專利名稱：具有集成磁元件與同步整流的直流－直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，尤指應(yīng)用一具有集成磁元件與同步整流電路的直流-直流轉(zhuǎn)換器。
(2)背景技術(shù)隨著半導(dǎo)體工業(yè)的進(jìn)步，微細(xì)線寬(fine pitch)芯片制程技術(shù)日漸成熟，已可符合目前現(xiàn)有市場(chǎng)的需求，因此芯片的集成度可大幅增加，且可獲得較佳的電子特性。當(dāng)線寬十分微小時(shí)(亦即該線寬小于或等于0.25μm)，則集成電路(IC)的工作電壓會(huì)由2.5V，1.8V，或是1.5V減少至低于1V。當(dāng)更多晶體管被整合至一集成電路(IC)中時(shí)，則該集成電路本身需要較高的操作電流。當(dāng)切換式功率轉(zhuǎn)換器傳送電能以驅(qū)動(dòng)該集成電路，由于整流電路需要高導(dǎo)通電流以及連接線的長(zhǎng)度皆會(huì)降低功率轉(zhuǎn)換的效率。其中在功率轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)中有一項(xiàng)很重要的關(guān)鍵因素為單位體積的功率密度大小。
在習(xí)知技術(shù)中可利用一同步整流電路以改善低電壓、高電流功率轉(zhuǎn)換器的輸出效率。然而，現(xiàn)今功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣閘雙極性晶體管(IGBT)已完全可代替功率晶體管中小電流的二極管，使開(kāi)關(guān)電源工作頻率可達(dá)到400kHz(AC-DC轉(zhuǎn)換器)和1MHZ(DC-DC)轉(zhuǎn)換器，因此可以達(dá)到切換電源高頻化的實(shí)現(xiàn)。另外，超快恢復(fù)功率二極管和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)同步整流技術(shù)的開(kāi)發(fā)，也為研制高效低電壓輸出(≤3V)的切換電源提高了可行性。因此，該同步整流電路中所使用的主動(dòng)元件已可使用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)取代傳統(tǒng)使用的蕭特基二極管(Schottky diode)。同時(shí)，由于該同步整流電路導(dǎo)通時(shí)的電壓降遠(yuǎn)低于二極管導(dǎo)通時(shí)的電壓降，因此可減少整流電路的導(dǎo)通損失。
在習(xí)知技術(shù)中另一種減少功率轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通損失并提高功率轉(zhuǎn)換器效率的實(shí)現(xiàn)方式已揭示于美國(guó)專利號(hào)4,803,609中，在該專利中是揭示-″直流-直流轉(zhuǎn)換器″(DC-to-DC converter)，該直流-直流轉(zhuǎn)換器是整合一變壓器與一電感器以降低儲(chǔ)能元件的大小、減少二次側(cè)的導(dǎo)通損失與連接線的長(zhǎng)度。
另一習(xí)知技術(shù)也已揭示于美國(guó)專利號(hào)4,441,146中，該專利是揭示一″最佳化重組的單端前向式轉(zhuǎn)換器變壓器鐵心結(jié)構(gòu)″，藉由在每個(gè)切換周期中達(dá)到切換裝置與變壓器的最大能量轉(zhuǎn)換，以改善功率轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換的特性并提高功率轉(zhuǎn)換器的效率。該技術(shù)是利用箝位模式技術(shù)以減少主要開(kāi)關(guān)元件的功率損失以及回收變壓器的漏感電能，以提高功率轉(zhuǎn)換器的效率。同時(shí)，在美國(guó)專利號(hào)5,303,138中亦揭示一″低功率損失的同步整流箝位模式功率轉(zhuǎn)換器″，該技術(shù)是結(jié)合同步整流技術(shù)以及箝位控制技術(shù)以提供高功率轉(zhuǎn)換效率。
然而上述技術(shù)，雖皆可提高功率轉(zhuǎn)換效率，但并無(wú)任何一種技術(shù)能夠涵蓋上述技術(shù)能達(dá)到的所有優(yōu)點(diǎn)。另外，隨著切換頻率的增加，變壓器鐵心的功率損失將會(huì)成為功率轉(zhuǎn)換器功率損失十分明顯重要的因素。因此為達(dá)到高功率、高功率密度的目的，主要切換開(kāi)關(guān)功率損失、同步整流功率損失、變壓器繞組功率損失以及變壓器鐵心的功率損失都必須得以降低。
