專利名稱：軟切換箝制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種軟切換箝制器。
背景技術(shù)：
以傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換器(PWM CONVERTER)而言，在切換開關(guān)截止(TURN-OFF)的瞬間，切換開關(guān)上的電壓值會以非常大的斜率上升，造成電磁干擾(EMI)。
若切換開關(guān)以金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(MOSFET)為例，一般為了減少此電磁干擾，會在晶體管的漏極(DRAIN)與源極(SOURCE)之間連接一個電容，以降低組件截止時的電壓上升斜率，進而達到降低電磁干擾(EMI)的目的。但所增加的電容，在切換開關(guān)截止的期間中，常會被充電到很高的電壓而儲存相當大的能量。在該切換開關(guān)導(dǎo)通(TURN-ON)的瞬間，電容上所儲存的能量是會經(jīng)由該切換開關(guān)的本體而放電，于是產(chǎn)生交換損失(SWITCHING-LOSS)，使得效率降低。
請參閱圖7A～圖7C所示，為習(xí)用升壓式(BOOST)轉(zhuǎn)換器其切換開關(guān)的電路動作圖，如圖7A所示，當切換開關(guān)導(dǎo)通時，電流是流經(jīng)切換開關(guān)的本體(為方便說明，圖面上是將與該切換開關(guān)并聯(lián)的電容加以省略)。
如圖7B所示，當切換開關(guān)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止時，電流是轉(zhuǎn)為與切換開關(guān)并聯(lián)的電容加以充電。當切換開關(guān)再度導(dǎo)通時，在圖7C中，儲存于電容中的能量即藉由該切換開關(guān)為路徑而進行放電，因此于該切換開關(guān)上即產(chǎn)生不必要的交換損失。
圖8A～圖8C、圖9A～圖9C是分別為馳返式(FLYBACK)轉(zhuǎn)換器與順向式(FORWARD)轉(zhuǎn)換器，兩者的電路動作是與前述升壓式轉(zhuǎn)換器原理一致，故不再贅述。無論是何種型態(tài)的轉(zhuǎn)換器，所面臨到的問題均是產(chǎn)生不必要的交換損失，此一問題顯然極待克服。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于前述習(xí)用技術(shù)的缺點，本實用新型是提出一種軟切換箝制器(SOFT-SWITCHING CLAMPLER)，不僅可抑制切換開關(guān)于截止瞬間的電壓上升斜率，且可減少切換開關(guān)于下次導(dǎo)通時的切換損失。
為實施前述目的，本實用新型的軟切換箝制器是由如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
一種軟切換箝制器，是應(yīng)用于一交換式電源轉(zhuǎn)換器的切換開關(guān)，其特征是包含一脈寬調(diào)制驅(qū)動電路，是產(chǎn)生相異時序的第一、第二驅(qū)動信號，其中第一驅(qū)動信號是控制前述切換開關(guān)的導(dǎo)通/截止周期；一升壓開關(guān)，是藉由一升壓電感連接至?xí)捍骐娙?，并以前述第二?qū)動信號控制其導(dǎo)通/截止周期；一暫存電容，其一端是通過一升壓電感連接至前述升壓開關(guān)，又該暫存電容亦藉由一二極管連接至前述電源轉(zhuǎn)換器的切換開關(guān)；當前述切換開關(guān)截止時，該暫存電容是累積能量而于切換開關(guān)導(dǎo)通之際加以釋放。
所述的軟切換箝制器，其特征是更包含有一第一二極管，其正端是連接于該切換開關(guān)，而負端是連接暫存電容；一第二二極管，其負端是連接至電源輸出端，而正端是連接至升壓開關(guān)；其中前述升壓電感是連接于第一二極管負端與第二二極管正端之間。
所述的軟切換箝制器，其特征是更包含有一第一二極管，其正端是連接于該切換開關(guān)，而負端是連接暫存電容；一第二二極管，其負端是連接至電源輸入端，而正端是連接至升壓開關(guān)；
其中前述升壓電感是連接于第一二極管負端與第二二極管正端之間。
所述的軟切換箝制器，其特征是該升壓開關(guān)是一金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管或其它功率晶體管，其柵極是由前述第二驅(qū)動信號控制，而漏極是連接該第二二極管的正端，源極接地；該切換開關(guān)是一金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管或其它功率晶體管，其柵極是由前述第一驅(qū)動信號控制，而漏極是連接至第一升壓電感，源極接地。
所述的軟切換箝制器，其特征是于第一驅(qū)動信號導(dǎo)通時，產(chǎn)生一個或多個脈沖信號來驅(qū)動升壓開關(guān)。
