CN102624235A

CN102624235A - 直流/直流转换电路

Info

Publication number: CN102624235A
Application number: CN2012100538053A
Authority: CN
Inventors: 周政彦; 郭贝仓; 古孝治
Original assignee: Darfon Electronics Suzhou Co Ltd; Darfon Electronics Corp
Current assignee: Darfon Electronics Suzhou Co Ltd; Darfon Electronics Corp
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-08-01
Also published as: TW201334387A

Abstract

本发明提供一种直流/直流转换电路，该直流/直流转换电路包含变压器、开关、第一电容、第一二极管及第二二极管。该变压器包含初级线圈及次级线圈。该开关用以接收开关控制信号。该第二二极管用以耦接负载。当该开关根据该开关控制信号导通时，该初级线圈及该第一电容储存能量；当该开关根据该开关控制信号关闭时，该初级线圈及该第一电容释放该能量至该负载，相较于先前技术，该直流/直流转换电路因为同时具有顺向式转换电路和返驰式转换电路的特性，且该直流/直流转换电路可有效提高转换效率。

Description

直流/直流转换电路

技术领域

本发明有关于一种直流/直流转换电路，尤指一种同时具有顺向式转换电路和返驰式转换电路的直流/直流转换电路。

背景技术

在先前技术中，直流/直流转换电路主要有顺向式转换电路(forwardtransformer)和返驰式转换电路(flyback transformer)。一般说来，因为顺向式转换电路利用初级线圈直接将输入端的能量传送至次级线圈，所以顺向式转换电路的转换效率较好。但是顺向式转换电路的缺点为初级线圈与次级线圈的匝数比必须大于顺向式转换电路的升压比。例如，顺向式转换电路的升压比为N时，顺向式转换电路的初级线圈与次级线圈的匝数比M必须大于N。

另一方面，返驰式转换电路的初级线圈与次级线圈的匝数比可以小于返驰式转换电路的升压比。例如，返驰式转换电路的升压比为N时，返驰式转换电路的初级线圈与次级线圈的匝数比L可以小于N。但是返驰式转换电路在传递输入端的能量至次级线圈时，输入端的能量先储存在电感内，然后再传至次级线圈。因为电感损耗较大，所以返驰式转换电路的缺点为转换效率较差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一实施例提供一种直流/直流转换电路。该直流/直流转换电路包含变压器、开关、第一电容、第一二极管及第二二极管。该变压器包含初级线圈及次级线圈；该初级线圈具有第一端，用以接收输入电压，及第二端；该次级线圈具有第一端，及第二端。该开关具有第一端，耦接于该初级线圈的第二端，第二端，用以接收开关控制信号，及第三端。该第一电容具有第一端，耦接于该次级线圈的第二端，及第二端。该第一二极管具有第一端，耦接于该次级线圈的第一端，及第二端，耦接于该第一电容的第二端。该第二二极管具有第一端，用以耦接负载，及第二端，耦接于该第一二极管的第一端。当该开关导通时，该初级线圈及该第一电容储存能量，当该开关关闭时，该初级线圈及该第一电容释放该能量至该负载。

根据上述的直流/直流转换电路，另包含箝位电路，该箝位电路耦接于该初级线圈与该开关，用以当该开关关闭时，回收该变压器的该初级线圈的能量。

根据上述的直流/直流转换电路，该箝位电路包含第三二极管、第二电容、第四二极管及电感，该第三二极管，具有第一端，耦接于该初级线圈的第一端，及第二端；该第二电容，具有第一端，耦接于该第三二极管的第二端，及第二端，耦接于该开关的第一端；该第四二极管，具有第一端，耦接于该第二电容的第一端，及第二端；该电感，具有第一端，耦接于该第四二极管的第二端，及第二端，耦接于该开关的第三端。

根据上述的直流/直流转换电路，当该开关根据该开关控制信号开启期间，该第二电容和该电感产生电感电容振荡，以改变该第二电容的第二端的电位与第二电容的第一端的电位，以及当该开关根据该开关控制信号关闭时，储存于该开关的寄生电容的能量，通过该第二电容及该第三二极管传送至该输入电压。

