[发明专利]单级降压转换电路

说明书

技术领域

本发明为一种单级降压转换电路，尤其是一种具有输入快速响应、低涟波输出电流与较长电路使用寿命的单级降压转换电路。

背景技术

由于降压型转换器的储能元件电感器感值其大小，将影响输入电流的响应速度以及输出电流涟波，若储能元件电感器的感值较小时，降压型转换器的输入电流响应速度较快，但是输出电流涟波较大，反之，若储能元件电感器的感值较大时，降压型转换器的输入电流响应速度较慢，但是可得到较小的输出电流涟波。源此，传统降压型转换器常使用较小感值的电感器与较大容值的输出电容器，以期达到较快的输入电流响应速度与较低输出电流涟波，然而较大容值的电容器，则必须使用电解电容，但是电解电容容易受到开关切换与温度等外在环境因素影响，使得其寿命较短，进而缩短转换器的使用寿命。

传统非隔离型降压型转换器中，如图1所示的理想降压(Buck)转换器为最基本传统降压型转换器，主要是由控制IC、开关元件、二极管、储能电感以及电容所组成。其动作原理为：当功率晶体(M)导通时，此时电压源对储能电感充电，同时对电容C充电并提供能量至输出负载，当功率晶体(M)截止时，储能电感将其储能经由二极管D对电容C充电，同时提供能量至输出负载。

图2所示为目前普遍使用的传统返驰式转换器，主要应用在100W以下的隔离型降压型转换器，由于电路简单成本低，电路中的返驰变压器又能兼作储能使用，且次级端仅需一个二极管及一个电容器，单从成本的角度来说，返驰式转换器电路在市场上极具竞争力。返驰式转换器电路主要是由控制IC、功率晶体(M)、返驰变压器(T)、二极管D、电容器(C)组成：通过控制IC来控制功率晶体(M)的导通与截止，经过返驰变压器的磁化电感进行储能与释能，并配合次级侧的二极管和电容，进行输出电压的整流与滤波，如此即可得到直流电压的输出，其基本动作原理为：该电路中通过返驰变压器T使其具有电气隔离、变压和储能电感的三重功能，从严谨的角度上来说，返驰变压器并非真正的变压器，而是耦合电感器。通过控制功率晶体(M)的导通与截止，将储存于返驰变压器的能量传递给次级侧，经由二极管对电容C充电，并维持直流电压于设定值。当功率晶体(M)导通时，此时电压源V_in对返驰变压器充电，并使二极管D反向偏压，同时电容C提供能量至输出端。当功率晶体(M)截止时，返驰变压器将能量经由二极管对电容C充电提供能量至输出端。

发明内容

在一实施例中，本发明提供一种单级降压转换电路，包括：一降压装置；一半导体元件，耦接该降压装置；一第一谐振电路，耦接该半导体元件，用以调整动作时间常数；以及一第二谐振电路，耦接该第一谐振电路，用以抑制涟波。

本发明通过LC共振电路计时方式，以控制电路结构改变的动作时间，且不需要主动元件可自动改变电路结构，且无需控制能量可自动平衡，可简化电路设计。另外，本发明具有负电压源特性，可克服负载电压的电位障壁问题，如LED顺向导通电压以及主动功因校正电路的零交越失真(Zero Crossing Distortion)，亦可实现共享储能与滤波元件的电路设计方式，达到输入快速响应、低涟波输出以及长寿命的有益效果。

附图说明

图1是基本传统降压型转换器；

图2是传统返驰式转换器；

图3是根据本发明一实施例的一单级降压转换器；

图4是应用本发明的一示例；

图5是图4的电路操作于工作模式一的示意图；

图6是图4的电路操作于工作模式二的示意图；

图7是图4的电路操作于工作模式三的示意图；以及

图8是代入表一的元件参数所得到的模拟波形。

【主要元件符号说明】

11    降压装置

12    半导体元件

13    第一谐振电路

14    第二谐振电路

V_in、V_L1、V_L2、V_L3、V_C1、V_C2、V_o    电压

i_L1、i_L2、i_L3、i_D1、i_D2、i_o         电流

具体实施方式