专利名称：切换式电源供应器及其零电压切换(zvs)的控制方法
技术领域：
本发明系指一种切换式电源供应器及其控制方法，特别是关于顺向型(forward)或返驰型(feedback)之切换式电源供应器及其控制方法。
背景技术：
一般而言，一电源供应器(Power Supply)系利用一交流/直流转换器接收输入的市用交流电，并将交流电转换成具有高电压准位的直流电，再利用一直流/直流转换器将具有高电压准位的直流电转换成具有低电压准位的直流电，以用来操作一电子装置；例如作为桌上型电脑或笔记型电脑等装置的电力电源之用。
电源供应器可分为线性式电源供应器及切换式电源供应器两种，目前电源供应器市场中的主流系为切换式电源供应器。
一切换式电源供应器一般系由输入级(input stage)电路、功率因数调整级(PFC stage)电路、功率级(power stage)电路以及回授级电路所构成，其中切换式电源供应器的核心主要在于功率级电路。
请参阅图1，其系为一种习用切换式电源供应器之功率级电路的示意图，其中切换式电源供应器10系为一顺向型(forward)架构之切换式电源供应器。
在图1中，切换式电源供应器10系由辅助电容Ca、主开关Q1、辅助开关Q2、变压器T、驱动变压器(driver transformer)T1、零电压切换(ZVS)检测集成电路(IC)11、第一整流开关S1、第二整流开关S2、滤波电感L以及滤波电容Cb所构成。
图1之切换式电源供应器10的运作如下当主开关Q1导通时，由前级(功率因数调整级电路)而来的输入电压会供应至变压器T的一次侧，变压器T的二次侧感应到能量后，经由导通的第一整流开关S1将电压转为直流电，经滤波电感L滤除涟波成份后输出直流电压；而当主开关Q1截止时、辅助开关Q2导通，变压器T之绕组上的电压极性会反转，使得第一整流开关S1不导通，而第二整流开关S2导通，此时滤波电感L及滤波电容Cb上所储存的能量则由第二整流开关S2供应至输出端Vo。
在图1之习用的切换式电源供应器10之中，为了达到主开关Q1的零电压切换，所采取的作法是通过ZVS检测IC11检测主开关Q1，再藉此配合驱动变压器T1切换辅助开关Q2，达到前述主开关Q1与辅助开关Q2轮流开启及关闭的目的。
然而，在图1中，输入电压Vin一般为400V左右的高电压，在此种高电压下欲达到使用ZVS检测IC11以起动驱动变压器T1的目的时，ZVS检测IC11的电路设计是极为复杂的；再者，由于，欲达到驱动目的所设计之能够承受500V、600V电压的ZVS检测IC11之内有高压制程，因此制作成本亦极高，不利于制造单位的成本控制(cost down)。
职是之故，申请人鉴于习知技术中所产生之缺失，乃经悉心试验与研究，并一本锲而不舍之精神，终构思出本案「切换式电源供应器及其零电压切换(ZVS)之控制方法」，以下为本案之简要说明。
发明内容本案之构想系提出一种切换式电源供应器及其零电压切换的控制方法，不但同时适用于顺向型及返驰型架构之切换式电源供应器，控制方式及制造成本亦较前述之习用切换式电源供应器低廉。
根据本案之构想，提出一种切换式电源供应器及其零电压切换(ZVS)的控制方法，该切换式电源供应器至少包括一变压器以及耦接于该变压器之一次侧的一主开关和一辅助开关，该控制方法系固定该辅助开关每次的开启时间，产生该主开关每次的关闭时间皆固定的效应，以达到零电压切换该主开关的目的。。
本案得通过下列图式及详细说明，俾得更深入之了解
图1一种习用切换式电源供应器之功率级电路的示意图；图2(a)及(b)分别为本案顺向型切换式电源供应器之功率级电路示意图以及各作用开关之电压及电流的时序图；以及图3(a)及(b)分别为本案返驰型切换式电源供应器之功率级电路示意图以及各作用开关之电压及电流的时序图。
具体实施方式请参阅图2(a)及(b)，其分别为本案顺向型切换式电源供应器之功率级电路示意图以及各作用开关之电压及电流的时序图，其中切换式电源供应器20系为一顺向型(forward)架构之切换式电源供应器。