本實用新型的優(yōu)點在于當切換開關(guān)截止時，該暫存電容是藉由第一二極管的路徑而累積能量，而于切換開關(guān)導(dǎo)通之際，因第一二極管呈現(xiàn)反向偏壓，故其將所儲存的能量藉由升壓電感、升壓開關(guān)與第二二極管所形成的電路加以釋放；又在該切換開關(guān)下次截止之際，因該暫存電容藉由第一二極管提供一充電途徑，使得切換開關(guān)上的電壓值得以緩慢上升，亦可避免電磁干擾。
本實用新型的電路設(shè)計不僅可抑制切換開關(guān)于截止瞬間的電壓上升斜率，且可利用暫存電容反饋能量至電源輸入或輸出端，并且不增加切換開關(guān)于下次導(dǎo)通時的切換損失。
為能進一步了解本實用新型的結(jié)構(gòu)、特征及其功效，茲列舉具體事實例并結(jié)合附圖詳細說明如下
圖1是本實用新型一實施例應(yīng)用于一升壓式(BOOST)轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖2是本實用新型另一實施例應(yīng)用于一升壓式轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖3是本實用新型的驅(qū)動信號波形圖。
圖4是本實用新型應(yīng)用于一升壓式轉(zhuǎn)換器的各節(jié)點電壓波形圖。
圖5是本實用新型應(yīng)用于一順向式(FORWARD)轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖6是本實用新型應(yīng)用于一馳返式(FLYBACK)轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖7A～圖7C是習(xí)用升壓式(BOOST)轉(zhuǎn)換器的切換開關(guān)的電路動作圖。
圖8A～圖8C是習(xí)用馳返式(FLYBACK)轉(zhuǎn)換器的切換開關(guān)的電路動作圖。
圖9A～圖9C是習(xí)用順向式(FORWARD)轉(zhuǎn)換器的切換開關(guān)的電路動作圖。
具體實施方式
請參閱圖1所示，是本實用新型一實施例應(yīng)用于一升壓式(BOOST)轉(zhuǎn)換器的電路圖，該轉(zhuǎn)換器包含有一切換開關(guān)10，其源極接地，而漏極端是通過一第一升壓電感11而串接至輸入電壓，該漏極端是同時通過一輸出二極管12而連至電壓輸出端；該電壓輸出端是反饋一控制信號予一脈寬調(diào)制控制器13，令其控制一脈寬調(diào)制驅(qū)動電路20產(chǎn)生兩驅(qū)動信號(DRV-M)(DRV-S)，其中第一驅(qū)動信號(DRV-M)是供控制切換開關(guān)10。
本實用新型是取代習(xí)用于該切換開關(guān)10的漏、源極兩端并連一電容器的作法，而改以下述組件輔助該切換開關(guān)10一第一二極管31，其正端是連接于該切換開關(guān)10的漏極，而負端是連接一暫存電容32；一第二二極管33，其負端是連接至電源輸出端，而正端是連接一升壓開關(guān)34的漏極，此實施例中該升壓開關(guān)34是一金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(MOSFET)，其柵極端是由前述第二驅(qū)動信號(DRV-S)加以控制，又其源接端接地；一第二升壓電感35，是連接于前述暫存電容32與升壓開關(guān)34漏極之間。
前述是本實用新型第一實施例的詳細電路，但亦可如圖2中所示，將第二二極管33由電源輸出端改為連接到電源輸入端，其余組件的連結(jié)方式毋須改變。
請參考圖3所示，是本實用新型兩驅(qū)動信號(DRV-M)(DRV-S)的波形圖，在此必須強調(diào)的一點是習(xí)用技術(shù)僅使用單一驅(qū)動信號控制切換開關(guān)10動作。而本實用新型是特別產(chǎn)生兩驅(qū)動信號(DRV-M)(DRV-S)以分別控制該切換開關(guān)10及前述升壓開關(guān)34。用以控制切換開關(guān)10的第一驅(qū)動信號(DRV-M)，其波形是與脈寬調(diào)制控制器13的輸出信號同步或直接取用脈寬調(diào)制控制器13的輸出信號。而第二驅(qū)動信號(DRV-S)是于第一驅(qū)動信號(DRV-M)導(dǎo)通時，產(chǎn)生一個或多個脈沖信號來驅(qū)動升壓開關(guān)34。請參閱圖4所示，是以本實用新型圖1所示的實施例配合圖3的驅(qū)動信號后，得到的主要節(jié)點電壓波形圖。其電路動作可依時間順序區(qū)分為數(shù)段，于此事先陳明的一點是為簡化電路分析，切換開關(guān)10本身的寄生電容是不加以考慮，而有關(guān)電路的動作時序，則如以下所述1、T0之前當脈寬調(diào)制控制器13尚未動作以前，切換開關(guān)10與升壓開關(guān)34皆呈截止，輸入的電壓源經(jīng)由第一升壓電感11與第一二極管31對暫存電容32充電，且充電至與輸入電壓相同。
2、T0～T1I.切換開關(guān)10導(dǎo)通因切換開關(guān)10的漏極是短路到源極，使得第一二極管31呈現(xiàn)反向偏壓，故暫存電容32中的累積能量并不會經(jīng)由該第一二極管31釋放掉。
