交换式电源转换电路的制作方法

专利名称：交换式电源转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源转换电路，特别涉及一种交换式电源转换电路。
背景技术：
交换式电源转换电路(switching power conversion circuit)主要由一开关电 路及至少一磁性组件，例如变压器或是电感等所构成。该交换式电源转换电路主要利用开 关电路的导通或截止的交互操作而将所接收的电源经磁性组件来转换成至少一种预定电 平的输出电压，以驱动其输出端的负载，此外，也可利用磁性组件来达到升压、降压或是滤 波等效果。 当交换式电源转换电路的开关电路在交互地执行导通或截止动作时，磁性组件上 便会相对应地产生一变化的磁通量，其量值为B = V * T。n/(Ts * A)，其中B为磁性组件的 磁通量值，V为交换式电源转换电路的输入电压，T。n为开关电路的导通时间长度，其会随着 交换式电源转换电路的输出端的负载不同而有所改变，例如当负载变大时，开关电路的导 通时间长度T。n则会变长，Ts为磁性组件的线圈圈数，而A则为磁性组件上的磁力线所通过 的有效磁通面积。由于当交换式电源转换电路被制成后，磁性组件的线圈圈数Ts及有效磁 通面积A已被固定为一定值而无法再改变，故实际上磁性组件的磁通量量值会随着输入电 压V以及开关电路的导通时间长度T。n的变化而有所改变。 然而，公知开关电路的动作方式皆是固定其切换频率，因此当交换式电源转换电 路的输出端的负载变大，使得开关电路的导通时间长度T。n变长时，磁性组件在开关电路 动作时所产生的磁通量B便极容易地超过磁性组件本身的一最大饱和磁通量值，导致磁性 组件饱和，造成磁性组件上的阻抗变得极小。如此一来，流过磁性组件的电流便会变得非 常大，使得磁性组件以及交换式电源转换电路内部的其它组件会瞬间烧毁或是无法正常运 行。 此外，公知的交换式电源转换电路内皆具有一升压驱动电路(BOOTSTRAP)，以驱动 位于交换式电源转换电路内高压端的开关电路，然而由于升压驱动电路的成本相当高，相 对地造成交换式电源转换电路的制作成本提高。虽然现今业界为了解决交换式电源转换 电路因利用升压驱动电路而导致制作成本过高的问题，将开关电路的位置及数目作改良变 化，然而却又衍生无法精确控制交换式电源转换电路的输出电流或输出电压的缺陷，使得 连接于交换式电源转换电路的输出端的负载无法进行最优化的运行。 因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的交换式电源转换电路，实为目前 迫切需要解决的问题。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种交换式电源转换电路，以解决公知交换式电源转 换电路因开关电路的动作方式固定其切换频率，使得公知交换式电源转换电路的磁性组件 于开关电路动作时所产生的磁通量极容易饱和，导致磁性组件及交换式电源转换电路内部间烧毁或是无法正常运行的缺陷。同时，解决公知交换式电源转换电路因 需具有升压驱动电路来驱动位于高压端的开关电路，使得交换式电源转换电路的制作成本 过高的缺陷。此外，还解决公知交换式电源转换电路无法精确控制负载电流，导致负载无法 进行最优化的运行等缺陷。 为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种交换式电源转换电路，用 以将输入电压转换为输出电压而提供给负载，该交换式电源转换电路包括电源电路，连 接于交换式电源转换电路的一输入端与负载之间，且电源电路包含开关电路与第一磁性组 件，借由开关电路的导通或截止使第一磁性组件产生磁通变化，使电源电路将输入电压转 换为输出电压；反馈电路，反馈电路的输入端与电源电路的输出端连接，用以根据输出电压 产生反馈信号；以及控制电路，与交换式电源转换电路的输入端、开关电路以及反馈电路的 输出端电连接，用以控制开关电路导通时间与截止时间长度，使输出电压维持一额定电压 值；其中，控制电路可固定开关电路的截止时间长度，而开关电路的导通时间长度则根据反 馈信号调整，此外，根据输入电压的电压值可对应地限制开关电路的导通时间长度于一最 大导通时间长度以内。 由于本发明的交换式电源转换电路的控制电路设定为根据输入电压的电压值而
相对应地控制开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内，且控制电路也设定为
将开关电路的截止时间的长度限制在一固定值，因此交换式电源转换电路内部的磁性组件
于开关电路动作时所产生的磁通量便可被限制在本身的一最大饱和磁通量以内而不会饱
和，使得交换式电源转换电路在动作时，其内部的组件可正常运行而不会烧毁。 再者，由于本发明的交换式电源转换电路的开关电路位于低压侧，因此无须一高
压驱动电路去驱动开关电路，进而使交换式电源转换电路在工艺上可减少生产成本。同时，
因本发明交换式电源转换电路的控制电路预设一电流上限参考值，而当控制电路借由检测
电路检测到通过第一磁性组件的电流刚好到达该电流上限值时，则将开关电路截止，并且
控制电路被设定为控制开关电路的截止时间的长度为一固定值，使得负载上的负载电流可