在图2(a)中，切换式电源供应器20系由辅助电容Ca及辅助开关Q2所构成的辅助电路、主开关Q1、变压器T、第一整流开关S1、第二整流开关S2、滤波电感L及滤波电容Cb所构成的滤波电路、辅助开关控制电路21以及零电压切换检测器22所构成。
在图2(a)中，辅助电容Ca及辅助开关Q2系彼此串联后、再并联于变压器T的一次侧，主开关Q1的一端连接于变压器T的一次侧及零电压切换检测器22、另一端连接于地及输入端Vin，辅助开关控制电路21连接于辅助开关Q2的控制端及变压器T的一次侧，辅助开关控制电路21系由一驱动器211及一计时器212所构成，值得注意的是，第二图中系以变压器T的一次侧线圈当作驱动器211的实施例，除了变压器T的一次侧线圈之外，对于熟习本项技术者来说，用以控制辅助开关Q2的驱动器211当然还有别的配置方法。
此外，第一整流开关S1及第二整流开关S2系耦接于变压器T的二次侧，滤波电感L及滤波电容Cb则耦接于第二整流开关S2的两端。
为了要达到将主开关Q1进行零电压切换的目的，本案所提出的控制方法为(请参阅图2(b))，利用辅助开关控制电路21固定辅助开关Q2每次的开启时间，以达到固定主开关Q1每次之关闭时间的效应；也就是说，利用辅助开关控制电路21的驱动器211控制辅助开关Q2，并用计时器212计算时间，使得辅助开关Q2每次的开启时间获得固定。如图2(b)的时序图所示，当辅助开关Q2开启时，一次侧线圈Lm与辅助电容Ca于a点发生共振，而当辅助开关Q2关闭时，零电压切换检测器22便能够检测到主开关Q1之第一端节点上的零电压切换点，并开启主开关Q1，如b点所示。此举反应在主开关Q1上的效应便是主开关Q1每次之关闭时间Toff获得固定，如此便能够达到主开关Q1之第一端节点上的零电压切换的目的。
请参阅图3(a)及(b)，其分别为本案返驰型切换式电源供应器之功率级电路示意图以及各作用开关之电压及电流的时序图，其中切换式电源供应器30系为一返驰型(feedback)架构之切换式电源供应器。
切换式电源供应器30中与第二图相同之元件大部份皆采用相同之图示符号；惟第三图中移除了第二整流开关S2及滤波电感1。
与第二图类似，本案所提出的控制方法为(请参阅图3(b))，利用辅助开关控制电路31固定辅助开关Q2每次的开启时间，以达到固定主开关Q1每次之关闭时间的效应；也就是说，利用辅助开关控制电路31的驱动器311控制辅助开关Q2，并用计时器312计算时间，使得辅助开关Q2每次的开启时间获得固定。较不同之处在于，如图3(b)的时序图所示，当辅助开关Q2开启时，一次侧线圈Lk与辅助电容Ca于d区发生共振，接着当辅助开关Q2关闭时，一次侧线圈Lk与电容Coss于e区发生共振，以达到零电压，此时当零电压切换检测器32便能够检测到主开关Q1之第一端节点上的零电压切换点，并开启主开关Q1，如c点所示。此举反应在主开关Q1上的效应便是主开关Q1每次之关闭时间Toff获得固定，如此便能够达到主开关Q1之第一端节点上的零电压切换的目的。
综上所述，本案系通过固定切换式电源供应器中变压器一次侧之辅助开关每次的开启时间，以产生固定主开关每次之关闭时间的效应，达到零电压切换主开关的目的；不但同时适用于顺向型及返驰型架构之切换式电源供应器，亦无须电路复杂且高价的驱动变压器，其控制方式较前述之习用切换式电源供应器简单，制造成本亦较前述之习用切换式电源供应器低廉。
本案得由熟悉本技艺之人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。
权利要求
