Dc/dc转换器及其方法
专利名称：Dc/dc转换器及其方法
技术领域：
本发明涉及一种具有箝位电路的DC/DC转换器和用于控制DC/DC转换器的方法及，尤其是涉及一种DC/DC转换器和用于控制DC/DC转换器的方法，由此降低在光负载下的损失。
在
图1中，标号V11表示DC输入电源，标号C11，C12，C13和C21表示电容，标号Q11和Q12表示开关器件，标号D11，D12，D21和D22表示二极管，标号Np和Ns表示线圈，标号L21表示线圈，标号Lr表示漏电指示器，标号A表示误差信号放大器，和标号CTL11和CTL12表示控制器。电容C13和开关器件Q12形成箝位电路，而线圈Np和Ns形成变压器T1及D21和D22形成整流电路。
DC输入电源V11的正电压侧与电容C13的一端和线圈Np的一端连接，在该点处，变压器T1的漏电指示器Lr跨接在电容C13和线圈Np的这些端点处。电容C13的另一端与开关器件Q12的一端连接。线圈Np是初级线圈。其另一端与开关器件Q11的一端连接。开关器件Q12是一个副开关器件，其另一端与开关器件Q11的一端连接。开关器件Q11是一个主开关器件，其另一端与DC输入电源V11的负电压侧连接。
二极管D11和D12的阴极分别与开关器件Q11和Q12连接。二极管D11和D12的阳极分别与开关器件Q11和Q12的另一端连接。电容C11和C12分别与开关器件Q11和Q12并联。二极管D11，电容C11和开关Q11形成MOSFET。其中开关器件Q11的一端作为漏源且其另一端作为电源。同样，二极管D12，电容C12和开关器件Q12形成MOSFET，其中，开关器件Q12的一端作为漏源且其另一端作为电源。
线圈Ns是一个次极线圈。其一端与二极管D21的阳极连接且其另一端与二极管D22的阳极连接。二极管D21是一个正向整流器，其阴极与线圈L21的一端连接。二极管D22是一个飞轮整流器(fly-wheel rectifier)，其阴极与线圈L21的一端连接。线圈L21是一个电感器件，其一端与电容C21的一端连接。电容C21是一个滤波电容，其另一端与线圈Ns的另一端连接。误差信号放大器A的负端与电容C21的一端连接且其正端通过参考电压(理想的输出电压)与电容C21的另一端连接。因此，放大器输出一个反馈信号，该反馈信号不同于DC/DC转换器的输出电压且是理想的输出电压。
控制器CTL11和CTL12分别打开和关闭开关器件Q11和Q12。
接着，如图2所示是控制器结构的具体实例并进行描述。控制器CTL11包括一个振荡器11，一个脉冲宽度调制(PWM)电路12，一个延迟电路13，和一个驱动器14。振荡器11输出一个振荡频率信号。PWM电路12根据来自振荡器11的振荡频率信号和来自误差信号放大器A的反馈信号输出一个PWM信号。延迟电路13延迟PWM电路12的PWM信号。延迟电路13的输出传输给驱动器14，以使驱动器打开和关闭开关器件Q11。这些电路元件的每一个都连接于DC输入电源V11的负电压侧。
控制器CTL12包括一个延迟电路21，一个电平移动电路22，和一个驱动器23。延迟电路21连接于DC输入电源V11的负电压侧并延迟PWM电路12的PWM信号。电平移动电路22连接于DC输入电源V11的负电压侧和开关器件Q12的另一端。因此，电平移动电路22输出一个根据延迟电路21的输出和PWM电路12的PWM信号其电平向高电压移动的信号。驱动器23连接于开关器件Q12的另一端，并且传入电平移动电路22的输出以使驱动器打开和关闭开关器件Q12。
现在，首先参照如上所述的这种DC/DC转换器的一般性能描述该转换器。控制器CTL11和CTL12交替打开和关闭开关器件Q11和Q12，其中为了防止开关器件同时打开，设置了停滞时间。
如图1中实线箭头指示的是，在开关器件Q11打开和开关器件Q12关闭期间，电流通过二极管D21流动。该电流引起另一电流提供给负载，这部分图中未示出，并且激励次极线圈L21以使能量在此储存。
在开关器件Q11关闭和开关器件Q12打开之前的期间内，流过二极管D21的电流减少并且流过二极管D22的电流增加。
如图1中虚线箭头指示的是，由于能量储存在线圈L21中，所以在开关器件Q11关闭和开关器件Q12打开期间，电流通过二极管D22流动。
在开关器件Q12关闭和开关器件Q11打开之前的期间内，流过二极管D22的电流减少并且流过二极管D21的电流增加。
下面，首先用图3，通过解释在通常负载下控制器CTL11和CTL12的性能描述该控制器。图3是表示图2的DC/DC转换器在通常负载下其性能的时间图。在图3中，标号(a)表示开关器件Q11的漏源电压Vds，标号(b)表示开关器件Q11的漏源电流Ids，标号(c)表示开关器件Q12的漏源电压Vds，标号(d)表示开关器件Q12的漏源电流Ids，标号(e)表示开关器件Q11的选通源电压Vgs，即，驱动器14的输出，标号(f)表示振荡器11的输出，标号(g)表示PWM电路12的输出，标号(h)表示延迟电路13的输出，标号(i)表示开关器件Q12的选通源电压Vgs，即，驱动器23的输出，标号(j)表示延迟电路21的输出，标号(k)表示电平移动电路22的输出。
在时间t0时，振荡器11的输出升高。当误差信号放大器A的反馈信号是高位时，PWM电路12输出一个高位信号。这个输出信号引起电平移动电路22输出一个低位信号。该输出信号使驱动器23打开开关器件Q12。
在时间t1时，延迟电路13使PWM电路12输出一个延迟信号，以免主开关器件Q11和副开关器件Q12同时打开。延迟电路13的输出使驱动器14打开开关器件Q11。
在时间t2时，PWM电路12翻转其信号，并且当脉冲宽度达到适合于误差信号放大器A的反馈信号的电压时，输出信号给延迟电路1 3和21和电平移动电路23。当PWM电路12的信号下降时，该延迟电路21的信号升高。以免开关器件Q11和Q12同时打开。
在时间t3时，当延迟电路13翻转其输出信号时，驱动器14的输出下降，因此关闭开关器件Q11。延迟电路21仍是高位同时其信号保持延迟。
在时间t4时，当翻转时，延迟电路21的信号被驱动器23放大，以使其打开开关器件Q12。开关器件Q12保持打开状态直到PWM电路12再一次翻转其输出信号为止(在时间t5时)。
接着，参照图4描述DC/DC转换器在光负载下的性能。图4是表示图2的DC/DC转换器在光负载下其性能的时间图。在图4中，标号(a)表示开关器件Q11的选通源电压Vgs，即，驱动器14的输出，标号(b)表示开关器件Q12的选通源电压Vgs，即，驱动器23的输出，标号(c)表示误差信号放大器A的反馈信号，标号(d)表示振荡器11的输出，标号(e)表示PWM电路12的输出，标号(f)表示延迟电路13的输出，标号(g)表示延迟电路21的输出，和标号(h)表示电平移动电路22的输出。
在时间t0到时间t1期间，当来自误差信号放大器A的反馈信号是低位时，即使振荡器11的信号输入给PWM电路12，也禁止开关器件Q11打开。当开关器件Q11不能打开时，在副开关器件Q12的两端保持施加电压，因此，使副开关器件Q12仍打开。在该点处，变压器T1的箝位电容C13和漏电指示器Lr产生谐振，引起在电容C13中存储的电释放。
在时间t1处，如果当反馈信号是高位时，信号从振荡器11输入给PWM电路12，PWM电路12的输出信号被翻转。从而，一信号输入给电平移动电路22并因此开关器件Q12关闭。相应的，来自PWM电路12的信号输入给延迟电路13。然后，在被延迟后，开关器件Q11由驱动器14打开。
在时间t2时，PWM电路12的信号达到适合于误差信号放大器A的反馈信号的脉冲宽度，并被翻转。跟着转换，延迟电路13在所给定的延迟后也反转其信号，以使开关器件Q11由驱动器14关闭并且其电容充电。相应地，PWM电路12的信号输入给延迟电路21，使其信号升高。
在时间t3时，延迟电路21在延迟输出的上升后反转其输出信号，以使开关器件Q11和Q12不同时打开。延迟电路21的输出使电平移动电路22反转其信号，以使开关器件Q12由驱动器23关闭。在时间t4时，DC/DC转换器回到时间t0时的状态。
在光负载下该装置，DC/DC转换器进行间断的振荡，其中由于反馈控制的响应特性对于某一期间主开关器件Q11是关闭的。因为在开关器件Q11是关闭状态期间，副开关器件Q12保持打开，通过电容3和漏电指示器Lr产生响应，所以已充电的箝位电容C13放电。而且，0.5CV2f(C＝电容C13的容量，V＝施加给电容C13的电压和f＝振荡器11的输出频率)的能量总和作为损耗被消耗。
对于环境的原因，需要降低电子设备的能量损耗，特别是降低这种设备在准备状态的损耗。虽然具有有源箝位电路的DC/DC转换器在光负载下进行间断振荡，即使副开关器件Q12保持打开，主开关器件Q11也关闭。但是该结果的问题是储存箝位电容C13中的电能被放掉并且不可避免大量的损失。
为达到上述目的，本发明提供一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器用于根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器用于在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中所述有源箝位电路是与所述主开关器件串联连接。
本发明还提供一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器用于根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器用于在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中第一辅助线圈设置在所述变压器的初级侧，并且所述有源箝位电路与所述第一辅助线圈串联连接。
本发明另提供一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器用于根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器用于在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中所述有源箝位电路与所述变压器的初级线圈串联连接，并且所述第一控制器和所述第二控制器的公共电位点设置成相同电位。
