TWM411065U - Has higher light load efficiency of a power converter - Google Patents

Description

M411065 五、新型說明： . 【新型所屬之技術領域】 〜本創作係與電雜制技術有關，制是指-種具 - 較高輕載效率之電源轉換器。 ^ 【先前技術】 按’習知的直流對直流轉換器(DC/DC c〇nverter)在進 • 行電源轉換的過程中會有功率損耗，此功率的損耗降低了 轉換的效率。 _ 然而直流對直流轉換H在功率密度的要求上日益增 加，為了提高其轉換效率，目前廣泛使用的方式是在變壓 器的二次侧以功率金氧半場效電晶體(p_ MQSF印做 為同步整流開關元件。此種方式確實可以提高重載時的效 率，但是因為增加了驅動時的功率損失，所以在輕載時仍 • ‘ 然有功率上的損耗，造成了輕載時的效率較低。 美國第US 7,443，146號專利，即揭露了在二次側以 MOSFET來進行整流的技術，其具有上述在輕載時仍有功 率上的損耗的缺失，也具有輕載時效率較低的問題。 ‘本案申請人提出了我國第咖似9號專利技術，其降 低了輕載時的功率損耗。惟，此案是使用變壓器一次側的 電流偵測結果做為降低待機損耗的判斷基礎，但並未揭露 不經由-次侧而僅在二次侧進行判斷，並藉以達到降低考: 機損耗的技術：此外，其所降低的損耗，仍有進 的餘地。 3 M411065 【新型内容】 本創作之主要目的在於提供一種具有較高輕載效率之· 電源轉換H，其可降低輕載損耗，同時提高了輕載效率。 為了達成前述目的，依據本創作所提供之一種具有較. 高輕，效率之電源轉換器，包含有：—直流電源，具有一 正極端以及一負極端；一變壓器，具有一一次侧以及一二- 次側；該-次側具有-第一繞組，該第一繞組的一端連接 於該直流電源的正極端，另一端連接於一第一 M〇SFET(金 氧半場效電晶體）’該第一 MOSFET係電性連接於一 PWM(脈衝寬度調變)控制器；該二次側具有一第二繞組， 以及具有一驅動控制單元、一電流偵測控制單元、一比較 器以及一第二MOSFET，該電流偵測控制單元電性連接於 該比較器之一輸入端’該比較器之輸出端電性連接於該驅 動控制單元’該驅動控制單元係電性連接於該第二 MOSFET’主要提供同步整流功能，該第：M〇SFET係電^籲 性連接於该第·一繞組的一端且具有一内部二極體(Body .

