专利名称：漏感能量再利用电路与具有该电路的反驰式转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反驰式转换器，尤其涉及一种具有漏感
(leakage-inductance)能量再利用电路的反驰式转换器。
背景技术：
图1所示为现有的反驰式转换器(flyback converter) 100，直流输入电压 Vin耦合至变压器TX的一次侧绕组Lp，功率开关Ql与变压器TX的一次侧绕 组Lp串联，功率开关Q1为一M0S。控制器102输出一脉宽调变信号以切换功 率开关Q1的导通或不导通，通过功率开关Ql的导通或不导通以转换输入电压 Vin至变压器TX的二次侧绕组Ls以产生输出电压Vo。感测电阻R2与变压器 TX的一次侧绕组Lp串联，用以检测一次侧绕组电流Ip。
当功率开关Ql受到脉宽调变信号的控制而由导通(On)转为不导通(Off) 时，功率开关Ql漏极的电压Vd如图2所示，在功率开关Ql不导通的瞬间将 会产生瞬间高压，伴随有涟波产生，可能会导致功率开关Q1崩溃而损坏。为 了解决这样的问题，通常会在变压器Tx的一次侧绕组Lp设置一箝位(clamp) 电路。
箝位电路104电性连接于变压器TX的一次侧绕组Lp，包括有第一电阻Rl 与第一电容CI相并联，第一电阻Rl与第一电容CI的第一端与变压器TX的一 次侧绕组Lp的第一端相连接，第一二极管Dl的阴极与第一电阻Rl与第一电 容CI的第二端相连接，第一二极管Dl的阳极与一次侧绕组Lp的第二端相连 接。
当功率开关Ql受到脉宽调变信号的控制而由导通(On)转为不导通(Off) 时，储存于变压器TX的一次侧绕组Lp的漏感Lu的能量1/2L,Klp2会先对功率 开关Ql的漏极源极间的寄生电容Cds充电，待漏极电压Vd上升至第一电容 Cl两端的电压Vcl以及直流输入电压Vin之和时，第一二极管D1导通，此时 漏感电流Lu通过第一二极管Dl对第一电容Cl充电，如此一来，功率开关Ql的漏极电压Vd将被箝位电路箝位在Vcl+Vin，以防止功率开关Q1崩溃而损坏。 接下来第一二极管D1因自然共振而转为不导通，漏感U与电路的杂散电容进 入共振，第一电容C1中所储存的能量通过第一电阻R1放电，因此这些能量将 以热的方式消耗。
功率开关Q1受到脉宽调变信号的控制而周期地导通与不导通，因此上述 的充放电过程也是周期地重复。由于第一电容C1中所储存的能量放电后将以 热的方式散掉，因此将会有多余的热能累积于反驰式转换器的内部，且第一电 容C1中所储存的能量也无形中浪费掉。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种漏感能量再利用的电路与一种 具有漏感能量再利用的电路的反驰式转换器，其在功率开关的不导通瞬间，将 储存于变压器漏感的能量，通过开关及转换线路转换成可利用的能量，以馈入 辅助电源或供应给其它电路使用，以达到同时箝位功率开关的工作电压并将无 效能源转为有效能源使用，以提升反驰式转换器的转换效率。
为实现上述目的，本发明所公开的漏感能量再利用的电路，应用于一反驰 式转换器，该漏感能量再利用的电路包括有一箝位电路、 一能量储存电路以及 一开关，其中箝位电路与一变压器的该一次侧绕组电性连接，用以限制功率开 关的跨压于一预定电压；开关电性连接于箝位电路与能量储存电路之间，其中 当开关不导通时，箝位电路接收并储存变压器的一次侧绕组的漏感能量，当开 关导通时，储存于箝位电路中的能量经由开关释放到能量储存电路中。
而且，为实现上述目的，本发明提供一种具有漏感能量再利用的电路的反 驰式转换器，所述的反驰式转换器包括有一变压器、 一箝位电路、 一能量储存 电路以及一连接于箝位电路与能量储存电路之间的开关。其中变压器，具有一 一次侧绕组与一二次侧绕组，其中变压器的一次侧绕组电性连接有一功率开 关，功率开关受到一控制器所控制，控制器输出一脉宽调变信号控制功率开关 的导通与不导通，通过功率开关的导通或不导通以使变压器转换一直流输入电 压为一直流输出电压。箝位电路与变压器的一次侧绕组电性连接，用以限制功 率开关的跨压于一预定电压。能量储存电路用以储存一次侧绕组的漏感能量。 开关电性连接于箝位电路与能量储存电路之间，其中当开关不导通时，箝位电