1.一种切换式电源供应器，包括一辅助电路，包括一辅助电容及一辅助开关，该辅助电容系串联于该辅助开关；一变压器，该辅助电路并联于该变压器之一次侧；一辅助开关控制电路，连接于该辅助开关及该变压器之一次侧，用以固定该辅助开关每次的开启时间；一主开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，该第一端连接于该变压器之一次侧；一零电压切换(ZVS)控制器，连接于该主开关之该第一端及该控制端；一第一及一第二整流开关，耦接于该变压器之二次侧；以及一滤波电路，并联于该第二整流开关之两端；其中，该辅助开关控制电路固定该辅助开关每次的开启时间，产生该主开关每次的关闭时间皆固定的效应，以达到零电压切换该主开关的目的。
2.根据权利要求1所述的切换式电源供应器，其特征在于，该辅助开关控制电路包括一驱动器(driver)及一计时器(timer)。
3.根据权利要求2所述的切换式电源供应器，其特征在于，该驱动器系为该变压器之一次侧线圈。
4.根据权利要求1所述的切换式电源供应器，其特征在于，该零电压切换检测器系用以检测该主开关之该第一端上的零电压。
5.根据权利要求1所述的切换式电源供应器，其特征在于，该辅助开关、该主开关、该第一及该第二整流开关系为半导体开关元件。
6.根据权利要求1所述的切换式电源供应器，其特征在于，该滤波电路包括一滤波电感及一滤波电容。
7.一种切换式电源供应器，包括一辅助电路，包括一辅助电容及一辅助开关，该辅助电容系串联于该辅助开关；一变压器，该辅助电路并联于该变压器之一次侧；一辅助开关控制电路，连接于该辅助开关及该变压器之一次侧，用以固定该辅助开关每次的开启时间；一主开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，该第一端连接于该变压器之一次侧；一零电压切换(ZVS)控制器，连接于该主开关之该第一端及该控制端；一第一整流开关，一端耦接于该变压器之二次侧；以及一滤波电路，一端连接于该第一整流开关的另一端，另一端连接于该变压器之二次侧；其中，该辅助开关控制电路固定该辅助开关每次的开启时间，产生该主开关每次的关闭时间皆固定的效应，以达到零电压切换该主开关的目的。
8.根据权利要求7所述的切换式电源供应器，其特征在于，该辅助开关控制电路包括一驱动器(driver)及一计时器(timer)。
9.根据权利要求8所述的切换式电源供应器，其特征在于，该驱动器系为该变压器之一次侧线圈。
10.根据权利要求7所述的切换式电源供应器，其特征在于，该零电压切换检测器系用以检测该主开关之该第一端上的零电压。
11.根据权利要求7所述的切换式电源供应器，其特征在于，该辅助开关、该主开关及该第一整流开关系为半导体开关元件。
12.根据权利要求7所述的切换式电源供应器，其特征在于，该滤波电路包括一滤波电容。
13.一种切换式电源供应器之零电压切换(ZVS)的控制方法，该切换式电源供应器至少包括一变压器以及耦接于该变压器之一次侧的一主开关和一辅助开关，该控制方法包括下列步骤固定该辅助开关每次的开启时间，产生该主开关每次的关闭时间皆固定的效应，以达到零电压切换该主开关的目的。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，该切换式电源供应器系选自一顺向型(forward)切换式电源供应器及一返驰型(feedback)切换式电源供应器其中之一。
全文摘要
本发明系指一种切换式电源供应器及其零电压切换(ZVS)的控制方法，该切换式电源供应器至少包括一变压器以及耦接于该变压器之一次侧的一主开关和一辅助开关，该控制方法系固定该辅助开关每次的开启时间，产生该主开关每次的关闭时间皆固定的效应，以达到零电压切换该主开关的目的。
文档编号H02M3/335GK1972096SQ20051012862
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月25日 优先权日2005年11月25日
发明者张世贤 申请人:台达电子工业股份有限公司