为实现上述目的，本发明提供一种用于DC/DC转换器的方法，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与主开关器件串联连接，其中在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态。
本发明另提供一种用于DC/DC转换器的方法，其特征是，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与设置在所述变压器的初级侧的辅助线圈串联连接，其中在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态。
图2是表示现有DC/DC转换器的主元件的电路图。
图3是表示图2所示的DC/DC转换器性能的时间图。
图4是表示图2所示的DC/DC转换器性能的另一时间图。
图5是表示本发明第一实施例的电路图。
图6是图5所示的DC/DC转换器在通常负载下性能的时间图。
图7是表示图5所示的DC/DC转换器在光负载下性能的时间图。
图8是表示本发明第二实施例的电路图。
图9是表示本发明第三实施例的电路图。
图10是表示本发明第四实施例的电路图。
图11是表示本发明第五实施例的电路图。
图12是表示本发明第六实施例的电路图。
图13是表示本发明第七实施例的电路图。
在图5中，第一控制器CTL13根据误差信号放大器A的反馈信号打开或者关闭主开关器件Q11。在主开关器件Q11关闭后，在理想期间副控制器CTL14保持开关器件Q12打开。
控制器CTL13包括一个辅助线圈Nb，一个触发器31，一个再启动电路32，一个PWM电路33，和一个驱动器34。所述辅助线圈Nb设置在变压器T1中，并且为了检测线圈Np中的电压变化，线圈的一端与DC输入电源V11的负电压侧连接。触发器31与辅助线圈Nb的另一端连接，为了通过在辅助线圈Nb中的电压变化装置检测副开关器件Q12的关闭并输出一个触发器信号。再启动电路32由触发器31的触发信号再次启动，并且输出一个每次给定一过去时间(在本实施例中时间长度固定)长度的再启动信号。PWM电路33根据触发器31的触发信号，再启动电路32的再启动信号，和误差信号放大器A的反馈信号输出一个PWM信号。为了打开和关闭开关器件Q11，PWM电路33的PWM信号输入给驱动器34。这些电路元件的每一个都与DC输入电源V11的负电压侧连接。
控制器CTL14包括一个二极管D13，一个触发器41，一个计时器42，和一个驱动器43。二极管D13的阴极连接在电容C13和开关器件Q12之间。触发器41与二极管D13的阳极连接，并且输出一个触发信号。计时器42是一个脉冲宽度电路并且输入触发器41的触发信号以设置一个理想的脉冲宽度。计时器42的输出输入给驱动器43，为了打开和关闭开关器件Q12。这些电路元件的每一个都与开关器件Q12的另一端连接。
现在，描述如上所述的这种DC/DC转换器。注意DC/DC转换器的一般性能与现有技术DC/DC转换器的性能相同，并且这里不再描述。首先，转换器在通常负载下的性能参照图6进行描述。图6是表示图5所示的DC/DC转换器在通常负载下性能的时间图。在图6中，标号(a)到(d)与如图3中表示的那些信号相同。标号(e)表示开关器件Q11的选通源电压Vgs，即，驱动器34的输出，标号(f)表示触发器31的输出，标号(g)表示PWM电路33的输出，标号(h)表示开关器件Q12的选通源电压Vgs，即，驱动器43的输出，标号(i)表示触发器41的输出，和标号(j)表示计时器42的输出。
在时间t0时，在线圈Np中电流的流动反转，并且当副开关器件Q12关闭时辅助线圈Nb的电压被反向。这表明开关器件Q12的漏源电压被反向并且开始上升。开关器件Q12的漏源电压Vds的上升通过线圈Np和辅助线圈Nb输入给触发器31。
在时间t1处，辅助线圈Nb的电压超过所给定的电平，引起触发器31输出一个触发信号(一次脉冲信号)。所述触发信号使PWM电路33反转其信号并且将所述信号输出给驱动器34。然后，驱动器34放大该信号以打开主开关器件Q11。
在时间t2处，在开关器件Q11打开后，根据来自误差信号放大器A反馈信号的大小PWM电路33反转预设的PWM信号，以使DC/DC转换器的输出保持恒定。因此，驱动器34调零其输出信号并且关闭开关器件Q11。当开关器件Q11被关闭时，开关器件Q12的漏源电压开始下降。
在时间t3处，触发器41通过二极管D13检测开关器件Q12的漏源电压的下降，并且输出一个触发信号(一次脉冲信号)。所述信号通过计时器42由驱动器43放大以打开开关器件Q12。
在时间t4处，触发器41的触发信号终止，但是计时器42继续提供其输出。
在时间t5处，当开关器件Q12打开状态期间的给定长度消逝时，计时器42终止并且将其输出调零。因此，驱动器43也将其输出调零同时关闭开关器件Q12。
这表明在初级侧的开关器件Q11和Q12工作在自激振荡模式下，其中这些器件通过检测DC/DC转换器的工作波形打开。
接着，参照图7描述转换器在光负载下的性能。图7是表示图5所示的DC/DC转换器在光负载下性能的时间图。在图7中，标号(a)表示开关器件Q11的选通源电压Vgs，即，驱动器34的输出，标号(b)表示开关器件Q12的选通源电压Vgs，即，驱动器43的输出，标号(c)表示误差信号放大器A的反馈信号，标号(d)表示触发器31的输出，标号(e)表示PWM电路33的输出，标号(f)表示再启动电路32中的时间流逝，标号(g)表示触发器41的输出，和标号(h)表示计时器42的输出。
在时间t0处，即使触发器31输出一个触发信号，PWM电路33也不提供任何输出，因为误差信号放大器A的反馈信号是低的。再启动电路32由触发信号重新设置并且重新开始计数操作。
在时间t1处，再启动电路32终止，输出一个再启动信号，并且重新开始下一次的工作。再启动信号输入给PWM电路33，但是没有来自误差信号放大器A的反馈信号输入。因此，PWM电路33不提供任何PWM信号。
在时间t2处，再启动电路32再一次终止，输出一个再启动信号，，并且重新开始下一次的计时工作。再启动信号输入给PWM电路33，同时来自误差信号放大器A的反馈信号也被输入。因此，PWM电路33提供一个PWM信号。随着PWM信号的输入，驱动器34打开开关器件Q11。从而，DC/DC转换器能够再一次工作。
在时间t3处，根据来自误差信号放大器A的反馈信号的大小，PWM电路33设置在接通状态期间，使DC/DC转换器的输出保持恒定。当该接通状态期间终止时，PWM电路33反转输出的信号。因此反转的所述信号使驱动器34关闭开关器件Q11。因此，开关器件Q12的漏源电压降低，使触发器41输出一个触发信号。所述触发信号使驱动器43通过计时器42打开开关器件Q12。
在时间t4处，当计时器42终止时，驱动器43关闭开关器件Q12。
上述DC/DC转换器具有下述优点。
(1)控制器CTL14根据在副开关器件Q12的漏源电压中的电压变化，检测主开关器件Q11的关闭，和保持副开关器件Q12打开一理想期间。这意味着副开关器件Q12不打开直到主开关器件Q11关闭为止。因此，储存在箝位电容C13中的能量不被消耗，同时由此可达到降低工作损耗。
另外，由于确保副开关器件Q12总是在主开关器件Q11已进行动作后起作用，因此总是供给激励能量是可能的，作为主开关器件Q11被启动的结果，所述能量在箝位电容C13中产生。因此，有源箝位动作可由任何一种工作代替，并且因此各个电路元件的承受电压从未超过限度。
(2)本系统基于自激励方式，其中通过触发器31和41从DC/DC转换器的内部工作波形产生触发信号。因此，当所述系统在光负载下时，对于一个电路不需要截止副开关器件Q12。另外本系统不需要任何用于防止开关器件Q11和Q12同时打开的停滞时间电路。
(3)控制器CTL13和CTL14与不同的电压连接并且互相独立地工作。因此，不需要任何复杂的电平移动电路或者高电压电路，因此，简化了转换器的电路。其它电路元件中，用于开关器件Q12的驱动器43不需要任何通常使用的高电压驱动器IC或者脉冲变压器。因此，可实现小尺寸结构，廉价转换器电路。
(4)如果使用变压器T1的辅助线圈Nb，所述辅助线圈也能作为用于给控制器CTL13提供能量的线圈使用。因此，降低DC/DC转换器的尺寸和成本是可能的。
(5)控制器CTL13和CTL14基于自激励的控制方法。这意味着当使用一个输入电源其中一个AC电源的输出被整流和滤波时，振荡频率变化如同所整流和滤波的电压变化一样。因此，噪声被分散并且可降低其电磁干扰(EMT)噪声的水平。
现在，将描述其它实施例。
1)第二实施例图8是表示本发明第二实施例的电路图。注意那些与图5所示的相同元件同样地被参考并且不再说明。在图8中，辅助线圈Nc设置在变压器T1中代替二极管D13。辅助线圈Nc的一端与线圈Np中检测电压变化的端口连接，其另一端与触发器41的输入端连接。
这种结构的DC/DC转换器的性能与图5所示的系统基本相同。本DC/DC转换器与图5的不同之处只是触发器41利用在线圈Np中的电压变化通过辅助线圈Nc输出一个触发信号，而在图5的DC/DC转换器中，触发器是利用在开关器件Q12中的漏源电压通过二极管D13输出一个触发信号。
2)第三实施例图9是表示本发明第三实施例的电路图。注意那些与图5所示的相同元件同样地被参考并且不再说明。在图9中，设置二极管D14代替辅助线圈Nb。二极管D14的阴极与开关器件Q11的一端连接。设置触发器35代替触发器31并且与二极管D14的阳极连接。触发器35输出一个触发信号给再启动电路32和PWM电路33，并且其与DC输入电源V11的负电压侧连接。
这种结构的DC/DC转换器的性能与图5所示的DC/DC转换器基本相同。本DC/DC转换器与图5的系统不同之处只是触发器35利用在开关器件Q11中的漏源电压通过二极管D14输出一个触发信号，而在图5的DC/DC转换器中，触发器31利用在线圈Np中的电压变化输出一个触发信号。
