切換式電源轉(zhuǎn)換裝置及提高其轉(zhuǎn)換效率的方法
【專利摘要】一種切換式電源轉(zhuǎn)換裝置及提高其轉(zhuǎn)換效率的方法，該電源轉(zhuǎn)換裝置包括一電源轉(zhuǎn)換器及一驅(qū)動電路，該電源轉(zhuǎn)換器包括至少一個功率開關(guān)。該驅(qū)動電路輸出一驅(qū)動電壓至該電源轉(zhuǎn)換器的一受控端以控制該功率開關(guān)導(dǎo)通或截止。該驅(qū)動電路獲取一負載電流及一負載電壓，根據(jù)該負載電流及負載電壓判斷一負載的狀態(tài)為輕載或重載，并根據(jù)該負載的輕重載狀態(tài)相應(yīng)減小或增大該驅(qū)動電壓的幅值。本發(fā)明通過實時偵測負載電流及負載電壓，并對負載電流進行換算，以動態(tài)調(diào)整驅(qū)動電壓的大小，從而可大幅降低在功率開關(guān)上的損失，并有效地提高整體轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】切換式電源轉(zhuǎn)換裝置及提高其轉(zhuǎn)換效率的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電源轉(zhuǎn)換裝置，尤其涉及一種切換式電源轉(zhuǎn)換裝置及提高其轉(zhuǎn)換 效率的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 切換式電源顧名思義為透過切換的方式來達到電壓大小的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)有的切換式 電源通常使用金氧半場效晶體管（MOSFET)作為功率開關(guān)，其切換的方式為通過高頻率的 切換其功率開關(guān)，并結(jié)合其電路拓撲及匹配的電感與電容，可將輸入端電源等級轉(zhuǎn)換為不 同的輸出端電源等級，如常為所見的升壓型轉(zhuǎn)換器（Boostconverter)，或降壓型轉(zhuǎn)換器 (Buckconverter)〇
[0003] 然而，由于MOS開關(guān)為非理想元件，不僅在切換的過程中會產(chǎn)成切換損失 (Switchingloss),其在導(dǎo)通的過程中，亦會產(chǎn)生導(dǎo)通損失（Conductionloss),且這兩種 損失皆影響電子電力轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。如圖1所示，在飽和區(qū)中，MOS開關(guān)的柵極電壓 Ves與導(dǎo)通電流Ids成正比關(guān)系。有實驗證明，例如圖2所示的由Infineon制造,型號為 BSC060N10NS3的MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(m)與導(dǎo)通電流Id的關(guān)系圖表明，MOS開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi) 阻Rds^與柵極電壓Ves成反比關(guān)系。而傳統(tǒng)的驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路，隨著負載大小的改變， 只會改變負載電流，即導(dǎo)通電流，但并不會改變MOS元件的柵極的驅(qū)動電壓的大小，其切換 損失可幾乎視為相同。因此，如圖3所示，在輕載，即負載電壓較大或負載電流較小時，其切 換損失占總損失的比重較高，但在重載，即負載電壓較小或負載電流較大時，其導(dǎo)通損失占 總損失的比重則較高。
[0004] 因此，如何降低上述兩種損失以提高轉(zhuǎn)換效率，成為一個亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，有必要提供一種可提高轉(zhuǎn)換效率的切換式電源轉(zhuǎn)換裝置。