Diode)，該第二繞組的另一端電性連接於該電流偵測控制 單元；該第二繞組與該第二MOSFET的組合係用以連接於 一負載’該負載係並聯一電容。藉此可降低輕載損耗，同 · 時提高了輕載效率。 【實施方式】 為了詳細說明本創作之技術特點所在，茲舉以下之較 4 M411065 佳實施例並配合圖式說明如後，其中： 如第一圖至第二圖所示’本創作第一較佳實施例所提 供之一種具有較高輕載效率之電源轉換器10,主要由一直 . 流電源11、一變壓器T1、一第一 MOSFET(金氧半場效電 晶體)Q1、一 PWM(脈衝寬度調變)控制器21、—驅動控制 單元31、一電流偵測控制單元41、一比較器51以及一第 • 二MOSFET Q2所組成，其中： Φ 該直流電源11，具有一正極以及一負極端。 該變壓器τι，具有—次側以及一二次側。 該一次侧具有一第一繞組N1，該第一繞組N1的一端 連接於該直流電源11的正極端，另一端連接於該第一 MOSFET Q1，該第一 M0SFET Q1係電性連接於該ρψΜ 控制器21。 _該二次侧具有-第二繞組N2，以及具有該驅動控制單 70 3卜該電流偵測控制單元4卜該比較g 51以及該第二 M〇SFET Q2，該電流偵測控制單元41電性連接於該比較 器51之。-輸入端’該比較器51之輸出端電性連接於該驅 動控制單元3卜該驅動控制單元Μ係電性連接於該第二 ' M〇SFET Φ ’主要提供同步整流功能，該第二MOSFET Q2 #電性連接於料二驗N2的—端且具有—内部二極體 (body diode) ’省第一繞組N2的另一端電性連接於該電流 偵測控制單元41。 該第-繞組N1與該第二M〇SFET φ的組合係用以連 接於一負載52 ’該負載52係並聯一電容〇。 5 M411065 於本實施例中’該第-繞組N1的終端係電性連接於 該直流電源11的正極端，該第二繞組N2的終端係電性連 接於該電流偵測控制單元41。該驅動控制單元31係為一 -同步整流控制器，具有一失能(disable)腳位311，該比較器 51的輸出端係連接於該失能腳位311。又，該電流偵測控. 制單元41主要具有一放大器(0P放大器）42以及一感測電 阻Rsense ’該感測電阻Rsense之兩端分別電性連接於該第 · 二繞組N2的終端以及該負載52。 本實施例更包含有一第三MOSFET Q3以及一電感 _ L，該第二MOSFET Q3分別以其源極、閘極以及沒極電性 連接於該第二MOSFET Q2、該驅動控制單元31以及該第 二繞組N2的終端，該電感l以其兩端分別電性連接於該 第二繞組N2的終端以及該電流偵測控制單元41 ^ 接下來說明本第一實施例的操作狀態。 藉由該PWM控制器21控制該第一 MOSFET Q1的導 通，该一次側的電源即經由變壓而於該二次側產生電源。 4鲁 在正常工作時(或重載模式時），該負載52上的電流係 · 藉由該感測電阻Rsense感測而轉換為電壓訊號至該放大 器42 ’該放大器42即把訊號放大後輸出至該比較器51， 該比較器51將訊號與參考電壓(vref)進行比較後由其輪出 端輸出至該驅動控制單元31的失能腳位311。此時由於輸 出至該失能腳位311的電壓係為正常電壓，因此該驅動控 制單元31即持續輸出脈波使該第二m〇SFET Q2導通，而 持續維持正常工作狀態。 6 田進入知載板式時，該負載52上的電流下降，該放大 器42所輸㈣電壓轉之下降，料至低於該比較器51 的> 考電壓時槪較器51輸出至該失能腳位扣的訊號 即為低電壓’魅输鄉元31即關，喊止該第二及 第—MOSFET Q2，Q3，轉由該第二及第三 m〇sfet q2，q3 的内部二極體進行整流。 藉此’由於在輕載狀況時，在二次側是使用到該第二 及第三MOSFET Q2，Q3的内部二極體進行整流，因此降低 了功率祕’亦即降低了輕解的功率損耗，提高了輕載 時的工作效率。截止*第二及第三廳sfetq2，q3的時機 可由輕載時的效率/負載曲線來調整設^，如第二圖所示， 將為比較ϋ 51的動作點(即該電流彳貞測控鮮元彳〗所輸出 的電壓疋否大於或小於參考電壓Vref的時機點)設定在以 "亥驅動控料元31進行同步整流以及該絲控制單元31 關閉而使用内部二極體整流的效率/負載曲線交又點，使效 率/負載曲線能補足兩者的缺點，使轉換㈣效率在不同負 栽時達到最佳值。 