专利名称：高效率切换功率转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率转换器，更详细地说涉及切换功率转换器和切换调节器。
背景技术：
功率转换器已用来将未调节电源转换为经调节电压和/或电流源。功率转换器的变压器经设置以便为了安全目的而在输入电源与应用装置之间提供隔离。图1展示传统的切换功率转换器。晶体管5连接至变压器40的主绕组NP用来切换变压器40。因此，变压器40的次绕组NS产生电源，所述电源通过整流器及过滤器50而耦合至功率转换器的输出。由于变压器的几何局限性，将在变压器40中产生泄漏电感器45。泄漏电感器45的电感值LL表示无法转移至变压器40的次绕组NS的能量。主绕组与次绕组之间的较差耦合将导致变压器的较高的泄漏电感。因此，较小的变压器通常包含较高的泄漏电感。由泄漏电感器45产生的功率PL可表示如下，PL=12×LL×IM2×FS---(1)]]>其中，IM是变压器40的切换电流；FS是功率转换器的切换频率。
二极管70、电阻器71和电容器72形成缓冲电路并消耗由泄漏电感器45造成的功率。否则，泄漏电感器45的能量将变成浪涌电压以压迫晶体管5。
等式1展示泄漏电感的功率损耗回应于切换频率的增大而增大。因此，尤其对于包含小变压器和高切换频率的切换功率转换器而言，如何节省泄漏电感的功率成为功率节省的主要关注的问题。
发明内容
本发明提供一种节省泄漏电感的功率并为功率转换器实现较高效率的方法和装置。其包括第一晶体管，所述第一晶体管从切换功率转换器的输入电压连接至变压器的主绕组的第一端子。第二晶体管从变压器的主绕组的第二端子连接至接地。第一二极管从主绕组的第二端子连接至输入电压。第二二极管从接地耦合至主绕组的第一端子。第三晶体管从主绕组的第一端子耦合至接地。驱动电路耦合至主绕组的第一端子和第一晶体管用来驱动第一晶体管。充电泵电路连接至驱动电路以便将电源提供至驱动电路。切换控制电路耦合至功率转换器的输出以便产生第一切换信号和第二切换信号用以调节切换功率转换器。第一切换信号经耦合以便以第一脉冲宽度来驱动第一晶体管和第二晶体管。第二切换信号经耦合以便以第二脉冲宽度来驱动第三晶体管。
附图用来提供对本发明的进一步理解，所述附图并入本说明书中并组成本说明书的一部分。
本发明的实施例，并与具体实施方式
一起用来解释本发明的原理。
图1展示传统的功率转换器。
图2是根据本发明的实施例的高效率切换功率转换器的示意电路。
图3A至图3E展示根据本发明的实施例的切换功率转换器的每一切换周期的操作阶段。
图4展示根据本发明的实施例的切换信号的波形。
图5是根据本发明的实施例的切换功率转换器的切换控制电路。
图6展示根据本发明的实施例的振荡电路的电路示意图。
具体实施例方式
图2展示根据本发明的实施例的切换功率转换器。所述切换功率转换器可为功率转换器或切换调节器。变压器10包含主绕组NP和次绕组NS。变压器10的主绕组NP具有第一端子和第二端子。变压器10的次绕组NS通过整流器-过滤器50而耦合至切换功率转换器的输出。晶体管11从输入电压VIN连接至主绕组NP的第一端子。晶体管11包含寄生二极管16。晶体管21从主绕组NP的第二端子连接至接地。晶体管21包含寄生二极管26。二极管37从主绕组NP的第二端子连接至输入电压VIN。二极管35从接地耦合至主绕组NP的第一端子。晶体管31从主绕组NP的第一端子耦合至接地。驱动电路90耦合至主绕组NP的第一端子和晶体管11用来驱动晶体管11。缓冲电路95连接至晶体管21用来驱动晶体管21。二极管80从电源电压VB连接至电容器85。二极管80和电容器85形成充电泵电路，所述充电泵电路连接至驱动电路90以便将电源提供至驱动电路90。当晶体管31开启时，电源电压VB将通过二极管80而对电容器85进行充电。切换控制电路100通过次电路60而耦合至功率转换器的输出V0。次电路60用来根据功率转换器的输出而产生反馈信号。次电路60的器件(例如，光耦合器)将提供隔离。切换控制电路100根据反馈信号VFB来产生切换信号S1和切换信号S2用以调节功率转换器的输出。切换信号S1经耦合以驱动晶体管11和晶体管21。切换信号S2经耦合以驱动晶体管31。
