CN201207616Y - 具有主动阻尼电路的返驰式转换器 - Google Patents
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Abstract
一种具有主动阻尼电路的返驰式转换器，使用于返驰式转换器电路中，其中该返驰式转换器中具有取得一输入电力的一变压器，该变压器一次侧为一主绕线组，而该主动阻尼电路并联于该主绕线组两端，该主动阻尼电路包括一并联于该主绕线组的第一环流回路、一第二环流回路以及一零电压切换单元，其中该第二环流回路受该零电压切换单元控制而搭配该第一环流回路形成双重的阻尼路径，从而达到降低电流的有益功效，并积极的避免了已知实用新型中仅具有单一环流回路，使该环流回路与该变压器的二次侧产生共振的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有主动阻尼电路的返驰式转换器，特别是指一返驰式转换器中具有主动阻尼电路提供电力阻尼的实用新型。
背景技术
在电源供应器(或其它电子装置)中不可或缺的是晶体管(BJT)、金氧半场效晶体管(MOSFET)等开关元件，且此等开关元件主要是作用为导通或截断电流的路线，但因电路中电感元件的能量无法凭空截止，因此在切换瞬间往往会产生高于正常电压数倍的突波(spike)，当上述开关元件设置于电力能量较高的电路中，发生的突波还可能损坏电路或击穿开关元件，因而即产生了snubber(阻尼电路)来扼阻切换瞬间产生的突波或噪声；snubber(阻尼电路)常见的形态是在开关元件旁并联一电容与一电阻，并利用一二极管令单向的电流通过，由于该型态不具有额外的控制信号影响该snubber(阻尼电路)的动作，因此亦称为被动式snubber(阻尼电路)，被动式snubber(阻尼电路)如美国专利第7161331号的“Boostconverter utilizing bi-directional magnetic energy transfer of couplinginductor”，该先前实用新型中的“primary circuit”具有一开关元件Q，而该开关元件Q旁即并联了一电容C1与一二极管D1与二极管D2以构成一“passive regenerative snubber”，该开关元件Q切换时该“passive regenerative snubber”中二极管D1的单向流通与电容器C1的储能作用则负责降低电压与电流过度的波动，以避免突波击穿开关元件Q，被动式snubber(阻尼电路)亦可见于美国专利第6876556号的“Accelerated commutation for passive clamp isolatedboost converters”与其它先前实用新型中，然而被动式snubber(阻尼电路)虽可有效消除突波，但由于并不受信号控制，而不具有同步的特性；而相对于被动式snubber(阻尼电路)，亦有主动式snubber(阻尼电路)，如美国专利第5,570,278号的“Clamped continuousflyback power converter”，该实用新型中具利用一辅助开关120(auxiliary switch 120)以及一电容器125(capacitor 125)并联于该主线圈绕组132(primary winding 132)两端，该主线圈绕组132与一电力开关110(power switch 110)串联，该辅助开关120的工作时序与该电力开关110错开，该辅助开关120具有一本体二极管122(body diode)以及一本体电容123(body capacitor)，该本体二极管122是供漏感136(leakage inductance)电流通过至该电容器125，通过该辅助开关120的本体二极管122(body diode)、本体电容123(body capacitor)，以及与该辅助开关120串联的电容器125达成替代已知被动式snubber(阻尼电路)的功效，且可利用一控制装置150(control means)的控制信号与该电力开关110的动作同步(相反的工作时序)，形成一种主动式的snubber(阻尼电路)；然而该实用新型中通过该辅助开关120因快速充放电而形成很高的电流IA，过高的电流会因导通损失过大而产生过多损耗以及损耗产生的延伸困扰，再者该电容器125与变压器二次侧电容器142之间产生共振的反应而造成二次侧电流相位移，进一步使二次侧的开关元件承受较高的突波电压，导致切换损失较大以及切换时产生噪声(noise)，为此，该先前实用新型的发明人另申请美国专利第6069803号“Offset resonance zero volt switching flyback converter”以修正二次侧电流相位移的问题；综合上述多个先前专利的研究，被动式snubber(阻尼电路)不具有受控制而达到同步的功能，而上述的主动式snubber(阻尼电路)具有产生过大电流以及二次侧电流相位移的缺陷，上述的二次侧电流相位虽可由另一电路修正，但增加了电路复杂度与成本，以及电路损耗增加的缺陷。
实用新型内容
鉴于上述已知技术的缺陷，本实用新型的首要目的即在于提供一种主动式阻尼电路设计，且降低该阻尼电路产生的环流与共振，以降低产生损耗以及二次侧电流相位移的缺陷。