被精确控制，以使负载可于最优化的情况下运行。


图1 :其为本发明第一优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。 图2 :其为本发明第一优选实施例的交换式电源转换电路的一变化例。 图3 :其为本发明第二优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。 图4 :其为图3所示的交换式电源转换电路的电流与状态时序示意图。 图5 :其为图3所示的交换式电源转换电路的一变化例。 图6 :其为本发明第三优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。 图7 :其为图6所示的交换式电源转换电路的电流与状态时序示意图。 图8 :其为图6所示的交换式电源转换电路的一变化例。 并且，上述附图中的附图示记说明如下 1，3，5交换式电源转换电路 9负载 Vin输入电压 V。输出电压 H转换电压 Vf， Vfl， Vf2反馈信号
5
11，31，51电源电路12，32，52控制电路111,311,511开关电路112，312整流滤波电路113，313，514反馈电路T。n导通时间长度T变压器L， L2， L3电感Nf， Nfl初级绕组Ns， Nsl次级绕组1A， 3A， 5A输入端1B，3B，5B第一输出端1C，3C，5C第二输出端K可调参数D"D3，D4第一二极管02，05第二二极管Q，C3，Cs第一电容C2，Q，C6第二电容^， Iu电感电流1。负载电流Im， Iml电流上限参考值Ip， Ipl电流峰值tl， t2， t3， t4时间T。ff截止时间长度Vd， Vdl检测电压Ia， Ial电流谷值Lf电感值T3隔离变压器512检测电路513整流电路L初级电流Vs2整流电压G绝缘共接点Tf， Tfl固定截止时间
具体实施例方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的 是本发明能够在不同的形式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明 及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。 请参阅图l，其为本发明第一优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意 图。如图所示，本实施例的交换式电源转换电路l可为但不限为一驰返式(fly back)的交 换式电源转换电路，且与一负载9电连接，用以将所接收的一输入电压Vin转换成一输出电 压V。，以供给负载9使用。 交换式电源转换电路1主要由一电源电路11、一控制电路12以及一反馈电路113 所构成，其中电源电路11分别与控制电路12及负载9电连接，且主要由一第一磁性组件、 一开关电路lll以及一整流滤波电路112所构成。于本实施例中，第一磁性组件可为但不 限为一变压器T，该变压器T的初级绕组Nf连接于交换式电源转换电路1的输入端1A而接 收输入电压Vin，并利用变压器T的特性将所接收的输入电压Vin以电磁性方式传送至次级 绕组Ns，使得次级绕组Ns上产生一转换电压Vs。开关电路111则电连接于控制电路12、变 压器T的初级绕组Nf以及共接点，其借由控制电路12的控制而变频地持续交替进行导通 或截止，以控制变压器T的初级绕组Nf接收电能，并将所接收的电量利用变压器T的特性 以电磁性方式传送至次级绕组Ns。 当开关电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截止时，变压器T的 初级绕组Nf或次级绕组Ns皆会相对应地产生一磁通量变化，其量值为B = Vin * T。n/(Ts * A)，其中，B为初级绕组Nf或次级绕组Ns上的磁通量，Vin为交换式电源转换电路1的输入 端1A所接收的输入电压Vin，而T。n为开关电路111的导通时间长度，Ts为初级绕组Nf或次级绕组Ns的线圈圈数，而A则是初级绕组Nf或次级绕组Ns上的磁力线所通过的有效磁通 面积。由于，当本发明的交换式电源转换电路1制成后，变压器T的初级绕组Nf或次级绕 组K的线圈圈数Ts以及有效磁通面积A皆已固定而无法改变，因此实际上初级绕组Nf或 次级绕组K的磁通量B会随着交换式电源转换电路1所接收的输入电压Vin以及开关电路 111的导通时间长度1 变化而改变。 整流滤波电路112连接于变压器T的次级绕组Ns以及交换式电源转换电路1的 第一输出端IB与第二输出端1C之间，并经由第一输出端IB与第二输出端1C而与负载9 连接，用以将次级绕组Ns上的转换电压Vs整流及滤波，以产生输出电压V。于第一输出端IB 及第二输出端1C上。于上述实施例中，整流滤波电路112可为但不限为由一第一二极管D工 及一第一电容Q所构成，其中第一二极管D工的阳极端与变压器T的次级绕组K电连接，而 阴极端则与第一电容Q的一端连接，同时经由交换式电源转换电路1的第一输出端IB与负 载9电连接，而第一电容Q的另一端则与共接点连接，并经由交换式电源转换电路1的第二 输出端1C与负载9电连接。此外，于本实施例中，电源电路11还可为但不限于具有一第二 电容G，其电连接于交换式电源转换电路1的输入端1A以及变压器T的初级绕组Nf之间， 用以将输入电压Vin滤波后传送至变压器T的初级绕组Nf。 反馈电路113的输入端与整流滤波电路112的输出端电连接，而反馈电路113的 输出端则与控制电路12电连接，用以依据输出电压V。产生一反馈信号Vf至控制电路12。
