专利名称：应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法及转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法及转换器，尤指一种可使功率转换器在进行高效率及高密度切换过程中，有效降低所产生的磁损失及开关切换损失，并使其次级整流子的耐压一并降低的无振铃零电位切换方法及转换器。
近年来，为了追赶电子产品快速小型化的趋势，切换式功率转换器的技术一直朝向高频率、高效率及高密度的方向发展。一般而言，由于场效应功率管(Power MOSFE，以下简称功率开关管)的切换速度比双极性管(BipolarTransistor)快很多，因此常被业界广泛应用于切换式功率转换器中，作为其上的功率开关管管，然而，该种场效应功率管(Power MOSFET)上寄生电容所存留的能量，在该管每次被导通时，都会在其通道中，以欧姆热的形式耗尽，切换频率越高，其损耗越大，此一问题，若不加以有效解决，将使该切换式功率转换器难以朝向高效率及高密度的设计目标继续发展。
自从1988年，美国亨芝(C.P.Henze)、马丁(H.C.Martin)及巴司莱(D.W.Paraley)等三位专家，共同在IEEE刊物上，发表零电位切换(ZeroVoltage Switching)概念以来，各种实用电路即陆续被提出，有效地解决了传统上场效应功率管(Power MOSFET)上所发生的导通损失问题，现将其中较具代表性的先前技术，分述如下1、顺向式零电位切换电路(Forward Zero-Voltage Switching PowerConverter)如
图1所示，为Bruce Wilkinson在1989年6月申请的美国第383,594号发明专利的电路实施例，该专利通过适当控制该电路，使其变压器工作在正负磁区，因此在相同的输出功率下，具有可选用较小的变压器的优点。由于该电路设计的启示，Putrice R.Lethellier发明了第一个具零电位切换的实用电路，如图2所示，为1990年10月获准的美国第4,975,821号发明专利的电路架构图，该专利达到零电位切换的目的，其变压器采用松交连型式，并在其磁蕊上加入气隙(gap)，以得到必要的磁化电感及漏感，该磁化电感及漏感能与并联在开关SW1上的寄生电容Cs形成L-C共振电路，使开关SW2在刚关掉后的瞬间，因该L-C共振电路的共振，使开关SW1获得零电位切换的条件，同样地，在开关SW1刚关掉后的瞬间，亦将因该L-C共振电路的共振，使开关SW2也获得零电位切换的条件，此时，由于该变压器的磁蕊上加了气隙及漏感，造成不容忽视的磁损失，使得该电路在获得零电位切换条件的同时，也为该变压器带来了异常发热及效率下滑的缺点。
如图3、4所示，为Paul Imbertson在1991年10月提出申请，且于1993年9月获准的美国第5,245,520号发明专利的电路实施例，其中图3可称为“半桥式非对称顺向转换器(Half bridge asymmetrical buck converter)”，图4可称为“全桥式非对称顺向转换器(Full bridge symmetrical buckconverter)”，由于该二电路均外加有等同于其变压器漏感的辅助电感La(auxiliary inductor)，因此在达到零电位切换功效时，该变压器并没有异常发热的问题，但该辅助电感La却与该变压器的初级绕组两端的杂散电容间，产生了不容忽视的振铃(ringing)现象，由于该振铃电流在电感器与变压器的绕组上来回振荡，将对磁蕊产生感应加热(induction heating)的效应，致其效率随之恶化，另，该寄生振荡除了会增加EMI干扰信号外，还会反映到该变压器的次级绕组，使该次级整流零件的耐压需提高至少1.5倍以上，此即Imbertson的桥式非对称顺向转换器上因振铃而引起的诸多缺点。如图4所示，乃Imbertson的电路在变压器的初级绕组及次级绕组上，所产生的振铃现象。
2、返驰式零电位切换电路(Flyback Zero-Voltage Switching PowerConverter)
如图6、7所示，为ChristoPher P.Henze与Hubert C.Martin，Jr.在1991年10月获准的美国第5,057,986号发明专利的电路实施例，在该实施例中，由于无外加的辅助电感，因此若欲达到零电位切换，需加大其变压器的气隙，使该变压器的初级磁化电流的峰对峰值，大于次级侧反射到初级侧的负载电流，该项需求与Putrice R.Lethellier的发明专利相同，同样会造成变压器异常地发热，为解决此问题，需加大该变压器的尺寸，以增加其散热能力。
如图8、9所示，为Wittenbreder，Jr.与Ernest H.在1995年3月获准的美国第5,402,329号发明专利的电路实施例，由于该实施例中加设有辅助电感，其变压器的初级磁化电流的峰对峰值，无需大于次级侧反射到初级侧的负载电流值，即可轻易达到零电位切换的效果，该辅助电感可为一利用该变压器以松交连绕制时的漏电感，也可为一外加电感，但，无论以何种方式形成，该专利与前述Imbertson的专利上均会发生因振铃而引起的副作用。如图10所示，为Wittenbreder，Jr.与Ernest H.的电路在变压器的初级绕组及次级绕组上，所产生的振铃现象。
有鉴于前述现有功率转换器在进行零电位切换时，其功率整流开关(PowerRectifier Switches)切换瞬间所产生的寄生振铃(Parasitic Ringing)，对磁蕊产生了感应加热(induction heating)的效应，致其在效率提高上受到极大的限制，同时增加了电磁干扰的干扰信号，并对整流零件产生较高的逆向电压冲击，本发明针对这些因振铃现象所产生的诸多缺点，研发出的一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换的系统，该项技术在功率转换器进行高效率及高密度的零电位切换过程中，可针对其变压器初级侧会产生振荡的一L-C共振电路(电感一电容共振电路)，在开始发生振铃现象时，使其电感上的电流短路，并箝制住其电容上的电压，有效根除现有零电位切换电路所产生的寄生振铃，使其不受该寄生振铃的影响。
本发明的主要目的在于提供一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法及转换器，其能避免辅助电感与主变压器因寄生振荡而产生电磁干扰信号干扰的问题，并有效减轻对次级侧整流零件的耐压额度(reverse voltagerating)的要求，使具有辅助电感的零电压切换电路可达到更高的能量转换效率及功率密度，同时更容易通过国际电磁干扰规范(International EMIregulations)的要求。