鑒于習(xí)知技術(shù)的缺失，需要有一種『具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器』，以實(shí)現(xiàn)一最佳化的低電壓、高電流輸出的直流-直流轉(zhuǎn)換器。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器，是利用一集成磁元件包含一鐵心，將一變壓器以及該直流-直流轉(zhuǎn)換器所需的濾波電感集成于該鐵心上以構(gòu)成該集成磁元件，以提高功率轉(zhuǎn)換器的效率以及在相同的功率密度(power density)下縮小該功率轉(zhuǎn)換器的體積。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器，該直流-直流轉(zhuǎn)換器提供一低電壓以及高電流輸出，利用該集成磁元件與同步整流的整合裝置以及一箝位電路以減少主切換電路的切換損失、同步整流電路的導(dǎo)通損失以及變壓器線圈損失與鐵心損失。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，包含一輸入端，是電連接一直流電壓；一輸出端，是電連接一負(fù)載，輸出一電能至該負(fù)載；一集成磁元件，具有一一次側(cè)線圈、一二次側(cè)線圈以及一輔助線圈，該一次側(cè)線圈、該二次側(cè)線圈是構(gòu)成一變壓器，該輔助線圈是作為一濾波電感；一切換電路，是電連接該輸入端，將該直流電壓切換輸出，周期性提供一正電壓與一負(fù)電壓的脈波至該一次側(cè)線圈，在該轉(zhuǎn)換器的一切換周期的一第一時(shí)區(qū)，該切換電路提供該正電壓的脈波儲(chǔ)能于該一次側(cè)線圈，在該轉(zhuǎn)換器切換周期的一第二時(shí)區(qū)，該切換電路提供該負(fù)電壓的脈波，重置(reset)該一次側(cè)線圈；以及一同步整流電路，是電連接該二次側(cè)線圈，利用該二次側(cè)線圈的電能在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)與第二時(shí)區(qū)，使該同步整流電路導(dǎo)通，將該電能輸出至該輸出端，其中該輔助線圈是耦合介于該同步整流電路與該輸出端之間，作為該濾波電感，對(duì)該同步整流電路的輸出訊號(hào)進(jìn)行濾波。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該集成磁元件還包含一鐵心，是將該變壓器以及該濾波電感集成于該鐵心上以構(gòu)成該集成磁元件，且該集成磁元件具有一高磁阻磁路以及一低磁阻磁路共用一共有路徑，在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)，經(jīng)由該低磁阻磁路將電能由該一次側(cè)線圈傳送至該二次側(cè)線圈，且部分電能儲(chǔ)存于該高磁阻磁路。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)，藉由該輔助線圈將儲(chǔ)存于該高磁阻磁路的電能由該集成磁元件傳送至該同步整流電路。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該共有路徑還包含一氣隙以減少一輸出電流漣波(current ripple)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該切換電路還包含一箝位電路，以限制在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)時(shí)該變壓器上的跨壓大小。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該同步整流電路包含一第一同步整流電路，在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)，因該二次側(cè)線圈的能量而導(dǎo)通，將該電能傳送至該輸出端；以及一第二同步整流電路，在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)，因該二次側(cè)線圈的能量而導(dǎo)通，將該電能傳送至該輸出端。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該同步整流電路包含一第一同步整流電路，具有一控制端，因該二次側(cè)線圈的電壓而周期性偏壓導(dǎo)通，使該第一同步整流電路將一導(dǎo)通電流由二次側(cè)線圈傳送至該輸出端；以及一第二同步整流電路，當(dāng)該第一同步整流電路不導(dǎo)通時(shí)，因該二次側(cè)線圈的電壓而周期性偏壓導(dǎo)通，使該第二同步整流電路將該導(dǎo)通電流由二次側(cè)線圈傳送至該輸出端。