直流電壓轉換裝置及適用于直流電壓轉換裝置的箝位電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流電壓轉換裝置，特別是涉及一種有效管理電壓尖峰的直流電壓轉換裝置及一種適用于直流電壓轉換裝置的箝位電路。
【背景技術】
[0002]直流電壓轉換裝置的二次側整流器的電壓尖峰(voltage peak) 一直是影響直流電壓轉換裝置的轉換效率及可靠性的重要因素。該電壓尖峰的能量主要來自整流器的寄生電容于充電時的能量，及整流器的反向恢復能量(reverse recovery energy)。以往應用于直流電壓轉換裝置(converter)的箝位電路(clamp circuit),如RC緩沖(吸收)電路、RCD緩沖(吸收)電路，無法將二次側(secondary side)的整流器(rectifier)的電壓尖峰箝位至一理想值，且可靠性不佳，導致該直流電壓轉換裝置必須選擇電壓等級較高，也就是耐電壓較高的整流器。如此一來，因為整流器的電壓等級較高，使得整流器的成本提高，也因為電壓等級越高的整流器的導通電阻越大，使得功率損耗較大，進而影響直流電壓轉換裝置的整體轉換效率。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種直流電壓轉換裝置及適用于直流電壓轉換裝置的箝位電路，該箝位電路能有效抑制電壓尖峰，并將該電壓尖峰的能量饋送至輸出。
[0004]本發(fā)明直流電壓轉換裝置，包含一直交流轉換器、一變壓器、一第一開關、一第二開關、及一箝位電路。
[0005]該直交流轉換器接收一直流電源電壓，并將該直流電源電壓進行直交流轉換以產生一呈交流的電壓信號。
[0006]該變壓器包括一第一繞組、一第二繞組、及一第三繞組，該第一繞組電連接該直交流轉換器以接收該電壓信號，該第二繞組及第三繞組分別具有一第一端及一第二端，且該第二繞組的第二端電連接該第三繞組的第一端。
[0007]該第一開關具有一電連接該第三繞組的第二端的第一端、一第二端及一接收一第一控制信號的控制端，且受該第一控制信號的控制于導通與不導通間切換。
[0008]該第二開關具有一電連接該第二繞組的第一端的第一端、一電連接該第一開關的第二端的第二端及一接收一第二控制信號的控制端，且受該第二控制信號的控制于導通與不導通間切換。
[0009]該箝位電路電連接該第二開關的第一端及第二端，以箝制該第二開關的第一端及第二端間的跨壓于一默認值，并儲存該第二開關所產生的電壓尖峰的能量。
[0010]本發(fā)明適用于直流電壓轉換裝置的箝位電路，該直流電壓轉換裝置用于將一直流電源電壓轉換為一直流輸出電壓，并包含一直交流轉換器、一變壓器、一第一開關、及一第二開關，該變壓器具有一接收來自該直交流轉換器的電壓信號的一次側，及一電連接該第一開關及該第二開關的二次側。該箝位電路包含:[0011 ] 一箝位電容,具有一電連接該第二開關的第一端的第一端，及一第二端。
[0012]一第一二極管，具有一電連接該箝位電容的第二端的陽極端，及一電連接該第二開關的第二端的陰極端。
[0013]一箝位電感，具有一第一端，及一電連接該第二開關的第二端的第二端。
[0014]一第二二極管，具有一電連接該箝位電感的第一端的陽極端，及一陰極端。
[0015]—第三開關，具有一第一端、一第二端、及一控制端，該第一端電連接該箝位電感的第一端，該第二端電連接該箝位電容的第二端，該控制端接收一箝位控制信號，并受該箝位控制信號控制于導通或不導通間切換，以將該直流電壓轉換裝置的第二開關所產生的電壓尖峰的能量，儲存至該箝位電容中，再釋放至一負載。
[0016]本發(fā)明的有益的效果在于:通過該箝位電路箝制該第二開關的第一端及第二端的跨壓，并吸收該第二開關的電壓尖峰的能量，饋送至一負載，以實現(xiàn)無損失(lossless)的箝位機制，使作為整流器的第一開關及第二開關能選用如耐壓較低及損耗較小的元件，以達到可靠性較佳、成本較低且轉換效率較高的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0017]圖1是一電路圖，說明本發(fā)明直流電壓轉換裝置的一較佳實施例；及
[0018]圖2是一時序圖，說明本發(fā)明直流電壓轉換裝置的較佳實施例的多個信號間的關系。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0020]參閱圖1，本發(fā)明直流電壓轉換裝置1的較佳實施例適用于接收一直流電源電壓，且電連接一具有一第一端及一第二端的負載5，并包含一直交流轉換器2、一變壓器3、一第一開關SR1、一第二開關SR2、一個二次側電感Lf、一個二次側電容Cf、一箝位電路4、及一控制單元6。
[0021]該直交流轉換器2接收該直流電源電壓，并將該直流電源電壓進行直交流轉換以產生一呈交流的電壓信號Vsw。該直流電源電壓的電壓值為I。再參閱圖2，該電壓信號Vsw于正半周期及負半周期時，具有相等的振幅t及相反的極性。