本发明的另一目的在于提供一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法及转换器，其能制止其产生振荡，有效避免发生振铃现象，达到高效率、高密度及低干扰信号的零电位切换目的。
本发明的又一目的在于提供一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法及转换器，其能大幅提高功率密度，并减少功率开关管上所累积的热能及所需散热片的体积大小，使功率转换器更易于被应用到各种小型化电子产品中，免除了不具辅助电感器的共振型零电位切换电路因过于依赖变压器的漏电感量来实现零电位切换，致在设计及制造时，不易达到其设计规格，且难以大量生产的缺点。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法，该方法是一种针对一功率转换器上的零电位切换电路，在进行高效率及高密度的零电位切换过程中，其变压器的初级侧上会产生振荡的L-C电路而发生振铃现象的情况，在振铃开始发生时，将L-C电路的电感上的电流短路，并箝制住其电容上的电压的方法。
所述的L-C电路的电容为该变压器的初级侧上的杂散电容；所述的L-C电路的电感为一辅助电感，该电感被设置在变压器的初级绕组与二功率开关管的串接接点之间；所述的功率开关管为一场效应功率管；所述的变压器的初级绕组与辅助电感间的线路接点上，加设至少一短路二极管，在LC电路开始产生振铃时，这些二极管分别与对应的功率开关管发生作用，将辅助电感上的电流予以短路，并箝制住杂散电容上的电压。
一种半桥顺向式无振铃零电位切换全波整流的功率转换器，其包括
一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有二相互串接的功率开关管，其中一功率开关管的漏极与输入电压滤波电容器的正极相连接，源极与另一功率开关管的漏极相连接，另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组及二次级绕组，该初级绕组的一端与一电容的负极相连接，其另一端通过一辅助电感连接到二功率开关管间的线路，该电容的正极与功率开关管的漏极相连接，该初级绕组及辅助电感间的线路通过二个二极管，分别连接到一功率开关管的漏极及另一功率开关管的源极，这些二极管分别配合对应的功率开关管，在电路发生振铃现象时，让辅助电感上的电流立刻被对应的功率开关管及二极管短路。
其还包括二次级绕组，该二次级绕组的一端连接到一输出电压滤波电容器的负极，其另端则分别与二个次级侧的二极管的正端相连接，这些次级侧的二极管的负极则通过一电感与输出电压滤波电容器的正极相连接，该输出电压滤波电容器提供一稳定的直流输出电压给输出端上所跨接的负载；所述的功率开关管为一场效应功率管。
一种半桥升压顺向式无振铃零电位切换全波整流的功率转换器，其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有相互串接的二功率开关管及一电容，该电容的负极与输入电压滤波电容器的正极相连接，正极与其中的一功率开关管的漏极相连接；该功率开关管的源极与另一功率开关管的漏极相连接，而另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与上述电容的负极相连接，其另端通过一辅助电感连接到二功率开关管间的线路，该初级绕组及辅助电感间的线路是通过二个二极管，分别连接到一功率开关管的漏极及另一功率开关管的源极，这些二极管分别配合对应的功率开关管，在该电路发生振铃现象时，使辅助电感上的电流立刻被对应的功率开关管及二极管短路。
其还包括二次级绕组，该二次级绕组的一端连接到一输出电压滤波电容器的负极，其另一端则分别与二个次级侧的二极管的正端相连接，这些次级侧的二极管的负端则通过一电感，与该输出电压滤波电容器的正极相连接，输出电压滤波电容器提供一稳定的直流输出电压给输出端上所跨接的负载；所述的功率开关管为一场效应功率管。
一种半桥顺向式无振铃零电位切换半波整流的功率转换器，其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有二相互串接的功率开关管，其中一功率开关管的漏极与该输入电压滤波电容器的正极相连接，其源极与另一功率开关管的漏极相连接，另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与一电容的负极相连接，另一端通过一辅助电感连接到二功率开关管间的线路，该电容的正极与功率开关管的漏极相连接，初级绕组及辅助电感间的线路通过一个二极管，连接到功率开关管的漏极，该二极管配合功率开关管，在电路发生振铃现象时，让辅助电感上的电流立刻被功率开关管和二极管短路。
其还包括一次级绕组，该次级绕组的一端依序分别连接到次级侧的一二极管的正端及一输出电压滤波电容器的负极，另一端则依序通过次级侧的另一二极管及一电感，与输出电压滤波电容器的正极相连接，该次级侧的二极管的负端则连接到次级侧的另一二极管及输出电压滤波电容器间的线路；所述的功率开关管为一场效应功率管。
一种半桥升压顺向式无振铃零电位切换半波整流的功率转换器，其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有一组串接的二功率开关管及一电容，该电容的负极与输入电压滤波电容的正极相连接，其正极与其中的一功率开关管的漏极相连接，该功率开关管的源极与另一功率开关管的漏极相连接，该另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；
一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与上述电容的负极相连接，其另一端通过一辅助电感连接到二功率开关管间的线路，初级绕组及辅助电感间的线路是通过一二极管，连接到功率开关管的漏极的，该二极管配合功率开关管，在电路发生振铃现象时，使辅助电感上的电流立刻被功率开关管与二极管一起短路。
其电路还包括一次级绕组，该次级绕组的一端依序分别连接到次级侧的一二极管的正端及一输出电压滤波电容器的负极，其另一端则依序通过次级侧的另一二极管及一电感，与输出电压滤波电容器的正极相连接，次级侧的二极管的负端则连接到次级侧的另一二极管及输出电压滤波电容器间的线路；所述的功率开关管为一场效应功率管。
一种半桥返磁式无振铃零电位切换的功率转换器，其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有二相互串接的功率开关管，其中一功率开关管的漏极与输入电压滤波电容器的正极相连接，其源极与另一功率开关管的漏极相连接，该另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与一电容的负极相连接，另一端分别通过一辅助电感及一二极管，连接到二功率开关管间的线路及另一功率开关管的源极，该二极管配合另一功率开关管，在电路发生振铃现象时，使辅助电感上的电流立刻被另一功率开关管与二极管短路。