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第一同步整流電路是為一第一開(kāi)關(guān)，該第二同步整流電路是為一第二開(kāi)關(guān)，該第一開(kāi)關(guān)以及該第二開(kāi)關(guān)分別具有一控制端、一第一導(dǎo)電端以及一第二導(dǎo)電端，該第一開(kāi)關(guān)的該控制端是電連接該第二開(kāi)關(guān)的該第一導(dǎo)電端形成該同步整流電路的第一輸入端，該第二開(kāi)關(guān)的該控制端是電連接該第一開(kāi)關(guān)的該第一導(dǎo)電端形成該同步整流電路的第二輸入端，該輸入端是與該二次側(cè)電連接，又該開(kāi)關(guān)的該第二導(dǎo)電端是電連接于一節(jié)點(diǎn)為該同步整流電路的一輸出端。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該開(kāi)關(guān)是為一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
本發(fā)明的另一構(gòu)想在于提供一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，包含一輸入端，是電連接一直流電壓；一輸出端，是電連接一負(fù)載，輸出電能至該負(fù)載；一集成磁元件，具有一一次側(cè)線圈、一二次側(cè)線圈以及一輔助線圈，該一次側(cè)線圈、該二次側(cè)線圈是構(gòu)成一變壓器，該輔助線圈是作為一濾波電感；一切換電路，是電連接該輸入端，將該直流電壓切換輸出，周期性提供一正電壓與一負(fù)電壓的脈波至該一次側(cè)線圈，在該轉(zhuǎn)換器的一切換周期的一第一時(shí)區(qū)，該切換電路提供該正電壓的脈波儲(chǔ)能于該一次側(cè)線圈，在該轉(zhuǎn)換器切換周期的一第二時(shí)區(qū)，該切換電路提供該負(fù)電壓的脈波，釋放該一次側(cè)線圈的儲(chǔ)能，其中，該切換電路還包含一箝位電路，以限制在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)在該變壓器上的跨壓大??；以及一同步整流電路，是電連接該二次側(cè)線圈，利用該二次側(cè)線圈的電能在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)與第二時(shí)區(qū)，使該同步整流電路導(dǎo)通，將該電能輸出至該輸出端，其中該輔助線圈是耦合在該同步整流電路與該輸出端之間，作為該濾波電感，對(duì)該同步整流電路的一輸出訊號(hào)進(jìn)行濾波。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
(4)


圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路方塊圖；圖2是本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；圖3是本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；圖4是圖2與圖3的等效電路圖；圖5是本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；圖6是圖5的等效電路圖；圖7是本發(fā)明第四較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；圖8是圖7的等效電路圖；圖9是本發(fā)明第五較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；圖10是本發(fā)明第六較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；圖11是本發(fā)明第七較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；以及圖12是圖11的等效電路圖。
(5)具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路方塊圖。如圖1所示，一直流電壓，例如220伏特(volts)，是通過(guò)二導(dǎo)線104，105電連接一箝位控制模式功率轉(zhuǎn)換器(power converter)101。該直流電壓經(jīng)切換輸出一脈波訊號(hào)，該脈波訊號(hào)經(jīng)由該導(dǎo)線106，107傳送至一集成磁元件102。該集成磁元件102將該脈波訊號(hào)轉(zhuǎn)換輸出產(chǎn)生一低電壓、高電流的一電訊號(hào)，并將該低電壓、高電流的電訊號(hào)經(jīng)由該導(dǎo)線108，109傳送至該同步整流電路103。由該同步整流電路將該電訊號(hào)整流，經(jīng)由該導(dǎo)線110，111輸出并經(jīng)由一濾波電容112濾波，提供一無(wú)漣波(ripple)的直流輸出電壓。該集成磁元件102還包含該直流一直流轉(zhuǎn)換器所需的一濾波電感用以濾波該變壓器二次側(cè)所送出該電訊號(hào)。
