电源转换装置的制作方法

专利名称：电源转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源转换装置，并且特别涉及一种直流转直流电源转换装置。
背景技术：
随着电子科技的进步，人们对于电子相关的产品的要求也日益增高。为了 提供人们物美价廉的商品，如何有效的节省电子产品的体积成了现今电子产品 设计者的重要课题。由于一般电子装置中，都需要多组的电源来提供作为工作 电压，为了避免使用多个体积庞大的变压器来提供这些不同电压的电源，电源
转换装置(Power Convertei;)成为最受设计者欢迎的 一种电源供应装置。
然而， 一般的直流转直流电源转换装置(DC DC converter)都是利用开关切 换的方式来完成其电源转换的功能，因此， 一种所谓的振铃(ring)的现象也无可 避免的发生。以下请参照图1A，图1A示出公知的直流转直流电源转换装置的 电路图。其中的电源转换装置10由电感Ll、开关SW1、开关SW2、电容C1 以及电容C2所构成。当端点A接收输入电压而端点B产生输出电压时，电源 转换装置10为升压式(boost)的电源转换装置。相反的，当端点B接收输入电压 而端点A产生输出电压时，电源转换装置10为降压式(buck)的电源转换装置。 电源转换装置10不论是作为升压式或降压式的电源转换装置，当在电感 Ll完全释放电能后，开关SW1、SW2会有一段时间同时断开而形成开路(open)， 而在进入此状态的瞬间就会产生所谓的振铃现象。
以下请参照图1B，图1B是以降压式电源转换装置为例所示出的开关SW1、 SW2与端点C电压VC及电感Ll的电流IL1对时间的关系图。在进入开关SW1 、 SW2同时开^^的期间之前，开关SW1为导通。且此时电感Ll与开关SW1的 耦接端点C的电压为零电位，当开关SWl开路后(进入区间TR)，端点A(电位 为VA)必须通过电感Ll对端点C充电(^吏其充电至与端点A的电位VA相同)， 因而会在区间TR中，产生振铃现象。而其中的振铃现象如同图1C示出的区间 TC中的端点C电压VC及电感Ll的电流IL1对时间的关系图。
5同理，在升压式电源转换装置中，进入开关SW1、 SW2同时开路的期间 之前，开关SW2为导通，此时，端点C的电位等于端点B的电位。而当开关 SW2开路后，端点C必须通过电感Ll放电到端点A，同样的也会产生振铃的 现象。
上述的振铃现象会产生出额外的噪声以及电磁干扰(Electromagnetic interference, EMI)。因此， 一些高规格要求的电源转换装置会在开关SWl 、 SW2 都开路时，使电感Ll的两个端点形成短路，使得上述的充放电行为不至于通 过电感Ll而产生振铃现象。然而，此种方法在将电路芯片化的过程中，必须 增加连接到端点A的额外引脚，造成电路面积的浪费。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电源转换装置，有效降低电源转换过 程中所产生的振铃现象。
本发明要解决的技术问题是通过一种电源转换装置来解决的，该电源转换 装置用以接收输入电压并转换产生输出电压，包括切换式电压转换电路以及电 位调整电路。切换式电压转换电路包括电感、切换开关以及同步整流器。其中 的切换开关用以断开/导通在电感进行的储能动作。而同步整流器借助上述的储 能动作时所储存的电能来产生输出电压。此外，电位调整电路跨接在切换开关 上，用以降低切换开关两端的电压差。
在本发明的一个实施例中，上述电位调整电^^包括第一调整开关以及第一 电阻。第一调整开关耦接至切换开关的一端。第一电阻串^l妄在第一调整开关与 切换开关的另一端间。其中当第一调整开关导通时，电位调整电路借助第一电 阻来调整并降低该切换开关两端的电压差。
在本发明的一实施例中，上述电位调整电路包括多个第二调整开关以及多 个第二电阻。第二调整开关共同耦接至切换开关的一端，而第二电阻分别串接 在这些第二调整开关与切换开关的另一端间；其中当这些第二调整开关分别被 导通时，电位调整电路借助所对应的这些第二电阻来调整并降低切换开关两端 的电压差。