控制电路12分别与交换式电源转换电路1的输入端1A、反馈电路113以及开关 电路lll电连接，其用以控制开关电路lll的导通时间与截止时间的长度，以使输出电压V。 维持在一额定电压值。于本实施例中，控制电路12控制开关电路111的截止时间长度为一 固定值，且控制电路12根据反馈信号Vf来控制开关电路111的导通时间长度，同时根据输 入电压Vin的电压值而相对应地控制开关电路111的导通时间长度于一最大导通时间长度 以内，即开关电路111的最大导通时间长度随着输入电压Vin的电压值变化而改变，因此实
际上导通时间长度与输入电源Vin之间具有一关系式为T。n《K/Vin，其中乙及Vin如上所述 分别为开关电路lll的导通时间长度以及交换式电源转换电路l所接收的输入电压Vin，而 K则为一可调参数，代表着导通时间长度T。n与输入电压Vin之间的比值，其数值的大小可由
控制电路12来预先设定，因此可借由控制电路12去调整可调参数K来改变输入电压Vin的
电压值与开关电路111的导通时间长度T。n所对应关系。 由上述可知，由于本发明的交换式电源转换电路1的变压器T的初级绕组Nf或次 级绕组K在开关电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截止时，所产生的磁 通量的关系式为B = Vin*T。n/ (Ts*A)，其中初级绕组Nf或次级绕组Ns的线圈圈数Ts及有效 磁通面积A在交换式电源转换电路1制成后便已固定而无法改变，因此初级绕组Nf或次级 绕组Ns上的磁通量B实际上随着输入电压Vin及开关电路111的导通时间长度T。n的变化 而改变，又由于本发明的控制电路12被设定为根据输入电压Vin的电压值而相对应地控制 开关电路111的导通时间长度于一最大导通时间长度以内，其关系式为T。n《K/Vin，因此当 将初级绕组Nf或次级绕组Ns的磁通量的关系式B = Vin*T。n/ (Ts*A)中的T。n以K/Vin取代 时，可推得新的关系式B《K/(Ts*A)。如上所述，由于线圈圈数Ts及有效磁通面积A已为 固定值，因此由新的关系式可得知变压器T的初级绕组Nf或次级绕组Ns上的磁通量B主要 随着可调参数K的变动而被限制在一范围以下，又由于可调参数K的数值大小可由控制电路12预先设定控制，因此可借由预先设定控制电路12的可调参数K的数值使得初级绕组 Nf或次级绕组Ns上的磁通量B被限制在例如本身的一最大饱和磁通量值以内，使得当开关 电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截止时，变压器T的初级绕组Nf或 次级绕组Ns便不会饱和，进而使变压器T以及交换式电源转换电路1内部的其它组件在交 换式电源转换电路1运行时，不会有瞬间烧毁或是无法正常运行的情况发生。
于一些实施例中，如图2所示，交换式电源转换电路1也可为但不限为一顺向式 (forward)的交换式电源转换电路，且其内部的电路组件以及彼此间的连接关系与图1所 示的交换式电源转换电路1相似，故于此不再赘述。与图1相比较，图2所示的交换式电源 转换电路1的整流滤波电路112内还可具有一第二磁性组件以及一第二二极管02，该第二 磁性组件电连接于第一二极管D^第一电容Q以及负载9之间，且可由但不限由电感L所 构成，该电感L用以与该第一电容Q产生共振效应，以使整流滤波电路112具有更佳的滤 波效果，而第二二极管D2的阴极端则电连接于第一二极管D工及电感L之间，阳极端则与第 一电容Q电连接。 于上述实施例中，当开关电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截 止时，于电感L上同样会产生磁通量的变化，且该电感L上的磁通量的关系式与变压器T的 初级绕组Nf或次级绕组Ns的磁通量的关系式相似，换句话说，即制成后的交换式电源转换 电路1的电感L的磁通量主要随着交换式电源转换电路1所接收的输入电压Vin以及开关 电路111的导通时间长度T。n的变化而改变。由上述可知，本实施例的控制电路12被设定 为根据输入电压Vin的电压值而相对应地控制开关电路111的导通时间长度于一最大导通 时间长度以内，其关系式为T。n《K/Vin，因此当开关电路111受控制电路12的控制而持续 交替进行导通或截止时，同样可借由一开始预先设定控制电路12的可调参数K的数值而将 电感L的磁通量限制在一特定值，例如电感L本身的一最大饱和磁通量值以内，使得交换式 电源转换电路1运行时，电感L同样可正常运行而不会烧毁。 