地。
7. 如申請專利範圍第3項所述之昇降壓轉換器，其中，該昇降壓轉換器進一步包括一第三電容，該第三二極體之陰極經由該第三電容接地。
8. 如申請專利範圍第1項所述之昇降壓轉換器，其中，該負載為一電阻。
9. 如申請專利範圍第1項所述之昇降壓轉換器，其中，該開關管為N通道增強型場效應電晶體。
10. 如申請專利範圍第1項所述之昇降壓轉換器，其中，該電壓輸入端為直流電壓輸入端。