本發(fā)明是為一切換式電源供應(yīng)器。該切換式電源供應(yīng)器可為一單一切換開(kāi)關(guān)的主動(dòng)箝位控制電源供應(yīng)器，如圖9以及圖10所示?；蚴菫橐浑p切換開(kāi)關(guān)的主動(dòng)箝位控制電源供應(yīng)器，如圖2~圖3、圖5、圖7以及圖11所示。
請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。如圖2所示，一直流電壓經(jīng)由導(dǎo)線204，205跨壓在一全橋切換電路201，其中開(kāi)關(guān)213，214在電力轉(zhuǎn)換器的一切換周期的一第一時(shí)區(qū)是同時(shí)導(dǎo)通，并經(jīng)由導(dǎo)線206，207提供一正電壓至一集成磁元件202的一一次側(cè)線圈218。開(kāi)關(guān)215，216在電力轉(zhuǎn)換器的該切換周期的一第二時(shí)區(qū)是同時(shí)導(dǎo)通，并經(jīng)由導(dǎo)線206，207提供一負(fù)電壓以重置(reset)該集成磁元件202的該一次側(cè)線圈218。該開(kāi)關(guān)213，214與該開(kāi)關(guān)215，216的導(dǎo)通是為互補(bǔ)導(dǎo)通，亦即不同時(shí)導(dǎo)通，以避免該切換電路的短路。該全橋切換電路201還包含一箝位電容217是與該開(kāi)關(guān)215串聯(lián)連接，在該開(kāi)關(guān)213，214不導(dǎo)通時(shí)，限制一重置(reset)電壓在該集成磁元件202的跨壓大小為一定值。
然而，該該集成磁元件202具有該一次側(cè)線圈218、一二次側(cè)線圈219以及一輔助線圈220，該一次側(cè)線圈218、該二次側(cè)線圈219是構(gòu)成一變壓器，該輔助線圈220是作為一濾波電感。
該集成磁元件202還包含一鐵心，是將該變壓器以及該濾波電感集成于該鐵心上以構(gòu)成該集成磁元件202，且該集成磁元件202具有一高磁阻磁路B以及一低磁阻磁路A共用一共有路徑225，在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)，經(jīng)由該低磁阻磁路A將電能由該一次側(cè)線圈218傳送至該二次側(cè)線圈219，且部分電能儲(chǔ)存于該高磁阻磁路B。
其中，在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)，藉由該輔助線圈220將儲(chǔ)存于該高磁阻磁路B的電能由該集成磁元件202傳送至該同步整流電路203。因此，該該輔助線圈220可提供該電力轉(zhuǎn)換器部分或是所有的輸出濾波電感。
另外，一氣隙221是設(shè)置于該集成磁元件202的一中間腳(center leg)222以及該集成磁元件202的底部構(gòu)件之間。該氣隙221的位置可另有不同的設(shè)計(jì)，無(wú)須局限設(shè)置于中間腳，在后續(xù)實(shí)施例將有更進(jìn)一步的說(shuō)明。該一次側(cè)線圈218與該二次側(cè)線圈219是繞組在一該鐵心的外邊腳(outside leg)上。由法拉第電壓感應(yīng)定律，因該一次側(cè)線圈218的交流電流而產(chǎn)生激磁能量，根據(jù)磁路路徑的不同，而分別產(chǎn)生該高磁阻磁路B以及該低磁阻磁路A，其中該高磁阻磁路B是通過(guò)該氣隙221。因此，該高磁阻磁路B與該輔助線圈220是構(gòu)成該輸出濾波電感，而該低磁阻磁路A與該一次側(cè)線圈218、該二次側(cè)線圈219構(gòu)成該變壓器。