本发明的交换式电源转换电路l除了具有图l所示的第一磁性组件以及图2所示 的第二磁性组件外，还可具有其它的磁性组件(未图示)，利用上述控制电路12控制开关电 路111的方式，同样可使该些磁性组件于开关电路111进行导通或截止时所产生的磁通量 不会超过一特定值，例如磁性组件本身的一最大饱和磁通量值，使得交换式电源转换电路l 运行时，内部的组件可正常运行而不会烧毁。 请参阅图3，其为本发明第二优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意 图。如图3所示，本实施例的交换式电源转换电路3可为但不限为一降压型(BUCK)的交换 式电源转换电路，该交换式电源转换电路3与一负载9电连接，用以将所接收的输入电压Vin 转换成一输出电压V。，以供给负载9使用。 交换式电源转换电路3主要包含一电源电路31、一控制电路32以及一反馈电路 313，其中电源电路31分别与控制电路32及负载9电连接，且主要由一第一磁性组件、一第 一电容Q、一开关电路311以及一检测电路312所构成。于本实施例中，第一磁性组件可为 但不限为一电感L2，该电感L2的一端连接于交换式电源转换电路3的输入端3A，以接收输 入电源Vin并同时产生一电感电流^，另一端则与第一电容C3以及负载9电连接，使得电感 电流L可分流至第一电容C3以及负载9。第一电容C3的一端电连接于电感L2与负载9之 间，另一端则与开关电路311电连接。
开关电路311则分别与负载9、第一电容(:3、控制电路32以及检测电路312电连 接，其借由控制电路32的控制而变频地持续交替进行导通或截止，以使电感L2及第一电容 C3在开关电路311导通时接受输入电压Vin的充电，并使得电感L2在开关电路311截止时 进行放电的动作，如此一来，借由开关电路311持续交替进行导通或截止的动作，电感L2上 便会具有磁通变化的产生，同时可使电源电路31输出该输出电压V。于交换式电源转换电 路3的第一输出端3B与一第二输出端3C以及输出一负载电流I。给负载9。
检测电路312则串连接于开关电路311与共接点之间，用以当开关电路311导通 时，接收并感测电感L2的电感电流I"进而产生一检测电压Vd输出。且于本实施例中，该检 测电路312可为但不限为由一电阻所构成。 于本实施例中，电源电路31还可具有一第二电容C4以及一第一二极管A，其中第 二电容C4的一端电连接于电感L2及交换式电源转换电路3的输入端3A之间，另一端则电 连接于共接点，其用以将输入电压Vin滤波后传送至电感1^。第一二极管03的阴极端电连 接于第二电容(；与电感1^之间，阳极端则与第一电容(:3电连接，该第一二极管D3用以当开 关电路311截止而电感L2开始放电时，提供电感L2 —放电回路。 反馈电路313的输入端与电源电路31的输出端电连接，而反馈电路313的输出端 则与控制电路32电连接，用以依据输出电压V。产生一反馈信号Vfl至控制电路32。
控制电路32的输入端分别与检测电路312以及反馈电路313电连接，进而接收检 测电路312所传来的检测电压Vd以及反馈电路313所传来的反馈信号Vfl，而其输出端则与 开关电路311的一控制端电连接，该控制电路32用以控制开关电路311导通时间与截止时 间的长度，使该输出电压V。维持一额定电压值。且于本实施例中，控制电路32控制开关电 路311的截止时间的长度为一固定值，此外控制电路32根据反馈信号Vfl来控制开关电路 311的导通时间长度，同时控制电路32预设一电流上限参考值Im(请参阅图4)，用以当控 制电路32借由检测电路312所传来的检测电压Vd去感测到电感L2的电感电流L达到该 电流上限参考值Im时，控制开关电路311即截止。 以下将示范性地说明本发明交换式电源转换电路3的动作方式。请参阅图4并配 合图3，其中图4为图3所示的交换式电源转换电路3的电流及状态时序示意图。如图所 示，当开关电路311受控制电路32的控制而于时间tl开始导通时，输入电压Vin会对电感 L2及第一 电容C3进行充电，此时电感L2的电感电流L会逐渐增加，并分流至第一 电容C3及 负载9而经由导通的开关电路311流至检测电路312，借此检测电路312会对应该电感电流 L的值而产生检测电压Vd给控制电路32。 当电感电流I j寺续上升至时间t2，此时控制电路32借由检测电压Vd感测到电感 电流L的值已上升到控制电路32本身所预设的电流上限参考值Im，控制电路32便控制开 关电路311截止，在开关电路311截止的瞬间，电感电流L的一电流峰值Ip等于电流上限 参考值Im而为最大值。 当开关电路311于时间t2截止时，电感L2便借由第一二极管D3所提供的放电回 路开始放电，电感电流L便开始逐渐下降，而由于控制电路32设定开关电路311的截止时 间的长度为一固定值，因此当时间t2超过由控制电路32所设定的固定截止时间Tf而到达 时间t3时，控制电路32便会导通开关电路311，在开关电路311导通的瞬间，电感电流L 的一电流谷值Ia则会相对于电流峰值Ip而为最小值。当开关电路311于时间t3导通时，
