直流电压转换装置及适用于直流电压转换装置的箝位电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直流电压转换装置，特别是涉及一种有效管理电压尖峰的直流电压转换装置及一种适用于直流电压转换装置的箝位电路。
【背景技术】
[0002]直流电压转换装置的二次侧整流器的电压尖峰(voltage peak) 一直是影响直流电压转换装置的转换效率及可靠性的重要因素。该电压尖峰的能量主要来自整流器的寄生电容于充电时的能量，及整流器的反向恢复能量(reverse recovery energy)。以往应用于直流电压转换装置(converter)的箝位电路(clamp circuit),如RC缓冲(吸收)电路、RCD缓冲(吸收)电路，无法将二次侧(secondary side)的整流器(rectifier)的电压尖峰箝位至一理想值，且可靠性不佳，导致该直流电压转换装置必须选择电压等级较高，也就是耐电压较高的整流器。如此一来，因为整流器的电压等级较高，使得整流器的成本提高，也因为电压等级越高的整流器的导通电阻越大，使得功率损耗较大，进而影响直流电压转换装置的整体转换效率。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种直流电压转换装置及适用于直流电压转换装置的箝位电路，该箝位电路能有效抑制电压尖峰，并将该电压尖峰的能量馈送至输出。
[0004]本发明直流电压转换装置，包含一直交流转换器、一变压器、一第一开关、一第二开关、及一箝位电路。
[0005]该直交流转换器接收一直流电源电压，并将该直流电源电压进行直交流转换以产生一呈交流的电压信号。
[0006]该变压器包括一第一绕组、一第二绕组、及一第三绕组，该第一绕组电连接该直交流转换器以接收该电压信号，该第二绕组及第三绕组分别具有一第一端及一第二端，且该第二绕组的第二端电连接该第三绕组的第一端。
[0007]该第一开关具有一电连接该第三绕组的第二端的第一端、一第二端及一接收一第一控制信号的控制端，且受该第一控制信号的控制于导通与不导通间切换。
[0008]该第二开关具有一电连接该第二绕组的第一端的第一端、一电连接该第一开关的第二端的第二端及一接收一第二控制信号的控制端，且受该第二控制信号的控制于导通与不导通间切换。
[0009]该箝位电路电连接该第二开关的第一端及第二端，以箝制该第二开关的第一端及第二端间的跨压于一默认值，并储存该第二开关所产生的电压尖峰的能量。
[0010]本发明适用于直流电压转换装置的箝位电路，该直流电压转换装置用于将一直流电源电压转换为一直流输出电压，并包含一直交流转换器、一变压器、一第一开关、及一第二开关，该变压器具有一接收来自该直交流转换器的电压信号的一次侧，及一电连接该第一开关及该第二开关的二次侧。该箝位电路包含:[0011 ] 一箝位电容,具有一电连接该第二开关的第一端的第一端，及一第二端。
[0012]一第一二极管，具有一电连接该箝位电容的第二端的阳极端，及一电连接该第二开关的第二端的阴极端。
[0013]一箝位电感，具有一第一端，及一电连接该第二开关的第二端的第二端。
[0014]一第二二极管，具有一电连接该箝位电感的第一端的阳极端，及一阴极端。
[0015]—第三开关，具有一第一端、一第二端、及一控制端，该第一端电连接该箝位电感的第一端，该第二端电连接该箝位电容的第二端，该控制端接收一箝位控制信号，并受该箝位控制信号控制于导通或不导通间切换，以将该直流电压转换装置的第二开关所产生的电压尖峰的能量，储存至该箝位电容中，再释放至一负载。
[0016]本发明的有益的效果在于:通过该箝位电路箝制该第二开关的第一端及第二端的跨压，并吸收该第二开关的电压尖峰的能量，馈送至一负载，以实现无损失(lossless)的箝位机制，使作为整流器的第一开关及第二开关能选用如耐压较低及损耗较小的元件，以达到可靠性较佳、成本较低且转换效率较高的优点。
【附图说明】
[0017]图1是一电路图，说明本发明直流电压转换装置的一较佳实施例；及
[0018]图2是一时序图，说明本发明直流电压转换装置的较佳实施例的多个信号间的关系。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
[0020]参阅图1，本发明直流电压转换装置1的较佳实施例适用于接收一直流电源电压，且电连接一具有一第一端及一第二端的负载5，并包含一直交流转换器2、一变压器3、一第一开关SR1、一第二开关SR2、一个二次侧电感Lf、一个二次侧电容Cf、一箝位电路4、及一控制单元6。
[0021]该直交流转换器2接收该直流电源电压，并将该直流电源电压进行直交流转换以产生一呈交流的电压信号Vsw。该直流电源电压的电压值为I。再参阅图2，该电压信号Vsw于正半周期及负半周期时，具有相等的振幅t及相反的极性。