其还包括一次级绕组，该次级绕组的一端通过一次级侧的二极管，与一输出电压滤波电容器的正极相连接，另一端则与该输出电压滤波电容器的负极相连接，输出电压滤波电容器提供一稳定的直流输出电压给输出端上所跨接的负载；所述的功率开关管为一场效应功率管。
半桥升压返磁式无振铃零电位切换的功率转换器，其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有一组串接的二功率开关管及一电容，该电容的负极与输入电压滤波电容器的正极相连接，其正极与其中的一功率开关管的漏极相连接，该功率开关管的源极与另一功率开关管的漏极相连接，该另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与上述电容的负极相连接，其另一端分别通过一辅助电感及一二极管连接到二功率开关管间的线路及一功率开关管的源极，该二极管配合一功率开关管，在该电路发生振铃现象时，使辅助电感上的电流立刻被一功率开关管及二极管短路。
其还包括一次级绕组，该次级绕组的一端通过一次级侧的二极管，与输出电压滤波电容器的正极相连接，其另一端则与该输出电压滤波电容器的负极相连接，该输出电压滤波电容器提供一稳定的直流输出电压给输出端上所跨接的负载；所述的功率开关管为一场效应功率管。
由于本发明将零电位切换电路上的一辅助电感设置在变压器的初级绕组与二场效应功率管的串接线路接点之间，再在变压器的初级绕组与外加电感器间的线路接点上，分别加设至少一二极管，这些二极管可在外加电感器开始要产生振铃时，分别与对应的功率开关作用，将辅助电感器上的电流予以短路，并箝制住变压器的初级侧杂散电容上的电压，制止其产生振荡，有效避免发生振铃现象，达到高效率、高密度及低干扰信号的零电位切换目的。
由于本发明将零电位切换电路上的一辅助电感设置在变压器的初级绕组与二场效应功率管的串接线路接点之间，再在变压器的初级绕组与外加电感器间的线路接点上，分别加设至少一二极管，这些二极管可在外加电感器开始要产生振铃时，分别与对应的功率开关管作用，将辅助电感器上的电流予以短路，并箝制住变压器的初级侧杂散电容上的电压，制止其产生振荡，有效避免发生振铃现象，达到高效率、高密度及低干扰信号的零电位切换目的。
由于本发明将无振铃技术应用到各式返驰式、升压式及降压式的功率转换器上，这些功率转换器能有效避免发生振铃现象，以在高频切换作业下，有效降低功率损失，大幅提高其功率密度，并减少功率开关管上所累积的热能及所需散热片的体积大小，使功率转换器更易于被应用到各种小型化电子产品中，免除了不具辅助电感器的共振型零电位切换电路因过于依赖变压器的漏电感量来实现零电位切换，致在设计及制造时，不易达到其设计规格，且难以大量生产的缺点。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细的说明。
图1为美国第383,594号发明专利的主要电路图。
图2为美国第4,975,821号发明专利的主要电路图。
图3为美国第5,245,520号发明专利的主要电路图。
图4为美国第5,245,520号发明专利的主要电路图。
图5为Imbertson的专利电路所产生的寄生振铃现象示意图。
图6为美国第5,057,986号发明专利的主要电路图。
图7为美国第5,057,986号发明专利的主要电路图。
图8为美国第5,402,329号发明专利的主要电路图。
图9为美国第5,402,329号发明专利的主要电路图。
图10为Wittenbreder，Jr.与Ernest H.的专利电路所产生的寄生振铃现象的示意图。
图11为本发明的第一个具体实施例的电路图。
图12为图11不加无振铃抑制电路时所产生的寄生振铃现象示意图。
图13为图11加入无振铃抑制电路时寄生振铃消失的波形图示意图之一。
图14为图11加入无振铃抑制电路时寄生振铃消失的波形图示意图之二。
图15为图11分成10个时段的等效电路图之一。
图16为图11分成10个时段的等效电路图之二。
图17为图11分成10个时段的等效电路图之三。
图18为图11分成10个时段的等效电路图之四。
图19为图11分成10个时段的等效电路图之五。
图20为图11分成10个时段的等效电路图之六。
图21为图11分成10个时段的等效电路图之七。
图22为图11分成10个时段的等效电路图之八。
图23为图11分成10个时段的等效电路图之九。
图24为图11分成10个时段的等效电路图之十。
图25为本发明下臂振铃箝制电路的时段图之一。
图26为本发明下臂振铃箝制电路的时段图之二。
图27为本发明下臂振铃箝制电路的时段图之三。
图28为本发明下臂振铃箝制电路的电压与电流波形图。
图29为本发明上臂振铃箝制电路的时段图之一。
图30为本发明上臂振铃箝制电路的时段图之二。
图31为本发明上臂振铃箝制电路的时段图之三。
图32为本发明上臂振铃箝制电路的电压与电流波形图。
图33为本发明图11的具体实施例在效率上所获的成果图。
图34为本发明图11的具体实施例在电磁干扰上所获的成果图。
图35为本发明的第二个具体实施例的电路图。
图36为本发明的第三个具体实施例的电路图。
图37为本发明的第四个具体实施例的电路图。
图38为本发明的第五个具体实施例的电路图。
图39为本发明的第六个具体实施例的电路图。
本发明为一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换的系统，该技术针对一功率转换器上的零电位切换电路，在进行高效率及高密度的零电位切换过程中，其变压器的初级侧上会产生振荡的一L-C共振电路，在其开始发生振铃时，将其电感上的电流短路，并箝制住其电容上的电压，从而有效根除零电位切换电路所产生的寄生振铃。
本发明将现有功率转换器上具有辅助电感(auxiliary Inductor)与平衡电容(balance capacitor)的零电位切换电路，重新作一安排，将零电位切换电路上的一辅助电感器设置在变压器的初级绕组与二场效应功率管的串接接点之间，再在变压器的初级绕组与外加电感器间的线路接点上，加设一短路二极管，或加设二短路二极管，该外加辅助电感器与变压器的初级侧上的杂散电容(stray capacitance)所形成的L-C电路，在开始产生振铃时，这些二极管可分别与对应的功率开关管发生作用，将外加电感器上的电流予以短路，并箝制住变压器的初级侧杂散电容上的电压，以制止其产生振荡，有效避免发生振铃现象，达到高效率、高密度及低干扰信号的零电位切换目的。