根据上述的直流/直流转换电路，该开关控制信号为脉宽调制信号。

根据上述的直流/直流转换电路，变压器为隔离式变压器。

根据上述的直流/直流转换电路，当该开关导通时，为顺向式转换电路，当该开关关闭时，为返驰式转换电路。

本发明提供一种直流/直流转换电路。相较于先前技术，该直流/直流转换电路因为同时具有顺向式转换电路和返驰式转换电路的特性，所以本发明具有下列优点：第一、当开关导通时，因为流过初级线圈的电流具有对应于该顺向式转换电路的特性与对应于该返驰式转换电路的特性，所以流过该初级线圈的电流随时间的变化小，使该直流/直流转换电路的转换效率提高；第二、当该开关导通时，因为输入电压的部分能量储存在该初级线圈内的激磁电感，以及该输入电压的另一部分能量储存在第一电容，所以该直流/直流转换电路的能量损失较少；第三、因为本发明同时具有该顺向式转换电路的特性和该返驰式转换电路的特性，所以本发明的匝数比该顺向式转换电路的匝数少，以及本发明的转换效率比该返驰式转换电路的转换效率高；第四、因为本发明的另一实施例中，具有箝位电路，所以当该开关根据开关控制讯号关闭时，该开关具有零电压切换特性，导致该直流/直流转换电路的转换效率提高。

附图说明

图1为本发明的一实施例说明一种直流/直流转换电路的示意图。

图2为说明当开关关闭时的直流/直流转换电路的示意图。

图3为本发明的另一实施例说明一种直流/直流转换电路的示意图。

图4为说明当开关关闭时的箝位电路的示意图。

图5为说明当开关根据开关控制信号关闭时，箝位电路让开关具有零电压切换特性的示意图。

具体实施方式

请参照图1，图1为本发明的一实施例说明一种直流/直流转换电路100的示意图。如图1所示，直流/直流转换电路100包含变压器102、开关104、第一电容106、第一二极管108及第二二极管110，其中变压器102为了顺应市场主流需求选择隔离式变压器，但本发明不以此为限，变压器102包含初级线圈1022及次级线圈1024，以及初级线圈1022及次级线圈1024的匝数比为1∶N，N为大于0的常数。初级线圈1022具有第一端，用以接收输入电压VIN，及第二端；次级线圈1024具有第一端，及第二端。开关104具有第一端，耦接于初级线圈1022的第二端，第二端，用以接收开关控制信号SCS，及第三端，其中开关控制信号SCS为脉宽调制信号。另外，开关控制信号SCS的工作周期为D，且D介于0和1之间。第一电容106具有第一端，耦接于次级线圈1024的第二端，及第二端。第二极管108具有第一端，耦接于次级线圈1024的第一端，及第二端，耦接于第一电容106的第二端。第二二极管110具有第一端，耦接于负载112，及第二端，耦接于第一二极管108的第一端。

如图1所示，当开关104导通(ON)时，次级线圈1024为顺向(forward)模式。此时，电流IPF流过初级线圈1022，以及电流ISFO流过次级线圈1024且对第一电容106充电，因此，输入电压VIN的能量被储存于初级线圈1022内的激磁电感及第一电容106。

请参照图2，图2为说明当开关104关闭(OFF)时的直流/直流转换电路100的示意图。如图2所示，当开关104关闭(OFF)时，次级线圈1024为返驰式(flyback)模式且流过初级线圈1022的电流IPF降为零。因为初级线圈1022与次级线圈1024的极性相反，所以次级线圈1024会因为次级线圈1024内的磁通量变化，产生和电流ISF0反向的电流ISF1，且次级线圈1024可耦合初级线圈1022内的激磁电感所储存输入电压VIN的部分能量。因此，次级线圈1024可将初级线圈1022内的激磁电感所储存的输入电压VIN的部分能量以及第一电容106所储存的输入电压VIN的另一部分能量，通过电流ISF1释放至负载112，其中根据电流ISF1所产生的用以驱动负载112的输出电压VO可根据式(1)所产生。

VIN*D＝(VO-N*VIN)/N)*(1-D) (1)

由式(1)可知，如果开关控制信号SCS的工作周期D、输入电压VIN以及初级线圈1022与次级线圈1024的匝数比已确定，则用以驱动负载112的输出电压VO亦可确定。

请参照图3，图3为本发明的另一实施例说明一种直流/直流转换电路300的示意图。直流/直流转换电路300和直流/直流转换电路100的差别在于直流/直流转换电路300另包含箝位电路314，其中箝位电路314耦接于初级线圈1022的第一端与开关104的第一端和第三端，用以当开关104关闭时，回收变压器102的初级线圈1022的能量。箝位电路314包含第三二极管3142、第二电容3144、第四二极管3146及电感3148。但本发明并不受限于图3的箝位电路314。第三二极管3142具有第一端，耦接于初级线圈1022的第一端，及第二端；第二电容3144具有第一端，耦接于第三二极管3142的第二端，及第二端，耦接于开关104的第一端；第四二极管3146具有第一端，耦接于第二电容3144的第一端，及第二端；电感3148具有第一端，耦接于第四二极管3146的第二端，及第二端，耦接于开关104的第三端。

