單級降壓轉換電路制造技術

本發明專利技術公開了一種單級降壓轉換電路，包括：一降壓裝置；一半導體元件，耦接該降壓裝置；一第一諧振電路，耦接該半導體元件，用以調整動作時間常數；以及一第二諧振電路，耦接該第一諧振電路，用以抑制漣波。

【技術實現步驟摘要】
單級降壓轉換電路
本專利技術為一種單級降壓轉換電路，尤其是一種具有輸入快速響應、低漣波輸出電流與較長電路使用壽命的單級降壓轉換電路。
技術介紹
由于降壓型轉換器的儲能元件電感器感值其大小，將影響輸入電流的響應速度以及輸出電流漣波，若儲能元件電感器的感值較小時，降壓型轉換器的輸入電流響應速度較快，但是輸出電流漣波較大，反之，若儲能元件電感器的感值較大時，降壓型轉換器的輸入電流響應速度較慢，但是可得到較小的輸出電流漣波。源此，傳統降壓型轉換器常使用較小感值的電感器與較大容值的輸出電容器，以期達到較快的輸入電流響應速度與較低輸出電流漣波，然而較大容值的電容器，則必須使用電解電容，但是電解電容容易受到開關切換與溫度等外在環境因素影響，使得其壽命較短，進而縮短轉換器的使用壽命。傳統非隔離型降壓型轉換器中，如圖1所示的理想降壓(Buck)轉換器為最基本傳統降壓型轉換器，主要是由控制IC、開關元件、二極管、儲能電感以及電容所組成。其動作原理為：當功率晶體(M)導通時，此時電壓源對儲能電感充電，同時對電容C充電并提供能量至輸出負載，當功率晶體(M)截止時，儲能電感將其儲能經由二極管D對電容C充電，同時提供能量至輸出負載。圖2所示為目前普遍使用的傳統返馳式轉換器，主要應用在100W以下的隔離型降壓型轉換器，由于電路簡單成本低，電路中的返馳變壓器又能兼作儲能使用，且次級端僅需一個二極管及一個電容器，單從成本的角度來說，返馳式轉換器電路在市場上極具競爭力。返馳式轉換器電路主要是由控制IC、功率晶體(M)、返馳變壓器(T)、二極管D、電容器(C)組成：通過控制IC來控制功率晶體(M)的導通與截止，經過返馳變壓器的磁化電感進行儲能與釋能，并配合次級側的二極管和電容，進行輸出電壓的整流與濾波，如此即可得到直流電壓的輸出，其基本動作原理為：該電路中通過返馳變壓器T使其具有電氣隔離、變壓和儲能電感的三重功能，從嚴謹的角度上來說，返馳變壓器并非真正的變壓器，而是耦合電感器。通過控制功率晶體(M)的導通與截止，將儲存于返馳變壓器的能量傳遞給次級側，經由二極管對電容C充電，并維持直流電壓于設定值。當功率晶體(M)導通時，此時電壓源Vin對返馳變壓器充電，并使二極管D反向偏壓，同時電容C提供能量至輸出端。當功率晶體(M)截止時，返馳變壓器將能量經由二極管對電容C充電提供能量至輸出端。
技術實現思路
在一實施例中，本專利技術提供一種單級降壓轉換電路，包括：一降壓裝置；一半導體元件，耦接該降壓裝置；一第一諧振電路，耦接該半導體元件，用以調整動作時間常數；以及一第二諧振電路，耦接該第一諧振電路，用以抑制漣波。本專利技術通過LC共振電路計時方式，以控制電路結構改變的動作時間，且不需要主動元件可自動改變電路結構，且無需控制能量可自動平衡，可簡化電路設計。另外，本專利技術具有負電壓源特性，可克服負載電壓的電位障壁問題，如LED順向導通電壓以及主動功因校正電路的零交越失真(ZeroCrossingDistortion)，亦可實現共享儲能與濾波元件的電路設計方式，達到輸入快速響應、低漣波輸出以及長壽命的有益效果。附圖說明圖1是基本傳統降壓型轉換器；圖2是傳統返馳式轉換器；圖3是根據本專利技術一實施例的一單級降壓轉換器；圖4是應用本專利技術的一示例；圖5是圖4的電路操作于工作模式一的示意圖；圖6是圖4的電路操作于工作模式二的示意圖；圖7是圖4的電路操作于工作模式三的示意圖；以及圖8是代入表一的元件參數所得到的模擬波形。【主要元件符號說明】11降壓裝置12半導體元件13第一諧振電路14第二諧振電路Vin、VL1、VL2、VL3、VC1、VC2、Vo電壓iL1、iL2、iL3、iD1、iD2、io電流具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。圖3是根據本專利技術一實施例的一單級降壓轉換器。該單級降壓轉換器包括：一降壓裝置11、一半導體元件12、一第一諧振電路13與一第二諧振電路14。該半導體元件12可為一二極管，其用以控制降壓電路動作，以改變降壓電路結構，以改變降壓電路向應速度與輸出漣波。