如图11所示，为本发明的第一个具体实施例，其将本发明的无振铃零电位切换技术应用到一半桥顺向式全波整流电路的设计中，在此可称之为“半桥顺向式无振铃零电位切换全波整流电路(Half-Bridge Forward Ring-FreeZero-Voltage-Switching Full-Wave Converter)”。在该实施例中，电路包括一输入电压滤波电容器Cin，该电容器Cin的正负极跨接在一输入电压Vin的正负极上，其上并联有一组串接的功率开关管Q1、Q2，该功率开关管Q2的漏极与电容器Cin的正极相连接，其源极与该功率开关管Q1的漏极相连接，该功率开关管Q1的源极则连接到电容器Cin的负极，该电容器Cin可提供一稳定的输入电压给一变压器使用。该变压器主要用来储存及释放电能，其上设有一初级绕组Np及二次级绕组Ns1、Ns2，其电感量分别为Lp及Ls1、Ls2，绕组上的标记如图11所示；初级绕组Np的一端与一平衡电容Cb的负极相连接，其另一端通过一辅助电感La连接到二功率开关管Q1、Q2间的线路，该电容Cb的正极则与功率开关管Q2的漏极相连接，在该实施例中，初级绕组Np及辅助电感La间的线路通过二极管D4及D3，分别连接到功率开关管Q2的漏极及Q1的源极，该二极管D4(或D3)可分别配合功率开关管Q2(或Q1)，在电路发生振铃现象时，使辅助电感La上的电流ila立刻被功率开关管Q2与二极管D4(或功率开关管Q1与二极管D3)一起短路，以终止振铃现象；二次级绕组Ns1、Ns2的一端连接到一输出电压滤波电容器Co的负极，其另一端则分别与二极管D1、D2的正端相连接，二极管D1、D2的负端则通过一电感Lo与电容器Co的正极相连接，电容器Co可提供一稳定的直流输出电压Vo给输出端上所跨接的负载。
为凸显前述振铃现象所造成的影响，可先从图11所示的实施例中，除去用来短路电感器La的两个二极管D3与D4，当该电路工作稳定后，再利用一示波器，量测其电压及电流的波形图，如图12所示，由该波形图可轻易得知，振铃现象出现在时间t3与t8后。再将二极管D3与D4装回原位置，在相同测量点所测得的电压与电流波形图，则如图13所示，由该波形图可知，在时间t3与t8后，虽开始仍发生振铃现象，到时间t4与t9时，即被箝制住，直到时间t5与t10始再出现很轻微的余振。由此可知，本发明针对该实施例中会产生振荡的L-C电路，利用二个二极管，将其电感上的电流予以短路，即可箝制住其电容上的电压，并制止其产生振荡，有效避免发生振铃现象。
为具体说明该实施例中功率开关管Q1和Q2在各个导通时，能分别与二个二极管D3和D4相互作用，以箝制住振铃的原理，特将图13所示的波形图放大并区分成10个时段，如图14所示，并再图15-24中，分别显示该10个时段的等效电路图，在这些电路图中，粗线部份代表电路中正在工作的线路，细线部份则代表电路中未工作的线路，虚线部份代表电路在可被零电位导通时线路的变化状态，现就各时段电路的工作状态，详细说明如下1、t10-t1时段如图15所示的等效电路，该时段与前一时段均在传送能量。在该时段内，功率开关管Q1与二极管D1为导通状态，电流由输入端Vin的正端流入，经平衡电容Cb、初级绕组Np、辅助电感La及功率开关管Q1后，流向输入端Vin的负端；此时，在初级侧的平衡电容Cb与辅助电感La被充电，在次级侧的电感Lo与电容Co也被充电。
2、t1-t2时段如图16所示的等效电路，该时段为功率开关管Q2可被零电位导通机会的共振期。在时间t1时，功率开关管Q1被开路，辅助电感La及变压器初级侧的等效电感Lnp将与功率开关管Q1、Q2上的寄生电容CQ1、CQ2形成一L-C共振槽(L-C tank)，并以时间ti时辅助电感La上的电流iLa为共振的起始电流，分别开始向寄生电容CQ1与CQ2进行充电，此一共振，将使功率开关管Q2获得零电位切换的可能。当初级绕组Np上的电压减为零时，二极管D2开始导通，与还在导通中的二极管D1相互作用，对变压器的次级绕组形成了短路状态，由于辅助电感La的帮助，寄生电容CQ1与CQ2才能持续被充电，等电容CQ1上的电压Vds高过Vin时，寄生二极管DQ2被导通，即形成了功率开关管Q2可被零电位导通的机会。
3、t2-t3时段如图17所示的等效电路，该时段为辅助电感La上电流ila的转向期。在该时段内，二极管D1与D2均处于导通状态，因此，初级绕组Np上并无电压，此时，由于寄生二极管DQ2与功率开关管Q2均已导通，使得辅助电感La上的电压等于电容Cb的电压Vcb，电流icb的斜率即为-Vcb/La，当该电流iLa还为正值时，表示电容Cb正被充电，当电流iLa变为负值时，即表示电容Cb开始被放电。
4、t3-t4时段如图18所示的等效电路，该时段为上臂振铃(ringing in upper side)的形成期。在时间t3时，由于电容Cb的放电，初级绕组Np上的电压由零转负，使二极管D1被逆偏而截止，辅助电感La便与变压器初级侧的杂散电容Cnp形成一共振槽，此时，若没有二极管D4，杂散电容CNp将被充放电，而出现振铃现象。
5、t4-t5时段如图19所示的等效电路，该时段为上臂振铃电流的短路期。在该时段内，自二极管D1被截止开始，电压Vd3就急速上升，等电压Vd3高过输入端电压Vin时(即时间t4时)，二极管D4被导通，辅助电感La上的电流立刻被功率开关管Q2与二极管D4一起短路，振铃现象即因而停止，实现了上臂无振铃(ringfree in upper side)的目标；等时间t5时，由于二极管D4上的电流，已不足以再让二极管D4导通，故，辅助电感La上的能量只够形成极为轻微的余振，而不致对电路构成影响。
6、t5-t6时段如图20所示的等效电路，该时段与前一时段均为能量传送期。在该时段内，功率开关管Q2与二极管D2均处于导通状态，电流由电容Cb的正端流出，经功率开关管Q2、辅助电感La及初级绕组Np后，流回电容Cb的负端，此时，电容Cb上的能量将经由变压器交连到次级侧电路，并经过二极管D2，对电感Lo与电容Co进行充电。
7、t6-t7时段如图21所示的等效电路，该时段为形成功率开关管Q1可被零电位导通机会的共振期。在时间t6时，功率开关管Q2被开路，辅助电感La与变压器初级绕组上的等效电感LNp将与寄生电容CQ1、CQ2形成一L-C共振槽(L-Ctank)，并以时间6时辅助电感La上的电流iLa为共振的起始电流，分别开始对寄生电容CQ1、CQ2进行放电，此一共振，将使功率开关管Q1因而获得零电位切换的可能性。当初级绕组Np上的电压减为零时，二极管D1开始导通，与还在导通中的二极管D2相互作用，对变压器的次级绕组形成了短路状态，由于辅助电感La的帮助，寄生电容CQ1与CQ2才能持续被放电，等寄生电容CQ1上的电压Vds低过零点位时，寄生电位DQ1被导通，即形成了功率开关管Q1可被零电位导通的机会。
8、t7-t8时段如图22所示的等效电路，该时段为辅助电感La上电流iLa的转向期。在该时段内，二极管D1与D2均处于导通状态，因此，初级绕组Np上并无电压，此时，由于寄生二极管DQ1与功率开关管Q1均已导通，使得辅助电感La上的电压等于输入端电压Vin与电容Cb上电压Vcb间的差Vin-Vcb，电流iLa的斜率即为(Vin-Vcb)/La，当该电流iLa还为负值时，表示电容Cb正被放电，当电流iLa变为正值时，即表示电容Cb开始被充电。