路接收并储存变压器的一次侧绕组的漏感能量，以将功率开关的电压箝位至一 预定电压，当开关导通时，储存于箝位电路中的能量经由开关释放到能量储存 电路中。
采用本发明，变压器TX的一次侧绕组Lp漏感能量可通过能量储存电路储
存，以提高反驰式转换器的转换效率，并且减少反驰式转换器内部的热量以降 低温升。另一方面，本发明所揭露的实施例可配合电路设计将所储存的能量整 合到集成电路中，以省去外部辅助电源。
以上之关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释 本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。根据本说 明书所揭露的内容、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相 关的目的及优点。
图1为现有技术所揭露的反驰式转换器；
图2为现有技术所揭露的反驰式转换器中的功率开关不导通瞬间的漏极 电压；
图3为本发明所揭露的反驰式转换器的第一实施例； 图4为本发明所揭露的反驰式转换器的第二实施例；
图5为本发明所揭露的反驰式转换器的第二实施例。
其中，附图标记
100:反驰式转换器 104:箝位电路 202:控制器 206:能量储存电路 210:能量储存电路 TX:变压器
Ls: 二次侧绕组 Rl:第一电阻 Cl:第一电容 Vo:输出电压
102:控制器 200:反驰式转换器 204:箝位电路 208:能量储存电路 Vin:直流输入电压 Lp: —次侧绕组 Ql:功率开关 R2:感测电阻 C2: —^电^fr IP:
一次侧绕组电流
Dl:第一二极管D2:第二二极管
D3:第三二极管D4:第四二极管
Cds:寄生电容Vd:漏极电压
Vcl:电压SW:开关
Nl:A"A^ 丄山 弟1而N2:A*A* ->丄山 弟J而
Ll:第一电感CS:电流源
LLK:漏感
具体实施例方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本 领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，其中所述的实施例进一歩详 细说明本发明，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请参考图3，为本发明所揭露的反驰式转换器的第一实施例。反驰式转换 器(flyback converter)200包括有--变压器Tx、 一箝位电路204、 一能量储 存电路206以及一开关SW。箝位电路204电性连接于变压器TX的一次侧绕组 Lp。开关SW的一端电性连接于箝位电路204，另一端电性连接于能量储存电 路206。
开关SW受到脉宽调变信号的控制而周期地导通与不导通。在一实施例中， 开关SW可与功率开关Q1的开关周期相同，也即开关SW与功率开关Q1同步 导通或不导通。在另一实施例中，开关SW早于功率开关Q1而导通或不导通。 在一实施例中，脉宽调变信号可由控制器202输出。
箝位电路204中包括有第一二极管Dl、第二二极管D2、第三二极管D3 以及第一电容C1。第一二极管D1、第一电容C1与第二二极管D2相互串联， 其中第一电容Cl电性连接于第一二极管Dl与第二二极管D2之间。第一二极 管Dl的阴极电性连接至一次侧绕组Lp的第一端Nl，第二二极管D2的阳极电 性连接至一次侧绕组Lp的第二端N2。第三二极管D3的阴极电性连接于第一 二极管Dl的阳极与第一电容Cl之间，第三二极管D3的阳极电性连接至接地 端。
能量储存电路206包括有一第一电阻Rl与第二电容C2，两者相互串联。 在一实施例中，反驰式转换器200另包括有一控制器202以及一功率开关
Ql，功率开关Ql与变压器TX的一次侧绕组Lp串联。控制器202用以输出一 脉宽调变信号以切换功率开关Q1的导通或不导通。直流输入电压Vin耦合至 变压器TX的一次侧绕组Lp，通过功率开关Ql的导通或不导通以转换直流输 入电压Vi至变压器TX的二次侧绕组Ls产生输出电压Vo。感测电阻R2与变 压器TX的一次侧绕组Lp串联，用以检测一次侧绕组电流Ip。