該二次側(cè)線圈219的輸出電訊號(hào)是經(jīng)由導(dǎo)線208，209傳送至一同步整流電路203。該同步整流電路203包含一第一同步整流器223以及一第二同步整流器224。該第一同步整流器223是電連接該二次側(cè)線圈219，于該切換周期的該第一時(shí)區(qū)時(shí)因該二次側(cè)線圈219的電壓觸發(fā)導(dǎo)通。且，該第二同步整流器224是電連接該二次側(cè)線圈219，于該切換周期的該第二時(shí)區(qū)時(shí)因該二次側(cè)線圈219的電壓觸發(fā)導(dǎo)通。因此，該二次側(cè)線圈219的電壓是用以驅(qū)動(dòng)該同步整流電路203，使得該同步整流電路203的驅(qū)動(dòng)能量能夠被再生回復(fù)，減小驅(qū)動(dòng)能量的損失，并且該同步整流電路203的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)的停滯時(shí)間(deadtime)可被減小。自該同步整流電路203輸出的電訊號(hào)經(jīng)導(dǎo)線210，211傳送至該濾波電容212進(jìn)行濾波，提供一無(wú)漣波的直流輸出電壓。
請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。該氣隙221是設(shè)置于集成磁元件202的外邊腳以及該集成磁元件202的底部構(gòu)件之間，藉以形成高磁阻磁路B。該一次側(cè)線圈218與該二次側(cè)線圈219是繞組在該鐵心的中間腳上。圖4是圖2與圖3的等效電路圖。此為一具有同步整流電路與集成磁元件的雙開(kāi)關(guān)主動(dòng)箝位式的前向式轉(zhuǎn)換器(forward converter)。
請(qǐng)參閱圖5，圖5是本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。該一次側(cè)線圈218與該二次側(cè)線圈219是繞組在該鐵心的該中心腳以構(gòu)成該變壓器。該氣隙是設(shè)置于該鐵心的任一外邊腳，藉以形成高磁阻磁路B。該高磁阻磁路B與該輔助線圈220是構(gòu)成該輸出濾波電感的功能。另一氣隙是設(shè)置于另一外邊腳，使得該變壓器與該電感器可相互耦合成該集成磁元件。所以能夠因?yàn)樵摎庀兜恼{(diào)整而減少該輸出電流漣波。但是其缺點(diǎn)是該一次側(cè)線圈的磁化電流將會(huì)增加且造成更多導(dǎo)通損失。
請(qǐng)參閱圖6，圖6是圖5的等效電路圖。該電力轉(zhuǎn)換器的輸出電路是為一倍流整流器(current doublers type rectifier)。
對(duì)于許多設(shè)備，該變壓器的該二次側(cè)線圈需要應(yīng)用較多的線圈。在此實(shí)施例，可以通過(guò)二次側(cè)線圈的抽頭來(lái)獲得輸出濾波電感。
圖7是本發(fā)明第四較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。如圖7所示，該二次側(cè)線圈具有兩個(gè)線圈，其中一線圈是作為該輸出濾波電感的功能。圖8是圖7的等效電路圖。既然該變壓器的磁化電感可作為該輸出濾波電感，則必需有一氣隙設(shè)置于該低磁阻磁路A上，以避免該鐵心飽和。
圖9與圖10是分別為本發(fā)明第五與第六較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。如圖9與圖10所示，該電力轉(zhuǎn)換氣隙應(yīng)用一單一開(kāi)關(guān)的主動(dòng)箝位電路，其功能與雙開(kāi)關(guān)的主動(dòng)箝位電路相同。在該切換周期的第一時(shí)區(qū)，該開(kāi)關(guān)227導(dǎo)通，且該開(kāi)關(guān)226關(guān)閉，使得電能可以由該直流電壓傳送至該集成磁元件。在該切換周期的第二時(shí)區(qū)，該開(kāi)關(guān)226導(dǎo)通，且該開(kāi)關(guān)227關(guān)閉以重置(reset)該變壓器。因此，產(chǎn)生一可調(diào)整空閑度(duty cycle)的方波訊號(hào)藉由該開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通傳送至該變壓器的該一次側(cè)線圈。如圖9所示，該氣隙是設(shè)置于該集成磁元件的該中心腳。如圖10所示，該氣隙設(shè)置于該中心腳與該外邊腳。
請(qǐng)參閱圖11，圖11是本發(fā)明第七較佳實(shí)施例的具有集成磁元件與同步整流的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。在圖11中，該電力變換器具有兩個(gè)額外輔助線圈228，229，該輔助線圈228，229是繞組在低磁阻磁路上，用以提供一全方波訊號(hào)(full square wave signals)以驅(qū)動(dòng)該同步整流電路。圖12是圖11的等效電路圖。
根據(jù)上述的描述，本發(fā)明是提供一種具有集成磁元件與同步整流的主動(dòng)箝位式直流-直流轉(zhuǎn)換器。其優(yōu)點(diǎn)分別陳述如下(1)一箝位控制模式切換電路提供一全方波訊號(hào)以驅(qū)動(dòng)一集成磁元件，在高磁阻磁路與低磁阻磁路中線性增減交流磁通。加上高磁阻磁路與低磁阻磁路共用一共有路徑，在該共有路徑中磁通可相互抵銷。因此，可降低鐵心損失。