如图3所示，当开关104根据开关控制信号SCS开启(ON)时，第二电容3144和电感3148产生电感电容振荡，亦即第二电容3144、开关104、电感3148以及第四二极管3146形成放电路径。因此，在第二电容3144的放电过程中，第二电容3144的第二端的电位渐渐地由正电位(对应于前一次开关104关闭)转为负电位，以及第二电容3144的第一端的电位渐渐地由负电位(对应于前一次开关104关闭)转为正电位。

请参照图4，图4为说明当开关104关闭(OFF)时的箝位电路314的示意图。如图4所示，当开关104根据开关控制信号SCS关闭(OFF)时，流经初级线圈1022的电流同时对开关104的寄生电容及第二电容3144充电，升高第二电容3144的第二端的电位(此时，第二电容3144的第二端的电位为负电位)，导致第二电容3144的第一端的电位(此时，第二电容3144的第一端的电位为正电位)亦被升高。因此，当第二电容3144的第一端的电位升高到足以导通第三二极管3142时，储存于开关104的寄生电容的能量，即可通过第二电容3144及第三二极管3142传送至输入电压VIN。然后，第二电容3144的第二端的电位渐渐地由负电位转为正电位，以及第二电容3144的第一端的电位渐渐地由正电位转为负电位。因为当开关104根据开关控制信号SCS关闭(OFF)时，流经初级线圈1022的电流同时对开关104的寄生电容及第二电容3144充电，所以开关104两端的电压不会瞬间变化剧烈。请参照图5，图5为说明当开关104根据开关控制信号SCS关闭(OFF)时，箝位电路314让开关104具有零电压切换特性的示意图。如图5所示，当开关104根据开关控制信号SCS关闭(OFF)时，因为箝位电路314回收初级线圈1022的漏感能量至输入电压VIN，所以开关104两端的电压VDS变化比较平缓，亦即当开关104根据开关控制信号SCS关闭(OFF)时，开关104具有零电压切换特性，导致直流/直流转换电路300的转换效率提高。

综上所述，相较于先前技术，本发明所提供的直流/直流转换电路因为同时具有顺向式转换电路和返驰式转换电路的特性，所以本发明具有下列优点：第一、当开关导通时，因为流过初级线圈的电流同时具有对应于顺向式转换特性的电流与对应于返驰式转换特性的电流，所以流过初级线圈的电流随时间的变化小，导致直流/直流转换电路的转换效率提高；第二、当开关导通时，因为输入电压的部分能量储存在初级线圈内的激磁电感，以及输入电压的另一部分能量储存在第一电容，所以直流/直流转换电路的能量损失较少；第三、因为本发明同时具有顺向式转换电路和返驰式转换电路的特性，所以本发明的匝数比顺向式转换电路小，以及本发明的转换效率比返驰式转换电路高；第四、因为本发明的另一实施例具有箝位电路，所以当开关根据开关控制讯号关闭时，开关具有零电压切换特性，导致直流/直流转换电路的转换效率提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种直流/直流转换电路，其特征在于，包含：

变压器，包含：

初级线圈，具有第一端，用以接收输入电压，及第二端；及

次级线圈，具有第一端，及第二端；

开关，具有第一端，耦接于该初级线圈的第二端，第二端，用以接收开关控制信号，及第三端；

第一电容，具有第一端，耦接于该次级线圈的第二端，及第二端；

第一二极管，具有第一端，耦接于该次级线圈的第一端，及第二端，耦接于该第一电容的第二端；及

第二二极管，具有第一端，用以耦接负载，及第二端，耦接于该第一二极管的第一端；

其中当该开关导通时，该初级线圈及该第一电容储存能量，当该开关关闭时，该初级线圈及该第一电容释放该能量至该负载。

2.根据权利要求1所述的直流/直流转换电路，其特征在于，另包含：

箝位电路，耦接于该初级线圈与该开关，用以当该开关关闭时，回收该变压器的该初级线圈的能量。

3.如请求2所述的直流/直流转换电路，其特征在于，该箝位电路包含：

第三二极管，具有第一端，耦接于该初级线圈的第一端，及第二端；

第二电容，具有第一端，耦接于该第三二极管的第二端，及第二端，耦接于该开关的第一端；

第四二极管，具有第一端，耦接于该第二电容的第一端，及第二端；及

电感，具有第一端，耦接于该第四二极管的第二端，及第二端，耦接于该开关的第三端。

4.根据权利要求3所述的直流/直流转换电路，其特征在于，当该开关根据该开关控制信号开启期间，该第二电容和该电感产生电感电容振荡，以改变该第二电容的第二端的电位与第二电容的第一端的电位，以及当该开关根据该开关控制信号关闭时，储存于该开关的寄生电容的能量，通过该第二电容及该第三二极管传送至该输入电压。

5.根据权利要求1所述的直流/直流转换电路，其特征在于，该开关控制信号为脉宽调制信号。

6.根据权利要求1所述的直流/直流转换电路，其特征在于，该变压器为隔离式变压器。