专利名称：具有零电压切换的压电驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型是有关一种具有零电压切换的压电驱动电路，特别是指一种能实现宽频和宽负载范围的零电压切换半桥电路的压电驱动电路。
背景技术：
由于压电变压器具有薄型和无福射型电磁干扰(EMI; ElectromagneticInterference)的优势，因此，以慢慢普及被应用于电源驱动电路上。然而，压电变压器仍存在一些无法克服的难题，举例来说，压电变压器应用于桥式开关电路上，通常都需要连接一电感于桥式开关电路及压电电压器之间，才能达到零电压切换的条件，但是，电感本身比压电变压器还要厚(亦即结构较大)，如此就牺牲了压电变压器原有的薄型封装优势，且电感在主电路上也会造成额外的损耗及产生电磁辐射干扰问题。再者，若于压电变压器驱动电路中，使用无电感的设计，虽可在特定负载范围内达到零电压切换条件，但是可用频率范围太窄，使得压电变压器无法在变频反馈控制及大范围负载变动下，仍可维持零电压切换动作。实际上，无论压电变压器有没有搭配电感设计，整体驱动电路能够达到的零电压切换的频宽范围都相当狭窄。再者，于实际操作上，压电变压器在轻载(light load)的条件下以及远离主共振频率时，实难以达到零电压切换，因此，局限了压电变压器于电源供应器的应用及发展。有鉴于此，本实用新型遂针对上述先前技术的缺失，提出一种具有零电压切换的压电驱动电路，以有效克服上述等问题。
发明内容本实用新型的主要目的在提供一种具有零电压切换的压电驱动电路，其利用分流电路在半桥开关的死区时间(dead times)下协助谐振，使得在负载变动及操作频率变动下，仍可保持零电压切换的功效。本实用新型的另一目的在提供一种具有零电压切换的压电驱动电路，其利用分流电路来取代一般电感于主电流路径所占的体积及所造成的损耗，不仅能让整体电路薄型化，又可提高整体电路效能，有助于整体技术发展、应用及产品的竞争。为达上述的目的，本实用新型提供一种具有零电压切换的压电驱动电路，包括一半桥驱动电路、一压电元件及至少一分流电路。半桥驱动电路系接收一输入直流电压，半桥驱动电路包含串联的一上臂开关组及一下臂开关组，并根据上臂开关组及下臂开关组的切换以转换为一交流电压。压电元件电性连接半桥驱动电路，并接受交流电压，以驱动一负载动作。分流电路电性连接于半桥驱动电路与压电元件之间，分流电路系与半桥驱动电路进行谐振，使上臂开关组及下臂开关组进行零电压切换。其中，所述上臂开关组与所述下臂开关组皆为关闭状态的死区时间时，则所述分流电路导通，并与所述上臂开关组与所述下臂开关组开始谐振充电或放电，且于所述分流电路的导通时间内，充电电荷须等于所述输入直流电压或放电电荷须为零电压，使所述上臂开关组与所述下臂开关组进行所述零电压切换。其中，所述上臂开关组包含一第一寄生电容，所述下臂开关组包含一第二寄生电容，于所述上臂开关组与所述下臂开关组关闭时，所述分流电路导通，所述压电元件的一输入电容与所述第二寄生电容经由所述分流电路放电，同时所述第一寄生电容被充电。其中，所述分流电路包含串联的一分流电感、一双向开关及一分流电源，于所述分流电感与所述第一寄生电容、所述第二寄生电容、所述输入电容开始谐振时，所述压电元件的所述输入交流电压递减为零电压，所述上臂开关组上的跨压递增至所述直流电压准位。其中，所述分流电感为所述分流电路中导线上的寄生电感或为所述分流电路的印刷电路板上的线径。其中，所述分流电源是提供一驱动电压予所述双向开关，且所述分流电源的直流电压值为所述输入直流电压的一半。其中，所述分流电路为二时，其为一第一分流电路及一第二分流电路，所述第一分流电路包含串联的一第一分流电感及一第一单向开关；所述第二分流电路连接所述第一分流电路，所述第二分流电路包含串联的一第二分流电感及一第二单向开关。其中，所述下臂开关组导通时，则所述第一分流电感、所述第二分流电感与所述第一寄生电容、所述第二寄生电容、所述输入电容开始谐振，所述输入电容与所述第二寄生电容经由所述第二分流电感及所述第二单向开关放电，同时所述第一寄生电容被充电，此时所述压电元件的所述输入交流电压递减为零电压，所述上臂开关组上的跨压递增至所述直流电压准位；以及所述上臂开关组导通时，则所述第一分流电感、所述第二分流电感与所述第一寄生电容、所述第二寄生电容、所述输入电容开始谐振，所述输入电容与所述第二寄生电容经由所述第一分流电感及所述第一单向开关充电，同时所述第一寄生电容被放电，此时所述压电元件的所述输入交流电压递增至所述直流电压准位，所述上臂开关组上的跨压递减为零电压。其中，所述压电元件为一压电变压器或一压电谐振器。其中，所述上臂开关组并联一第一电容，所述压电元件并联一第二电容，且所述第一电容与所述分流电路之间串联一分流电容，所述第二电容用以改变所述分流电路中的分流电流值以及所述第一电容与所述分流电路的谐振频率。本实用新型利用分流电路来取代一般电感于主电流路径所占的体积及所造成的损耗，不仅能让整体电路薄型化，又可提高整体电路效能，有助于整体技术发展、应用及产