本实用新型为一种具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其中该返驰式转换器具有取得一输入电力的一主绕线组、一控制该主绕线组电流周期的主开关单元以及输出一周期信号的一脉宽调变单元，该周期信号中包含一导通周期与一截止周期以驱动该主开关单元，而该主动阻尼电路并联于该主绕线组两端，该主动阻尼电路包括一并联于该主绕线组的第一环流回路、一第二环流回路以及一与该脉宽调变单元同步的零电压切换单元，其中该第一环流回路包含一阻尼电容器以及一第一二极管，该二极管的正极连接于该主绕线组与该主开关单元之间，而该第二环流回路则并联于该第一二极管两端，该第二环流回路包含一阻尼控制开关以及一电感器；该第一环流回路在该主开关单元截止后先供电流通过且由该阻尼电容器吸收，而该零电压切换单元取得该第一二极管与该阻尼电容器之间的一侦测电压，并设定一基准值与该侦测电压比对，通过与该脉宽调变单元的同步频率以及判断该侦测电压低于该基准值时产生一阻尼控制信号驱动该阻尼控制开关导通而令该第二环流回路导通，以形成第二个阻尼的电流路径以达到降低电流，以及避免单一环流回路与该变压器的二次侧产生共振的效果。
综上所述，本实用新型具有的优点与积极效果条列如下：
1.以形成第二个阻尼的电流路径以达到降低电流大小。
2.积极的避免已知实用新型中单一环流回路与该变压器的二次侧产生共振的技术问题。
附图说明
图1为本实用新型的电路方块图(一)。
图2为上述电路图的方块图(二)。
图3为上述电路的波形图。
具体实施方式
有关本实用新型的详细说明及技术内容，现配合示意图说明如下：
请参阅图1，本实用新型为一种具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其中该返驰式转换器包含一变压器3(T1)，且该变压器3的一次侧具有一主绕线组31，该主绕线组31取得一输入电力1后将通过电磁感应将能量转换至该变压器3的二次侧，该主绕线组31线圈因无法完全耦合进而产生一漏感32，一主开关单元4则连接该主绕线组31，而一脉宽调变单元2则产生一周期信号(VG1)驱动该主开关单元4，该周期信号包含一导通周期以及一截止周期以驱动该主开关单元4，进而控制流经该主绕线组31的电流周期，该变压器3二次侧与该主绕线组31的极性相反以形成一返驰式转换架构，通过电磁感应传送至二次侧的电力经过一整流二极管71(D3)以及一输出电容器72(C0)后传送至一负载8，上述为已知的返驰式转换器的基本架构，其动作原理为该技术领域者所熟知，故不再赘述；本实用新型的特点在于该主动阻尼电路包含一并联于该主绕线组的第一环流回路，该第一环流回路包含一阻尼电容器62(C1)以及一第一二极管61(D1)，其中该第一二极管61的正极连接于该主绕线组31与该主开关单元4之间，而相对应的，该阻尼电容器62则连接该第一二极管61的负极以及该主绕线组31与漏感32的另一端；而且该第一环流回路的第一二极管61两端还并联一第二环流回路，该第二环流回路包含一阻尼控制开关63(Q2)以及一电感器64(L1)，其中该电感器64的一端连接于该主绕线组31与该主开关单元4之间，该阻尼控制开关63则连接于该第一二极管61的负极与该电感器64之间，该阻尼控制开关63受控于一零电压切换单元5，该零电压切换单元5取得该第一二极管61与该阻尼电容器62之间的一侦测电压，并通过与该脉宽调变单元2的同步频率(Sync)以及判断该侦测电压低于一基准值(可设该基准值为0V)时产生一阻尼控制信号(VG2)驱动该阻尼控制开关63导通而令该第二环流回路导通，供该阻尼电容器62放电，且电流通过该电感器64而受抑制，直至该零电压切换单元5通过该同步频率(Sync)得知该主开关单元4的下一导通周期即将开始，而令该阻尼控制开关63截止，使该阻尼控制开关63截止后与该主开关单元4导通之间还包含一截止时间(Dead time)，从而避免该阻尼控制开关63与该主开关单元4产生交越现象(overlap)；再者，该第二环流回路的阻尼控制开关63及该电感器64之间还可连接一单向放电回路，该单向放电回路为一放电二极管65，该放电二极管65的正端连接于一接地端，而该放电二极管65的负端连接于该阻尼控制开关63及电感器64之间，令该阻尼控制开关63截止后的截止时间中该电感器64的电流可通过该放电二极管65，使该电感器64的电流不至于强迫中断而产生极大的电压突波；通过上述的架构，使该返驰式电路在该主开关单元4关闭的周期中有双重的环流回路得以缓和电力切换所产生的环流，并且通过该第二环流回路供该阻尼电容器62放电，避免该阻尼电容器62与该变压器3二次侧的输出电容器72产生共振；上述零电压切换单元5的架构请参阅图2，该零电压切换单元5包含一参考电压源51、一闩闸电路52以及一电压侦测电路53，其中该参考电压源51提供输出该阻尼控制信号的电压跨接于该闩闸电路52的两端，该电压侦测电路53取得该侦测电压，并判断该侦测电压下降低于一基准值时产生一触发信号，其中该基准值是由该电压侦测电路53所设定，且该基准值为0，该闩闸电路52同时依据该同步信号(Sync)以及该触发信号而闩锁或释放该参考电压源51提供的电压，进而形成该阻尼控制信号(VG2)，使该零电压切换单元5得以判断该阻尼电容器62与该第一二极管61间的电压下降至该基准值后再启用该第二环流回路。