在本发明的一实施例中，上述电位调整电路包括第一开关、第二开关以及 电容。第一开关的一端耦接至切换开关的一端，而第二开关的一端耦接至切换 开关的另一端。并且，电容的一端共同耦接至第一开关的另一端以及第二开关的另一端，而电容的另一端耦接至接地电压。其中的第一开关与第二开关的断 开/导通动作反相。
在本发明的一实施例中，上述电位调整电路包括电压控制电流源，串接在 切换开关的一端与另一端间，依据切换开关的两端的电压差产生平衡电流。
在本发明的一实施例中，上述切换式电压转换电路为升压式电压转换电路。
在本发明的一实施例中，其中电感的一端接收输入电压，切换开关串接于 电感的另一端与接地电压间。而同步整流器的一端、电感的另一端及切换开关 共同耦接，且同步整流器的另一端产生输出电压。
在本发明的一实施例中，其中的电源转换装置更包括储存电容，耦接至同 步整流器的另 一 端与接地电压间。
在本发明的一实施例中，其中更包括稳压电容，耦接在电感接收输入电压 的一端与接地电压间。
在本发明的一实施例中，下述的切换式电压转换电路为降压式电压转换电路。
在本发明的一实施例中，其中切换开关的一端接收输入电压，切换开关的 另一端耦接电感的一端。并且，电感的另一端产生输出电压，而同步整流器的 一端与电感的一端以及切换开关的另一端共同耦接。同步整流器的另一端则耦 接至接地电压。
在本发明的 一 实施例中，其中的同步整流器包括整流开关。
本发明因采用电位调整电路的结构，因此可以有效的分别针对降压式电源
转换装置进行预充电动作，针对升压式电源转换装置进行预放电动作，有效抑
制振铃现象的发生。


为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配 合附图，作详细说明如下。
图1A示出公知的直流转直流电源转换装置的电路图； 图1B示出开关SW1、 SW2与端点C电压VC及电感Ll的电流IL1对时 间的关系图1C示出的区间TC中的端点C电压VC及电感Ll的电流IL1对时间的关系图2 A示出本发明第 一 实施例的电源转换装置示意图； 图2B 图2D示出电源转换装置20在不同电位调整电路220实施方式下的 电路示意图3A示出本发明第二实施例的电源转换装置示意图； 图3B 图3D分别示出电源转换装置30在不同电位调整电路320实施方式 下的电路示意图。
具体实施例方式
以下将针对本发明的电源转换装置提出多个实施例及多个实施方式来加 以说明，并佐以图示，以期本领域普通技术人员更能了解，并得据以实施。 第一实施例
以下请参照图2A,图2A示出本发明第一实施例的电源转换装置示意图。 其中的电源转换装置20为升压式的电源转换装置，包括切换式电压转换电路 210以及电位调整电^各220。而切换式电压转换电路210由电感Ll、稳压电容 Cl、储存电容C2、切换开关SW1、同步整流器211。其中电感L1的一端接收 输入电压VIN，切换开关SW1串接于电感Ll的另一端与4妄地电压GND间， 同步整流器211的一端、电感L1的另一端及切换开关SW1共同耦接，且同步 整流器211的另一端产生输出电压VOUT。同步整流器211则由整流开关SW2 所构成。
在电源转换装置20的整体动作方面，首先，切换开关SW1导通且整流开 关SW2开路，使电感Ll得以接收输入电压VIN进行储能动作。接着，断开切 换开关SWl,并且导通整流开关SW2。此时储存在电感L1中的电能经由整流 开关SW2流向储存电容C2，进而使得输出电压VOUT上升。