3)第四实施例图10是表示本发明第四实施例的电路图。图10的DC/DC转换器是结合了从图5的DC/DC转换器获得的图8和9的DC/DC转换器的变化的结果。在图10中，一个辅助线圈Nc设置在变压器T1中代替二极管D13。辅助线圈Nc的一端与线圈Np中检测电压变化的端口连接，其另一端与触发器41的输入端连接。设置二极管D14代替辅助线圈Nb。二极管D14的阴极与开关器件Q11的一端连接。设置触发器35代替触发器31并且与二极管D14的阳极连接。触发器35输出一个触发信号给再启动电路32和PWM电路33，并且其与DC输入电源V11的负电压侧连接。
尽管本DC/DC转换器的性能不同于图5的DC/DC转换器，但是其不同点与图8和9所示的DC/DC转换器的情况相同，并且这里将不再说明。
4)第五实施例图11是表示本发明第五实施例的电路图。注意那些与图5所示的相同元件同样地被参考并且不再说明。在图11中，辅助变压器T2装配了线圈Nd和Ne以代替二极管D13，表示在初级线圈Np中的电压变化，和提供绝缘。线圈Nd的一端与开关器件Q12的一端连接和其另一端与开关器件Q12的另一端连接。线圈Ne与开关器件Q12的另一端连接。设置触发器44以代替触发器41，并且其与线圈Ne的另一端连接，同时输出一个触发信号给计时器42。触发器44与开关器件Q12的另一端连接。
这种结构的DC/DC转换器的性能与图5所示的DC/DC转换器基本相同。本DC/DC转换器与图5的不同之处只是触发器44利用在开关器件Q12中的漏源电压通过辅助变压器T2输出一个触发信号。
应该注意的是，本发明不仅限于第一到第五实施例。线圈Nb，Nc，Nd和Ne的极性例如可以由触发器处理得更加简单。
尽管已提到用二极管D13和D14构成的DC/DC转换器，但是在开关器件Q11和Q12的漏源电压的变化可以用触发器35和41检测，而不需要二极管D13和D14。
另外，DC/DC转换器可以用如图2所示的控制器CTL11代替控制器CTL13。尤其是，所构成的DC/DC转换器以使在光负载下控制器CTL14关闭副开关器件Q12。
另外，控制器CTL13可以用一个辅助变压器Nb构成以代替线圈Nb。辅助变压器T2也可以用一个在开关器件Q11一端或者在初级线圈Np一端的电位，只要在初级线圈Np中的电压变化能够被检测即可。注意当使用开关器件Q11一端的电位时，线圈Nd的另一端与开关器件Q11的另一端连接。
尽管已进一步提到用辅助变压器Nb和Nc及在控制器CTL13和控制器CTL14内的辅助变压器T2构成DC/DC转换器，但是线圈和变压器可以设置在控制器的外。
尽管MOSFET作为开关器件显示，但是如果使用一般开关代替开关器件，可以添加电容和二极管。
5)第六实施例图12是表示本发明第六实施例的电路图。
变压器T61包括初级线圈Np和辅助线圈Nb。主开关器件Q13与初级线圈Np串联。通过打开和关闭主开关器件Q13，来自电源V11的能量被传输给次级变压器T61。在本实施例中，主开关器件Q13包括在其源中添加的一个MOSFET和一个电阻，并且通过电阻与公共电位点连接。
当初级线圈Np打开时，在第一辅助线圈Nb中产生一个电压。该电压被整流和滤波以获得一个给定电压，并且该电压用于作为控制器的电源，后面将对其进行讨论。
一个有源箝位电路63包括一个副开关器件Q14，它是一个MOSFET，和一个电容C13，其中电容C13的一端与副开关器件Q14的一端(漏极)连接。副开关器件Q14的另一端(源端)与主开关器件Q13的一端(漏极)连接，并且电容C13的另一端与主开关器件Q13的另一端(公共电位点)连接。换句话说，主开关器件Q13和有源箝位电路63相互串联。
即使在这种电路结构中，本实施例的高频等效电路仍与有源箝位电路63和初级线圈Np串联连接的情况相同。因此，可代替如上讨论的相同的有源箝位动作，并因此，各个电路元件的承受电压从不超过限度。
当来自DC/DC转换器输出的反馈信号(图中未示出)输入给第一控制器U1时，所述第一控制器U1用PWM调制控制信号GD，对主开关器件Q13进行打开或者关闭的控制，以参照预定电压值消除误差。
注意所述第一控制器U1在其内部地利用来自辅助线圈Nb的输入电压产生一个触发信号，当电压变化和超过给定值时，利用触发器信号作为参考用于控制工作。
第二控制器包括一个脉冲宽度电路61和一个驱动器62。当反应控制器U1的控制信号GD是高位时(主开关器件Q13打开)，脉冲宽度电路61使驱动器62以低状态输出，并且因此关闭副开关器件Q14。
当控制信号GD变成低位时(主开关器件Q13关闭)，脉冲宽度电路61以预定时间长度输出一个脉冲宽度信号，将驱动器62的输出设置成高状态，并且因此保持副开关器件Q14以给定时间长度打开。
更特别是，在由电阻R1和R2和由电阻R4和R5分压后，第一控制器U1的控制信号GD施加给三极管Q1和Q2的基极。
三极管Q1的集电极连接到驱动器62的输入端，并且利用电阻R3提升到参考电位点Vref以及三极管Q1的发射极连接到公共电位点。因此，当三极管Q1打开时，一个低位电压(在公共电位点的电压)施加给驱动器62的输入端，并且当三极管Q1关闭时，高位电压(参考电位点Vref的电压)施加给驱动器62的输入端。
三极管Q2的集电极连接到电阻R6的一端，电容C1的一端，和比较器U2的换向输入端。电阻R6的另一端与参考电位点Vref连接，并且电容C1的另一端与公共电位点连接。利用电阻R7和电阻R8将参考电位点Vref的电压分压，并且施加到比较器U2的不换向输入端。因此，当三极管Q2打开时，低位电压施加到比较器U2的换向输入端，在电容C1中存储的电能被释放。在该点处，高位电压输出给比较器U2的输出端。当三极管Q2关闭时，通过电阻器R6给电容C1充电。当比较器U2换向输入端的电压比其不换向输入端的电压高时，比较器U2的输出变低。因此，在比较器U2的输出端产生具有预定宽度的脉冲宽度信号。
比较器U2的输出信号输入给驱动器62。该输入当在高位电压时，打开副开关器件Q14，和当在低位电压时，关闭器件。注意为了执行副开关器件Q14的打开或者关闭控制，该控制是一个MOSFET，利用其选通源电压的变化，构成驱动器62以在控制信号的不同电平时驱动系统。
如上所述，当主开关器件Q13关闭时，以理想时间长度保持副开关器件Q14打开是可能的。
注意变压器T61的第一辅助线圈Nb两端产生的交流电压可以用作脉冲宽度电路61的输入信号。
在本发明的另一构思中，触发器检测主开关器件Q13已关闭并利用控制信号GD或者变压器T61的辅助线圈Nb中的电压变化产生一个触发信号，触发器可以加在脉冲宽度电路61前面。在这种情况下，脉冲宽度电路用一个单稳多谐振荡器或者根据上述触发信号具有给定宽度类似产生一次脉冲的结构构成。
6)第七实施例图13是表示本发明第七实施例的电路图。
在图13中，那些与上述附图所示的相同元件同样地被参考并且不再说明。
变压器T71是这种变压器，即在第六实施例的变压器T61的初级侧加入一个辅助线圈Na。初级线圈Np和辅助线圈Nb的作用与第六实施例的作用相同。
在本实施例中，有源箝位电路63与变压器T71的辅助线圈Na串联连接。本系统构成的高频等效电路等效于有源箝位电路63与初级线圈Np串联布置的系统构成的电路，只要变压器T71的漏电指示器可以忽略不计。因此，如上所述的相同的有源箝位动作可被代替，并且因此各个电路元件的承受电压从未超过限度。
第二控制器包括一个触发器72，一个脉冲宽度电路73，和一个驱动器74。
触发器72利用变压器T71的辅助线圈Nb中的电压变化检测主开关器件Q13已关闭，并且产生一个触发信号。
更具体是，电容C2的一端与变压器72的辅助线圈Nb连接，二极管D1的阴极和电阻R9的一端与电容C2的另一端连接。二极管D1的阳极和电阻R9的另一端与公共电位点连接。在辅助线圈Nb两端产生的交流电(负是当主开关器件Q13时和正是器件关闭)被重新启动，转换成一个具有高和低位的信号，并施加给比较器U3的换向输入端。一个参考电压Vr施加给比较器U3的不换向输入端，并且转换，整形这样输入信号的波形，然后输出。在这种情况下，参考电压Vr作为阈值用于整形波形。
比较器U3的输出端与电容C3连接，二极管D2的阳极，电阻R10的一端和二极管D3的阴极与所述电容的另一端连接。电源电压加在二极管D2的阴极和电阻R10的另一端上。二极管D3的阳极与二极管D4的阴极连接，其阳极与公共电位点连接。
因此，形成一个不同的电路，一个适合于比较器3输出信号的下降沿的触发信号在二极管D3的阳极和二极管二极管D4的阴极连接点处产生。
当输入一个所述触发信号时，脉冲宽度电路73产生一个预定持续时间的脉冲宽度信号。
更具体是，三极管Q3的集电极，电容C4的一端，和电阻R11的一端连接在一起，并且触发器72的输出信号施加给该连接端。
电阻R12的一端和三极管Q4的基极与电容C4的另一端连接，电阻R13与三极管Q4的集电极连接。一个电压分压器由电阻R14和R15形成，分离三极管Q4的集电极电压，并将所分离的电压施加给三极管Q3的基极。电阻R11，R12和R13的另一端被提升到第一控制器的参考电压Vref。三极管Q4的发射极与二极管D5的阳极连接，其阴极和三极管Q3的发射极与公共电位点连接。因此，形成单稳多谐振荡器，并且，当输入触发信号时，从三极管Q4的集电极输出具有预定持续时间的脉冲宽度信号。
当从脉冲宽度电路73输入的脉冲宽度信号是高位时，驱动器74打开副开关器件Q14，当信号是低位时，关闭该器件。
注意驱动器74输出信号的参考也可以通过连接副开关器件Q14的源以公共电位点为基础，该副开关器件Q14是一个MOSFET，与公共电位点连接。这种设计除去了通过控制信号的电平变化驱动副开关器件Q14的需要，因此简化电路结构。
如到此为止的说明，当主开关器件Q13关闭时，保持副开关器件Q14打开一理想时间长度是可能的。
注意为了检测主开关器件Q13已打开和产生一个触发信号，第一控制器U1的控制信号GD可以用作输入给触发器72的信号，以代替由变压器T71的辅助线圈Nb提供的电压。
在本发明的还一构思中，所示触发器可以被省略并且控制信号GD或者辅助线圈Nb的电压可以直接输入给脉冲宽度电路。在这种情况下，脉冲宽度电路应与第六实施例使用的结构相同。