9、t8-t9时段如图23所示的等效电路，该时段为下臂振铃(ringing in lower side)的形成期。在时间t8时，由于电容Cb被充电，初级绕组Np上的电压由零转正，使二极管D2被逆偏而截止，辅助电感La遂与变压器初级侧的杂散电容CNp形成一共振槽，此时，若没有二极管D3，杂散电容CNp将被充放电，而出现振铃现象。
10、t9-t10时段如图24所示的等效电路，该时段为下臂振铃电流的短路期。在该时段内，从二极管D2被截止开始，电压Vd3就急速下降，等电压Vd3低过零电位(即时间t9时)，二极管D3就被导通，辅助电感La上的电流立刻被功率开关管Q1与二极管D3一起短路，振铃现象即因而停止，实现了下臂无振铃(Ring free inlower side)的目标；等时间t10时，由于二极管D3上的电流，已不足以再使二极管D3导通，故，辅助电感La上的能量只够形成极为轻微的余振，而不致对电路构成影响。
由上述说明可知，该实施例在t4-t5时段时，可使上臂的振铃电流被短路，在t9-t10时段时，可使下臂的振铃电流被短路，如此，该实施例即可在无振铃的情况下，顺利进行零电位切换。
此外，由前述说明可知，一般功率转换器在应用零电位切换技术时所产生的振铃效应，可概分为下臂振铃及上臂振铃两种，本发明再就抑制该二振铃效应的原理及其优点，配合图25-33所示的等效电路，详细分析说明如下a、下臂振铃被抑制的原理及其优点(1)、在t7-t8时段内如图25所示的等效电路，该时段为辅助电感La上电流iLa的转向期。在该时段内，从时间t7开始，变压器被二极管D2与D1短路，辅助电感La上的电流iLa急速向上升，到时间t7a时，电流iLa由负值转成正值，到时间为t8后，该电流iLa由于二极管D2的开路，而改以较缓和的斜率，继续上升。
(2)、t8-t9时段如图26所示的等效电路，该时段为下臂振铃的起始期。为方便说明，如图28所示为下臂振铃箝制电路的电压与电流波形图，其中辅助电感La上的电流iLa可分成两部份，标示为ip的为流经变压器初级侧的电流部份，其大小仅与负载有关，并不影响振铃的行为；标示为iCs与iD3的分别为流经初级侧的杂散电容CS及二极管D3的电流部份，其大小与负载无关，仅与振铃有关。当时间为t8时，二极管D2开路，变压器的短路解除，辅助电感La与变压器初级侧上的杂散电容Cs，形成L-C共振槽，并以V(La)＝Vin-VCb，V(Cs＞0)为起始条件，开始共振，由于杂散电容Cs开始被充电，二极管D3上的电压Vd3急速下降，等降到负值时，二极管D3被导通，辅助电感La上的共振电流立刻被二极管D3与功率开关管Q1短路，制止了将要发生的振铃。在时间为t9时，杂散电容Cs与辅助电感La上所累积的能量相同，均为E(Cs)＝E(La)＝1/2*Cs(Vin-VCb)*(Vin-VCb)(1)(3)、t9-t10时段如图27所示的等效电路，在该时段内，下臂振铃被制止。若振铃末被二极管D3制止，且共振无阻尼(damping ratio＝0)时，变压器初级侧上的杂散电容Cs的电压将可被充满至Vin-VCb的2倍，使杂散电容Cs累积到最大的能量，其值为E(Cs)＝1/2*Cs[2(Vin-VCb)]*[2(Vin-VCb)] (2)又，若振铃未被二极管D3制止，但电路上加有RC阻尼电路(RC sunbbercircuit)时，杂散电容Cs上所累积到的最大能量，应被RC阻尼电路耗尽，才能完全免除振铃的影响。在下臂振铃被二极管D3制止后，辅助电感La在时间t9时所累积到的能量，将在t9-t10时段内，被二极管D3耗尽。由此推算，由于下臂振铃被制止，电路的耗损将会减少，其所减少的耗损为公式(2)减去公式(1)，得到
减少的耗损＝3/2Cs(Vin-VCb)*(Vin-VCb) (3)由以上的分析可知，该实施例在加上本发明的无振铃技术在其下臂后，可减少4分之3由于下臂振铃所带来的能量损耗。
B、上臂振铃被抑制的原理与优点上臂振铃被抑制的原理基本上与下臂振铃被抑制的原理完全相同，但所节省的能量却不相同，详细说明如下(1)、t2-t3时段如图29所示的等效电路，该时段为辅助电感La上电流iLa的转向期。在该时段内，从时间t2开始，变压器被二极管D1与D2短路，辅助电感La上的电流iLa急速下降，到时间t2a时，电流由正值转成负值，到时间为t3后，该电流由于二极管D1开路，而改以较缓和的斜率，继续下降。
(2)、t3-t4时段如图30所示的等效电路，该时段为振铃起始期。为方便说明，如图32所示为上臂振铃箝制电路的电压与电流波形图，其中辅助电感La上的电流iLa可分成两部份，标示为1p的为流经变压器初级侧的电流部份，其大小仅与负载有关，并不影响振铃的行为；标示为iCs与iD4的电流部份，其大小与负载无关，仅与振铃有关。当时间为t3时，二极管D1开路，变压器的短路解除，辅助电感La与变压器初级侧上的杂散电容Cs，形成L-C共振槽，并以V(La)＝Vin，V(Cs)＝0为起始条件，开始共振，由于杂散电容Cs开始被充电，二极管D3上的电压Vd3急速往上升，升到输入电压Vin以上时，二极管D4被导通，辅助电感La上的共振电流立刻被二极管D4与功率开关管Q2短路，制止了将要发生的振铃。在时间为t4时，杂散电容Cs与辅助电感La上所累积的能量相同，均为E(Cs)＝E(La)＝1/2VCb*VCb(4)(3)、t4-t5时段如图31所示的等效电路，在该时段内，上臂振铃被制止。若振铃未被D4给制止，且共振无阻尼(damoing ratio＝0)时，变压器初级侧上的杂散电容Cs的电压将可被充满到VCb的2倍，使杂散电容Cs累积到最大的能量，其值为E(Cs)＝2Cs*VCb*VCb (5)又，若振铃未被二极管D4制止，但电路上加有RC阻尼电路(RC snubbercircuit)时，杂散电容Cs上所累积到的最大能量，应被RC阻尼电路耗尽，才能完全免除振铃的影响。在上臂振铃被二极管D4制止后，辅助电感La在时间t4所累积到的能量，将在t4-t5时段内，被二极管D4耗尽。由此推算，由于上臂振铃被制止，电路的耗损将会减少，其所减少的耗损为公式(5)减去公式(4)得到减少的损耗＝3/2Cs*VCb*VCb (6)由以上的分析可知，该实施例在加上本发明的无振铃技术在其上臂后，可减少4分之3的由于上臂振铃所带来的能量损耗。
