专利名称：连续模式的反馈转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个DC-DC转换器电路，和尤其是一个应用在连续模式中的同步的反馈转换器。
本发明和现有技术的背景在不同种类的电子设备中的DC-DC电源中，应用了功率整流器以输出一个正确的整流输出电压。典型地，一个二极管被应用在次级侧以得到整流的输出电压。
一个得到适合的整流器电路的方法是使用反馈拓扑技术。在一个反馈拓扑技术中，一个初级侧在充电间隔期间在磁心或者类似装置中存储了磁能。该能量然后在所谓的反馈间隔期间供给到次级侧。与其他的整流器电路相比较的具有反馈拓扑技术的功率整流器电路的主要优点是它的简单的结构，其可以便宜地生产。
另外，反馈的转换器能够被分成两个不同的种类-连续模式的反馈转换器，和-不连续模式的反馈转换器。
在一个连续模式的反馈转换器中，该磁能从不降低到零，以使该能量能够连续地流通在变压器的磁心之中或者之外，其中在一个不连续的模式中，当能量在变压器磁心之中或者之外流动时，产生间隔。
然而，在
图1中的传统的反馈转换器中，其在初级侧含有一个变压器105的初级线圈101和一个开关103，并且在次级侧上，该变压器105的次级线圈107被连接到二极管109和一个输出电容111，在该电容上能够连接一个负载113，在二极管109上的电压降存在一个问题。以此，当在输出电容111上的输出电压为低的情况下，即小于5V，在二极管109上的电压降变为这个电压的主要部分，这使该功率转换器对于此低电压应用是没有效率的。
另外，美国专利No.5 237 606描述了一个位于电话系统远端的功率转换器。该功率转换器被设计以能够使其工作在连续模式和不连续模式，这能够产生在特殊的应用中，对此设计了功率转换器。该功率转换器通过使用FET晶体管在次级侧上处理在整流二极管上的大的电压降的问题。然而，既然目的是提供一个能够工作在连续模式和不连续描述的功率转换器，该电路对于使用在连续模式中是不太适合的。这是因为如下事实，为了能够正确地工作在不连续的模式中，需要控制电路，其除了昂贵，也对功率转换器的初级侧和次级侧进行直流互联，以此在初级侧和次级侧之间的直流隔离取走。
简述本发明的目的是克服上述的问题并且提供连续模式的反馈转换器，其具有一个简单的结构，并且与根据现有技术转换器相比是有效率的。
此任务和其他的方面可以从权利要求中由功率转换器得到。通过一个FET晶体管替换在DC-DC转换器的次级侧中的作为传统的次级开关的二极管，可以得到非常低的电压降，以此降低了在次级侧上的损耗。该FET晶体管然后直接连接到辅助线圈，该线圈与变压器的次级线圈串联。
另外，通过将DC阻隔电容引入到在次级侧的控制装置，由辅助线圈提供的电压能够被明显地降低，以此减少了驱动损耗。
另外，如果在转换器的输出端存在短路，存在足够的电压用于将次级线圈导通和关闭。
附图简述本发明通过不受限制的实施例和参考附图进行详细的描述，其中，-图1是一个根据现有技术的连续模式的DC-DC转换器的电路图，-图2是一个具有作为整流器件的FET晶体管的连续模式的DC-DC转换器的电路图，-图3是一个具有作为整流器件的FET晶体管并且具有改进的驱动电路的连续模式的DC-DC转换器的电路图。
优选实施例描述在图2中示出了一个DC-DC转换器。功率转换器在次级侧含有一个初级线圈101和一个开关103，该次级线圈从DC电压源102供电。该DC电压源能够通过整流电路依次被连接到AC电压源(未示出)。初级侧通过一个变压器105为次级侧提供能量。该次级侧含有次级线圈107和与次级线圈107串联的辅助线圈。一个FET晶体管110通过它的电源端子被连接到次级线圈107和辅助线圈108之间的连接点。晶体管110的栅极被直接连接到辅助线圈108的其他的端子，并且晶体管110的漏极被连接到输出电容111的一个端子。输出电容111的另外的端子被连接到次级线圈107的自由端。一个负载113能够被应用在输出电容111上，并且与其相并联。
当开关103被关闭时，该电流流过初级线圈101，因为施加在上面电压来自于电压源101。流过初级线圈101的电流会将能量存储在变压器105的磁心中。当开关103关闭时，在检测线圈107上的极性会改变并且电流引起的存储在磁心中的能量通过晶体管110被供给到在电容111上的输出端子。因为辅助线圈108的布置也有可能，当开关103处于开放状态时，该辅助线圈在晶体管110的栅极上提供一个电压，辅助线圈具有与次级线圈107一样的极性。以此一个控制脉冲被供给到晶体管10，以使当开关103处于开放状态时，该FET晶体管的沟道会导通。