也应注意主开关器件Q13的打开或者关闭使器件的漏电压放大，以增加几百伏。导致通过外部电路的杂散电容产生噪声。因此，如果由触发器共用公共电位点，则将产生故障，和对于主开关器件Q13的漏电压脉冲宽度电路可用作参考。
反之，由触发器和脉冲宽度电路共用的公共电位点能够设置成与第一控制器U1的电位相同的电位，如在第六和第七实施例中所讨论的，为了稳定这些电路元件的工作，意味着可防止由于起因于主开关器件Q13的开关噪声，使这些电路元件出现故障。
在本发明的另一构思中，升压型DC/DC转换器能够通过用变压器形成，在本实施例中作为一个感应线圈以整流和滤波主开关器件Q13的漏电压。因此，本发明的系统可以应用于具有该结构的DC/DC转换器中。
在本发明的还一构思中，系统可以构成以使第一和第二控制器的公共电位点共有系统的电位，在此情况下有源箝位电路63与变压器的初级线圈Np串联连接。
因此，当主开关器件关闭时，通过打开副开关器件一个理想时间长度，如上述所讨论的，没有损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。稳定电路元件如包含在第二控制器中的触发器和脉冲宽度电路的工作也是可能的。
第二控制器通过利用在副开关器件中的电压变化检测主开关器件的关闭，并保持副开关器件打开一个理想时间长度。因此，只要主开关器件保持不动副开关器件不会打开。因此，没有损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。
因为第二控制器从内部工作波形到转换器检测主开关器件的关闭，所以对于电路不需要使副开关器件在光负载下截止。另外，不需要这种停滞时间电路来防止主开关器件和副开关器件同时打开。
第一和第二控制器具有不同的接地电位并独立工作。因此，不需要复杂的电平信号或者高电压电路并，因此系统能够具有简单的电路。
第一和第二控制器基于自激励控制，因此当使用一个电源，它是被整流和滤波的AC功率电源时，由于整流和滤波电压的波动使振荡频率变化，分散电噪声，因此降低EMI的电平噪声。
因为控制器由变压器的辅助线圈提供动力，所以减小DC/DC转换器的尺寸和降低其成本是可能的。
主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，不损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。
如上述讨论，下面提供的本发明优点1.主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，不损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。
2.主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，不损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。另外，通过设置第一和第二控制器两者的公共电位点在同一电位上，可以降低来自主开关器件的开关噪声升高的影响，因此，防止故障产生。
其它的优点是用于控制主开关器件的第一控制器和用于控制副开关器件的第二控制器能够集成在一个控制器中。
3.通过设置至少一个公共电位点脉冲宽度电路的电位与第一控制器的公共电位点的电位相同，可以降低来自主开关器件的开关噪声升高的影响，因此，防止故障产生。
其它的优点是用于控制主开关器件的第一控制器和用于控制副开关器件的第二控制器能够集成在一个控制器中。
4.通过设置至少一个公共电位点触发器和脉冲宽度电路的电位与第一控制器的公共电位点的电位相同，可以降低来自主开关器件的开关噪声升高的影响，因此，防止故障产生。
其它的优点是用于控制主开关器件的第一控制器和用于控制副开关器件的第二控制器能够集成在一个控制器中。
5.主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，在不损耗储存在电容中的能量降低损失下实现控制DC/DC转换器的方法是可能的。
6.升压型DC/DC转换器通过由电感线圈代替变压器形成。在这种相同结构中，主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，在不损耗储存在电容中的能量降低损失下实现控制DC/DC转换器的方法是可能的。
权利要求
1.一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中所述有源箝位电路是与所述主开关器件串联连接。
2.一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中第一辅助线圈设置在所述变压器的初级侧，并且所述有源箝位电路与所述第一辅助线圈串联连接。
3.一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中所述有源箝位电路与所述变压器的初级线圈串联连接，并且所述第一控制器和所述第二控制器的公共电位点设置成相同电位。
4.根据权利要求1，2或3所述的DC/DC转换器，其特征是，所述第二控制器包括一个根据所述主开关器件的控制信号，输出脉冲信号的脉冲宽度电路。在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态；和一个根据所述脉冲信号驱动所述副开关器件的驱动器，其中至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位。
5.根据权利要求1，2或3所述的DC/DC转换器，其特征是，所述变压器在其初级侧还包括一个第二辅助线圈和所述第二控制器包括一个脉冲宽度电路，根据在所述第二辅助线圈两侧产生的电压，输出一个脉冲信号，因此，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态；和一个根据所述脉冲信号驱动所述副开关器件的驱动器，其中至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位。
6.根据权利要求1、2或3所述的DC/DC转换器，其特征是，所述第二控制器包括一个根据所述主开关器件的控制信号，输出脉冲信号的脉冲宽度电路。在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态；和一个根据所述脉冲信号驱动所述副开关器件的驱动器，其中至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位，以及一触发器，其检测所述主开关器件已关闭并根据所述主开关器件的控制信号或者在所述第二辅助线圈两侧产生的电压输出一个触发信号，所述触发器设置在所述脉冲宽度电路的前面；根据所述触发信号所述脉冲宽度电路产生所述脉冲信号；和至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位。
7.根据权利要求1、2或3所述的DC/DC转换器，其特征是，所述变压器在其初级侧还包括一个第二辅助线圈和所述第二控制器包括一个脉冲宽度电路，根据在所述第二辅助线圈两侧产生的电压，输出一个脉冲信号，因此，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态；和一个根据所述脉冲信号驱动所述副开关器件的驱动器，其中至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位，以及触发器，检测所述主开关器件已关闭并根据所述主开关器件的控制信号或者在所述第二辅助线圈两侧产生的电压输出一个触发信号，所述触发器设置在所述脉冲宽度电路的前面；根据所述触发信号所述脉冲宽度电路产生所述脉冲信号；和至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位。
8.如权利要求1到3的任一项所述的DC/DC转换器，其特征是，设置一个电感线圈以代替所述变压器。
9.一种用于DC/DC转换器的方法，其特征是，主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与主开关器件串联连接，其中在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态。
10.一种用于DC/DC转换器的方法，其特征是，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与设置在所述变压器的初级侧的辅助线圈串联连接，其中在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态。
11.如权利要求9或10中的任一项所述的DC/DC转换器的控制方法，其特征是，设置一个电感线圈以代替所述变压器。
全文摘要
本发明的目的是提供一种DC/DC转换器和用于DC/DC转换器的方法，能够降低光负载的损失。本发明涉及改进的DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，和一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与初级线圈串联连接。本DC/DC转换器包括第一控制器用于根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭，和第二控制器用于在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。
文档编号H02M3/338GK1447505SQ0214627
公开日2003年10月8日 申请日期2002年10月17日 优先权日2002年3月25日
发明者西山知宏, 内藤嘉直, 高田耕司, 花若增生, 野口圣一 申请人:横河电机株式会社
技术领域：
本发明涉及一种具有箝位电路的DC/DC转换器和用于控制DC/DC转换器的方法及，尤其是涉及一种DC/DC转换器和用于控制DC/DC转换器的方法，由此降低在光负载下的损失。