品的竞争。底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图1为本实用新型的第一实施例架构图。图2为本实用新型的第一实施例波形图。图3为本实用新型的第二实施例架构图。图4为本实用新型的第二实施例波形图。[0024]图5为本实用新型的第三实施例架构图。图6为本实用新型的第四实施例架构图。附图标记说明:10压电驱动电路；12半桥驱动电路；14压电元件；16分流电路；162分流电感；164双向开关；166分流电源；18上臂开关组；182第一寄生电容；184第一寄生二极管；20下臂开关组；202第二寄生电容；204第二寄生二极管；22负载；24第一分流电路；242第一分流电感；244第一单向开关；26第二分流电路；262第二分流电感；264第二单向开关；28第一电容；30第二电容；32分流电容；34压电谐振器；36第三电容。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型的第一实施例架构图。压电驱动电路10包括一半桥驱动电路12、一压电元件14及至少一分流电路16。半桥驱动电路12包含串联的一上臂开关组18及一下臂开关组20，半桥驱动电路12是接收一输入直流电压(VD。)，并根据上臂开关组18及下臂开关组20的切换以转换为方波的一交流电压。压电元件14是电性连接半桥驱动电路16，并接受交流电压，经谐振后以驱动一负载22动作。其中，负载22可为冷阴极灯管(CCFL)、热阴极灯管(HCFL)、高亮度放电灯(HID Lamp)、发光二极管(LED)、整流器电路、压电致动器和开关电路等。分流电路16电性连接于半桥驱动电路12与压电元件14之间，分流电路16是与半桥驱动电路12进行谐振，使上臂开关组18及下臂开关组20进行零电压切换，容后介绍。在此，先说明上述元件的细部电路，以便于了解后续电路上的操作方式。上臂开关组18包含一第一寄生电容(CK1)182及一第一寄生二极管184。下臂开关组20包含一第二寄生电容(CK2)202及一第二寄生二极管204。压电元件14为压电变压器或压电谐振器，在此以压电变压器为例说明，其包含一输入电容(Cp) 142。在此第一实施例中，本实用新型使用一组分流电路16为例说明，其包含串联的一分流电感(Ls) 162、一双向开关(Ks) 164及一分流电源(Vdc/2) 166。其中，分流电源166是提供一驱动电压予双向开关164，且分流电源166的直流电压值为输入直流电压(Vdc)的一半。接续，请同时配合图2，为本实用新型的第一实施例波形图。在此，是说明压电驱动电路10的操作过程中，如何达到零电压切换的功效。首先，操作在[tftj期间，上臂开关组(K1)IS呈导通状态，而下臂开关组(K2)20呈截止状态，此时分流电路16是关闭的，因此，输入电流iP流至压电元件14，而其输入电容142上的跨压Vp会等于输入直流电压(VDC)，且跨压为正值。此操作期间于结束时，分流电路16的双向开关164仍呈现关闭状态。接续，操作在[ti_t2]期间，上臂开关组18与下臂开关组20同时呈现截止状态时，此期间即为传统半桥电路的死区时间(dead time);此时，分流电路16即导通，输入电容142、第二寄生电容202、第一寄生电容182与分流电感162开始谐振，输入电容142与第二寄生电容202会经由分流电路16开始谐振放电，同时第一寄生电容182开始被谐振充电。值得注意的是，输入电容142上的跨压Vp是以正弦斜率递减至零电压，而上臂开关组18上的跨压会递增至输入直流电源(Vdc)的电压准位；如此一来，即可作为下臂开关组20的零电压切换的关键条件。当然，若在[t「t2]期间，谐振放电电流不够大时，则输入电容142与第二寄生电容202就不能完全放电到零，且下臂开关组20亦不能在下一操作期间进行零电压导通。其中，分流电感162与全部电容于[t1-t2]谐振期间的计算如下列公式I。
权利要求1.一种具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，包括: 一半桥驱动电路，是接收一输入直流电压，所述半桥驱动电路包含串联的一上臂开关组及一下臂开关组，并根据所述上臂开关组及所述下臂开关组的切换以转换为一交流电压； 一压电元件，电性连接所述半桥驱动电路，并接受所述交流电压，以驱动一负载动作；及 至少一分流电路，电性连接于所述半桥驱动电路与所述压电元件之间，所述分流电路是与所述半桥驱动电路进行谐振，使所述上臂开关组及所述下臂开关组进行零电压切换。