(2)一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈以及輔助線圈其相關(guān)位置可盡可能接近，減少因連接導(dǎo)線所形成雜散因素(stray parameters)的干擾。并且減少所需的濾波電容與濾波電感。該集成磁元件同時(shí)提供了變壓器以及輸出濾波電感的功能。所以二次側(cè)線圈與輔助線圈的共有路徑可減少。因此，繞組損失可降低。
(3)既然變壓器與輸出濾波電感的功能均被整合在一單一磁元件，因此本發(fā)明可提供一簡(jiǎn)單與緊密構(gòu)造的電力轉(zhuǎn)換器以提高電力轉(zhuǎn)換器的功率密度(power density)與效率。
(4)另一方面，因本發(fā)明是整合應(yīng)用具有集成磁元件、同步整流與主動(dòng)箝位模式的直流-直流轉(zhuǎn)換器，所以切換損失、同步整流損失以及變壓器繞組損失與變壓器鐵心損失皆可降低。
綜合上述，本發(fā)明可提供一種具有集成磁元件、同步整流與主動(dòng)箝位模式的直流-直流轉(zhuǎn)換器以減少該直流-直流轉(zhuǎn)換器的切換損失、同步整流損失以及變壓器繞組損失與變壓器鐵心損失，因此得以解決習(xí)知技術(shù)的缺點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的研發(fā)目的。
權(quán)利要求
1.一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包含一輸入端，是電連接一直流電壓；一輸出端，是電連接一負(fù)載，輸出一電能至該負(fù)載；一集成磁元件，具有一一次側(cè)線圈、一二次側(cè)線圈以及一輔助線圈，該一次側(cè)線圈、該二次側(cè)線圈是構(gòu)成一變壓器，該輔助線圈是作為一濾波電感；一切換電路，是電連接該輸入端，將該直流電壓切換輸出，周期性提供一正電壓與一負(fù)電壓的脈波至該一次側(cè)線圈，在該轉(zhuǎn)換器的一切換周期的一第一時(shí)區(qū)，該切換電路提供該正電壓的脈波儲(chǔ)能于該一次側(cè)線圈，在該轉(zhuǎn)換器切換周期的一第二時(shí)區(qū)，該切換電路提供該負(fù)電壓的脈波，重置該一次側(cè)線圈；以及一同步整流電路，是電連接該二次側(cè)線圈，利用該二次側(cè)線圈的電能在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)與第二時(shí)區(qū)使該同步整流電路導(dǎo)通，將該電能輸出至該輸出端，其中該輔助線圈是耦合介于該同步整流電路與該輸出端之間，作為該濾波電感，對(duì)該同步整流電路的輸出訊號(hào)進(jìn)行濾波。
2.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該集成磁元件還包含一鐵心，是將該變壓器以及該濾波電感集成于該鐵心上以構(gòu)成該集成磁元件，且該集成磁元件具有一高磁阻磁路以及一低磁阻磁路共用一共有路徑，在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)，經(jīng)由該低磁阻磁路將電能由該一次側(cè)線圈傳送至該二次側(cè)線圈，且部分電能儲(chǔ)存于該高磁阻磁路。
3.如權(quán)利要求2所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)，藉由該輔助線圈將儲(chǔ)存于該高磁阻磁路的電能由該集成磁元件傳送至該同步整流電路。
4.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該共有路徑還包含一氣隙以減少一輸出電流漣波。
5.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該切換電路還包含一箝位電路，限制在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)時(shí)該變壓器上的跨壓大小。
6.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該同步整流電路包含一第一同步整流電路，在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)，因該二次側(cè)線圈的能量而導(dǎo)通，將該電能傳送至該輸出端；以及一第二同步整流電路，在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)，因該二次側(cè)線圈的能量而導(dǎo)通，將該電能傳送至該輸出端。