在
图1中，标号V11表示DC输入电源，标号C11，C12，C13和C21表示电容，标号Q11和Q12表示开关器件，标号D11，D12，D21和D22表示二极管，标号Np和Ns表示线圈，标号L21表示线圈，标号Lr表示漏电指示器，标号A表示误差信号放大器，和标号CTL11和CTL12表示控制器。电容C13和开关器件Q12形成箝位电路，而线圈Np和Ns形成变压器T1及D21和D22形成整流电路。
DC输入电源V11的正电压侧与电容C13的一端和线圈Np的一端连接，在该点处，变压器T1的漏电指示器Lr跨接在电容C13和线圈Np的这些端点处。电容C13的另一端与开关器件Q12的一端连接。线圈Np是初级线圈。其另一端与开关器件Q11的一端连接。开关器件Q12是一个副开关器件，其另一端与开关器件Q11的一端连接。开关器件Q11是一个主开关器件，其另一端与DC输入电源V11的负电压侧连接。
二极管D11和D12的阴极分别与开关器件Q11和Q12连接。二极管D11和D12的阳极分别与开关器件Q11和Q12的另一端连接。电容C11和C12分别与开关器件Q11和Q12并联。二极管D11，电容C11和开关Q11形成MOSFET。其中开关器件Q11的一端作为漏源且其另一端作为电源。同样，二极管D12，电容C12和开关器件Q12形成MOSFET，其中，开关器件Q12的一端作为漏源且其另一端作为电源。
线圈Ns是一个次极线圈。其一端与二极管D21的阳极连接且其另一端与二极管D22的阳极连接。二极管D21是一个正向整流器，其阴极与线圈L21的一端连接。二极管D22是一个飞轮整流器(fly-wheel rectifier)，其阴极与线圈L21的一端连接。线圈L21是一个电感器件，其一端与电容C21的一端连接。电容C21是一个滤波电容，其另一端与线圈Ns的另一端连接。误差信号放大器A的负端与电容C21的一端连接且其正端通过参考电压(理想的输出电压)与电容C21的另一端连接。因此，放大器输出一个反馈信号，该反馈信号不同于DC/DC转换器的输出电压且是理想的输出电压。
控制器CTL11和CTL12分别打开和关闭开关器件Q11和Q12。
接着，如图2所示是控制器结构的具体实例并进行描述。控制器CTL11包括一个振荡器11，一个脉冲宽度调制(PWM)电路12，一个延迟电路13，和一个驱动器14。振荡器11输出一个振荡频率信号。PWM电路12根据来自振荡器11的振荡频率信号和来自误差信号放大器A的反馈信号输出一个PWM信号。延迟电路13延迟PWM电路12的PWM信号。延迟电路13的输出传输给驱动器14，以使驱动器打开和关闭开关器件Q11。这些电路元件的每一个都连接于DC输入电源V11的负电压侧。
控制器CTL12包括一个延迟电路21，一个电平移动电路22，和一个驱动器23。延迟电路21连接于DC输入电源V11的负电压侧并延迟PWM电路12的PWM信号。电平移动电路22连接于DC输入电源V11的负电压侧和开关器件Q12的另一端。因此，电平移动电路22输出一个根据延迟电路21的输出和PWM电路12的PWM信号其电平向高电压移动的信号。驱动器23连接于开关器件Q12的另一端，并且传入电平移动电路22的输出以使驱动器打开和关闭开关器件Q12。
现在，首先参照如上所述的这种DC/DC转换器的一般性能描述该转换器。控制器CTL11和CTL12交替打开和关闭开关器件Q11和Q12，其中为了防止开关器件同时打开，设置了停滞时间。
如图1中实线箭头指示的是，在开关器件Q11打开和开关器件Q12关闭期间，电流通过二极管D21流动。该电流引起另一电流提供给负载，这部分图中未示出，并且激励次极线圈L21以使能量在此储存。
在开关器件Q11关闭和开关器件Q12打开之前的期间内，流过二极管D21的电流减少并且流过二极管D22的电流增加。
如图1中虚线箭头指示的是，由于能量储存在线圈L21中，所以在开关器件Q11关闭和开关器件Q12打开期间，电流通过二极管D22流动。
在开关器件Q12关闭和开关器件Q11打开之前的期间内，流过二极管D22的电流减少并且流过二极管D21的电流增加。
下面，首先用图3，通过解释在通常负载下控制器CTL11和CTL12的性能描述该控制器。图3是表示图2的DC/DC转换器在通常负载下其性能的时间图。在图3中，标号(a)表示开关器件Q11的漏源电压Vds，标号(b)表示开关器件Q11的漏源电流Ids，标号(c)表示开关器件Q12的漏源电压Vds，标号(d)表示开关器件Q12的漏源电流Ids，标号(e)表示开关器件Q11的选通源电压Vgs，即，驱动器14的输出，标号(f)表示振荡器11的输出，标号(g)表示PWM电路12的输出，标号(h)表示延迟电路13的输出，标号(i)表示开关器件Q12的选通源电压Vgs，即，驱动器23的输出，标号(j)表示延迟电路21的输出，标号(k)表示电平移动电路22的输出。
在时间t0时，振荡器11的输出升高。当误差信号放大器A的反馈信号是高位时，PWM电路12输出一个高位信号。这个输出信号引起电平移动电路22输出一个低位信号。该输出信号使驱动器23打开开关器件Q12。
在时间t1时，延迟电路13使PWM电路12输出一个延迟信号，以免主开关器件Q11和副开关器件Q12同时打开。延迟电路13的输出使驱动器14打开开关器件Q11。
在时间t2时，PWM电路12翻转其信号，并且当脉冲宽度达到适合于误差信号放大器A的反馈信号的电压时，输出信号给延迟电路1 3和21和电平移动电路23。当PWM电路12的信号下降时，该延迟电路21的信号升高。以免开关器件Q11和Q12同时打开。
在时间t3时，当延迟电路13翻转其输出信号时，驱动器14的输出下降，因此关闭开关器件Q11。延迟电路21仍是高位同时其信号保持延迟。
在时间t4时，当翻转时，延迟电路21的信号被驱动器23放大，以使其打开开关器件Q12。开关器件Q12保持打开状态直到PWM电路12再一次翻转其输出信号为止(在时间t5时)。
接着，参照图4描述DC/DC转换器在光负载下的性能。图4是表示图2的DC/DC转换器在光负载下其性能的时间图。在图4中，标号(a)表示开关器件Q11的选通源电压Vgs，即，驱动器14的输出，标号(b)表示开关器件Q12的选通源电压Vgs，即，驱动器23的输出，标号(c)表示误差信号放大器A的反馈信号，标号(d)表示振荡器11的输出，标号(e)表示PWM电路12的输出，标号(f)表示延迟电路13的输出，标号(g)表示延迟电路21的输出，和标号(h)表示电平移动电路22的输出。
在时间t0到时间t1期间，当来自误差信号放大器A的反馈信号是低位时，即使振荡器11的信号输入给PWM电路12，也禁止开关器件Q11打开。当开关器件Q11不能打开时，在副开关器件Q12的两端保持施加电压，因此，使副开关器件Q12仍打开。在该点处，变压器T1的箝位电容C13和漏电指示器Lr产生谐振，引起在电容C13中存储的电释放。
在时间t1处，如果当反馈信号是高位时，信号从振荡器11输入给PWM电路12，PWM电路12的输出信号被翻转。从而，一信号输入给电平移动电路22并因此开关器件Q12关闭。相应的，来自PWM电路12的信号输入给延迟电路13。然后，在被延迟后，开关器件Q11由驱动器14打开。
在时间t2时，PWM电路12的信号达到适合于误差信号放大器A的反馈信号的脉冲宽度，并被翻转。跟着转换，延迟电路13在所给定的延迟后也反转其信号，以使开关器件Q11由驱动器14关闭并且其电容充电。相应地，PWM电路12的信号输入给延迟电路21，使其信号升高。
在时间t3时，延迟电路21在延迟输出的上升后反转其输出信号，以使开关器件Q11和Q12不同时打开。延迟电路21的输出使电平移动电路22反转其信号，以使开关器件Q12由驱动器23关闭。在时间t4时，DC/DC转换器回到时间t0时的状态。
在光负载下该装置，DC/DC转换器进行间断的振荡，其中由于反馈控制的响应特性对于某一期间主开关器件Q11是关闭的。因为在开关器件Q11是关闭状态期间，副开关器件Q12保持打开，通过电容3和漏电指示器Lr产生响应，所以已充电的箝位电容C13放电。而且，0.5CV2f(C＝电容C13的容量，V＝施加给电容C13的电压和f＝振荡器11的输出频率)的能量总和作为损耗被消耗。
对于环境的原因，需要降低电子设备的能量损耗，特别是降低这种设备在准备状态的损耗。虽然具有有源箝位电路的DC/DC转换器在光负载下进行间断振荡，即使副开关器件Q12保持打开，主开关器件Q11也关闭。但是该结果的问题是储存箝位电容C13中的电能被放掉并且不可避免大量的损失。
为达到上述目的，本发明提供一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器用于根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器用于在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中所述有源箝位电路是与所述主开关器件串联连接。
本发明还提供一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器用于根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器用于在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中第一辅助线圈设置在所述变压器的初级侧，并且所述有源箝位电路与所述第一辅助线圈串联连接。
本发明另提供一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器用于根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器用于在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中所述有源箝位电路与所述变压器的初级线圈串联连接，并且所述第一控制器和所述第二控制器的公共电位点设置成相同电位。