2.根据权利要求1所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，所述上臂开关组与所述下臂开关组皆为关闭状态的死区时间时，则所述分流电路导通，并与所述上臂开关组与所述下臂开关组开始谐振充电或放电，且于所述分流电路的导通时间内，充电电荷须等于所述输入直流电压或放电电荷须为零电压，使所述上臂开关组与所述下臂开关组进行所述零电压切换。
3.根据权利要求1所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，所述上臂开关组包含一第一寄生电容，所述下臂开关组包含一第二寄生电容，于所述上臂开关组与所述下臂开关组关闭时，所述分流电路导通，所述压电元件的一输入电容与所述第二寄生电容经由所述分流电路放电，同时所述第一寄生电容被充电。
4.根据权利要求3所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，所述分流电路包含串联的一分流电感、一双向开关及一分流电源，于所述分流电感与所述第一寄生电容、所述第二寄生电容、所 述输入电容开始谐振时，所述压电元件的所述输入交流电压递减为零电压，所述上臂开关组上的跨压递增至所述直流电压准位。
5.根据权利要求4所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，所述分流电感为所述分流电路中导线上的寄生电感或为所述分流电路的印刷电路板上的线径。
6.根据权利要求4所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，所述分流电源是提供一驱动电压予所述双向开关，且所述分流电源的直流电压值为所述输入直流电压的一半。
7.根据权利要求3所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，所述分流电路为二时，其为一第一分流电路及一第二分流电路，所述第一分流电路包含串联的一第一分流电感及一第一单向开关；所述第二分流电路连接所述第一分流电路，所述第二分流电路包含串联的一第二分流电感及一第二单向开关。
8.根据权利要求7所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于， 所述下臂开关组导通时，则所述第一分流电感、所述第二分流电感与所述第一寄生电容、所述第二寄生电容、所述输入电容开始谐振，所述输入电容与所述第二寄生电容经由所述第二分流电感及所述第二单向开关放电，同时所述第一寄生电容被充电，此时所述压电元件的所述输入交流电压递减为零电压，所述上臂开关组上的跨压递增至所述直流电压准位；以及 所述上臂开关组导通时，则所述第一分流电感、所述第二分流电感与所述第一寄生电容、所述第二寄生电容、所述输入电容开始谐振，所述输入电容与所述第二寄生电容经由所述第一分流电感及所述第一单向开关充电，同时所述第一寄生电容被放电，此时所述压电元件的所述输入交流电压递增至所述直流电压准位，所述上臂开关组上的跨压递减为零电压。
9.根据权利要求1所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，所述压电元件为一压电变压器或一压电谐振器。
10.根据权利要求1所述的具有零电压切换的压电驱动电路，其特征在于，所述上臂开关组并联一第一电容，所述压电元件并联一第二电容，且所述第一电容与所述分流电路之间串联一分流电容，所述第二电容用以改变所述分流电路中的分流电流值以及所述第一电容与所述分流电路的谐振频率。`
专利摘要本实用新型提供一种具有零电压切换的压电驱动电路，适用于切换式功率转换器，其由半桥驱动电路接收一输入直流电压，经半桥驱动的上臂开关组及下臂开关组的切换，以转换为一交流电压予压电元件，使交流电压经压电元件以驱动一负载动作。其中，于半桥驱动电路与压电元件之间电性连接一分流电路，作为零电压切换的用，也就是分流电路在上臂开关组及下臂开关组皆关闭时，与其寄生电容进行谐振，使上臂开关组及下臂开关组进行零电压切换，故能在非常宽的频率范围内及大范围负载变动下，实现零电压切换的功效。
文档编号H02M7/521GK202931220SQ20122054564
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年1月6日
发明者魏道金, 刘元平 申请人:金威贸易有限公司, 威远科技股份有限公司