9输入电压Vin又开始对电感L2及第一电容C3充电，而电感L2的电感电流L便又逐渐增加。 借由重复上述的动作，交换式电源转换电路3便可将输入电压Vin转换成输出电压V。，并提 供给负载9使用。 请再参阅图3及图4。当交换式电源转换电路3提供输出电压V。给负载9时，负 载9上的负载电流I。会随着交换式电源转换电路3内的电感L2的电感电流L的电流峰值 Ip及电流谷值Ia的变化而有所改变，其关系式为I。 = Ia+(Ip-IJ/2，而电流峰值；及电流 谷值Ia之间也存在着关系式Ia = Ip-(V,T。ff)/Lf，其中V。为交换式电源转换电路3的输出 电压，T。ff则是开关电路311的截止时间长度，Lf则为电感1^的电感值。由上述关系式可 知，电流谷值Ia会随着电流峰值Ip、输出电压V。、截止时间长度T。ff以及电感值Lf的变化而 改变。由于，电感L2在制成后，其电感值Lf固定，且本实施例的交换式电源转换电路3的控 制电路32设定开关电路311的截止时间长度T。ff为固定截止时间Tf，又电感L2的电感电流 L的电流峰值Ip也被限制在等于控制电路32本身预设的电流上限参考值Im，因此实际上 电流谷值Ia仅随着输出电压V。改变而变化。又由于第一电容C3具有的电容特性，将使得 输出电压V。的变化量极小，相对应地，电流谷值Ia的变化量也变得极小。
再者，负载9上的负载电流I。随着电流谷值Ia及电流峰值Ip的变化而改变，由于 电流谷值Ia的变化量极小，因此负载电流I。主要随着电流峰值Ip的变化而变动，又因本实 施例的交换式电源转换电路3将电流峰值Ip限制在等于控制电路32本身预设的电流上限 参考值Im，因此可借由设定控制电路32的电流上限参考值Im来控制电感电流L的电流峰 值Ip，进而精确控制负载电流I。实质上维持于一固定值，使得负载9可达到最优化的正常 运行。 由图3可知，本实施例的交换式电源转换电路3的开关电路311位于低压端，因此 无须设置一升压驱动电路来驱动开关电路311，使得交换式电源转换电路3在工艺上可减 少生产成本。此外，又由于控制电路32控制开关电路311的方式将使得负载9上的负载电 流I。也借由设定控制电路32的电流上限值Im而被精确地控制，负载9便可于最优化的情 况下正常运行。 请参阅图5，其为图3所示的交换式电源转换电路的一变化例。如图5所示，本实 施例的交换式电源转换电路的电路结构与图3所示的交换式电源转换电路相仿，且相同符 号的组件代表结构与功能相似，故组件特征及连接关系于此不再赘述。与图3相比较，本实 施例的控制电路32除了与开关电路311、检测电路312以及反馈电路313电连接外，还与交 换式电源转换电路3的输入端3A电连接，因此控制电路32还可如图1所示的控制电路12 一样被设定为根据输入电压Vin的电压值而相对应地控制开关电路311的导通时间长度于 一最大导通时间长度以内而达到如图1所示的交换式电源转换电路1的优点。是以，本实 施例的交换式电源转换电路3除了具有可精确控制流经负载9上的负载电流I。实质上维 持在一固定值的优点外，由于第一磁性组件，于本实施例中，即电感L2的磁通量在开关电路 311进行持续交替导通或截止时，可借由一开始预先设定控制电路32的可调参数K的数值 而被限制在一特定值，例如电感L2本身的一最大饱和磁通量值以内而不会饱和，因此当交 换式电源转换电路3动作时，其内部组件可正常运行而不会烧毁。 请参阅图6，其为本发明第三优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意 图。如图6所示，本实施例的交换式电源转换电路5可为但不限为一隔离型(ISOLATION)
10的交换式电源转换电路，该交换式电源转换电路5与一负载9电连接，用以将所接收的一输 入电压Vin转换成一输出电压V。，以供给负载9使用。 交换式电源转换电路5主要包含一电源电路51、一控制电路52以及一反馈电路 514，其中电源电路51分别与控制电路52及负载9电连接，且主要由第一磁性组件、一第一 电容Q、一开关电路511、一检测电路512、一整流电路513以及一第二磁性组件所构成。于 本实施例中，第二磁性组件可为但不限为隔离变压器T3，且该隔离变压器T3的初级绕组Nfl 连接于交换式电源转换电路5的输入端5A而接收输入电压Vin，以产生一初级电流1{1，同时 利用隔离变压器T3的特性将所接收的输入电压Vin以电磁性方式传送至次级绕组N^使得 次级绕组Nsl上产生一转换电压Vsl。 整流电路513则与隔离变压器T3的次级绕组Nsl电连接，用以将次级绕组Nsl上的 转换电压L整流成一整流电压V《后输出。于本实施例中，整流电路513由一第一二极管 D4以及一第二二极管D5所构成，其中第一二级体D4的阳极端及阴极端分别与隔离变压器T3 的次级绕组N^以及第二二极管D5的阴极端电连接，而第二二极管D5的阳极端则与一绝缘 共接点G电连接。 于本实施例中，第一磁性组件可为但不限为一电感!^，该电感L3的一端与整流电 路513电连接，因此电感L3便接收整流电路513所传来的整流电压Vs2，同时产生一电感电 流Iu，而电感L3的另一端则与负载9及第一电容C5电连接，使得电感电流Iu可分流至第 一电容C5以及负载9。且由于隔离变压器T3的特性，故实际上电感电流Iu与隔离变压器T3 的初级绕组Nfl的初级电流Ifl会有一比例关系，该比例关系等于隔离变压器T3的初级绕组 ^及次级绕组Na的圈数比。