为实现上述目的，本发明提供一种用于DC/DC转换器的方法，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与主开关器件串联连接，其中在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态。
本发明另提供一种用于DC/DC转换器的方法，其特征是，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与设置在所述变压器的初级侧的辅助线圈串联连接，其中在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态。
图2是表示现有DC/DC转换器的主元件的电路图。
图3是表示图2所示的DC/DC转换器性能的时间图。
图4是表示图2所示的DC/DC转换器性能的另一时间图。
图5是表示本发明第一实施例的电路图。
图6是图5所示的DC/DC转换器在通常负载下性能的时间图。
图7是表示图5所示的DC/DC转换器在光负载下性能的时间图。
图8是表示本发明第二实施例的电路图。
图9是表示本发明第三实施例的电路图。
图10是表示本发明第四实施例的电路图。
图11是表示本发明第五实施例的电路图。
图12是表示本发明第六实施例的电路图。
图13是表示本发明第七实施例的电路图。
在图5中，第一控制器CTL13根据误差信号放大器A的反馈信号打开或者关闭主开关器件Q11。在主开关器件Q11关闭后，在理想期间副控制器CTL14保持开关器件Q12打开。
控制器CTL13包括一个辅助线圈Nb，一个触发器31，一个再启动电路32，一个PWM电路33，和一个驱动器34。所述辅助线圈Nb设置在变压器T1中，并且为了检测线圈Np中的电压变化，线圈的一端与DC输入电源V11的负电压侧连接。触发器31与辅助线圈Nb的另一端连接，为了通过在辅助线圈Nb中的电压变化装置检测副开关器件Q12的关闭并输出一个触发器信号。再启动电路32由触发器31的触发信号再次启动，并且输出一个每次给定一过去时间(在本实施例中时间长度固定)长度的再启动信号。PWM电路33根据触发器31的触发信号，再启动电路32的再启动信号，和误差信号放大器A的反馈信号输出一个PWM信号。为了打开和关闭开关器件Q11，PWM电路33的PWM信号输入给驱动器34。这些电路元件的每一个都与DC输入电源V11的负电压侧连接。
控制器CTL14包括一个二极管D13，一个触发器41，一个计时器42，和一个驱动器43。二极管D13的阴极连接在电容C13和开关器件Q12之间。触发器41与二极管D13的阳极连接，并且输出一个触发信号。计时器42是一个脉冲宽度电路并且输入触发器41的触发信号以设置一个理想的脉冲宽度。计时器42的输出输入给驱动器43，为了打开和关闭开关器件Q12。这些电路元件的每一个都与开关器件Q12的另一端连接。
现在，描述如上所述的这种DC/DC转换器。注意DC/DC转换器的一般性能与现有技术DC/DC转换器的性能相同，并且这里不再描述。首先，转换器在通常负载下的性能参照图6进行描述。图6是表示图5所示的DC/DC转换器在通常负载下性能的时间图。在图6中，标号(a)到(d)与如图3中表示的那些信号相同。标号(e)表示开关器件Q11的选通源电压Vgs，即，驱动器34的输出，标号(f)表示触发器31的输出，标号(g)表示PWM电路33的输出，标号(h)表示开关器件Q12的选通源电压Vgs，即，驱动器43的输出，标号(i)表示触发器41的输出，和标号(j)表示计时器42的输出。
在时间t0时，在线圈Np中电流的流动反转，并且当副开关器件Q12关闭时辅助线圈Nb的电压被反向。这表明开关器件Q12的漏源电压被反向并且开始上升。开关器件Q12的漏源电压Vds的上升通过线圈Np和辅助线圈Nb输入给触发器31。
在时间t1处，辅助线圈Nb的电压超过所给定的电平，引起触发器31输出一个触发信号(一次脉冲信号)。所述触发信号使PWM电路33反转其信号并且将所述信号输出给驱动器34。然后，驱动器34放大该信号以打开主开关器件Q11。
在时间t2处，在开关器件Q11打开后，根据来自误差信号放大器A反馈信号的大小PWM电路33反转预设的PWM信号，以使DC/DC转换器的输出保持恒定。因此，驱动器34调零其输出信号并且关闭开关器件Q11。当开关器件Q11被关闭时，开关器件Q12的漏源电压开始下降。
在时间t3处，触发器41通过二极管D13检测开关器件Q12的漏源电压的下降，并且输出一个触发信号(一次脉冲信号)。所述信号通过计时器42由驱动器43放大以打开开关器件Q12。
在时间t4处，触发器41的触发信号终止，但是计时器42继续提供其输出。
在时间t5处，当开关器件Q12打开状态期间的给定长度消逝时，计时器42终止并且将其输出调零。因此，驱动器43也将其输出调零同时关闭开关器件Q12。
这表明在初级侧的开关器件Q11和Q12工作在自激振荡模式下，其中这些器件通过检测DC/DC转换器的工作波形打开。
接着，参照图7描述转换器在光负载下的性能。图7是表示图5所示的DC/DC转换器在光负载下性能的时间图。在图7中，标号(a)表示开关器件Q11的选通源电压Vgs，即，驱动器34的输出，标号(b)表示开关器件Q12的选通源电压Vgs，即，驱动器43的输出，标号(c)表示误差信号放大器A的反馈信号，标号(d)表示触发器31的输出，标号(e)表示PWM电路33的输出，标号(f)表示再启动电路32中的时间流逝，标号(g)表示触发器41的输出，和标号(h)表示计时器42的输出。
在时间t0处，即使触发器31输出一个触发信号，PWM电路33也不提供任何输出，因为误差信号放大器A的反馈信号是低的。再启动电路32由触发信号重新设置并且重新开始计数操作。
在时间t1处，再启动电路32终止，输出一个再启动信号，并且重新开始下一次的工作。再启动信号输入给PWM电路33，但是没有来自误差信号放大器A的反馈信号输入。因此，PWM电路33不提供任何PWM信号。
在时间t2处，再启动电路32再一次终止，输出一个再启动信号，，并且重新开始下一次的计时工作。再启动信号输入给PWM电路33，同时来自误差信号放大器A的反馈信号也被输入。因此，PWM电路33提供一个PWM信号。随着PWM信号的输入，驱动器34打开开关器件Q11。从而，DC/DC转换器能够再一次工作。
在时间t3处，根据来自误差信号放大器A的反馈信号的大小，PWM电路33设置在接通状态期间，使DC/DC转换器的输出保持恒定。当该接通状态期间终止时，PWM电路33反转输出的信号。因此反转的所述信号使驱动器34关闭开关器件Q11。因此，开关器件Q12的漏源电压降低，使触发器41输出一个触发信号。所述触发信号使驱动器43通过计时器42打开开关器件Q12。
在时间t4处，当计时器42终止时，驱动器43关闭开关器件Q12。
上述DC/DC转换器具有下述优点。
(1)控制器CTL14根据在副开关器件Q12的漏源电压中的电压变化，检测主开关器件Q11的关闭，和保持副开关器件Q12打开一理想期间。这意味着副开关器件Q12不打开直到主开关器件Q11关闭为止。因此，储存在箝位电容C13中的能量不被消耗，同时由此可达到降低工作损耗。
另外，由于确保副开关器件Q12总是在主开关器件Q11已进行动作后起作用，因此总是供给激励能量是可能的，作为主开关器件Q11被启动的结果，所述能量在箝位电容C13中产生。因此，有源箝位动作可由任何一种工作代替，并且因此各个电路元件的承受电压从未超过限度。
(2)本系统基于自激励方式，其中通过触发器31和41从DC/DC转换器的内部工作波形产生触发信号。因此，当所述系统在光负载下时，对于一个电路不需要截止副开关器件Q12。另外本系统不需要任何用于防止开关器件Q11和Q12同时打开的停滞时间电路。
(3)控制器CTL13和CTL14与不同的电压连接并且互相独立地工作。因此，不需要任何复杂的电平移动电路或者高电压电路，因此，简化了转换器的电路。其它电路元件中，用于开关器件Q12的驱动器43不需要任何通常使用的高电压驱动器IC或者脉冲变压器。因此，可实现小尺寸结构，廉价转换器电路。
(4)如果使用变压器T1的辅助线圈Nb，所述辅助线圈也能作为用于给控制器CTL13提供能量的线圈使用。因此，降低DC/DC转换器的尺寸和成本是可能的。
(5)控制器CTL13和CTL14基于自激励的控制方法。这意味着当使用一个输入电源其中一个AC电源的输出被整流和滤波时，振荡频率变化如同所整流和滤波的电压变化一样。因此，噪声被分散并且可降低其电磁干扰(EMT)噪声的水平。
现在，将描述其它实施例。
1)第二实施例图8是表示本发明第二实施例的电路图。注意那些与图5所示的相同元件同样地被参考并且不再说明。在图8中，辅助线圈Nc设置在变压器T1中代替二极管D13。辅助线圈Nc的一端与线圈Np中检测电压变化的端口连接，其另一端与触发器41的输入端连接。
这种结构的DC/DC转换器的性能与图5所示的系统基本相同。本DC/DC转换器与图5的不同之处只是触发器41利用在线圈Np中的电压变化通过辅助线圈Nc输出一个触发信号，而在图5的DC/DC转换器中，触发器是利用在开关器件Q12中的漏源电压通过二极管D13输出一个触发信号。
2)第三实施例图9是表示本发明第三实施例的电路图。注意那些与图5所示的相同元件同样地被参考并且不再说明。在图9中，设置二极管D14代替辅助线圈Nb。二极管D14的阴极与开关器件Q11的一端连接。设置触发器35代替触发器31并且与二极管D14的阳极连接。触发器35输出一个触发信号给再启动电路32和PWM电路33，并且其与DC输入电源V11的负电压侧连接。
这种结构的DC/DC转换器的性能与图5所示的DC/DC转换器基本相同。本DC/DC转换器与图5的系统不同之处只是触发器35利用在开关器件Q11中的漏源电压通过二极管D14输出一个触发信号，而在图5的DC/DC转换器中，触发器31利用在线圈Np中的电压变化输出一个触发信号。