合计公式(2)与式(5)即为上下臂振铃一起带来的总能量损耗振铃总损失＝2Cs[(Vin-VCb)*(Vin-VCb)+VCb*VCb] (7)合计公式(1)与式(4)即为上下臂振铃均被抑制时，带来的总能量损耗无振铃总损失＝1/2Cs[(Vin-VCb)*(Vin-VCb)+VCb*VCb] (8)在该实施例中，若该变压器初级侧上的杂散电容Cs为100pF，输入电压Vin为400V，电容Cb上的电压VCb为100V，则该功率转换器的振铃是以RC阻尼电路来消耗时，其总能量损耗为20微焦耳(uJ)，无振铃时的能量损耗为5.0微焦耳，故无振铃时每次减少的能量耗损为15微焦耳，此时，若该功率转换器在100KHZ的频率下工作，则RC阻尼电路的功率损耗为2.0瓦，无振铃时的功率损耗为0.5瓦，故无振铃时的功率耗损减少了1.5瓦。又，若其工作频率提高为200KHZ，则RC阻尼电路的功率损耗为4.0瓦，无振铃时的功率损耗为1.0瓦，故无振铃时的功率耗损将减少3.0瓦。由此可知，振铃所造成的损失，随电路的工作频率而递增，此也为传统功率转换器的设计及制造业者，在设计其零电位切换电路时，始终无法突破其最高工作频率的重要原因，该项障碍在加入本发明的无振铃机制后，由于可有效降低因振铃所造成的能量损耗，故可大幅提升零电位切换电路的工作频率及功率转换器的功率密度。
如图33所示，为本发明图11的实施例在效率上所获的成果，在该实施例中输入电压Vin为370V的直流电，输出电压Vout为12V/5A，工作频率为60KHZ，主变压器的初级绕组上的电感LP为1.2mH，漏感为4.5uH，外加辅助电感La为35uH，图中第1条曲线以RC阻尼电路来消减振铃，因此效率只达91％。第2条曲线在相同于第1条曲线的工作条件下，改以加设可抑制振铃的二极管D3与D4来消除振铃，由于没有阻尼电路的消耗，其效率提升至92％。第3条曲线在相同于第2条曲线的工作条件下，由于无振铃，故将次级侧的整流二极管，改用耐压为100伏，顺向压降Vf为0.65伏的萧基二极管，其效率将因而再提升至94％。
如图34所示，为本发明图11实施例在电磁干扰干扰信号上的成果，其中上图为有振铃时的频谱，下图为无振铃时的频谱，在2.5MHZ附近，有约6dB的改善，事实上，2.5MHZ大约就是振铃的频率，振铃被抑制后，在频谱上当然就看不到干扰信号了。
本发明的第二个具体实施例，将本发明的无振铃零电位切换技术应用到一半桥升压顺向式全波整流电路的设计中，如图35所示，在此可称之为「半桥升压顺向式无振铃零电位切换全波整流电路(Half-bridge Boost Forward Ring-Free Zero-Voltage-Switching Full-Wave Converter)」。在该实施例中，该电路包括一输入电压滤波电容器Cin，该电容器Cin的正负极跨接在一输入电压Vin的正负极上，其上并联有一组串接的功率开关管Q1、Q2及一电容Cb，电容Cb的负极与电容Cin的正极相连接，其正极与功率开关管Q2的漏极相连接，功率开关管Q2的源极与功率开关管Q1的漏极相连接，功率开关管Q1的源极则连接到电容器Cin的负极，电容器Cin可提供一稳定的输入电压给变压器使用。变压器上设有一初级绕组Np及二次级绕组Ns1、Ns2，绕组上的标记如图35所示；该初级绕组Np的一端与电容Cb的负极相连接，其另端通过一辅助电感La连接至二功率开关管Q1、Q2间的线路，在该实施例中，初级绕组Np及辅助电感La间的线路通过二极管D4及D3，分别连接到功率开关管Q2的漏极及Q1的源极，二极管D4(或D3)可分别配合该功率开关管Q2(或Q1)在该电路发生振铃现象时，使辅助电感La上的电流iLa立刻被功率开关管Q2与二极管D4(或功率开关管Q1与二极管D3)一起短路，以终止该振铃现象；该二次级绕组NS1、NS2的电路连接方式则与第一个实施例的次级侧电路完全相同。
本发明的第三个具体实施例，将本发明的无振铃零电位切换技术应用到一半桥顺向式半波整流电路的设计中，如图36所示，在此可称之为「半桥顺向式无振铃零电位切换半波整流电路(Half-Bridge Forward Ring-Free Zero-Voltage-Switching Half-Wave Converter)」。在该实施例中，该电路包括一输入电压滤波电容器Cin，电容器Cin的正负极跨接在一输入电压Vin的正负极上，其上并联有一组串接的功率开关管Q1、Q2，功率开关管Q2的漏极与电容器Cin的正极相连接，其源极与该功率开关管Q1的漏极相连接，功率开关管Q1的源极则连接至电容器Cin的负极，电容器Cin可提供一稳定的输入电压给变压器使用。变压器上设有一初级绕组Np及一次级绕组Ns，绕组上的标记如图38所示；该初级绕组Np的一端与一电容Cb的负极相连接，其另端通过一辅助电感La连接到二功率开关管Q1、Q2间的线路，电容Cb的正极则与功率开关管Q2的漏极相连接，在该实施例中，初级绕组Np及辅助电感La间的线路通过二极管D4，连接到功率开关管Q2的漏极，二极管D4可配合功率开关管Q2，在该电路发生振铃现象时，使辅助电感La上的电流iLa立刻被功率开关管Q2与二极管D4一起短路，以终止振铃现象；次级绕组Ns的一端依序分别连接到一二极管D2的正端及一输出电压滤波电容器Co的负极，其另端则依序通过一二极管D1及一电感Lo，与电容器Co的正极相连接，二极管D2的负端则连接至二极管D1及电容器Co间的线路。由于该实施例利用半波整流，故其振铃效应仅发生在D1被截止时，因此只需加设二极管D4，即可实现无振铃的目的。
本发明的第四个具体实施例，将本发明的无振铃零电位切换技术应用到一半桥升压顺向式半波整流电路的设计中，如图37所示，在此可称之为「半桥升压顺向式无振铃零电位切换半波整流电路(Half-Bridge Boost Forward Ring-Free Zero-Voltage-Switching Half-Wave Converter)」。在该实施例中，电路包括一输入电压滤波电容器Cin，该电容器Cin的正负极跨接在一输入电压Vin的正负极上，其上并联有一组串接的功率开关管Q1、Q2及一电容Cb，电容Cb的负极与电容Cin的正极相连接，其正极与功率开关管Q2的漏极相连接，功率开关管Q2的源极与功率开关管Q1的漏极相连接，功率开关管Q1的源极则连接到电容器Cin的负极，电容器Cin可提供一稳定的输入电压给变压器使用。该变压器上设有一初级绕组Np及一次级绕组Ns，绕组上的标记如图37所示，该初级绕组Np的一端与电容Cb的负极相连接，其另端通过一辅助电感La连接到二功率开关管Q1、Q2间的线路，在该实施例中，该初级绕组Np及辅助电感La间的线路通过一二极管D4，连接到功率开关管Q2的漏极，二极管D4可配合功率开关管Q2，在该电路发生振铃现象时，使辅助电感La上的电流iLa立刻被功率开关管Q2与二极管D4一起短路，以终止振铃现象次级绕组Ns的电路连接方式则与第三个实施例的次级侧电路完全相同。由于该实施例利用半波整流，故其振铃效应仅发生在D1被截止时，因此只需加设二极管D4，即可实现无振铃的目的。