II.升壓開關(guān)34導(dǎo)通當升壓開關(guān)34導(dǎo)通之際，由該升壓開關(guān)34、第二升壓電感35、第二二極管33所形成的升壓電路，會將累積在暫存電容32上的能量轉(zhuǎn)換至電壓輸出端。藉由此能量轉(zhuǎn)換，該暫存電容32上電壓值將會降低，甚至于到達零電壓，如此是可回收暫存電容32上的能量。
3、T1～T2I.切換開關(guān)10截止當切換開關(guān)10截止后，其漏極上的電壓會隨著第一電感11與暫存電容32的共振，而對暫存電容32進行緩慢的充電而與輸出電壓相同，如此是可達到本實用新型降低電磁干擾的目的。
II.升壓開關(guān)34截止由該升壓開關(guān)34、第二升壓電感35、第二二極管33所形成的升壓電路停止動作。
4.T2～T3是視為與T0～T1相同動作的再次重復(fù)。
前述是以本實用新型圖1實施例為范例說明，若改以圖2為例時，電路動作大致上仍同前述，其差異處是在于該暫存電容32的累積能量是反饋至電源輸入端。又請參閱圖5、6所示，本實用新型除可應(yīng)用于升壓式轉(zhuǎn)換器之外，亦適用于順向式(FORWARD)與馳返式(FLYBACK)轉(zhuǎn)換器，其電路波形是與前述圖4相同。
綜上所述，本實用新型的電路設(shè)計不僅可抑制切換開關(guān)于截止瞬間的電壓上升斜率，且可利用暫存電容反饋能量至電源輸入或輸出端，并且不增加切換開關(guān)于下次導(dǎo)通時的切換損失，相較于習(xí)知技術(shù)，本實用新型是符合專利要件，爰依法具文提出申請。
權(quán)利要求1.一種軟切換箝制器，是應(yīng)用于一交換式電源轉(zhuǎn)換器的切換開關(guān)，其特征是包含一脈寬調(diào)制驅(qū)動電路，是產(chǎn)生相異時序的第一、第二驅(qū)動信號，其中第一驅(qū)動信號是控制前述切換開關(guān)的導(dǎo)通/截止周期；一升壓開關(guān)，是藉由一升壓電感連接至?xí)捍骐娙?，并以前述第二?qū)動信號控制其導(dǎo)通/截止周期；一暫存電容，其一端是通過一升壓電感連接至前述升壓開關(guān)，又該暫存電容亦藉由一二極管連接至前述電源轉(zhuǎn)換器的切換開關(guān)；當前述切換開關(guān)截止時，該暫存電容是累積能量而于切換開關(guān)導(dǎo)通之際加以釋放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟切換箝制器，其特征是更包含有一第一二極管，其正端是連接于該切換開關(guān)，而負端是連接暫存電容；一第二二極管，其負端是連接至電源輸出端，而正端是連接至升壓開關(guān)；其中前述升壓電感是連接于第一二極管負端與第二二極管正端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟切換箝制器，其特征是更包含有一第一二極管，其正端是連接于該切換開關(guān)，而負端是連接暫存電容；一第二二極管，其負端是連接至電源輸入端，而正端是連接至升壓開關(guān)；其中前述升壓電感是連接于第一二極管負端與第二二極管正端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的軟切換箝制器，其特征是該升壓開關(guān)是一金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管或其它功率晶體管，其柵極是由前述第二驅(qū)動信號控制，而漏極是連接該第二二極管的正端，源極接地；該切換開關(guān)是一金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管或其它功率晶體管，其柵極是由前述第一驅(qū)動信號控制，而漏極是連接至第一升壓電感，源極接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軟切換箝制器，其特征是于第一驅(qū)動信號導(dǎo)通時，產(chǎn)生一個或多個脈沖信號來驅(qū)動升壓開關(guān)。
專利摘要本實用新型涉及一種軟切換箝制器(soft－switching clamper)，可應(yīng)用于以脈寬調(diào)制(PWM)所控制的電源轉(zhuǎn)換器，該軟切換箝制器是具有一暫存電容當電源轉(zhuǎn)換器的切換開關(guān)截止時，以該暫存電容自輸入電壓累積能量，而于切換開關(guān)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通后，將累積的能量反饋至電壓輸入或輸出端，藉此降低電磁干擾；并因能量的回收而提升效率；又因該暫存電容的中的能量，不會經(jīng)由切換開關(guān)放電，故不會增加此電源轉(zhuǎn)換器的交換損失(switching loss)。
文檔編號H02M3/28GK2650385SQ03209029
公開日2004年10月20日 申請日期2003年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月3日
發(fā)明者陳昭安 申請人:亞源科技股份有限公司