3)第四实施例图10是表示本发明第四实施例的电路图。图10的DC/DC转换器是结合了从图5的DC/DC转换器获得的图8和9的DC/DC转换器的变化的结果。在图10中，一个辅助线圈Nc设置在变压器T1中代替二极管D13。辅助线圈Nc的一端与线圈Np中检测电压变化的端口连接，其另一端与触发器41的输入端连接。设置二极管D14代替辅助线圈Nb。二极管D14的阴极与开关器件Q11的一端连接。设置触发器35代替触发器31并且与二极管D14的阳极连接。触发器35输出一个触发信号给再启动电路32和PWM电路33，并且其与DC输入电源V11的负电压侧连接。
尽管本DC/DC转换器的性能不同于图5的DC/DC转换器，但是其不同点与图8和9所示的DC/DC转换器的情况相同，并且这里将不再说明。
4)第五实施例图11是表示本发明第五实施例的电路图。注意那些与图5所示的相同元件同样地被参考并且不再说明。在图11中，辅助变压器T2装配了线圈Nd和Ne以代替二极管D13，表示在初级线圈Np中的电压变化，和提供绝缘。线圈Nd的一端与开关器件Q12的一端连接和其另一端与开关器件Q12的另一端连接。线圈Ne与开关器件Q12的另一端连接。设置触发器44以代替触发器41，并且其与线圈Ne的另一端连接，同时输出一个触发信号给计时器42。触发器44与开关器件Q12的另一端连接。
这种结构的DC/DC转换器的性能与图5所示的DC/DC转换器基本相同。本DC/DC转换器与图5的不同之处只是触发器44利用在开关器件Q12中的漏源电压通过辅助变压器T2输出一个触发信号。
应该注意的是，本发明不仅限于第一到第五实施例。线圈Nb，Nc，Nd和Ne的极性例如可以由触发器处理得更加简单。
尽管已提到用二极管D13和D14构成的DC/DC转换器，但是在开关器件Q11和Q12的漏源电压的变化可以用触发器35和41检测，而不需要二极管D13和D14。
另外，DC/DC转换器可以用如图2所示的控制器CTL11代替控制器CTL13。尤其是，所构成的DC/DC转换器以使在光负载下控制器CTL14关闭副开关器件Q12。
另外，控制器CTL13可以用一个辅助变压器Nb构成以代替线圈Nb。辅助变压器T2也可以用一个在开关器件Q11一端或者在初级线圈Np一端的电位，只要在初级线圈Np中的电压变化能够被检测即可。注意当使用开关器件Q11一端的电位时，线圈Nd的另一端与开关器件Q11的另一端连接。
尽管已进一步提到用辅助变压器Nb和Nc及在控制器CTL13和控制器CTL14内的辅助变压器T2构成DC/DC转换器，但是线圈和变压器可以设置在控制器的外。
尽管MOSFET作为开关器件显示，但是如果使用一般开关代替开关器件，可以添加电容和二极管。
5)第六实施例图12是表示本发明第六实施例的电路图。
变压器T61包括初级线圈Np和辅助线圈Nb。主开关器件Q13与初级线圈Np串联。通过打开和关闭主开关器件Q13，来自电源V11的能量被传输给次级变压器T61。在本实施例中，主开关器件Q13包括在其源中添加的一个MOSFET和一个电阻，并且通过电阻与公共电位点连接。
当初级线圈Np打开时，在第一辅助线圈Nb中产生一个电压。该电压被整流和滤波以获得一个给定电压，并且该电压用于作为控制器的电源，后面将对其进行讨论。
一个有源箝位电路63包括一个副开关器件Q14，它是一个MOSFET，和一个电容C13，其中电容C13的一端与副开关器件Q14的一端(漏极)连接。副开关器件Q14的另一端(源端)与主开关器件Q13的一端(漏极)连接，并且电容C13的另一端与主开关器件Q13的另一端(公共电位点)连接。换句话说，主开关器件Q13和有源箝位电路63相互串联。
即使在这种电路结构中，本实施例的高频等效电路仍与有源箝位电路63和初级线圈Np串联连接的情况相同。因此，可代替如上讨论的相同的有源箝位动作，并因此，各个电路元件的承受电压从不超过限度。
当来自DC/DC转换器输出的反馈信号(图中未示出)输入给第一控制器U1时，所述第一控制器U1用PWM调制控制信号GD，对主开关器件Q13进行打开或者关闭的控制，以参照预定电压值消除误差。
注意所述第一控制器U1在其内部地利用来自辅助线圈Nb的输入电压产生一个触发信号，当电压变化和超过给定值时，利用触发器信号作为参考用于控制工作。
第二控制器包括一个脉冲宽度电路61和一个驱动器62。当反应控制器U1的控制信号GD是高位时(主开关器件Q13打开)，脉冲宽度电路61使驱动器62以低状态输出，并且因此关闭副开关器件Q14。
当控制信号GD变成低位时(主开关器件Q13关闭)，脉冲宽度电路61以预定时间长度输出一个脉冲宽度信号，将驱动器62的输出设置成高状态，并且因此保持副开关器件Q14以给定时间长度打开。
更特别是，在由电阻R1和R2和由电阻R4和R5分压后，第一控制器U1的控制信号GD施加给三极管Q1和Q2的基极。
三极管Q1的集电极连接到驱动器62的输入端，并且利用电阻R3提升到参考电位点Vref以及三极管Q1的发射极连接到公共电位点。因此，当三极管Q1打开时，一个低位电压(在公共电位点的电压)施加给驱动器62的输入端，并且当三极管Q1关闭时，高位电压(参考电位点Vref的电压)施加给驱动器62的输入端。
三极管Q2的集电极连接到电阻R6的一端，电容C1的一端，和比较器U2的换向输入端。电阻R6的另一端与参考电位点Vref连接，并且电容C1的另一端与公共电位点连接。利用电阻R7和电阻R8将参考电位点Vref的电压分压，并且施加到比较器U2的不换向输入端。因此，当三极管Q2打开时，低位电压施加到比较器U2的换向输入端，在电容C1中存储的电能被释放。在该点处，高位电压输出给比较器U2的输出端。当三极管Q2关闭时，通过电阻器R6给电容C1充电。当比较器U2换向输入端的电压比其不换向输入端的电压高时，比较器U2的输出变低。因此，在比较器U2的输出端产生具有预定宽度的脉冲宽度信号。
比较器U2的输出信号输入给驱动器62。该输入当在高位电压时，打开副开关器件Q14，和当在低位电压时，关闭器件。注意为了执行副开关器件Q14的打开或者关闭控制，该控制是一个MOSFET，利用其选通源电压的变化，构成驱动器62以在控制信号的不同电平时驱动系统。
如上所述，当主开关器件Q13关闭时，以理想时间长度保持副开关器件Q14打开是可能的。
注意变压器T61的第一辅助线圈Nb两端产生的交流电压可以用作脉冲宽度电路61的输入信号。
在本发明的另一构思中，触发器检测主开关器件Q13已关闭并利用控制信号GD或者变压器T61的辅助线圈Nb中的电压变化产生一个触发信号，触发器可以加在脉冲宽度电路61前面。在这种情况下，脉冲宽度电路用一个单稳多谐振荡器或者根据上述触发信号具有给定宽度类似产生一次脉冲的结构构成。
6)第七实施例图13是表示本发明第七实施例的电路图。
在图13中，那些与上述附图所示的相同元件同样地被参考并且不再说明。
变压器T71是这种变压器，即在第六实施例的变压器T61的初级侧加入一个辅助线圈Na。初级线圈Np和辅助线圈Nb的作用与第六实施例的作用相同。
在本实施例中，有源箝位电路63与变压器T71的辅助线圈Na串联连接。本系统构成的高频等效电路等效于有源箝位电路63与初级线圈Np串联布置的系统构成的电路，只要变压器T71的漏电指示器可以忽略不计。因此，如上所述的相同的有源箝位动作可被代替，并且因此各个电路元件的承受电压从未超过限度。
第二控制器包括一个触发器72，一个脉冲宽度电路73，和一个驱动器74。
触发器72利用变压器T71的辅助线圈Nb中的电压变化检测主开关器件Q13已关闭，并且产生一个触发信号。
更具体是，电容C2的一端与变压器72的辅助线圈Nb连接，二极管D1的阴极和电阻R9的一端与电容C2的另一端连接。二极管D1的阳极和电阻R9的另一端与公共电位点连接。在辅助线圈Nb两端产生的交流电(负是当主开关器件Q13时和正是器件关闭)被重新启动，转换成一个具有高和低位的信号，并施加给比较器U3的换向输入端。一个参考电压Vr施加给比较器U3的不换向输入端，并且转换，整形这样输入信号的波形，然后输出。在这种情况下，参考电压Vr作为阈值用于整形波形。
比较器U3的输出端与电容C3连接，二极管D2的阳极，电阻R10的一端和二极管D3的阴极与所述电容的另一端连接。电源电压加在二极管D2的阴极和电阻R10的另一端上。二极管D3的阳极与二极管D4的阴极连接，其阳极与公共电位点连接。
因此，形成一个不同的电路，一个适合于比较器3输出信号的下降沿的触发信号在二极管D3的阳极和二极管二极管D4的阴极连接点处产生。
当输入一个所述触发信号时，脉冲宽度电路73产生一个预定持续时间的脉冲宽度信号。
更具体是，三极管Q3的集电极，电容C4的一端，和电阻R11的一端连接在一起，并且触发器72的输出信号施加给该连接端。
电阻R12的一端和三极管Q4的基极与电容C4的另一端连接，电阻R13与三极管Q4的集电极连接。一个电压分压器由电阻R14和R15形成，分离三极管Q4的集电极电压，并将所分离的电压施加给三极管Q3的基极。电阻R11，R12和R13的另一端被提升到第一控制器的参考电压Vref。三极管Q4的发射极与二极管D5的阳极连接，其阴极和三极管Q3的发射极与公共电位点连接。因此，形成单稳多谐振荡器，并且，当输入触发信号时，从三极管Q4的集电极输出具有预定持续时间的脉冲宽度信号。
当从脉冲宽度电路73输入的脉冲宽度信号是高位时，驱动器74打开副开关器件Q14，当信号是低位时，关闭该器件。
注意驱动器74输出信号的参考也可以通过连接副开关器件Q14的源以公共电位点为基础，该副开关器件Q14是一个MOSFET，与公共电位点连接。这种设计除去了通过控制信号的电平变化驱动副开关器件Q14的需要，因此简化电路结构。
如到此为止的说明，当主开关器件Q13关闭时，保持副开关器件Q14打开一理想时间长度是可能的。
注意为了检测主开关器件Q13已打开和产生一个触发信号，第一控制器U1的控制信号GD可以用作输入给触发器72的信号，以代替由变压器T71的辅助线圈Nb提供的电压。
在本发明的还一构思中，所示触发器可以被省略并且控制信号GD或者辅助线圈Nb的电压可以直接输入给脉冲宽度电路。在这种情况下，脉冲宽度电路应与第六实施例使用的结构相同。
也应注意主开关器件Q13的打开或者关闭使器件的漏电压放大，以增加几百伏。导致通过外部电路的杂散电容产生噪声。因此，如果由触发器共用公共电位点，则将产生故障，和对于主开关器件Q13的漏电压脉冲宽度电路可用作参考。