图3A至图3E展示功率转换器的每一切换周期的操作阶段。如图3A中所展示，在操作阶段T1期间晶体管11和晶体管21开启。切换电流IM经导通而将能量转移至变压器10中。图3B展示操作阶段T2，其中晶体管11和晶体管21关闭。变压器10的泄漏电感器和/或磁化电感器的能量将变成环电流以便通过二极管37和二极管35将能量取回至输入电压VIN。如图3C中所展示，此刻晶体管31开启以实现软切换(零电压开启)。在操作阶段T3期间，电容器27的电压等于输入电压VIN。电容器27是晶体管21的寄生电容器。此外，电源电压VB将为充电泵而通过二极管80和晶体管31对电容器85进行充电。如图3D中所展示，在操作阶段T4，当变压器10完全放电时，电容器27的能量将通过晶体管31而传递至变压器10。图3E是操作阶段T5，其中晶体管31关闭。因此，变压器10的能量将反转对电容器17和电容器27的充电，此有助于在下一切换周期中晶体管11和21的软切换。电容器17是晶体管11的寄生电容器。
图4展示切换信号S1和S2的波形，其中在禁用切换信号S1之后且在启用切换信号S2之前产生延迟时间TD1。此外，在禁用切换信号S2之后且在启用切换信号S1之前产生延迟时间TD2。延迟时间TD1是操作阶段T2的时段。延迟时间TD2是操作阶段T5的时段。切换信号S1经耦合以分别通过驱动电路90和缓冲电路95来驱动晶体管11和晶体管21。切换信号S2经连接以驱动晶体管31。以第一脉冲宽度驱动晶体管11和晶体管21。以第二脉冲宽度驱动晶体管31。
图5是根据本发明的实施例的切换控制电路100。切换控制电路100包含用于产生脉冲信号PLS和斜坡信号RAMP的振荡电路200。脉冲信号PLS连接至反相器115。反相器115的输出经连接以启用触发器(flip-flop)120。触发器120的输出连接至与门(AND gate)150的输入。与门150的另一输入连接至反相器115的输出。与门的输出产生切换信号S1。斜坡信号RAMP和反馈信号VFB耦合至运算放大器110。运算放大器的输出用以休止触发器120。晶体管160、电流源170和电容器175形成延迟电路。晶体管160的输入连接至触发器120的输出。电容器175连接至与门180的输入。与门180的另一输入通过反相器165耦合至触发器120的输出。与门180的输出产生切换信号S2。电流源170的电流和电容器175的电容判定延迟时间TD1。
图6展示根据本发明的实施例的振荡电路200的示意图。电流源210通过开关215连接至电容器230。电流源220通过开关225连接至电容器230。具有参考电压VIN的比较器251连接至电容器230。具有参考电压VL的比较器252连接至电容器230。与非门(NAND gate)261和262形成锁存电路。与非门261的输入连接至比较器251的输出。与非门262的输入连接至比较器252的输出。与非门261的输出产生脉冲信号PLS。开关225由脉冲信号PLS控制。开关215由脉冲信号PLS通过反相器250进行控制。因此，在电容器230处产生斜坡信号RAMP。因此，电流源220的电流和电容器230的电容判定脉冲信号PLS的脉冲宽度和延迟时间TD2。
本领域的技术人员将容易了解，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下对本发明的结构作出各种修改和变更。鉴于前文所述，倘若对本发明作出的修改和变更归属于本发明的权利要求及其等效的范围内，则希望本发明涵盖这些修改和变更。
权利要求
1.一种切换功率转换器，其包括变压器，其包括具有第一端子和第二端子的主绕组、耦合至所述切换功率转换器的输出的次绕组；第一晶体管，其从输入电压连接至所述主绕组的所述第一端子；第二晶体管，其从所述主绕组的所述第二端子连接至接地；驱动电路，其耦合至所述主绕组的所述第一端子和所述第一晶体管用来驱动所述第一晶体管；充电泵电路，其连接至所述驱动电路以便将电源提供至所述驱动电路；二极管，其从所述主绕组的所述第二端子连接至所述输入电压；第三晶体管，其从所述主绕组的所述第一端子耦合至所述接地；和切换控制电路，其耦合至所述切换功率转换器的所述输出以便产生切换信号用以调节所述切换功率转换器，其中切换信号包含第一切换信号和第二切换信号，所述第一切换信号经耦合以驱动所述第一晶体管和所述第二晶体管，所述第二切换信号经耦合以驱动所述第三晶体管。