接着整流开关SW2被断开，此时电感Ll与整流开关SW2耦接的端点的 电位会被放电至等于输入电压VIN，为使这个i文电动作得以平顺而不致产生振 铃现象，同时间启动电位调整电路220。电位调整电路220跨接在切换开关SW1 的两端，在本第一实施例中，电位调整电路220包括调整开关Sl以及电阻R1。 当电位调整电路220被启动时，调整开关S1被导通，而电感L1与整流开关SW2 耦接的端点的电位则通过调整开关Sl以及电阻R1进行预放电动作，进而降低 振铃现象的发生。值得注意的是，电阻R1包括利用可变电阻来建构。当切换开关SW1两端 的电压差甚大时，可以调整使得电阻R1具有较小的电阻值，以较快的速率放 电。而随着切换开关SW1两端的电压差逐渐因为放电而降^氐时，电阻Rl的阻 值则可以逐渐调大，以避免额外放电使电源转换装置的效率降低。
此外，电位调整电路220还可以用不同的方式来实施。请参照图2B,图 2B示出电源转换装置20在另一电位调整电路220实施方式下的电路示意图。 在此实施方式中，电位调整电路220由多个调整开关S2、 S3、 S4以及多个电 阻R2、 R3、 R4来构成。其中，调整开关S2 S4的一端共同4禺4妄至切换开关SW1 的一端，电阻R2 R4的一端则分別与调整开关S2 S4的另一端耦接，而电阻 R2 R4的另一端则共同耦"l矣至切换开关SW1的另一端。
在此种电位调整电路220的实施方式下，当一开始要进行预放电的动作时， 导通所有的调整开关S2 S4。并在放电的过程中，依序断开调整开关S2 S4直 至所有的调整开关S2 S4都^f皮断开后，即完成预;故电动作。这种利用多组电阻 并联方式的一个特点是在于并联的电阻数目越多，在断开调整开关的过程中所 产生的电阻值变化将会越平緩。换句话说，这种结构下的进行放电所产生的放 电电流的改变也可以更为平緩。
在此请注意，上述所提到的使用三组调整开关S2 S4以及电阻R2 R4只 是一个范例，更多的调整开关以及电阻(大于3组)或是更少的调整开关以及电 阻(两组)，都可以用来实施电位调整电3各220，并不限制本发明。
另外，以下将再提出另一种电位调整电路的实施方式，请参照图2C,图 2C示出电源转换装置20在另一电位调整电路220实施方式下的电路示意图。 在本实施方式中，电位调整电路220是利用一种所谓的切换式电容(switching capacitor)来构成的。其中的开关S5的一端耦接至切换开关SW1的一端，而开 关S6的一端耦接至切换开关SW1的另一端，并且电容C3的一端共同耦接至 开关S5的另一端以及开关S6的另一端，而电容C3的另一端耦4妄至"t娄地电压 GND。其中的开关S5与开关S6的断开导通动作反相。
在此，电位调整电路220利用持续反相切换的开关S5与开关S6，并配合 电容C3来形成一个等效电阻，其中的等效电阻值等于l/(C3*fsw),其中的fsw 为开关S5与开关S6的切换频率。也就是说，利用改变开关S5与开关S6的切 换频率的快慢，就可以控制电位调整电路220的等效电阻值，进而控制预放电 电流大小及放电速度。接着请再参照图2D,图2D示出电源转换装置20在另一电位调整电路220 实施方式下的电路示意图。在本实施方式中，电位调整电路220由一个电压控 制电流源II来构成。电压控制电流源II跨接在切换开关SW1的两端，依据切 换开关SWl两端的电压差来产生电流，并利用这个电流来进行预放电的动作， 以降低切换开关SW1两端的电压差，进而降低振铃现象的发生。此外，电压控 制电流源II可以利用晶体管来构成，而这个使用晶体管来构成电压控制电流源 的方法为本领域普通技术人员都可以轻易了解，此处则不多赘述。
相同地，本发明也可对电压控制电流源II所l俞出的电流进行控制。举例来 说，当切换开关SW1两端的电压差很大时，可使电压控制电流源II输出较大 的电流，以迅速放电；而随着切换开关SWl两端的电压差逐渐因为放电而降低 时，电压控制电流源Il所输出的电流^更可以逐渐调小，以避免额外放电使电源 转换装置的效率降低。
值得一提的是，在本第一实施例以及其电位调整电路220的各种不同的实 施方式中，同步整流器211是由整流开关SW2构成，而上述所提到的各种开关 (包括切换开关SW1、整流开关SW2、调整开关S1 S4以及开关S5、 S6)都可 以利用晶体管来构成，并利用控制这些晶体管的栅极电压来断开/导通这些开