为了更了解本发明的技术，于本实施例中，示范性地假设次级 绕组^及初级绕组Nn的圈数比为1 : 2，故电感电流Iu与初级电流Ifl的比例为2 : 1。 第一电容C5的一端电连接于电感L3以及负载9之间，另一端则电连接于绝缘共接点G，其 用以滤波。 开关电路511则电连接于控制电路52、隔离变压器T3的初级绕组Nfl以及检测电 路512，其借由控制电路52的控制而变频地持续交替进行导通或截止的动作，以控制隔离 变压器T3的初级绕组Nfl接收电能，并将所接收的电能利用隔离变压器T3的特性以电磁性 方式传送至次级绕组Nsl 。且电感L3及第一 电容C5在开关电路511导通时接受整流电压Vs2 的充电，以产生该电感电流Iu，而开关电路511截止时，电感L3则进行放电的动作，如此一 来，电感L3上便会产生磁通变化，同时借由开关电路511持续交替进行导通或截止的动作， 电源电路51便可于交换式电源转换电路5的一第一输出端5B以及一第二输出端5C输出 该输出电压V。，同时输出一负载电流I。给负载9。 而检测电路512则串连接于开关电路511与共接点之间，用以当开关电路511导 通时，借由接收初级绕组Nfl所传来的初级电流Ifl而去感测与初级电流Ifl有比例关系，于 本实施例中为两倍的电感L3的电感电流Iu，进而相对应地产生一检测电压Vdl输出。于本 实施例中，该检测电路512可由但不限由 一 电阻所构成。 反馈电路514的输入端与电源电路51的输出端电连接，而反馈电路514的输出端 则与控制电路52电连接，用以依据输出电压V。产生一反馈信号Vf2至控制电路52
于本实施例中，电源电路51还可具有一第二电容C6，该第二电容C6的一端电连接 于隔离变压器T3的初级绕组Nn及交换式电源转换电路5的输入端5A之间，另一端则电连接于共接点，其用以将输入电压Vin滤波后传送至初级绕组Nfl。 控制电路52的输入端分别与检测电路512以及反馈电路514电连接，进而接收检 测电路512所传来的检测电压Vdl以及反馈电路514所传来的反馈信号V『而其输出端则 与开关电路511的一控制端电连接，该控制电路52用以控制开关电路511导通时间与截止 时间的长度，使该输出电压V。维持一额定电压值。且于本实施例中，控制电路52控制开关 电路511的截止时间长度为一固定值，此外控制电路52预设一电流上限参考值U(请参阅 图7)，以当控制电路52借由检测电路512所传来的检测电压Vdl去感测到电感L3的电感电 流Iu达到该电流上限参考值Iml时，控制开关电路511截止。 以下将示范性地说明本发明交换式电源转换电路5的动作方式。请参阅图7并配 合图6，其中图7为图6所示的交换式电源转换电路5的电流及状态时序示意图。如图所 示，当开关电路511受控制电路52的控制而于时间tl开始导通时，隔离变压器T3的初级绕 组NfJ勺初级电流^的值会逐渐增加，并经由开关电路511流至检测电路512，同时隔离变 压器T3的次级绕组Nsl相对应地产生转换电压Vsl，并经由整流电路513整流成整流电压Vs2 后对电感1^以及第一电容G进行充电，使得电感1^的电感电流Iu的值随着充电而逐渐增 力口，且由于隔离变压器T3的次级绕组^以及初级绕组^的圈数比为1 : 2，因此电感电流 Iu与初级电流Ifl的比例为2 : 1。 当电感电流Iu持续上升至时间t2时，此时控制电路52借由检测电压Vdl感测到 电感电流Iu的值已上升到控制电路52本身所预设的电流上限参考值L，控制电路52便 截止开关电路511，而在开关电路511截止的瞬间，电感电流Iu的一电流峰值Ipl等于电流 上限参考值Iml且为最大值。 当开关电路511于时间t2截止时，电感L3便开始放电，使电感电流Iu逐渐下降， 由于控制电路52设定开关电路511的截止时间长度为一固定值，因此当由时间t2过了由 控制电路52所设定的一固定截止时间Tfl而到达时间t3时，控制电路52便会导通开关电 路511，在开关电路511导通的瞬间，电感电流Iu的一电流谷值Ial则会相对于电流峰值Ipl 而为最小值。当开关电路511于时间t3导通时，电感L3又受整流电路513所输出的整流 电压Vs2充电，使得电感电流Iu又逐渐增加。 请再参阅图6及图7。当交换式电源转换电路5提供输出电压V。给负载9时，负 载9上的负载电流1。会随着交换式电源转换电路5内的电感Ls的电感电流Iu的电流峰值 Ipi及电流谷值L的变化而有所改变，其关系式为I。二 L+(Ipi-IJ/2，而电流峰值^及电 流谷值L之间也存在着一关系式，该关系式为Ial = Ip「(V,T。ff)/Lf，其中V。为交换式电源 转换电路5的输出电压，T。ff则是开关电路511的截止时间长度，Lf则为电感L3的电感值。 由上述可知，电流谷值Ial会随着电流峰值Ipp输出电压V。、截止时间长度T。ff以及电感值 Lf的变化而改变。然而由于电感L3在制成后，其电感值Lf已固定，且本实施例的交换式电 源转换电路5的控制电路52控制开关电路511的截止时间长度T。ff为固定截止时间Tfl，此 外，电感L3的电感电流Iu的电流峰值Ipl也被限制在等于控制电路52本身预设的电流上 限参考值Iml，因此实际上电流谷值Ial仅随着输出电压V。改变而变化。由于第一电容C5所 具有的电容特性将使得输出电压V。的变化量极小，相对应地电流谷值Ial的变化量也变得 极小。 再者，负载9上的负载电流I。随着电流谷值Ial及电流峰值Ipl的变化而改变，又