本发明的第五个具体实施例，将本发明的无振铃零电位切换技术应用到一半桥返磁式切换电路的设计中，如图38所示，在此可称之为「半桥返磁式无振铃零电位切换电路(Half-Bridge Flyback Ring-Free Zero-VoltageSwitching Converter)」。在该实施例中，电路包括一输入电压滤波电容器Cin，该电容器Cin的正负极跨接在一输入电压Vin的正负极上，其上并联有一组串接的功率开关管Q1、Q2，该功率开关管Q2的漏极与电容器Cin的正极相连接，其源极与功率开关管Q1的漏极相连接，功率开关管Q1的源极则连接到电容器Cin的负极，电容器Cin可提供一稳定的输入电压给变压器T1使用。该变压器T1上设有一初级绕组Np及一次级绕组Ns，绕组上的标记如图38所示；初级绕组Np的一端与一电容Cb的负极相连接，其另端分别通过一辅助电感La及一二极管D3，连接到二功率开关管Q1、Q2间的线路及功率开关管Q1的源极，在该实施例中，由于初级绕组Np及辅助电感La间的线路是通过二极管D3，连接到功率开关管Q1的源极，故二极管D3可配合功率开关管Q1，在该电路发生振铃现象时，使辅助电感La上的电流iLa立刻被功率开关管Q1与二极管D3一起短路，以终止振铃现象；次级绕组Ns的一端通过一二极管D1，与一输出电压滤波电容器Co的正极相连接，其另端则与电容器Co的负极相连接，电容器Co可提供一稳定的直流输出电压Vo给输出端上所跨接的负载。由于该实施例利用半波整流，故其振铃效应仅发生在D1被截止时，因此只需加设二极管D3，即可实现无振铃的目的。
本发明的第六个具体实施例，将本发明的无振铃零电位切换技术应用到半桥升压返磁式切换电路的设计中，如图39所示，在此也可称之为「半桥升压返磁式无振铃零电位切换电路(Half-Bridge Boost Flyback Ring-FreeZero-Voltage-Switching Converter)」。在该实施例中，电路包括一输入电压滤波电容器Cin，该电容器Cin的正负极跨接在一输入电压Vin的正负极上，其上并联有一组串接的功率开关管Q1、Q2及一电容Cb，该电容Cb的负极与电容Cin的正极相连接，其正极与功率开关管Q2的漏极相连接，功率开关管Q2的源极与功率开关管Q1的漏极相连接，功率开关管Q1的源极则连接到电容器Cin的负极，电容器Cin可提供一稳定的输入电压给变压器使用。该变压器T1上设有一初级绕组Np及一次级绕组Ns，绕组上的标记如图39所示，该初级绕组Np的一端与电容Cb的负极相连接，其另端分别通过一辅助电感La及一二极管D3连接到二功率开关管Q1、Q2间的线路及功率开关管Q1的源极；在该实施例中，由于初级绕组Np及辅助电感La间的线路是通过二极管D3，连接到功率开关管Q1的源极，故二极管D3可配合功率开关管Q1，在该电路发生振铃现象时，使辅助电感La上的电流iLa立刻被功率开关管Q1与二极管D3一起短路，以终止振铃现象；二次级绕组的电路连接方式则与第五个实施例的次级侧电路完全相同。由于该实施例利用半波整流，故其振铃效应仅发生在D1被截止时，因此只需加设二极管D3，即可实现无振铃的目的。
据上所述，利用本发明的无振铃零电位切换技术，可使功率转换器在高频环境下，进行零电位切换作业，避免辅助电感因寄生振荡而产生异常发热的问题，有效降低功率损失，并有效减轻对次级侧整流零件的耐压额度(reversevoltage rating)的要求，大幅提升其工作频率及功率密度，并减少电磁的干扰信号，及其功率开关管所累积的热能及所需散热片的体积大小，使功率转换器易于通过国际电磁干扰的规范，且更易于被应用到各种小型化电子产品的设计中。
权利要求
1.一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法，其特征在于该方法是为一种针对一功率转换器上的零电位切换电路，在进行高效率及高密度的零电位切换过程中，其变压器的初级侧上会产生振荡的L-C电路而发生振铃现象的情况，在振铃开始发生时，将L-C电路的电感上的电流短路，并箝制住其电容上的电压的方法。
2.如权利要求1所述的应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法，其特征在于所述的L-C电路的电容为该变压器的初级侧上的杂散电容。
3.如权利要求1所述的应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法，其特征在于所述的L-C电路的电感为一辅助电感，该电感被设置在变压器的初级绕组与二功率开关管的串接接点之间。
4.如权利要求3所述的应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法，其特征在于所述的功率开关管为一场效应功率管。
5.如权利要求2、3或4所述的应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法，其特征在于所述的变压器的初级绕组与辅助电感间的线路接点上，加设至少一短路二极管，在LC电路开始产生振铃时，这些二极管分别与对应的功率开关管发生作用，将辅助电感上的电流予以短路，并箝制住杂散电容上的电压。
6.一种半桥顺向式无振铃零电位切换全波整流的功率转换器，其特征在于其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有二相互串接的功率开关管，其中一功率开关管的漏极与输入电压滤波电容器的正极相连接，源极与另一功率开关管的漏极相连接，另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组及二次级绕组，该初级绕组的一端与一电容的负极相连接，其另一端通过一辅助电感连接到二功率开关管间的线路，该电容的正极与功率开关管的漏极相连接，该初级绕组及辅助电感间的线路通过二个二极管，分别连接到一功率开关管的漏极及另一功率开关管的源极，这些二极管分别配合对应的功率开关管，在电路发生振铃现象时，让辅助电感上的电流立刻被对应的功率开关管及二极管短路。
7.如权利要求6所述的半桥顺向式无振铃零电位切换全波整流的功率转换器，其特征在于其还包括二次级绕组，该二次级绕组的一端连接到一输出电压滤波电容器的负极，其另端则分别与二个次级侧的二极管的正端相连接，这些次级侧的二极管的负极则通过一电感与输出电压滤波电容器的正极相连接，该输出电压滤波电容器提供一稳定的直流输出电压给输出端上所跨接的负载。
8.如权利要求6或7所述的半桥顺向式无振铃零电位切换全波整流的功率转换器，其特征在于所述的功率开关管为一场效应功率管。