此装置与图1中所描述的装置相比较的优点是，在二极管109上的电压降由在典型的非常小的FET晶体管上的电压降替换。也就是说，替换0.3-0.7V的电压降，该值对于大多数的二极管是普遍的，一个小于O.1V的电压降被得到，以此DC-DC反馈转换器的效率被提高，尤其是当输出电压是小的时，即小于5V时。另外也是明显的，输出电压越小，具有低电压降的整流器件的使用也越重要。
然而，通过使用图2中的装置替换图1中的装置，引入了驱动损耗，因为在辅助线圈108上的电压的平均值是零，并且大的负的幅值会施加到晶体管110的栅极，导致足够高的栅极驱动电压。另外，转换器的输出端子被缩短，从辅助线圈上的电压会下降，其远远低于晶体管110的栅极阈值，这会使输出电流流过FET晶体管110的体漏极二极管，这然后会引起较大的功率浪费。
这个问题可以通过在图3中的装置克服。以此为了减少驱动损耗，一个DC-阻隔电容117被插入到辅助线圈108的输出端子和连接到晶体管110的PNP晶体管115的基极。因为在晶体管115中的集电极-基极二极管，FET晶体管110的栅极电压被阻止变为负的。晶体管115也阻止了在FET晶体管110中的信道的非常快速的关断，以使开关损耗会降低到一个最小值。
PNP晶体管115的基极通过阻隔电容117被连接到辅助线圈108的自由输出端子，PNP晶体管115的发射极被连接到FET晶体管110的栅极并且PNP晶体管115的集电极被连接到FET晶体管110的源极。
在一个优选的实施例中，PNP晶体管的基极和发射极通过一个电阻119被互联以在晶体管115的基极和发射极之间提供一个电压降。该晶体管能够由一个可以提供电压降的二极管或者另外的元件极性替换。
最后，如上所述，通过将DC-阻隔电容117设置在驱动装置中，即使在DC-DC功率转换器的输出端子被缩短的情况下，控制脉冲会供给到FET晶体管110的栅极。这是非常有利的，即使如果没有控制脉冲会供给到FET晶体管110，该输出电流会被强制流过FET晶体管110的体二极管。这也会导致高的损耗和该FET晶体管可能被损耗。
权利要求
1．一个连续模式的反馈转换器，具有一个初级和一个次级侧，该次级侧含有一个次级线圈(107)，其特征在于，该次级侧也含有一个辅助线圈(108)，该辅助线圈的第一个端子被直接连接到一个FET晶体管(110)的栅极，并且该辅助线圈的另外的第二个端子被直接连接到FET晶体管(110)的源极。
2．如权利要求1的转换器，其特征在于，次级侧另外含有一个PNP晶体管(115)，该晶体管的发射极被连接到FET晶体管(110)的栅极，集电极被连接到FET晶体管的源极，并且它的基极被连接到辅助线圈的第一个端子。
3．如权利要求2的转换器，其特征在于，一个电阻(119)或者二极管被连接在PNP晶体管(115)的基极和发射极之间。
4．如权利要求3的转换器，其特征在于，一个电容(117)被连接在辅助线圈(108)的第一个端子和在FET晶体管(110)的栅极和晶体管或者二极管的一个端子之间的连接路径上的一个点之间。
5．一个连续模式的反馈转换器，具有一个初级和一个次级侧，次级侧含有一个次级线圈(107)，该次级侧还含有一个连接到一个FET晶体管(110)的栅极的辅助线圈(108)，其特征在于，一个DC-DC阻隔电容(117)被连接在辅助线圈(108)和FET晶体管(110)的栅极之间。
6．如权利要求1到5之一的转换器，其特征在于，该转换器是一个替换反馈转换器的Cuk或者SEPIC转换器。
全文摘要
在一个连续模式的反馈转换器中,提供一个FET晶体管(110)用于减少在变压器的次级侧上的电压降。该FET晶体管的应用使该转换器更适合于低电压应用,因为在转换器中的次级侧中的功率损耗小于在传统的转换器中的损耗。该转换器还具有一个DC－阻隔电容(117)以用于另外减少在次级侧上的损耗。
文档编号H02M3/335GK1299529SQ9980590
公开日2001年6月13日 申请日期1999年5月7日 优先权日1998年5月7日
发明者C·斯韦尔德斯杰 申请人:艾利森电话股份有限公司