[0022]该变压器3为一中心抽头式，并包括一第一绕组Q、一第二绕组L2、及一第三绕组L3，且该第一绕组1^、第二绕组L2、及第三绕组L3的匝数比为K:1:1。该第一绕组Li电连接该直交流转换器2以接收该电压信号Vsw，并具有一极性端。该第二绕组L2及第三绕组L3分别具有一第一端及一第二端，且该第二绕组L2及第三绕组L3的第一端为极性端，该第二绕组L2的第二端电连接该第三绕组L3的第一端。特别值得一提的是:图1中的变压器3为考虑非理想因素下的等效电路，因此，该变压器3在一次侧的等效电路还包括一寄生漏感匕及一励磁电感Lm。
[0023]该第一开关SR:具有一电连接该第三绕组L3的第二端的第一端、一电连接该负载5的第二端的第二端、一接收一第一控制信号Si的控制端、及一并联于该第一端与第二端间的基体二极管Di (body d1de)，且受该第一控制信号Si的控制于导通与不导通间切换。
[0024]该第二开关SR2具有一电连接该第二绕组L2的第一端的第一端、一电连接该第一开关SRi的第二端的第二端、一接收一第二控制信号S2的控制端、及一并联于该第一端与第二端间的基体二极管D2，且受该第二控制信号S2的控制于导通与不导通间切换。特别值得一提的是:该第一开关SRi及第二开关SR2可以是该技术领域中所指的整流器或二次侧整流器。
[0025]该二次侧电感Lf包括一第一端及一第二端，该第一端电连接该变压器3的第二绕组L2的第二端，该第二端电连接该负载5的第一端。
[0026]该二次侧电容Cf包括一电连接该二次侧电感Lf的第二端的第一端，及一电连接该第一开关SRi的第二端的第二端。
[0027]该箝位电路4包括一箝位电容Q、一第一二极管De1、一箝位电感Le、一第二二极管DC2、及一第三开关SR3。
[0028]该箝位电容Q具有一电连接该第二开关SR2的第一端的第一端,及一第二端。
[0029]该第一二极管D?具有一电连接该箝位电容Q的第二端的阳极端，及一电连接该第二开关sr2的第二端的阴极端。
[0030]该箝位电感Le具有一第一端，及一电连接该第二开关SR2的第二端的第二端。
[0031]该第二二极管De2具有一电连接该箝位电感Le的第一端的阳极端，及一电连接该二次侧电感Lf的第二端的阴极端。
[0032]该第三开关SR3具有一第一端、一第二端、一控制端、及一并联于第三开关SR3的第一端与第二端间的基体二极管De。该第一端电连接该箝位电感Le的第一端，该第二端电连接该箝位电容Q的第二端，该控制端接收一箝位控制信号S3，并受该箝位控制信号S3控制于导通或不导通间切换，以将该直流电压转换装置1的第二开关SR2所产生的电压尖峰的能量，储存至该箝位电容Q中，再释放至该负载5，使该第二开关SR2的第一端及第二端的跨压，即Vds_SR2的电压峰值能有效降低至一预期值。
[0033]该控制单元6根据该箝位电路4的箝位电容Q的第一端及第二端的跨压的大小，以产生该箝位控制信号S3来控制该第三开关sr3导通或不导通。
[0034]在本实施例中，该直交流转换器2为一全波整流电路，在其他实施例中，该直交流转换器2可为一全桥整流电路、一半波整流电路、或一倍流整流电路。该直交流转换器2包括四个开关sr4?sr7，每一开关sr4?sr7具有一第一端、一第二端、及一控制端。该开关sr5的第一端电连接该开关sr4的第二端，该开关sr7的第一端电连接该开关sr6的第二端，该开关S&的第一端电连接该开关sr4的第一端、该开关sr7的第二端电连接该开关sr5的第二端。该四个开关sr4?sr7的控制端分别接收四个控制信号s4?s7，以分别控制该四个开关SR4?SR7导通或不导通。此外,在本实施例中，该第一开关SR1、第二开关SR2、第三开关SR3、及该四个开关sr4?sr7都分别为一功率晶体管。
[0035]参阅图1与图2，图2是一时序图，说明本发明直流电压转换装置1的较佳实施例的箝位控制信号s3如何控制该箝位电路4的第三开关SR3，其中，横轴为时间t，电流L为流经该变压器3的一次侧的寄生漏感匕的电流，且正方向如箭号所示。为流经该箝位电容<^的电流,且方向是由该箝位电容Ci的第一端流向其第二端为正。ν?为该箝位电容Ci的第一端及其第二端的跨压。L为流经该箝位电感Lc的电流，且方向是由该箝位电感1^的第一端流向其第二端为正。Vds_SR2为该第二开关SR2的第一端及其第二端的跨压。
[0036]所述控制信号S!?S2、S4?S7来自一脉宽调变(Pulse Width Modulat1n, PWM)电路(图未示)，以控制该直交流转换器2的四个开关SR4?SR7、第一开关SR1、及第二开关SR2分别导通或不导通，使该直流电源电压经由该直交流转换器2、变压器3、第一开关SRp第二开关SR2、二次侧电感Lf、及二次侧电容Cf，输出一直流输出电压于该负载5。由于该脉宽调变电路产生所述控制信号&?S2、S4?S7的方式为以往技术，因此，于图2仅列出该两个控制信号Sp S2随时间变化的态样。
[0037]于时刻t。?h间:在时刻t。时，来自该直交流转换器2的电压信号Vsw的振幅开始由零转为负值。由于该变压器3的等效电路具有该一次侧的寄生漏感匕，且该第一控制信号Si及第二控制信号S2都为高电平，使该第一开关SRi及第二开关SR2都导通。此时，该变压器3的第二绕组L2及第三绕组L3处于短路的状态，且流经