功率开关Q1由导通转为不导通时，开关SW与功率开关Q1同步或比功率 开关Ql早一点不导通。此时第三二极管D3也为不导通状态。储存于变压器 Tx—次侧绕组Lp的漏感能量经由第二二极管D2、第一电容C1、以及第一二 极管D1所形成的第一充电路径对第一电容C1充电。当漏感能量储存至第一电 容Cl的同时，功率开关Ql的Vd也被箝位在第一电容Cl两端的电压Vcl以及 直流输入电压Vin之和，也即Vin+Vcl。
功率开关Q1由不导通转为导通时，此时第一二极管Dl与第二二极管D2变 为不导通状态。开关SW与功率开关Q1同步或比功率开关Q1早一点导通，此 时第三二极管D3也处于导通状态，因此储存第一电容Cl的能量可以经由第一 电阻Rl所形成的第二充电路径对第二电容C2充电，以将能量由第一电容Cl 转移至第二电容C2。转换至第二电容C2的能量可作为辅助电源使用或分担辅 助电力的负担。如此一来，变压器Tx—次侧绕组Lp的漏感能量便不会以热能 的形式散失而储存于第二电容C2中。
请参考图4，为本发明所揭露的反驰式转换器的第二实施例，图中绘示能 量储存电路208的另一实施例。如图所示的能量储存电路208包括有第一电感 Ll、第二电容C2与第四二极管D4组成。第一电感L1与第二电容C2串联，第 四二极管D4的阴极与第一电感Ll的另一端电性连接，第四二极管D4的阳极 与第二电容C2的另一端电性连接。功率开关Q1由不导通转为导通时，此时第 一二极管Dl与第二二极管D2变为不导通状态，此时第三二极管D3也处于导 通状态，因此储存于第一电容C1的能量可以经由第一电感L1所形成的第二充 电路径对第二电容C2充电，以将能量由第一电容Cl转移至第二电容C2。
请参考图5，为本发明所揭露的反驰式转换器的第三实施例。图中绘示能 量储存电路210的另一实施例。如图所示的能量储存电路210包括有电流源 CS与第二电容C2。功率开关Q1由不导通转为导通时，此时第一二极管D1与 第二二极管D2变为不导通状态，此时第三二极管D3也处于导通状态，因此
储存第一电容C1的能量可以经由电流源CS所形成的第二充电路径对第二电容
C2充电，以将能量由第一电容Cl转移至第二电容C2。
由第一电容C1转移至第二电容C2的能量可供应给控制器202或者其它集 成电路作为电源。或者作为辅助电源使用以减少辅助电力的负担。
根据本发明所揭露的实施例，变压器TX的 一次侧绕组Lp漏感能量可通过 能量储存电路储存，以提高反驰式转换器的转换效率，并且减少反驰式转换器 内部的热量以降低温升。另一方面，本发明所揭露的实施例可配合电路设计将 所储存的能量整合到集成电路中，以省去外部辅助电源。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种漏感能量再利用的电路，应用于一反驰式转换器，该反驰式转换器具有一变压器，该变压器具有一一次侧绕组与一二次侧绕组，其中该一次侧绕组电性连接至一功率开关，该功率开关受到一控制器所控制，该控制器输出一脉宽调变信号控制该功率开关的导通与不导通，通过该功率开关的导通或不导通以使该变压器转换一直流输入电压为一直流输出电压，其特征在于，该漏感能量再利用的电路包括有一箝位电路，与该变压器的该一次侧绕组电性连接，用以限制该功率开关的跨压于一预定电压；一能量储存电路；以及一开关，电性连接于该箝位电路与该能量储存电路之间，其中当该开关不导通时，该箝位电路接收并储存该变压器的该一次侧绕组的漏感能量，当该开关导通时，储存于该箝位电路中的能量经由该开关释放到该能量储存电路中。
2、 根据权利要求1所述的电路，其特征在于，该箝位电路包括有 -第一二极管、 一第二二极管、 一第三二极管以及一第一电容，该第一二极管、该 第一电容与该第二二极管相互串联，该第一电容电性连接于该第一二极管与该 第二二极管之间，该第一二极管的阴极电性连接至该一次侧绕组的第一端，该 第二二极管的阳极电性连接至该一次侧绕组的第二端，该第三二极管的阴极电 性连接于该第一二极管的阳极与该一电容之间，该第三二极管的阳极电性连接 至接地端。
3、 根据权利要求2所述的电路，其特征在于，该预定电压为该第一电容 两端的电压与该直流输入电压之和。
4、 根据权利要求l所述的电路，其特征在于，该能量储存电路包括有一 第一电阻与一第二电容相互串联，当该开关导通时，储存于该箝位电路中的能 量经由该开关储存于该第二电容中。