9.一种半桥升压顺向式无振铃零电位切换全波整流的功率转换器，其特征在于其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有相互串接的二功率开关管及一电容，该电容的负极与输入电压滤波电容器的正极相连接，正极与其中的一功率开关管的漏极相连接；该功率开关管的源极与另一功率开关管的漏极相连接，而另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与上述电容的负极相连接，其另端通过一辅助电感连接到二功率开关管间的线路，该初级绕组及辅助电感间的线路是通过二个二极管，分别连接到一功率开关管的漏极及另一功率开关管的源极，这些二极管分别配合对应的功率开关管，在该电路发生振铃现象时，使辅助电感上的电流立刻被对应的功率开关管及二极管短路。
10.如权利要求9所述的半桥升压顺向式无振铃零电位切换全波整流的功率转换器，其特征在于其还包括二次级绕组，该二次级绕组的一端连接到一输出电压滤波电容器的负极，其另一端则分别与二个次级侧的二极管的正端相连接，这些次级侧的二极管的负端则通过一电感，与该输出电压滤波电容器的正极相连接，输出电压滤波电容器提供一稳定的直流输出电压给输出端上所跨接的负载。
11.如权利要求9或10所述的半桥升压顺向式无振铃零电位切换全波整流的功率转换器，其特征在于所述的功率开关管为一场效应功率管。
12.一种半桥顺向式无振铃零电位切换半波整流的功率转换器，其特征在于其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有二相互串接的功率开关管，其中一功率开关管的漏极与该输入电压滤波电容器的正极相连接，其源极与另一功率开关管的漏极相连接，另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与一电容的负极相连接，另一端通过一辅助电感连接到二功率开关管间的线路，该电容的正极与功率开关管的漏极相连接，初级绕组及辅助电感间的线路通过一个二极管，连接到功率开关管的漏极，该二极管配合功率开关管，在电路发生振铃现象时，让辅助电感上的电流立刻被功率开关管和二极管短路。
13.如权利要求12所述的半桥顺向式无振铃零电位切换半波整流的功率转换器，其特征在于其还包括一次级绕组，该次级绕组的一端依序分别连接到次级侧的一二极管的正端及一输出电压滤波电容器的负极，另一端则依序通过次级侧的另一二极管及一电感，与输出电压滤波电容器的正极相连接，该次级侧的二极管的负端则连接到次级侧的另一二极管及输出电压滤波电容器间的线路。
14.如权利要求12或13所述的半桥顺向式无振铃零电位切换半波整流的功率转换器，其特征在于所述的功率开关管为一场效应功率管。
15.半桥升压顺向式无振铃零电位切换半波整流的功率转换器，其特征在于其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有一组串接的二功率开关管及一电容，该电容的负极与输入电压滤波电容的正极相连接，其正极与其中的一功率开关管的漏极相连接，该功率开关管的源极与另一功率开关管的漏极相连接，该另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与上述电容的负极相连接，其另一端通过一辅助电感连接到二功率开关管间的线路，初级绕组及辅助电感间的线路是通过一二极管，连接到功率开关管的漏极的，该二极管配合功率开关管，在电路发生振铃现象时，使辅助电感上的电流立刻被功率开关管与二极管一起短路。
16.如权利要求15所述的半桥升压顺向式无振铃零电位切换半波整流的功率转换器，其特征在于其电路还包括一次级绕组，该次级绕组的一端依序分别连接到次级侧的一二极管的正端及一输出电压滤波电容器的负极，其另一端则依序通过次级侧的另一二极管及一电感，与输出电压滤波电容器的正极相连接，次级侧的二极管的负端则连接到次级侧的另一二极管及输出电压滤波电容器间的线路。
17.如权利要求15或16所述的半桥升压顺向式无振铃零电位切换半波整流的功率转换器，其特征在于所述的功率开关管为一场效应功率管。
18.半桥返磁式无振铃零电位切换的功率转换器，其特征在于其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有二相互串接的功率开关管，其中一功率开关管的漏极与输入电压滤波电容器的正极相连接，其源极与另一功率开关管的漏极相连接，该另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与一电容的负极相连接，另一端分别通过一辅助电感及一二极管，连接到二功率开关管间的线路及另一功率开关管的源极，该二极管配合另一功率开关管，在电路发生振铃现象时，使辅助电感上的电流立刻被另一功率开关管与二极管短路。
19.如权利要求18所述的半桥返磁式无振铃零电位切换的功率转换器，其特征在于其还包括一次级绕组，该次级绕组的一端通过一次级侧的二极管，与一输出电压滤波电容器的正极相连接，另一端则与该输出电压滤波电容器的负极相连接，输出电压滤波电容器提供一稳定的直流输出电压给输出端上所跨接的负载。
20.如权利要求18或19所述的半桥返磁式无振铃零电位切换的功率转换器，其特征在于所述的功率开关管为一场效应功率管。
21.半桥升压返磁式无振铃零电位切换的功率转换器，其特征在于其包括一输入电压滤波电容器，该输入电压滤波电容器的正负极跨接在一输入电压的正负极上，其上并联有一组串接的二功率开关管及一电容，该电容的负极与输入电压滤波电容器的正极相连接，其正极与其中的一功率开关管的漏极相连接，该功率开关管的源极与另一功率开关管的漏极相连接，该另一功率开关管的源极则连接到输入电压滤波电容器的负极；一变压器，该变压器上设有一初级绕组，该初级绕组的一端与上述电容的负极相连接，其另一端分别通过一辅助电感及一二极管连接到二功率开关管间的线路及一功率开关管的源极，该二极管配合一功率开关管，在该电路发生振铃现象时，使辅助电感上的电流立刻被一功率开关管及二极管短路。
22.如权利要求21所述的半桥升压返磁式无振铃零电位切换的功率转换器，其特征在于其还包括一次级绕组，该次级绕组的一端通过一次级侧的二极管，与输出电压滤波电容器的正极相连接，其另一端则与该输出电压滤波电容器的负极相连接，该输出电压滤波电容器提供一稳定的直流输出电压给输出端上所跨接的负载。
23.如权利要求21或22所述的半桥升压返磁式无振铃零电位切换的功率转换器，其特征在于所述的功率开关管为一场效应功率管。
全文摘要
一种应用于功率转换器的无振铃零电位切换方法及转换器,其针对功率转换器上的零电位切换电路在进行高效率及高密度的零电位切换过程中,其变压器的初级侧上会产生振荡的L－C共振电路而产生振铃现象,通过电路调整,在振铃现象开始时,让电感上的电流短路,并箝制住其电容上的电压,有效根除了产生的寄生振铃,使其在高频切换作业下,降低功率损失,大幅提高其功率密度,并减少电磁干扰,易于被应用到各种小型化电子产品中。
文档编号H02M3/22GK1380736SQ0111047
公开日2002年11月20日 申请日期2001年4月12日 优先权日2001年4月12日
发明者梁锦宏 申请人:天网电子股份有限公司