[发明专利]用来改进同步整流复位的一种单端正向DC至DC转换器

说明书

本发明涉及一种DC至DC转换器，特别是涉及具有使变压器铁心复位的电路的一种单端正向DC至DC转换器。

DC至DC转换器被用来将输入的DC电压转换成不同输出的DC电压以提供给负载。这种转换器通常包括一个通过开关电路电连接在电压源和负载之间的变压器。被称为单端正向转换器的转换器是这样一种转换器，它依靠连接在电压源和变压器原绕组之间的单个开关在开关接通并且导电时向变压器的副绕组提供正向输送的功率。

为了让变压器的泄漏电感放电，在开关断开期间需要使变压器铁心“复位”。通常是采用附加的电路来完成复位，例如是和变压器原绕组并联的一个第三变压器绕组，或者是电连接到副绕组上的一个LC谐振电路。然而，这种电路的驱动波形中具有一个“空载时间”(“dead time”)，在此期间开关仍维持断开，开关两端的电压等于电压源的电压，并且没有电流。空载时间会降低转换器的整体效率，并且在开关上产生电压应力。

美国专利4,441,146公开了一种在单端正向转换器中对变压器的铁芯进行最优复位的装置。在该单端正向转换器中，变压器铁芯是通过由与一辅助开关串联的电容组成的“磁化电流反射镜”来复位的，该辅助开关在原开关的关断期间将该电容连接到变压器的一个绕组上，以便与该变压器的磁化电感形成一谐振电路。该谐振电路通过在接通期间创建磁通的镜像来使变压器的磁化能量循环。这样就能使给定铁芯内的可用磁通振幅最大化。随着关断期间的开关上的电压趋向于固定值，加在原开关上的电压会变为最小并且被自动修整，以避免开关工作周期出现随机值的“空载时间”。

本发明的目的是提供一种可以使变压器铁心更有效地进行复位的单端正向DC至DC转换器(single-ended forward DC-to-DC converter)，并且基本上没有空载时间，使作用在转换器部件上的电压应力最小。

按照本发明的第一个方面，提供了一种自驱动单端DC转换器，该转换器包括：一变压器，它包括一原绕组和一副绕组，该副绕组具有一第一端和一第二端；一原开关，它与所述原绕组电耦合，所述原开关在施加了一输入信号时导通；一副开关，它具有一第一端，和一第二端，并具有与所述副绕组的所述第二端电耦合的控制端；和一电容器，其中，所述具有与所述副开关的所述第二端电耦合的第一端和具有第二端，所述电容器的所述第二端和所述副开关的所述第一端中之一是与所述副绕组电耦合的；由此，当第一电压出现在所述副绕组上时，所述副开关断开，和当与所述第一电压极性相反的第二电压出现在所述副绕组时，所述副开关导通并且电容器将所述副绕组箝位在一恒定电压，使所述变压器复位。

按照本发明的第二个方面，提供了一种自驱动单端DC转换器，该转换器包括：一变压器，它包括一原绕组和一副绕组；一原开关，它与所述原绕组串联耦合；一副开关，它具有一控制端，该控制端与所述副绕组电耦合；一箝位电容器，它与所述副开关电耦合；和一电压源，它与所述原绕组电连接，用于提供一输入电压，使得当所述原开关导通时，电流流经所述变压器的所述原绕组，其中，所述副开关在所述原开关断开时直接由所述副绕组产生的电压导通。

按照本发明的第三个方面，提供了一种单端DC转换器，该转换器包括：一变压器，它包括一原绕组和一副绕组，该副绕组具有一第一端和一第二端；原开关，它与所述原绕组相串联；一二极管器件；一副开关；和一电容器，其中，所述二极管器件具有一第一端和一第二端，所述二极管的所述第一端与所述副绕组的所述第一端电耦合，所述副开关具有一第一端、一第二端和一激化端，该激化端与所述副绕组电连接，所述电容器具有一第一端和一第二端，所述电容器的所述第一端与所述副开关的所述第二端电耦合，所述副开关的所述第一端中的一个和所述电容器的所述第二端与所述副绕组的所述第一端电耦合以及所述副开关的所述第一端中之另一个和所述电容器的所述第二端与所述二极管器件的所述第二端电耦合。

按照本发明的第四个方面，提供了一种单端DC转换器，该转换器包括：一变压器，它包括一原绕组、一副绕组和一第三绕组；一原开关，它与所述原绕组相串联；一副开关，它与所述副绕组电耦合；和一电容器，它与所述副开关相串联一二极管器件，其中，所述副开关响应于所述第三绕组所加的电压而导通，所述电容器在所述原开关断开时充电到一电压，所述二极管器件与所述副开关并联连接，并且与所述电容器串联连接。