7.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該同步整流電路包含一第一同步整流電路，具有一控制端，因該二次側(cè)線圈的電壓而周期性偏壓導(dǎo)通，使該第一同步整流電路將一導(dǎo)通電流由二次側(cè)線圈傳送至該輸出端；以及一第二同步整流電路，當(dāng)該第一同步整流電路不導(dǎo)通時(shí)，因該二次側(cè)線圈的電壓而周期性偏壓導(dǎo)通，使該第二同步整流電路將該導(dǎo)通電流由二次側(cè)線圈傳送至該輸出端。
8.如權(quán)利要求6或7所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一同步整流電路是為一第一開(kāi)關(guān)，該第二同步整流電路是為一第二開(kāi)關(guān)，該第一開(kāi)關(guān)以及該第二開(kāi)關(guān)分別具有一控制端、一第一導(dǎo)電端以及一第二導(dǎo)電端，該第一開(kāi)關(guān)的該控制端是電連接該第二開(kāi)關(guān)的該第一導(dǎo)電端以形成該同步整流電路的第一輸入端，該第二開(kāi)關(guān)的該控制端是電連接該第一開(kāi)關(guān)的該第一導(dǎo)電端以形成該同步整流電路的第二輸入端，該輸入端是與該二次側(cè)電連接，又該開(kāi)關(guān)的該第二導(dǎo)電端是電連接于一節(jié)點(diǎn)為該同步整流電路的一輸出端。
9.如權(quán)利要求8所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該開(kāi)關(guān)是為一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
10.一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包含一輸入端，是電連接一直流電壓；一輸出端，是電連接一負(fù)載，輸出電能至該負(fù)載；一集成磁元件，具有一一次側(cè)線圈、一二次側(cè)線圈以及一輔助線圈，該一次側(cè)線圈、該二次側(cè)線圈是構(gòu)成一變壓器，該輔助線圈是作為一濾波電感；一切換電路，是電連接該輸入端，將該直流電壓切換輸出，周期性提供一正電壓與一負(fù)電壓的脈波至該一次側(cè)線圈，在該轉(zhuǎn)換器的一切換周期的一第一時(shí)區(qū)，該切換電路提供該正電壓的脈波儲(chǔ)能于該一次側(cè)線圈，在該轉(zhuǎn)換器切換周期的一第二時(shí)區(qū)，該切換電路提供該負(fù)電壓的脈波，釋放該一次側(cè)線圈的儲(chǔ)能，其中，該切換電路還包含一箝位電路，以限制在該切換周期的該第二時(shí)區(qū)在該變壓器上的跨壓大??；以及一同步整流電路，是電連接該二次側(cè)線圈，利用該二次側(cè)線圈的電能在該切換周期的該第一時(shí)區(qū)與第二時(shí)區(qū)使該同步整流電路導(dǎo)通，以將該電能輸出至該輸出端，其中該輔助線圈是耦合在該同步整流電路與該輸出端之間，作為該濾波電感，對(duì)該同步整流電路的一輸出訊號(hào)進(jìn)行濾波。
全文摘要
一種具有集成磁元件與同步整流的直流－直流轉(zhuǎn)換器，包含分別電連接直流電壓和負(fù)載的一輸入端和輸出端；一集成磁元件，具有構(gòu)成一變壓器的一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈及作為濾波電感的輔助線圈；一電連接輸入端的切換電路，將直流電壓切換輸出，周期性地分別提供一正電壓與一負(fù)電壓的脈波至一次側(cè)線圈，以在切換周期的第一時(shí)區(qū)提供正電壓的脈波儲(chǔ)能于一次側(cè)線圈，而在第二時(shí)區(qū)，切換電路提供負(fù)電壓的脈波，釋放一次側(cè)線圈的儲(chǔ)能，切換電路還包含一箝位電路，以限制在第二時(shí)區(qū)在變壓器上的跨壓大?。灰约耙浑娺B接二次側(cè)線圈的同步整流電路，將電能輸出至輸出端，輔助線圈耦合在同步整流電路與輸出端之間，對(duì)同步整流電路的一輸出訊號(hào)進(jìn)行濾波。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1447504SQ0310416
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者黃貴松, 顧亦磊, 胡躍全, 章進(jìn)法, 蕭克域 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司