由上可知’本第-實施例中是由位於第二側的比較器 來判斷是否要關閉該驅動控制單元31，因此其是在該變 堡器T1的二次側完成判斷的。 π再參閱第二圖，本創作第二較佳實施例所提供之一 ，具有較高輕載效率之電源轉換器6G，主要概同於前揭第 一實施例’不同之處在於： 忒驅動控制單元31係為一同步整流控制器，具有一電 M411065 源端32。該比較器51的輪出端係電性連接於該驅動控制 單元31的電源端32。 在操作時’該比㈣51的輪出端輸出低電壓訊號時， 即直接由電源端32關閉該驅動控制單元31，同樣達到了 使該第一及第二MOSFET Q2，Q3戴止的功能。 本第二實施例之其餘結構、操作方式以及所能達成之 功效均概同於前揭第一實施例，容不資述。 請再參閱第四圖，本創作第三較佳實施例所提供之— 種具有較高輕載效率之電源轉換器70,主要概同於前揭第 一實施例，不同之處在於： 該驅動控制單元31係由二MOSFET Q4，Q5以及一電 源h 32所組成，§亥比較器51的輸出端係電性連接於該驅 動控制單元31的電源端32 ’且該二MOSFET Q4,Q5的閘 極係電性連接於該電源端32。 在操作時，該比較器51的輸出端輸出低電壓訊號時， 即直接由電源端32截止該二MOSFET Q4,Q5,進而截土 了 該第二及第三MOSFET Q2，Q3。 本第二實施例之其餘結構、操作方式以及所能達成之 功效均概同於前揭第一實施例，容不贅述。 凊再參閱第五圖’本創作第四較佳實施例所提供之一 種具有較高輕載效率之電源轉換器80，主要概同於前揭第 一實施例，不同之處在於： 本實施例中不具有第三MOSFET Q3，也不具有該電 感L ’而是以該第二MOSFET Q2配合該變壓器τ 1以及該 8 電谷Cl形成一返驰式轉換電路。 即细=Γ，該比較器51的輪出端輪出低電壓訊號時， 止能腳位311使該驅動控制單元Μ關閉，進而截 内苦了該第二聰FETQ2，進而使用該第二Μ酬TQ2之 P〜極體進行整流。 功$四實施例之其餘結構、操作方以及所能達成之 ^文岣概同於前揭第一實施例，容不贅述。 ^再參閱第六圖’本創作第五較佳實施例所提供之一 會有較高輕載效率之電源轉換器9G，主要概同於前揭第 ^貫％例’不同之處在於： 1更包3有一第二繞組N3 ’該驅動控制單元31係由 二第三繞組N3、二個二極體D2、二電阻R2以及一電容 所組成。其中該第三繞組N3的終端與該第二则服 Q2電性連接。 在操作時，該比較器51的輸出端輸出低職時， 即經由該麟控制單元31截止該第二m〇sfetq2，進而 使用該第二MOSFET Q2之内部二極體進行整流。 本第玉實施例之其餘結構、操作方式以及所能達成之 功效均概同於前揭第四實施例，容不贅述。 值待補充的-點是’上述各實施例中的該電流偵測控 制單元41，其放大器可等效替換為一電流偵測IC42，，如 第七圖所示，換言之’該電流偵測控制單元41並不以使用 放大器42為限。 由上可知，本創作所可達成之功效在於：在輕載狀況 時’是由位於第二側的比較器51來判斷是否要關閉該驅動 控制單元31，因此其是在該變壓器τΐ的二次側完成判斷 的。此外’在二次側主要使用到MOSFET的内部二極體進 行整流，因此降低了功率損耗，亦即降低了輕載時的功率 損耗’提高了輕載時的工作效率。 【圖式簡單說明】 第一圖係本創作第一較佳實施例之電路示意圖。 第二圖係本創作第一較佳實施例之效率/負載曲線圖。 第三圖係本創作第二較佳實施例之電路示意圖。 第四圖係本創作第三較佳實施例之電路示意圖。 第五圖係本創作第四較佳實施例之電路示意圖。 第六圖係本創作第五較佳實施例之電路示意圖。 第七圖係本創作之一等效電路示意圖，顯示另，榷電 流偵測控制單元之電路架構。 【主要元件符號說明】 10具有較高輕載效率之電源轉換器 11直流電源 31驅動控制單元 21 PWM控制器 311失能腳位 42放大器 41電流偵測控制單元 51比較器 C1電容 N1第一繞組 52負載 L電感 N2第二繞組 M411065