了解，此处不多加赘述。 第二实施例
以下请参照图3A，图3A示出本发明第二实施例的电源转换装置示意图。 电源转换装置30为 一个降压式的电源转换装置，包括切换式电压转换电路310 以及电位调整电路320。而切换式电压转换电路310由电感Ll、稳压电容C2、 储存电容C1、切换开关SW2、同步整流器311。其中切换开关SW2的一端接 收输入电压VIN,切换开关SW2的另一端耦4矣电感Ll的一端，而电感Ll的 另一端产生输出电压VOUT。此外，同步整流器311的一端与电感L1的一端以 及切换开关SW2的另一端共同耦接，且同步整流器311的另一端耦接至接地电 压GND。另外，同步整流器311则由整流开关SW1所构成。
在电源转换装置30的整体动作方面，首先，切换开关SW2导通且整流开 关SW1开路，使电感Ll得以通过切换开关SW2接收输入电压VIN进行储能 动作。接着，断开切换开关SW2，并且导通整流开关SW1。此时电感L1释放 电能，产生由接地电压GND端经过整流开关SW1流向储存电容Cl的电流，并使得输出电压VOUT下降。
接着整流开关SW1被断开，此时电感Ll与整流开关SW1耦接的端点的 电位会被充电至等于输出电压VOUT,为使这个充电动作得以平顺而不致产生 振铃现象，同时启动电位调整电路320。电位调整电路320跨接在切换开关SW2 的两端。与第一实施例相类似，在本第二实施例中，电位调整电路320同样包 括调整开关Sl以及电阻R1。当电位调整电路320被启动时，调整开关Sl被导 通，而电感Ll与整流开关SW1耦接的端点的电位则通过调整开关Sl以及电 阻R1进行预充电动作，进而降低振铃现象的发生。
此外，与第一实施例相同的，本笫二实施例中的电位调整电路320 —样可 以由多种不同的方式来实施。以下请参照图3B 图3D,图3B 图3D分别示出 电源转换装置30在不同电位调整电路320实施方式下的电路示意图。
其中图3B中的电位调整电路320是由多个开关S2 S4及分别与其串接电 阻R2 R4构成，图3C中的电位调整电路320则是由所谓的切换式电容来构成， 图3D中的电位调整电路320则是由电压控制电流源II所构成。上述这些不同 的电位调整电路320实施方式的动作方法都与第一实施例中所说明的相同，唯 一不同的是在第 一 实施例中的电位调整电路220是进行预放电的动作，而在第 二实施例中的电位调整电路320是进行预充电的动作。因此针对这些电位调整 电J各320的动作细节不再重复说明。
综上所述，本发明利用电位调整电^f各来针对电源转换装置进行相对应的预 充电或预放电动作。这种电位调整电路不需通过电感来进行预充电或预放电， 并且在电路进行芯片化时，并不需要多余的引脚，进而在不增加电路面积的情 况下有效减少振铃现象的产生。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技 术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行 适当的更动与润饰。
1权利要求
1.一种电源转换装置，用以接收输入电压并转换产生输出电压，包括切换式电压转换电路，包括电感、切换开关以及同步整流器，其中该切换开关用以断开/导通在该电感中进行的储能动作，该同步整流器借助该储能动作时储存的电能来产生该输出电压；以及电位调整电路，跨接在该切换开关上，用以降低该切换开关两端的电压差。
2. 根据权利要求1所述的电源转换装置，其中该电位调整电路在该切换开 关以及该同步整流器都形成断路时，降低该切换开关两端的电压差。
3. 根据权利要求2所述的电源转换装置，其中该电位调整电路包括 第一调整开关，耦接至该切换开关的一端；以及第 一电阻，串接在该第 一调整开关与该切换开关的另 一端之间；其中当该切换开关以及该同步整流器都形成断路时，该第一调整开关导通，以使该电位调整电路借助该第一电阻来调整并降低该切换开关两端的电压差。
