TW201014140A

Forward-flyback converter with active-clamp circuit

Abstract

The presented invention discloses a forward-flyback converter with active-clamp circuit. The secondary side of the proposed converter is of center-tap configuration to integrate a forward circuit and a flyback circuit. The flyback sub-circuit operating continuous conduction mode is employed to directly transfer the reset energy of the transformer to the output load. The forward sub-circuit operating discontinuous conduction mode can correspondingly adjust the duty ratio with the output load change. Under the heavy load condition, the mechanism of active-clamp flyback sub-circuit can provide sufficient resonant current to facilitate the parasitic capacitance of the switches to be discharged to zero. Under the light load condition, the exhibiting time of the negative resonant current is prolonged to ensure zero voltage switching function. Meanwhile, the flyback sub-circuit wherein the rectifier diode is reverse biased is inactive in order to further reduce the power loss. The improvement enables promoted conversion efficiency in a wide range of output load.

Term

No projected expiry on record.

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9 claims: 9 independent, 0 dependent

  1. 1
    一種前向-反馳式的直流-直流轉換器,包含:一變壓器,用於電性隔離,且具有一一次側繞組、一第一二次側繞組及一第二二次側繞組,其中該第一二次側繞組係串接至該第二二次側繞組,形成一中心抽頭式之繞法,該第一與該第二二次側繞組之一共同接點接地;一主要開關;一輸出電容,具一正極端與一負極端;一輸出負載;一前向式子電路,具一輸出端,且包括:一輸出電感,操作於不連續導通模式;該第一二次側繞組,在該主要開關導通時將一輸入端能量藉由該變壓器傳遞至該輸出電感、該輸出電容與該輸出負載;一第一二極體,在該主要開關導通時將一二次側電流順向傳遞至該輸出端;以及一第二二極體,在該主要開關截止時提供一飛輪二極體(Flywheeling Diode)的功能,以將儲存於該輸出電感上的一能量繼續傳遞至該輸出端;一反馳式子電路,運作於連續導通模式,包括:該第二二次側繞組,於主要開關截止時提供該變壓器之一磁性重置;以及一第三二極體,具一陽極與一陰極,該陽極串接於該第二二次側繞組,該陰極連接至該輸出電容的該正極端,用於將該變壓器磁性重置的磁能直接傳遞至該輸出端;以及一主動箝位電路,用於在該主要開關截止時箝制該主要開關之跨壓,且在該主要開關導通時進行柔性切換與該變壓器之該磁性重置。
  2. 2
    如申請專利範圍第1項所述之電路,其中該主動箝位電路選自一降升壓式、一升壓式與一降壓式主動箝位電路其中之任一。
  3. 3
    如申請專利範圍第2項所述之電路,更包括具有一正極與一負極之一直流電源、一諧振電容與一控制電路,其中該直流電源為一直流電壓源或一交流線電壓源經整流後之電壓,該一次側繞組具有一第一端與一第二端,該主要開關為一內藏一反並接二極體的金氧半場效電晶體(MOSFET),該金氧半場效電晶體包括一汲極、一源極與一閘極,該諧振電容為該主要開關與該輔助開關的兩個極間電容之和,該主要開關之該源極連接至該直流電源之該負極,該主要開關之該汲極連接至該一次側繞組之該第二端,該諧振電容並聯電連接於該主要開關之該汲極與該源極兩端,該降升壓式主動箝位電路包括一輔助開關,一具有一第一端與一第二端之諧振電感與一具有一第一端與一第二端之箝位電容,其中該輔助開關為具有一汲極、一源極與一閘極且內藏一反並接二極體之一MOSFET,該輔助開關之該源極連接至該一次側繞組之該第二端,該輔助開關之該汲極連接至該箝位電容之該第一端,該箝位電容之該第二端連接至該諧振電感之該第一端,該諧振電感之該第二端連接至該一次側繞組之該第一端,該直流電源之該正極連接至該箝位電容之該第二端,該輸出電容具一正極與一負極且與該負載為並聯電連接,該輸出電容之該正極連接至該輸出電感之該第二端,該第二二極體具一陽極,且該輸出電容之該負極連接至該二次側的地端與該第二二極體之該陽極。
  4. 4
    如申請專利範圍第2項所述之電路,更包括一具有一正極與一負極之直流電源,該升壓式主動箝位電路包括一具有一內藏反並接二極體的一MOSFET之輔助開關,一具有一第一端與一第二端之諧振電感與一具有一第一端與一第二端之箝位電容,其中該諧振電感之該第一端連接至該直流電源之該正極端,該諧振電感之該第二端連接至該一次側繞組之該第一端,該箝位電容之該第一端連接至該一次側繞組之該第二端,該箝位電容之該第二端連接至該輔助開關之該源極,該輔助開關之該汲極連接至該直流電源之該負極端且接地。
  5. 5
    如申請專利範圍第2項所述之電路,更包括一具有一正極與一負極之直流電源,該降壓式主動箝位電路包括具有一內藏反並接二極體的一MOSFET之一輔助開關,一具有一第一端與一第二端之諧振電感與一具有一第一端與一第二端之箝位電容,其中該輔助開關之該汲極連接至該直流電源之該正極端,該輔助開關之該源極連接至該主要開關之該汲極,該箝位電容之該第一端連接至該輔助開關之該汲極,該箝位電容之該第二端連接至該諧振電感之該第一端,且該諧振電感之該第二端連接至該一次側繞組之該第一端。
  6. 6
    如申請專利範圍第1項所述之電路,當該第一二極體、該第二二極體與該第三二極體分別被具有一內藏反並接二極體的一MOSFET取代時,該MOSFET即為一同步整流開關,以使該電路適用於具有低電壓大電流的輸出。
  7. 7
    如申請專利範圍第1項所述之電路,更包括一控制電路,控制該轉換器使輸出電壓穩定。
  8. 8
    如申請專利範圍第7項所述之電路,其中該主動箝位電路包括一輔助開關,該控制電路係一定頻脈寬調變(PWM)控制電路,其係控制該主要開關及該輔助開關之責任比,以調節該輸出電壓至穩定狀態。
  9. 9
    如申請專利範圍第7項所述之電路,其中該控制電路係包括:一電壓迴授與光耦合電路,用來迴授一輸出電壓訊號,並隔離該轉換器之輸入訊號和輸出訊號;一脈寬調變控制及頻率響應補償電路,連接該電壓迴授與光耦合電路,用於調節該輸出電壓之穩態及動態響應;一反相器(Inverter Gate),連接至該脈寬調變控制及頻率響應補償電路,用來提供該輔助開關所需的控制訊號;一主要開關死區時間調整電路,連接至該脈寬調變控制及頻率響應補償電路,用來調整該主要開關之責任週期中的一死區時間;一輔助開關死區時間調整電路,連接至該反相器,用來調整該輔助開關之責任週期中的一死區時間,藉由該兩個死區時間的加入,避免因該主要開關及該輔助開關同時導通所造成之電路損毀;以及一高位及低位驅動電路,連接至該主要開關死區時間調整電路及該輔助開關死區時間調整電路,用以分別提供該主要開關及該輔助開關的兩個閘級驅動訊號。
Independent claims9