[發明專利]直流-直流轉換器及其驅動方法

有效

• 申請號: 201210473763.9
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN103701326A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 陳柏力;林保全;游明弘
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H02M3/315
• 分類號: H02M3/315
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及一種直流-直流轉換器，尤其涉及一種具有主動箝位電路的直流-直流轉換器。

背景技術

隨著地球上的不可再生能源日益短缺，發展例如太陽能發電系統的可再生的綠色能源刻不容緩，其中，對電能的有效利用更是推動太陽能發電進步的重要關鍵。隔離式直流-直流轉換器因具有升降壓調節、電器隔離且可靠度高等特性，廣泛地應用于太陽能發電系統等中、低功率轉換的場合。

傳統功率轉換器的功率開關在切換時，使用硬性切換(HardSwitching)，由于變壓器的漏電感及線路雜散電容的影響，硬性切換易產生交換損失、噪聲、及開關應力等問題。以金氧半場效晶體管(MOSFET)而言，若使用硬性切換方式，在開關元件截止時，漏極-源極(Drain-Source)兩端電壓會快速竄升而產生一個電壓突波，而使該MOFET承受超過正常輸入的電壓，增加開關元件的電壓應力，而在開關元件導通時，開關元件受到MOSFET本身旁路電容影響，因此瞬間導通時會產生比正常電流大的電流突波，而增加功率元件的電流應力。

為了改善硬性切換所帶來的問題，發展出利用箝位電路以降低功率開關的電壓和電流應力，然而，傳統箝位電路的三種實現方式中，RCD箝位電路的回收能量均被其電阻器所吸收，因而降低整體電路的效率；LCD箝位電路雖可達成零電壓的柔性切換且具有能量回收效果，然設計上須考慮電感器與電容器的諧振時機，因此不易實現，且在高頻、大電流的環境下，其諧振電流將造成電路極高的導通損失；主動箝位電路由主動開關元件與電容器所組成，其設計較為簡單，并能達成開關元件的零電壓切換、漏感能量回收及抑制開關突波等作用，然而其主動開關元件于每一個切換周期均與轉換電路中的主動開關元件互補導通，致使該主動箝位電路的主動開關元件具有較高的切換損失且回收能量的效果不佳，對于中、低容量的轉換器，其轉換效率無法有效提升。

因此，如何提供一種能夠柔性切換且能降低主動箝位電路中主動開關元件的切換損失，并進一步提升能量回收效率的直流-直流轉換器，遂成為目前本領域技術人員亟待解決的課題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種直流-直流轉換器及其驅動方法，能夠降低開關元件的切換損耗，并有效地回收漏感能量的直流-直流轉換器，能有效提高轉換器的轉換效率。

本發明的直流-直流轉換器，包括：電能轉換電路，用于將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓；以及主動箝位電路，用于柔性切換該第一主動開關元件及回收該電能轉換電路的主變壓器漏感能量，其中，該電能轉換電路包括：主變壓器，其具有一次側繞組與二次側繞組；及第一主動開關元件，其具有第一源極端點與第一漏極端點，且該第一漏極端點電性連接至該主變壓器的一次側繞組，該主動箝位電路包括：第二被動開關元件，其具有陽極端點與陰極端點，其中，該陽極端點電性連接至該第一主動開關元件的第一漏極端點及該主變壓器的一次側繞組；輔助變壓器，其具有一次側繞組與二次側繞組，其中，該輔助變壓器的一次側繞組與該第二被動開關元件的陰極端點電性連接；第三被動開關元件，其串聯于輔助變壓器的二次側繞組；箝位電容器，其一端點與該輔助變壓器的一次側繞組及該第二被動開關元件的陰極端點電性連接，另一端點與該主變壓器的一次側繞組電性連接；及第二主動開關元件，其具有第二源極端點與第二漏極端點，其中，該第二源極端點與該主變壓器的一次側繞組及該箝位電容器電性連接，該第二漏極端點與該輔助變壓器的一次側繞組電性連接。

本發明還提供一種直流-直流轉換器，包括：電能轉換電路，用于將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓；以及主動箝位電路，用于于該第一主動開關元件導通時進行柔性切換及回收該電能轉換電路的主變壓器漏感能量，其中，該電能轉換電路包括：主變壓器，其具有一次側繞組、二次側繞組及三次側繞組；及第一主動開關元件，其具有第一源極端點與第一漏極端點，且該第一漏極端點電性連接至該主變壓器的一次側繞組，該主動箝位電路包括：第二被動開關元件，其具有陽極端點與陰極端點，其中，該陽極端點電性連接至該第一主動開關元件的第一漏極端點及該主變壓器的一次側繞組，且該陰極端點電性連接至該主變壓器的三次側繞組；箝位電容器，其一端點與該主變壓器的三次側繞組及該第二被動開關元件的陰極端點電性連接，另一端點與該主變壓器的一次側繞組電性連接；及第二主動開關元件，其具有第二源極端點與第二漏極端點，其中，該第二源極端點與該主變壓器的一次側繞組及該箝位電容器電性連接，該第二漏極端點與該主變壓器的三次側繞組電性連接。