专利名称：零电压全桥式转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型关于一种零电压切换器，尤指一种具有低切换损失的零电压切换器。
背景技术：
请如图4所示，为一已用全桥式转换器的电路方块图，该转换器以MOSFET构成两组开关元件(QA、QD)(QB、QC)，于两组开关元件之间连接一变压器51的一次侧。其中第一组开关元件(QA、QD)直接连接至一驱动电路的第一逻辑元件52，而第二组开关元件(QB、QC)连接至该驱动电路的第二逻辑元件53。
就该零电压转换器的电路动作而言，请如图5所示，为各开关元件的驱动信号时序图，由交替控制两逻辑元件52、53便可决定前述两组开关元件(QA、QD)(QB、QC)的导通状态，进而使变压器51一次侧的能量转移至二次侧。如图4所示，当开第一组开关元件(QA、QD)导通时，电流路径如图中虚线所示，于变压器51二次侧具有感应电压；反之当第二组开关元件(QB、QC)，电流路径转为图6中所示的虚线方向，于变压器51二次侧感应出极性相反的电压。
如图5所示，于两组开关元件(QA、QD)(QB、QC)的导通时段之间，存在有一段时期AA各MOSFET均为截止状态，在此时间之内，电压Vpp依分压原理可视为平均分配于两开关元件(QA、QD)上(仅就左半部电路而言)，故当开关元件QB的驱动信号输入时，因QB上具有一定的电压故造成大的切换损失，伴随切换损失而衍生的问题即是热能产生，故此种已用转换器通常须为开关元件提供体积庞大的散热器。
发明内容
有鉴于已用转换器具有切换损失(Switching Loss)此一问题，本实用新型的主要目的提供一种具有低切换损失的零电压全桥式转换器，于转换器中的各开关元件为零电压状况下进行转态切换，而令切换损失降至最低，本实用新型系包括有第一开关单元，由两开关元件(QA、QB)构成，各开关元件(QA、QB)均连接至一第一非重叠驱动器；第二开关单元，由两开关元件(QC、QD)构成，各开关元件(QC、QD)均连接至一第二非重叠驱动器；一变压器，连接于前述两开关单元之间；其中前述第一、第二非重叠驱动器分别连接至一驱动电路中之第一、第二逻辑元件，且前述由第一非重叠驱动器所控制的开关元件(QA、QB)的导通周期彼此不相重叠，且由第二非重叠驱动器所控制开关元件(QC、QD)的导通周期亦彼此不相互重叠。
前述两开关元件(QA、QB)的连接点为第一节点，另两开关元件(QC、QD)的连接点为第二节点，其中变压器连接于第一、第二节点之间；前述第一、第二非重叠驱动器周期性地控制开关元件(QA～QD)的导通与否，于各周期中可划分为五个时段第一时段开关元件(QA)及(QD)两者皆为导通状态，前述变压器一次侧跨接在输入电源，同时将能量转移至二次侧；第二时段开关元件(QA)转为截止状态，令第一节点的电位由高准位VCC下降到零(GND)；第三时段开关元件(QB)、(QD)均为导通状态，变压器一次侧端电压为零；第四时段开关元件(QD)截止，令第二节点的电位由零(GND)上升至高电压准位VCC；第五时段(QB)、(QC)两开关元件导通，变压器一次侧跨接在输入电源，极性与第一时段之前相反。
图1为本实用新型的电路方块图。
图2为本实用新型电路其驱动信号时序图。
图3a～图3e为本实用新型电路其动作顺序图。
图4为一已用转换器的电路方块图。
图5为已用转换器的驱动时信时序图。
图6为已用转换器的电路动作图。
图号说明11第一开关单元 12第二开关单元13变压器 21第一非重叠驱动器22第二非重叠驱动器 30驱动电路31第一逻辑元件 32第二逻辑元件51变压器 52第一逻辑元件53第一逻辑元件 QA～QD开关元件具体实施方式
如图1所示，为本实用新型的电路方块图，包括有一全桥转换器，由两组开关单元11、12及一设于两开关单元之间变压器13组成，其中各开关单元11、12分别由两开关元件(如MOSFET)(QA、QB)(QC、QD)组成；一第一非重叠驱动器21(non-overlap gate driver)，其两输出端分别连接第一开关单元11的两开关元件(QA、QB)的闸极；一第二非重叠驱动器22，其两输出端分别连接于第二开关单元12其两开关元件(QC、QD)的闸极；一驱动电路30，以其内部的两逻辑元件31、32分别连接至前述第一、第二非重叠驱动器21、22的输入端。