5、 根据权利要求1所述的电路，其特征在于，该能量储存电路包括有一 第一电感、 一第二电容与一第四二极管组成，其特征在于，该第一电感与该第 一电容串联，该第四二极管的阴极与该第一电感的另一端电性连接，该第四二 极管的阳极与该第二电容的另一端电性连接，当该开关导通时，储存于该箝位电路中的能量经由该开关储存于该第二电容中。
6、 根据权利要求1所述的电路，其特征在于，该能量储存电路包括有一 电流源与 -第二电容相互串联，当该开关导通时，储存于该箝位电路中的能量 经由该开关储存于该第二电容中。
7、 根据权利要求1所述的电路，其特征在于，该开关受到该控制器所控制。
8、 根据权利要求l所述的电路，其特征在于，该脉宽调变信号控制该开 关的导通与不导通。
9、 根据权利要求1所述的电路，其特征在于，该开关与该功率开关不同步导通或不同步不导通。
10、 一种具有漏感能量再利用的电路的反驰式转换器，其特征在于，包括有一变压器，具有一一次侧绕组与一二次侧绕组；一功率开关，电性连接至该变压器的该一次侧绕组，通过该功率开关的导 通或不导通以使该变压器转换一直流输入电压为一直流输出电压一控制器，用以输出一脉宽调变信号以控制该功率开关的导通与不导通；一箝位电路，与该变压器的该一次侧绕组电性连接，用以限制该功率开关 的跨压于一预定电压；一能量储存电路；以及一开关，电性连接于该箝位电路与该能量储存电路之间，当该开关不导通 时，该箝位电路接收并储存该变压器的该一次侧绕组的漏感能量，当该开关导 通时，储存于该箝位电路中的能量经由该开关释放到该能量储存电路中。
11、 根据权利要求10所述的反驰式转换器，其特征在于，该箝位电路包 括有 一第一二极管、 一第二二极管、 一第三二极管以及一第一电容，该第一 二极管、该第一电容与该第二二极管相互串联，该第一电容电性连接于该第一 二极管与该第二二极管之间，该第一二极管的阴极电性连接至该一次侧绕组的 第一端，该第二二极管的阳极电性连接至该一次侧绕组的第二端，该第三二极 管的阴极电性连接于该第一二极管的阳极与该一电容之间，该第三二极管的阳 极电性连接至接地端。
12、 根据权利要求11所述的反驰式转换器，其特征在于，该预定电压为 该第一电容两端的电压与该直流输入电压之和。
13、 根据权利要求10所述的反驰式转换器，其特征在于，该能量储存电 路包括有一第一电阻与一第二电容相互串联，当该开关导通时，储存于该箝位 电路中的能量经由该开关储存于该第二电容中。
14、 根据权利要求10所述的反驰式转换器，其特征在于，该能量储存电 路包括有一第一电感、 一第二电容与一第四二极管组成，该第一电感与该第一 电容串联，该第四二极管的阴极与该第一电感的另一端电性连接，该第四二极 管的阳极与该第二电容的另一端电性连接，当该开关导通时，储存于该箝位电 路中的能量经由该开关储存于该第二电容中。
15、 根据权利要求10所述的反驰式转换器，其特征在于，该能量储存电 路包括有一电流源与一第二电容相互串联，其特征在于，当该开关导通时，储 存于该箝位电路中的能量经由该开关储存于该第二电容中。
16、 根据权利要求10所述的反驰式转换器，其特征在于，该开关受到该控制器所控制。
17、 根据权利要求10所述的反驰式转换器，其特征在于，该脉宽调变信 号控制该开关的导通与不导通。
18、 根据权利要求10所述的反驰式转换器，其特征在于，该开关与该功 率开关不同歩导通或不同步不导通。
全文摘要
本发明公开了一种漏感能量再利用电路与具有该电路的反驰式转换器，该反驰式转换器包括有一变压器、与一漏感能量再利用电路，漏感能量再利用电路包括有一箝位电路、一能量储存电路以及一连接于箝位电路与能量储存电路之间的开关，其中变压器之一次侧绕组电性连接有一功率开关。箝位电路用以箝位功率开关之电压于一预定电压。能量储存电路用以储存一次侧绕组之漏感能量。当开关不导通时，箝位电路接收并储存变压器之一次侧绕组的漏感能量，以将功率开关之电压箝位至一预定电压，当开关导通时，储存于箝位电路中之能量经由开关储存于能量储存电路中。
文档编号H02M3/24GK101355304SQ20071012328
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月23日 优先权日2007年7月23日
发明者林俊良 申请人:通嘉科技股份有限公司