Q1 第一 MOSFET Q3 第三 MOSFET T1變壓器 Q2 第二 MOSFET Rsense感測電阻

60具有較高輕載效率之電源轉換器 32電源端 70具有較高輕載效率之電源轉換器 Q4,Q5 MOSFET 80具有較高輕載效率之電源轉換器 90具有較高輕載效率之電源轉換器 D2二極體 R2電阻 C2電容 N3第三繞組 Vref參考電壓

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍： 1. 一種具有較高輕载效率之電源轉換器包含有： 一直流電源，具有一正極端以及一負極端； 一變壓器，具有--次侧以及一 二次側； 該-次侧具有—第—繞組，該第—繞組的—端連接於 该直流電源的正極端，另一端連接於一第一 M0SFET(金氧 半場效電晶體）’該第—MOSFET係電性連接於—pWM(脈 衝寬度調變)控制器； 該二次側具有一第二繞組，以及具有一驅動控制單 元、一電流偵測控制單元、一比較器以及一第：m〇sfet， 該電流偵測控制單元電性連接於該比較器之一輸入端，該 比較器之輸出端電性連接於該驅動控制單元，該驅動控制 單元係電性連接於該第二MOSFET，主要提供同步整流功 能’該第二MOSFET係電性連接於該第二繞組的一端且具 有一内部二極體(B〇dy Di〇de)，該第二繞組的另一端電性連 接於該電流偵測控制單元； 該第二繞組與該第二M0SFET的組合係用以連接於 一負載，該負载係並聯一電容。 2. 依據申請專利範圍第1項所述之具有較高輕載效率 之電源轉換器，其中：該第一繞組的終端係電性連接於該 直流電源的正極端，該第二繞組的終端係電性連接於該電 流偵測控制單元。 3. 依據申請專利範圍第2項所述之具有較高輕載效率 之電源轉換器，其中：更包含有一第三MOSFET以及一電 12 M411065 感，該第三MOSFET電性連接於該第二河〇81?£：丁、該驅動 控制單“及該第二繞組的終端，該電感以其_分別電 性連接於該第二繞組的終端以及該電流_控制單元。 4.依據巾請專職㈣3項所述之具有較高輕載效率 之電源轉換器，其中：該驅動控制單元係為一同步整流控 制器，具有一失能(disable)則立，該比較器的輸出端係電性 連接於該失能腳位。

   5.依據巾請專利範圍第3項所述之具有較高輕載效率 之，源轉換H，其巾：該鶴控鮮元係為—同步整流控 制态，具有一電源端，該比較器的輸出端係電性 驅動控制單元的電源端。 接；以 。6.依據申請專利範圍第3項所述之具有較高輕载效率 之電源轉換器’其中：該驅動控制單元係由二MOSFET以 及-電源端所組成’該比較器的輸出端係電性連接於該驅

   動控制單元的電源端，且該二MOSFET的_係電性連 於該電源端。 7·依據申請專利範圍第3項所述之具有較高輕載效率 之電源轉換器，其中：該電流偵測控制單元主要具有一放 大器以及一感測電阻，該感測電阻之兩端分別電性連接於 該第二繞組的終端以及該負載。 、 8.依據申請專利範圍第3項所述之具有較高輕载效率 之電源轉換器，其中：該電流偵測控制單元主要有—電节 偵測1C(積體電路)以及一感測電阻，該感測電阻之兩^ 別電性連接於該第二繞組的終端以及該負載。 刀 13 M411065 9. 依據申請專利範圍第2項所述之具有較高輕載效率 之電源轉換器，其中：該驅動控制單元係為一同步整流控 制器，具有一失能(disable)腳位，該比較器的輸出端係電性 連接於該失能腳位。 10. 依據申請專利範圍第2項所述之具有較高輕載效率 =電源轉換器，其中：更包含有—第三繞組’該驅動控制 單元係由該第二繞組、二個二極體、二電阻以及一電容所 組成。 11.依射請專利範圍第2項所述之具有較高輕载效率 之電源轉換器，其中：該電流偵測控制單元主要有一放大 器以及-感測電阻，該感測電阻之兩端分別電性連接於該 第二繞組的終端以及該負載。 i2.依射請專利範圍第2項所述之具有較高輕載效率 之電源轉換器’其中：該電流_控制單元主要有一電4 偵測K：(積體電路)以及-感測電阻，該_電阻之兩端= 別電性連接於該第二繞組的終端以及該負载。