2.根据权利要求1所述的切换功率转换器，其中所述切换控制电路在禁用所述第一切换信号之后且在启用所述第二切换信号之前产生第一延迟时间，且其中所述切换控制电路在禁用所述第二切换信号之后且在启用所述第一切换信号之前产生第二延迟时间。
3.根据权利要求1所述的切换功率转换器，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管是以第一脉冲宽度驱动，且所述第三晶体管是以第二脉冲宽度驱动。
4.根据权利要求1所述的切换功率转换器，其进一步包括第二二极管，所述第二二极管从所述接地耦合至所述主绕组的所述第一端子。
5.根据权利要求1所述的切换功率转换器，其进一步包括缓冲电路，所述缓冲电路连接至所述第二晶体管用来驱动所述第二晶体管。
6.根据权利要求1所述的切换功率转换器，其中所述充电泵电路包括电容器，其连接至所述驱动电路；充电泵二极管，其从电源电压连接至所述电容器；其中当所述第三晶体管开启时，所述电源电压通过所述充电泵二极管对所述电容器进行充电。
7.一种包含变压器的功率转换器，其包括第一晶体管，其从输入电压连接至所述变压器；第二晶体管，其从所述变压器连接至接地；驱动电路，其耦合至所述第一晶体管用来驱动所述第一晶体管；缓冲电路，其连接至所述第二晶体管用来驱动所述第二晶体管；充电泵电路，其连接至所述驱动电路以便将电源提供至所述驱动电路；第一二极管，其从所述变压器连接至所述输入电压；第二二极管，其从所述接地耦合至所述变压器；和切换控制电路，其耦合至所述切换功率转换器的输出以便产生切换信号用以调节所述功率转换器；其中所述切换信号耦合至所述驱动电路和所述缓冲电路用来驱动所述第一晶体管和所述第二晶体管，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管是以脉冲宽度驱动。
8.根据权利要求7所述的功率转换器，其中所述充电泵电路包括电容器，其连接至所述驱动电路；和充电泵二极管，其从电源电压连接至所述电容器；其中当所述第一和第二晶体管关闭时，所述电源电压通过所述充电泵二极管对所述电容器进行充电。
9.一种具有变压器的切换调节器，其包括第一晶体管，其从输入电压连接至所述变压器；第二晶体管，其从所述变压器连接至接地；第三晶体管，其从所述变压器连接至所述接地；二极管，其从所述变压器连接至所述输入电压；和切换控制电路，其耦合至所述切换调节器的输出以便产生第一切换信号和第二切换信号用以调节所述切换调节器；其中所述第一切换信号经耦合以驱动所述第一晶体管和所述第二晶体管；所述第二切换信号经耦合以驱动所述第三晶体管。
10.根据权利要求9所述的切换调节器，其中所述切换控制电路在禁用所述第一切换信号之后且在启用所述第二切换信号之前产生第一延迟时间，且其中所述切换控制电路在禁用所述第二切换信号之后且在启用所述第一切换信号之前将进一步产生第二延迟时间。
11.根据权利要求9所述的切换调节器，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管是以第一脉冲宽度驱动，且所述第三晶体管是以第二脉冲宽度驱动。
12.根据权利要求9所述的切换调节器，其进一步包括第二二极管，所述第二二极管从所述接地耦合至所述变压器。
全文摘要
一种切换功率转换器，其具有第一和第二晶体管，所述第一和所述第二晶体管与变压器串联以提供较高切换效率。充电泵电路耦合至驱动电路以便提供电源来驱动所述第一晶体管。第三晶体管连接在所述变压器与接地端之间以有助于所述变压器的切换和所述充电泵电路的充电。切换控制电路耦合至所述切换功率转换器的输出以便产生第一切换信号和第二切换信号用以调节所述切换功率转换器。所述第一切换信号经耦合以驱动所述第一晶体管和所述第二晶体管。所述第二切换信号经耦合以驱动所述第三晶体管。
文档编号H02M5/275GK1913315SQ20061010840
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月2日 优先权日2006年8月2日
发明者杨大勇 申请人:崇贸科技股份有限公司