而有关本实用新型的电路动作方式，请配合如图1、2所示，其中图2描绘出图1电路中各节点与各元件输出、入信号的波形图，而前述各开关元件(QA～QD)的对应驱动信号为DVR-A～DVR-D，其中前述第一、第二非重叠驱动器21、22即用以提供前述驱动信号；为方便解释系以T0～T4依序区分出五个时段，以下仅针对各个时段中电路的动作方式加以详述(一)T0之前如图3a所示，在T0之前，开关元件QA及QD两者皆为导通状态，变压器13一次侧跨接在输入电源，同时将能量转移至二次侧；因变压器13为一线圈元件，本身即存在一定漏感，当一次侧电流流过漏感时，于漏感上储存了一些能量，其能量大小与一次侧电流平方成正比。
(二)T0～T1之间如图3b所示，于此时段之间，开关元件QA将转为截止状态，实质上QA变成一个电容，于时间T0之前漏感上所储存的能量以电流的形态对该电容进行充电，使节点NODE AB的电位由高压VCC下降到零(GND)，当NODE AB的电位下降到零时，开关元件QB的本体二极体(BODY DIODE)将接续提供漏感电流的路径。
(三)T1～T2之间如图3c所示，此时QB、QD均为导通状态，电感电流为di/dt＝V/L，因此变压器一次侧端电压为零，电流变化量近乎零(即保持同一电流值)，亦即漏感能量在T1～T2之间几乎没有消耗。又，因为于T1之前NODE AB的电位已降低至零电压准位，故QB在T1时导通即达成零电压切换(Zero-Voltage-Switching)的目的。
(四)T2～T3之间如图3d所示，当开关元件QD截止关掉后，QD实质上变成一个电容，漏感能量对该电容充电，使节点NODE CD的电位由零(GND)上升至高电压准位VCC，当NODE CD的电位上升到VCC时，开关元件QC的本体二极体(BODY DIODE)将接续提供漏感电流的路径。
(五)T3～T4之间如图3e所示，此时QB、QC两开关元件导通，变压器13一次侧跨接在输入电源，极性与T0之前相反，又因T3之前节点NODE CD的电位已上升到VCC，QC在T3时导通，亦达成零电压切换(Zero-Voltage-Switching)的目的。而时间点T4则又可视为是下一周期其T0的开始点，如此不断循环。
经由前述说明可知本实用新型确可完成零电压切换目的，同时因变压器13一次侧没有切换损失(Switching loss)，可使整体系统的工作温度下降，相较于习用方式可见其进步性，符合新型专利的申请要件，爰依法具文提出申请。
权利要求1.一种零电压全桥式转换器，其特征在于，包含有一全桥转换器，由两开关单元及一跨接于两开关单元之间的变压器组成，其中各开关单元均以两开关元件(QA、QB)(QC、QD)构成；一第一非重叠驱动器，其两输出端分别连接第一开关单元的两开关元件(QA、QB)的闸极；一第二非重叠驱动器，其两输出端分别连接于第二开关单元其两开关元件(QC、QD)的闸极；一驱动电路，以其内部的两逻辑元件分别连接至前述第一、第二非重叠驱动器的输入端，并输出驱动信号予两非重叠驱动器；其中前述第一、第二非重叠驱动器分别连接至一驱动电路中的第一、第二逻辑元件，且前述由第一非重叠驱动器所控制的开关元件(QA、QB)的导通周期彼此不相重叠，且由第二非重叠驱动器所控制开关元件(QC、QD)的导通周期亦彼此不相互重叠。
2.如权利要求1所述的零电压全桥式转换器，其特征在于，前述两开关元件(QA、QB)的连接点为第一节点，另两开关元件(QC、QD)的连接点为第二节点，其中变压器连接于第一、第二节点之间；前述第一、第二非重叠驱动器周期性地控制开关元件(QA～QD)的导通与否，于各周期中可划分为五个时段第一时段开关元件(QA)及(QD)两者皆为导通状态，前述变压器一次侧跨接在输入电源，同时将能量转移至二次侧；第二时段开关元件(QA)转为截止状态，令第一节点的电位由高准位VCC下降到零(GND)；第三时段开关元件(QB)、(QD)均为导通状态，变压器一次侧端电压为零；第四时段开关元件(QD)截止，令第二节点的电位由零(GND)上升至高电压准位VCC；第五时段(QB)、(QC)两开关元件导通，变压器一次侧跨接在输入电源，极性与第一时段之前相反。
专利摘要本实用新型关于一种零电压全桥式转换器，于两开关单元之间跨设有一变压器，且各开关单元均由两开关电晶体构成，其中两开关单元分别由两非重叠驱动器控制，以决定各开关电晶体的导通与否，由适当控制各开关电晶体的驱动波形，可令元件切换之际的损失降至最低，且同时保有零电压切换的效果。
文档编号H02M7/12GK2641915SQ0324220
公开日2004年9月15日 申请日期2003年3月19日 优先权日2003年3月19日
发明者廖继顺 申请人:亚源科技股份有限公司