[0022]該變壓器3為一中心抽頭式，并包括一第一繞組Q、一第二繞組L2、及一第三繞組L3，且該第一繞組1^、第二繞組L2、及第三繞組L3的匝數(shù)比為K:1:1。該第一繞組Li電連接該直交流轉換器2以接收該電壓信號Vsw，并具有一極性端。該第二繞組L2及第三繞組L3分別具有一第一端及一第二端，且該第二繞組L2及第三繞組L3的第一端為極性端，該第二繞組L2的第二端電連接該第三繞組L3的第一端。特別值得一提的是:圖1中的變壓器3為考慮非理想因素下的等效電路，因此，該變壓器3在一次側的等效電路還包括一寄生漏感匕及一勵磁電感Lm。
[0023]該第一開關SR:具有一電連接該第三繞組L3的第二端的第一端、一電連接該負載5的第二端的第二端、一接收一第一控制信號Si的控制端、及一并聯(lián)于該第一端與第二端間的基體二極管Di (body d1de)，且受該第一控制信號Si的控制于導通與不導通間切換。
[0024]該第二開關SR2具有一電連接該第二繞組L2的第一端的第一端、一電連接該第一開關SRi的第二端的第二端、一接收一第二控制信號S2的控制端、及一并聯(lián)于該第一端與第二端間的基體二極管D2，且受該第二控制信號S2的控制于導通與不導通間切換。特別值得一提的是:該第一開關SRi及第二開關SR2可以是該技術領域中所指的整流器或二次側整流器。
[0025]該二次側電感Lf包括一第一端及一第二端，該第一端電連接該變壓器3的第二繞組L2的第二端，該第二端電連接該負載5的第一端。
[0026]該二次側電容Cf包括一電連接該二次側電感Lf的第二端的第一端，及一電連接該第一開關SRi的第二端的第二端。
[0027]該箝位電路4包括一箝位電容Q、一第一二極管De1、一箝位電感Le、一第二二極管DC2、及一第三開關SR3。
[0028]該箝位電容Q具有一電連接該第二開關SR2的第一端的第一端,及一第二端。
[0029]該第一二極管D?具有一電連接該箝位電容Q的第二端的陽極端，及一電連接該第二開關sr2的第二端的陰極端。
[0030]該箝位電感Le具有一第一端，及一電連接該第二開關SR2的第二端的第二端。
[0031]該第二二極管De2具有一電連接該箝位電感Le的第一端的陽極端，及一電連接該二次側電感Lf的第二端的陰極端。
[0032]該第三開關SR3具有一第一端、一第二端、一控制端、及一并聯(lián)于第三開關SR3的第一端與第二端間的基體二極管De。該第一端電連接該箝位電感Le的第一端，該第二端電連接該箝位電容Q的第二端，該控制端接收一箝位控制信號S3，并受該箝位控制信號S3控制于導通或不導通間切換，以將該直流電壓轉換裝置1的第二開關SR2所產生的電壓尖峰的能量，儲存至該箝位電容Q中，再釋放至該負載5，使該第二開關SR2的第一端及第二端的跨壓，即Vds_SR2的電壓峰值能有效降低至一預期值。
[0033]該控制單元6根據(jù)該箝位電路4的箝位電容Q的第一端及第二端的跨壓的大小，以產生該箝位控制信號S3來控制該第三開關sr3導通或不導通。
[0034]在本實施例中，該直交流轉換器2為一全波整流電路，在其他實施例中，該直交流轉換器2可為一全橋整流電路、一半波整流電路、或一倍流整流電路。該直交流轉換器2包括四個開關sr4?sr7，每一開關sr4?sr7具有一第一端、一第二端、及一控制端。該開關sr5的第一端電連接該開關sr4的第二端，該開關sr7的第一端電連接該開關sr6的第二端，該開關S&的第一端電連接該開關sr4的第一端、該開關sr7的第二端電連接該開關sr5的第二端。該四個開關sr4?sr7的控制端分別接收四個控制信號s4?s7，以分別控制該四個開關SR4?SR7導通或不導通。此外,在本實施例中，該第一開關SR1、第二開關SR2、第三開關SR3、及該四個開關sr4?sr7都分別為一功率晶體管。
[0035]參閱圖1與圖2，圖2是一時序圖，說明本發(fā)明直流電壓轉換裝置1的較佳實施例的箝位控制信號s3如何控制該箝位電路4的第三開關SR3，其中，橫軸為時間t，電流L為流經(jīng)該變壓器3的一次側的寄生漏感匕的電流，且正方向如箭號所示。為流經(jīng)該箝位電容<^的電流,且方向是由該箝位電容Ci的第一端流向其第二端為正。ν?為該箝位電容Ci的第一端及其第二端的跨壓。L為流經(jīng)該箝位電感Lc的電流，且方向是由該箝位電感1^的第一端流向其第二端為正。Vds_SR2為該第二開關SR2的第一端及其第二端的跨壓。
[0036]所述控制信號S!?S2、S4?S7來自一脈寬調變(Pulse Width Modulat1n, PWM)電路(圖未示)，以控制該直交流轉換器2的四個開關SR4?SR7、第一開關SR1、及第二開關SR2分別導通或不導通，使該直流電源電壓經(jīng)由該直交流轉換器2、變壓器3、第一開關SRp第二開關SR2、二次側電感Lf、及二次側電容Cf，輸出一直流輸出電壓于該負載5。由于該脈寬調變電路產生所述控制信號&?S2、S4?S7的方式為以往技術，因此，于圖2僅列出該兩個控制信號Sp S2隨時間變化的態(tài)樣。
[0037]于時刻t。?h間:在時刻t。時，來自該直交流轉換器2的電壓信號Vsw的振幅開始由零轉為負值。由于該變壓器3的等效電路具有該一次側的寄生漏感匕，且該第一控制信號Si及第二控制信號S2都為高電平，使該第一開關SRi及第二開關SR2都導通。此時，該變壓器3的第二繞組L2及第三繞組L3處于短路的狀態(tài)，且流經(jīng)