反之，由触发器和脉冲宽度电路共用的公共电位点能够设置成与第一控制器U1的电位相同的电位，如在第六和第七实施例中所讨论的，为了稳定这些电路元件的工作，意味着可防止由于起因于主开关器件Q13的开关噪声，使这些电路元件出现故障。
在本发明的另一构思中，升压型DC/DC转换器能够通过用变压器形成，在本实施例中作为一个感应线圈以整流和滤波主开关器件Q13的漏电压。因此，本发明的系统可以应用于具有该结构的DC/DC转换器中。
在本发明的还一构思中，系统可以构成以使第一和第二控制器的公共电位点共有系统的电位，在此情况下有源箝位电路63与变压器的初级线圈Np串联连接。
因此，当主开关器件关闭时，通过打开副开关器件一个理想时间长度，如上述所讨论的，没有损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。稳定电路元件如包含在第二控制器中的触发器和脉冲宽度电路的工作也是可能的。
第二控制器通过利用在副开关器件中的电压变化检测主开关器件的关闭，并保持副开关器件打开一个理想时间长度。因此，只要主开关器件保持不动副开关器件不会打开。因此，没有损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。
因为第二控制器从内部工作波形到转换器检测主开关器件的关闭，所以对于电路不需要使副开关器件在光负载下截止。另外，不需要这种停滞时间电路来防止主开关器件和副开关器件同时打开。
第一和第二控制器具有不同的接地电位并独立工作。因此，不需要复杂的电平信号或者高电压电路并，因此系统能够具有简单的电路。
第一和第二控制器基于自激励控制，因此当使用一个电源，它是被整流和滤波的AC功率电源时，由于整流和滤波电压的波动使振荡频率变化，分散电噪声，因此降低EMI的电平噪声。
因为控制器由变压器的辅助线圈提供动力，所以减小DC/DC转换器的尺寸和降低其成本是可能的。
主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，不损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。
如上述讨论，下面提供的本发明优点1.主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，不损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。
2.主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，不损耗储存在电容中的能量降低损失是可能的。另外，通过设置第一和第二控制器两者的公共电位点在同一电位上，可以降低来自主开关器件的开关噪声升高的影响，因此，防止故障产生。
其它的优点是用于控制主开关器件的第一控制器和用于控制副开关器件的第二控制器能够集成在一个控制器中。
3.通过设置至少一个公共电位点脉冲宽度电路的电位与第一控制器的公共电位点的电位相同，可以降低来自主开关器件的开关噪声升高的影响，因此，防止故障产生。
其它的优点是用于控制主开关器件的第一控制器和用于控制副开关器件的第二控制器能够集成在一个控制器中。
4.通过设置至少一个公共电位点触发器和脉冲宽度电路的电位与第一控制器的公共电位点的电位相同，可以降低来自主开关器件的开关噪声升高的影响，因此，防止故障产生。
其它的优点是用于控制主开关器件的第一控制器和用于控制副开关器件的第二控制器能够集成在一个控制器中。
5.主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，在不损耗储存在电容中的能量降低损失下实现控制DC/DC转换器的方法是可能的。
6.升压型DC/DC转换器通过由电感线圈代替变压器形成。在这种相同结构中，主开关器件的关闭由在副开关器件中电压变化的装置检测，并且副开关器件以一个理想的时间长度保持打开状态。因此，只要主开关器件保持静止副开关器件不会打开。这样，在不损耗储存在电容中的能量降低损失下实现控制DC/DC转换器的方法是可能的。
权利要求
1.一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中所述有源箝位电路是与所述主开关器件串联连接。
2.一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中第一辅助线圈设置在所述变压器的初级侧，并且所述有源箝位电路与所述第一辅助线圈串联连接。
3.一种DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容和一个副开关器件构成，其特征是，所述DC/DC转换器包括第一控制器根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭；和第二控制器在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。其中所述有源箝位电路与所述变压器的初级线圈串联连接，并且所述第一控制器和所述第二控制器的公共电位点设置成相同电位。
4.根据权利要求1，2或3所述的DC/DC转换器，其特征是，所述第二控制器包括一个根据所述主开关器件的控制信号，输出脉冲信号的脉冲宽度电路。在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态；和一个根据所述脉冲信号驱动所述副开关器件的驱动器，其中至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位。
5.根据权利要求1，2或3所述的DC/DC转换器，其特征是，所述变压器在其初级侧还包括一个第二辅助线圈和所述第二控制器包括一个脉冲宽度电路，根据在所述第二辅助线圈两侧产生的电压，输出一个脉冲信号，因此，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态；和一个根据所述脉冲信号驱动所述副开关器件的驱动器，其中至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位。
6.根据权利要求1、2或3所述的DC/DC转换器，其特征是，所述第二控制器包括一个根据所述主开关器件的控制信号，输出脉冲信号的脉冲宽度电路。在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态；和一个根据所述脉冲信号驱动所述副开关器件的驱动器，其中至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位，以及一触发器，其检测所述主开关器件已关闭并根据所述主开关器件的控制信号或者在所述第二辅助线圈两侧产生的电压输出一个触发信号，所述触发器设置在所述脉冲宽度电路的前面；根据所述触发信号所述脉冲宽度电路产生所述脉冲信号；和至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位。
7.根据权利要求1、2或3所述的DC/DC转换器，其特征是，所述变压器在其初级侧还包括一个第二辅助线圈和所述第二控制器包括一个脉冲宽度电路，根据在所述第二辅助线圈两侧产生的电压，输出一个脉冲信号，因此，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态；和一个根据所述脉冲信号驱动所述副开关器件的驱动器，其中至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位，以及触发器，检测所述主开关器件已关闭并根据所述主开关器件的控制信号或者在所述第二辅助线圈两侧产生的电压输出一个触发信号，所述触发器设置在所述脉冲宽度电路的前面；根据所述触发信号所述脉冲宽度电路产生所述脉冲信号；和至少所述脉冲宽度电路的公共电位点和所述第一控制器的公共电位点设置成相同的电位。
8.如权利要求1到3的任一项所述的DC/DC转换器，其特征是，设置一个电感线圈以代替所述变压器。
9.一种用于DC/DC转换器的方法，其特征是，主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与主开关器件串联连接，其中在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态。
10.一种用于DC/DC转换器的方法，其特征是，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，并且该转换器包括一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与设置在所述变压器的初级侧的辅助线圈串联连接，其中在所述主开关器件关闭后，所述副开关器件以一个理想时间长度保持打开状态。
11.如权利要求9或10中的任一项所述的DC/DC转换器的控制方法，其特征是，设置一个电感线圈以代替所述变压器。
全文摘要
本发明的目的是提供一种DC/DC转换器和用于DC/DC转换器的方法，能够降低光负载的损失。本发明涉及改进的DC/DC转换器，其中主开关器件间断地打开来自电源的能量提供给电压转换变压器的初级线圈，和一个有源箝位电路，它由至少一个串联连接的电容构成和一个副开关器件与初级线圈串联连接。本DC/DC转换器包括第一控制器用于根据所述DC/DC转换器的输出电压和理想输出电压之间的不同，控制所述主开关器件的打开和关闭，和第二控制器用于在所述主开关器件关闭后，打开所述副开关器件一个理想时间长度。
文档编号H02M3/338GK1447505SQ0214627
公开日2003年10月8日 申请日期2002年10月17日 优先权日2002年3月25日
发明者西山知宏, 内藤嘉直, 高田耕司, 花若增生, 野口圣一 申请人:横河电机株式会社
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