12由于电流谷值Ial的变化量极小，因此负载电流I。主要随着电流峰值Ipl的变化而变动，此
外因为本实施例的交换式电源转换电路5将电流峰值Ipl限制在需等于控制电路52本身预 设的电流上限参考值Iml，因此可借由设定控制电路52的电流上限参考值Iml而控制电感电 流Iu的电流峰值Ipl，进而精确控制负载电流I。实质上维持于一固定值，使得负载9可达到 最优化的正常运行。 请参阅图8，其为图6所示的交换式电源转换电路的一变化例。如图8所示，本实 施例的交换式电源转换电路的电路结构与图6所示的交换式电源转换电路相仿，且相同符 号的组件代表结构与功能相似，故组件特征及连接关系于此不再赘述。与图6相比较，本实 施例的控制电路52除了与开关电路511、检测电路512以及反馈电路514电连接外，还与交 换式电源转换电路5的输入端5A电连接，因此控制电路52还可如图1所示的控制电路12 一样被设定为根据输入电压Vin的电压值而相对应地控制开关电路511的导通时间长度于 一最大导通时间长度以内而达到如图1所示的交换式电源转换电路1的优点。是以，本实 施例的交换式电源转换电路5除了具有可精确控制流经负载9的负载电流I。维持于一固 定值的优点外，由于第一磁性组件及第二磁性组件的磁通量在开关电路511进行导通或截 止时，可控制在本身的一最大饱和磁通量内而不会饱和，使得交换式电源转换电路5于动 作时，其内部组件可正常运行而不会烧毁。 综上所述，由于本发明的交换式电源转换电路的控制电路设定为根据输入电压的
电压值而相对应地控制开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内，且控制电路
也设定为将开关电路的截止时间的长度限制在一固定值，因此交换式电源转换电路内部的
磁性组件于开关电路动作时所产生的磁通量便可被限制在本身的一最大饱和磁通量以内
而不会饱和，使得交换式电源转换电路在动作时，其内部的组件可正常运行而不会烧毁。 再者，由于本发明的交换式电源转换电路的开关电路位于低压侧，因此无须一高
压驱动电路去驱动开关电路，进而使交换式电源转换电路在工艺上可减少生产成本。同时，
因本发明交换式电源转换电路的控制电路预设一电流上限参考值，而当控制电路借由检测
电路检测到通过第一磁性组件的电流刚好到达该电流上限值时，则将开关电路截止，并且
控制电路被设定为控制开关电路的截止时间的长度为一固定值，使得负载上的负载电流可
被精确控制，以使负载可于最优化的情况下运行。 本发明得由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱离所附权利要 求所保护的范围。
权利要求
一种交换式电源转换电路，用以将一输入电压转换为一输出电压而提供给一负载，该交换式电源转换电路包括一电源电路，连接于该交换式电源转换电路的一输入端与该负载之间，且该电源电路包含一开关电路与一第一磁性组件，借由该开关电路的导通或截止使该第一磁性组件产生磁通变化，而使该电源电路将该输入电压转换为该输出电压；一反馈电路，该反馈电路的输入端与该电源电路的输出端连接，用以根据该输出电压产生一反馈信号；以及一控制电路，与该交换式电源转换电路的该输入端、该开关电路以及该反馈电路的输出端电连接，用以控制该开关电路导通时间与截止时间长度，使该输出电压维持一额定电压值；其中，该控制电路固定该开关电路的截止时间长度，而该开关电路的导通时间长度根据该反馈信号调整，且根据该输入电压的电压值对应限制该开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内。
2. 如权利要求1所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件连接于该交换式电 源转换电路的该输入端，用以将该输入电压转换为一转换电压。
3. 如权利要求2所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件为一变压器。
4. 如权利要求2所述的交换式电源转换电路，其中该开关电路连接于该第一磁性组件 以及一共接点之间。
5. 如权利要求2所述的交换式电源转换电路，其还包含一整流滤波电路，连接于该第 一磁性组件以及该负载之间，用以将该第一磁性组件的该转换电压整流及滤波而输出该输 出电压。
6. 如权利要求5所述的交换式电源转换电路，其中该整流滤波电路由一第一二极管以 及一第一电容所构成，该第一二极管的一阳极端与该第一磁性组件电连接，一阴极端与该 第一电容的一端及该负载电连接，该第一电容的另一端电连接于一共接端。
7. 如权利要求1所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件与该交换式电源转 换电路的该输入端电连接，用以借由该开关电路的导通或截止而进行充电与放电，以使该 电源电路输出一负载电流给该负载。
8. 如权利要求7所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件为一电感。