該第一諧振電路13，其耦接該半導體元件12，用以調整動作時間常數。該第二諧振電路14，耦接該第一諧振電路13，用以抑制漣波。且該降壓裝置11亦可為一降壓轉換器。圖4是應用本專利技術的一示例。在本示例中，該降壓裝置11包括一晶體管S、一第一二極管D1，其耦接該晶體管S以及一第一電感L1，其耦接該晶體管S，且與該第一二極管D1并聯。該半導體元件12為一二極管D2。該第一諧振電路13包括一第一電容C1與一第二電感L2，且該第一電容C1與該第二電感L2并聯，且該第一諧振電路13更包括一第二二極管D3，其耦接該第一電容C1，并與該第二電感串聯L2。該第二諧振電路14更包括一第二電容C2與一第三電感L3，且該第二電容C2與該第三電感L3并聯，且該第二諧振電路14更包括一第三二極管D4，其耦接該第二電容C2，并與該第三電感L3串聯。前述的第二諧振電路14更包括一負載Load，其耦接該第二電容C2，并與該第三二極管D4串聯。在本示例中，假設所有的電路元件均為理想，且負載為電阻R，其工作原理如下：工作模式一：當功率晶體S導通時，電路進入工作模式一，輸入電壓Vin開始對第一電感L1與第一電容C1、第二電感L2、第三電感L3以及第二電容C2充電，同時提供能量至負載Load，如圖5所示。而當第二二極管D3導通時，此時本專利技術的單級降壓轉換電路即進入工作模式二。工作模式二：當晶體管S截止時，單級降壓轉換電路進入工作模式二，第一電感L1經過第一二極管D1進行充放電路釋能，且第一電容C1與第二電感L2共振將能量快速傳送至第二電容C2與第三電感L3，由此抑制因輸入能量增加時造成的輸出電流漣波，當二極管D2導通時，此時本專利技術的單級降壓轉換電路即進入工作模式三，如圖6所示。工作模式三：當二極管D2導通時，單級降壓轉換電路進入工作模式三，此時第一電容C1、第二電感L2經由二極管D2構成回路，配合第二電容C2與第三電感L3將儲存能量傳送至負載Load，抑制因輸入能量停止時造成的輸出電流漣波，如圖7所示，當晶體管S再度導通時，即完成本專利技術的單級降壓轉換電路的一周期動作。圖8是代入表一的元件參數所得到的模擬波形。如圖8所示，PWM為本專利技術的單級降壓轉換電路的控制信號、本專利技術的單級降壓轉換電路VOA為本專利技術的單級降壓轉換電路的輸出電壓、VOB為傳統降壓轉換電路的輸出電壓、iL1為第一電感L1電流、iL為傳統降壓轉換電路的電感器L的電流、iL2為第二電感L2電流、VC1為第一電容C1的電壓、iOA為輸出電流、iOB為傳統降壓轉換電路的輸出電流以及iD1與iD2為二極管D1與D2的電流。如圖8所示，本專利技術的單級降壓轉換電路的輸出電流漣波為1.3mA，而傳統降壓轉換電路的輸出電流漣波為21.8mA，因此，可得到傳統降壓轉換電路的輸出電流漣波為本專利技術電路的輸出電流漣波的16.77倍。此外，由圖8的模擬結果也可得到本專利技術的單級降壓轉換電路中電感器L1的電流iL1，當開關導通時iL1上升速率大于傳統降壓轉換電路的電感器L的電流iL的上升速率，由此可知本專利技術的單級降壓轉換電路具有輸入較快速本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單級降壓轉換電路，其特征在于，包括：一降壓裝置；一半導體元件，耦接該降壓裝置；一第一諧振電路，耦接該半導體元件，用以調整動作時間常數；以及一第二諧振電路，耦接該第一諧振電路，用以抑制漣波。

【技術特征摘要】
2012.10.12 TW 1011377361.一種單級降壓轉換電路，其特征在于，包括：一降壓裝置；一半導體元件，耦接該降壓裝置；一第一諧振電路，耦接該半導體元件，用以調整動作時間常數；以及一第二諧振電路，耦接該第一諧振電路，用以抑制漣波；其中該降壓裝置更包括：一晶體管、一第一二極管及一第一電感；該第一二極管的陰極連接至該晶體管的一端及該第一電感的一端；其中，該第一諧振電路更包括一第一電容、一第二電感和一第二二極管，且該第二電感的一端連接至該第一電容的一端，該第二電感的另一端連接至該第二二極管的陰極，該第一電容的另一端連接至該第二二極管的陽極；其中，該第二諧振電路更包括一第二電容、一第三電感和一第三二極管，且該第三電感的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳伯彥，潘晴財，
申請(專利權)人：財團法人工業技術研究院，
類型：發明
國別省市：臺灣;71