4. 根据权利要求3所述的电源转换装置，其中该第一电阻是可变电阻，该 可变电阻的阻值根据该切换开关两端的电压差大小而改变。
5. 根据权利要求2所述的电源转换装置，其中该电位调整电路包括 多个第二调整开关，共同耦接至该切换开关的一端；以及多个第二电阻，分别串接在这些第二调整开关与该切换开关的另 一端之间；其中当该切换开关以及该同步整流器都形成断路时，这些第二调整开关分 别被导通，以使该电位调整电路借助所对应的这些第二电阻来调整并降低该切 换开关两端的电压差。
6. 根据权利要求5所述的电源转换装置，其中该多个第二电阻的等效阻值 根据该切换开关两端的电压差大小而改变。
7. 根据权利要求2所述的电源转换装置，其中该电位调整电路包括 第一开关，其一端耦接至该切换开关的一端；第二开关，其一端耦接至该切换开关的另一端；以及电容，其一端共同耦接至该第一开关的另一端以及该第二开关的另一端，该电容的另 一端耦接至接地电压；其中，该第一开关与该第二开关的断开/导通动作反相，以及当该切换开关 以及该同步整流器都形成断路时，该第一开关与该第二开关以切换频率进行开 关切换，以使该电位调整电路调整并降低该切换开关两端的电压差。
8. 根据权利要求7所述的电源转换装置，其中该第一开关与该第二开关的 切换频率根据该切换开关两端的电压差的大小而改变，以使该电容所具有的等 效阻抗值根据该切换开关两端的电压差的大小而改变。
9. 根据权利要求2所述的电源转换装置，其中该电位调整电路包括 电压控制电流源，串接在该切换开关的一端与另一端之间，用来当该切换开关以及该同步整流器都形成断路时，产生平衡电流。
10. 根据权利要求9所述的电源转换装置，其中该电压控制电流源所输出 的该平1lf电流根据该切换开关两端的电压差的大小而改变。
11. 根据权利要求1所述的电源转换装置，其中该切换式电压转换电路为 升压式电压转换电路。
12. 根据权利要求11所述的电源转换装置，其中该电感的一端接收该输入 电压，该切换开关串接于该电感的另一端与接地电压之间，该同步整流器的一 端、该电感的另一端及该切换开关共同耦接，且该同步整流器的另一端产生该 输出电压。
13. 根据权利要求12所述的电源转换装置，其中还包括 储存电容，耦接至该同步整流器的另 一端与该接地电压之间。
14. 根据权利要求12所述的电源转换装置，其中还包括稳压电容，耦接在该电感接收该输入电压的一端与该4妾地电压之间。
15. 根据权利要求1所述的电源转换装置，其中该切换式电压转换电路为 降压式电压转换电路。
16. 根据权利要求15所述的电源转换装置，其中该切换开关的一端接收该 输入电压，该切换开关的另一端耦接该电感的一端，该电感的另一端产生该输 出电压，该同步整流器的一端与该电感的一端以及该切换开关的另一端共同耦 接，且该同步整流器的另一端耦接至该接地电压。
17. 根据权利要求16所述的电源转换装置，其中还包括 储存电容，耦接至该电感的另 一端与该接地电压之间。
18. 根据权利要求16所述的电源转换装置，其中还包括稳压电容，耦接在该切换开关接收该输入电压的 一端与该接地电压间。
19.根据权利要求1所述的电源转换装置，其中该同步整流器包括整流开关。
全文摘要
本发明公开了一种电源转换装置，用以接收输入电压并转换产生输出电压，包括切换式电压转换电路及电位调整电路。切换式电压转换电路包括电感、切换开关以及同步整流器，其中的切换开关用以断开/导通在电感中进行的储能动作。同步整流器借助上述储能动作时储存的电能来产生输出电压。此外，电位调整电路跨接在切换开关上，用以降低切换开关两端的电压差。
文档编号H02M3/04GK101610030SQ200810125980
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月16日 优先权日2008年6月16日
发明者许庆勋 申请人:联咏科技股份有限公司