9. 如权利要求7所述的交换式电源转换电路，还具有一第一电容，其一端与该第一磁 性组件以及该负载电连接，用以滤波。
10. 如权利要求9所述的交换式电源转换电路，其中该开关电路与该第一电容的另一 端及该负载电连接。
11. 如权利要求10所述的交换式电源转换电路，还具有一检测电路，其一端与该控制 电路以及该开关电路电连接，另一端与一共接点电连接，用以当该开关电路导通而该第一 磁性组件产生的一 电流流经该开关电路时，根据该电流而输出 一检测信号。
12. 如权利要求11所述的交换式电源转换电路，其中该检测电路为一电阻。
13. 如权利要求11所述的交换式电源转换电路，其中该控制电路预设一电流上限值， 以当该控制电路借由该检测信号感测到该第一磁性组件的该电流等于该电流上限值时，控 制该开关电路截止，以使该电源电路输出的该负载电流为固定值。
14. 如权利要求9所述的交换式电源转换电路，还具有一第一二极管，其一阴极端与该 第一磁性组件电连接， 一阳极端与该第一电容电连接，用以提供该第一磁性组件一放电回 路。
15. 如权利要求1所述的交换式电源转换电路，还具有一第二磁性组件，该第二磁性组 件与该交换式电源转换电路的该输入端电连接，用以将该输入电压转换为一转换电压。
16. 如权利要求15所述的交换式电源转换电路，其中该第二磁性组件具有一初级绕绕 组及一次级绕组，且该二磁性组件为一隔离变压器。
17. 如权利要求16所述的交换式电源转换电路，还具有一整流电路，与该第二磁性组 件电连接，用以将该第二磁性组件传来的该转换电压整流成一整流电压后输出。
18. 如权利要求17所述的交换式电源转换电路，其中该整流电路由一第一二极管以及 一第二二极管所构成，该第一二极管的一阳极端与该第二磁性组件电连接， 一阴极端与该 第一磁性组件电连接，该第二二极管的一阴极端与该第一磁性组件电连接，一阳极端与一 绝缘接地端电连接。
19. 如权利要求17所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件连接该整流电路 以及该负载之间，用以当该开关电路导通时，接收该整流电压而充电，并产生一电流，而当 该开关电路截止时进行放电，以使该电源电路输出该输出电压以及一负载电流给该负载。
20. 如权利要求19所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件为一电感。
21. 如权利要求19所述的交换式电源转换电路，还具有一第一电容，其一端连接于该 第一磁性组件以及该负载之间，另一端连接于一绝缘共接点，用以滤波。
22. 如权利要求19所述的交换式电源转换电路，其中该开关电路与该第二磁性组件电 连接。
23. 如权利要求22所述的交换式电源转换电路，还具有一检测电路，其一端与该控制 电路以及该开关电路电连接，另一端与一共接点电连接，用以当该开关电路导通时，借由接 收该第二磁性组件的该初级绕组的一初级电流而感测与该初级电流有一比例关系的该第 一磁性组件的该电流，并根据该第一磁性组件的该电流而输出一检测信号。
24. 如权利要求23所述的交换式电源转换电路，其中该检测电路为一电阻。
25. 如权利要求23所述的交换式电源转换电路，其中该控制电路预设一电流上限值， 以当该控制电路借由该检测信号感测到该第一磁性组件的该电流等于该电流上限值时，控 制该开关电路截止，以使该电源电路输出的该负载电流为固定值。
26. 如权利要求23所述的交换式电源转换电路，其中该比例关系为该第二磁性组件的 该次级绕组与该初级绕组的圈数比。
27. 如权利要求1所述的交换式电源转换电路，其中该开关电路的该最大导通时间长 度根据该输入电压的电压值改变，且两者间的比例值等于一可调参考变量，该控制电路借 由调整该可调参考变量改变该输入电压的电压值与该开关电路的最大导通时间长度所对 应关系。
28. 如权利要求1所述的交换式电源转换电路，还具有一第二电容，其一端与该交换式 电源转换电路的该输入端电连接，另一端与一共接点电连接，用以将该输入电压滤波。
全文摘要
本发明提供一种交换式电源转换电路，用以转换电压而提供给负载，其包括电源电路，包含开关电路与第一磁性组件，借由开关电路的导通或截止使电源电路将输入电压转换为输出电压；反馈电路，其输入端与电源电路的输出端连接，用以根据输出电压产生反馈信号；以及控制电路，与交换式电源转换电路的输入端、开关电路以及反馈电路的输出端电连接，用以控制开关电路导通或截止；其中，控制电路固定开关电路的截止时间长度，而开关电路的导通时间长度根据反馈信号调整，且根据输入电压的值限制开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内。交换式电源转换电路在动作时，其内部的组件可正常运行而不会烧毁。且负载上的负载电流可被精确控制。
文档编号G05F1/10GK101753026SQ200810176000
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者张世贤, 李志轩 申请人:台达电子工业股份有限公司