请参阅图3，该图所示为上述电路架构的波形图，其中该周期信号(VG1)与阻尼控制信号(VG2)各控制该主开关单元4与阻尼控制开关63导通，T0至T3为一个完整的周期，在T0中该主开关单元4仍导通中，通过该主开关单元4的电流IQ1持续上升，且部份电流是由该放电二极管65与该电感器64流向该主开关单元4，而T1则为该主开关单元4截止后该阻尼控制开关63尚未起动，此时原本流经该主开关单元4的电流流向该第一二极管61且对该阻尼电容器62充电，因而形成该第一环流回路，同时该变压器3二次侧的电流ID3开始流过该整流二极管71；随着该阻尼电容器62逐渐充电，该第一二极管61旁的侦测电压逐渐缩小而使ID1下降，该零电压切换单元5判断该侦测电压低于一基准值(于该实施例的波形图中可见ID1下降至0时即代表该侦侧电压下降至0V)后启动该阻尼控制开关63(进入T2)，令该阻尼电容器62经由该阻尼控制开关63与该电感器64放电，使流经该电感器64的电流IL1逐渐上升；最后该同步频率(Sync)触发该零电压切换单元5而截止该阻尼控制开关63，因此进入了截止时间(亦即波形图中的T3)，经过该截止时间即重新启动该主开关单元4重复另一周期，因此周而复始的将该输入电力1转换输出至该负载8。
虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，而所作的些许更动与润饰，皆应涵盖于本实用新型中，因此本实用新型的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (7)
1.一种具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其中所述返驰式转换器具有取得一输入电力(1)的一主绕线组(31)、一控制所述主绕线组(31)电流周期的主开关单元(4)以及输出一周期信号的一脉宽调变单元(2)，所述周期信号中包含一导通周期与一截止周期以驱动所述主开关单元(4)，而所述主动阻尼电路并联于所述主绕线组(31)两端，其特征在于，所述主动阻尼电路包括：
一并联于所述主绕线组(31)的第一环流回路，所述第一环流回路包含一阻尼电容器(62)以及一第一二极管(61)，其中所述第一二极管(61)的正极连接于所述主绕线组(31)与所述主开关单元(4)之间；
一并联于所述第一二极管(61)两端的第二环流回路，所述第二环流回路包含一阻尼控制开关(63)以及一电感器(64)，其中所述电感器(64)的一端连接于所述主绕线组(31)与所述主开关单元(4)之间；
一与所述脉宽调变单元(2)同步的零电压切换单元(5)，所述零电压切换单元(5)取得所述第一二极管(61)与所述阻尼电容器(62)之间的一侦测电压，并设定一基准值与所述侦测电压比对，通过与所述脉宽调变单元(2)的同步频率以及判断所述侦测电压低于所述基准值时产生一阻尼控制信号驱动所述阻尼控制开关(63)导通，而令所述第二环流回路导通。
2.根据权利要求1所述的具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其特征在于，所述脉宽调变单元(2)产生一同步信号输出至所述零电压切换单元(5)，令所述零电压切换单元(5)依据所述同步信号判断所述主开关单元(4)截止的时序。
3.根据权利要求2所述的具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其特征在于，所述零电压切换单元(5)包含一参考电压源(51)、一闩闸电路(52)以及一电压侦测电路(53)，其中所述参考电压源(51)提供产生所述阻尼控制信号的电压于所述闩闸电路(52)，所述电压侦测电路(53)取得所述侦测电压，并判断所述侦测电压下降低于一基准值时产生一触发信号，所述闩闸电路(52)依据所述同步信号以及所述触发信号而闩锁或释放所述参考电压源(51)提供的电压。
4.根据权利要求3所述的具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其特征在于，所述基准值是由所述电压侦测电路(53)所设定，且所述基准值为0。
5.根据权利要求1所述的具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其特征在于，所述阻尼控制信号截止与所述主开关单元(4)导通之间还包含一截止时间。
6.根据权利要求1所述的具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其特征在于，所述第二环流回路的阻尼控制开关(63)及电感器(64)之间还连接一单向放电回路。
7.根据权利要求6所述的具有主动阻尼电路的返驰式转换器，其特征在于，所述单向放电回路为一放电二极管(65)，所述放电二极管(65)的正端连接于一接地端，而所述放电二极管(65)的负端连接于所述阻尼控制开关(63)及电感器(64)之间。
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