[0006] -種切換式電源轉(zhuǎn)換裝置，連接于一電源及一負載之間，用于對該電源提供的電 源電壓進行轉(zhuǎn)換后輸出合適的電壓為負載供電。該切換式電源轉(zhuǎn)換裝置包括一電壓輸入 端、一電壓輸出端、一電源轉(zhuǎn)換器、一電流偵測器及一驅(qū)動電路。該電壓輸入端與該電源連 接，該電壓輸出端與該負載連接。該電源轉(zhuǎn)換器電連接于該電壓輸入端與該電壓輸出端之 間，該電源轉(zhuǎn)換器包含有至少一個功率開關(guān)，該功率開關(guān)電連接于該電壓輸入端與電壓輸 出端之間，該電源轉(zhuǎn)換器還具有一個受控端，該至少一個功率開關(guān)根據(jù)該受控端接收的信 號而導(dǎo)通或截止。該電流偵測器連接于該電源轉(zhuǎn)換器與該電壓輸出端之間，該電流偵測器 用于實時偵測該負載的負載電流。該驅(qū)動電路與該電源轉(zhuǎn)換器的受控端連接，用于輸出一 驅(qū)動電壓至該電源轉(zhuǎn)換器的受控端。該驅(qū)動電路還分別與該電流偵測器及該電壓輸出端連 接，用于接收該電流偵測器偵測到的負載電流并實時偵測該電壓輸出端的負載電壓，然后 根據(jù)該接收到的負載電流及偵測到的負載電壓判斷該負載的狀態(tài)為輕載或重載，并根據(jù)該 負載的輕重載狀態(tài)相應(yīng)減小或增大該驅(qū)動電壓的幅值。
[0007] 還有必要提供一種可提高切換式電源轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率的方法。
[0008] -種提高切換式電源轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率的方法，該電源轉(zhuǎn)換裝置包括一電源轉(zhuǎn) 換器及一驅(qū)動電路，該電源轉(zhuǎn)換器包括至少一個功率開關(guān)。該方法包括以下步驟： 該驅(qū)動電路輸出一驅(qū)動電壓至該電源轉(zhuǎn)換器的一受控端以控制該功率開關(guān)導(dǎo)通或截 止； 該驅(qū)動電路獲取一負載電流及一負載電壓； 該驅(qū)動電路根據(jù)該負載電流及負載電壓判斷一負載的狀態(tài)為輕載或重載；及 該驅(qū)動電路根據(jù)該負載的輕重載狀態(tài)相應(yīng)減小或增大該驅(qū)動電壓的幅值。
[0009] 本發(fā)明通過實時偵測主電路上的電流，并對偵測電流進行換算，以動態(tài)調(diào)整驅(qū)動 電壓的大小，從而可大幅降低在開關(guān)上的損失，提高整體轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中MOS開關(guān)的輸出特性示意圖。
[0011] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中MOS開關(guān)的導(dǎo)通電阻與導(dǎo)通電流的曲線圖。
[0012] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中MOS開關(guān)的切換損失及導(dǎo)通損失與負載量的示意圖。
[0013] 圖4本發(fā)明中的一種切換式電源轉(zhuǎn)換裝置的功能模塊圖。
[0014] 圖5為本發(fā)明的一種可提高切換式電源轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率的方法的流程圖。
[0015] 主要元件符號說明

【權(quán)利要求】
1. 一種切換式電源轉(zhuǎn)換裝置，連接于一電源及一負載之間，用于對該電源提供的電源 電壓進行轉(zhuǎn)換后輸出合適的電壓為負載供電，其特征在于，該切換式電源轉(zhuǎn)換裝置包括： 一電壓輸入端與該電源連接； 一電壓輸出端與該負載連接； 一電源轉(zhuǎn)換器電連接于該電壓輸入端與該電壓輸出端之間，該電源轉(zhuǎn)換器包含有至少 一個功率開關(guān)，該功率開關(guān)電連接于該電壓輸入端與電壓輸出端之間，該電源轉(zhuǎn)換器還具 有一個受控端，該至少一個功率開關(guān)根據(jù)該受控端接收的信號而導(dǎo)通或截止； 一電流偵測器連接于該電源轉(zhuǎn)換器與該電壓輸出端之間，該電流偵測器用于實時偵測 該負載的負載電流；以及 一驅(qū)動電路與該電源轉(zhuǎn)換器的受控端連接，用于輸出一驅(qū)動電壓至該電源轉(zhuǎn)換器的受 控端；該驅(qū)動電路還分別與該電流偵測器及該電壓輸出端連接，用于接收該電流偵測器偵 測到的負載電流并實時偵測該電壓輸出端的負載電壓，然后根據(jù)該接收到的負載電流及偵 測到的負載電壓判斷該負載的狀態(tài)為輕載或重載，并根據(jù)該負載的輕重載狀態(tài)相應(yīng)減小或 增大該驅(qū)動電壓的幅值。
2. 如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該驅(qū)動電路包括一脈寬調(diào)制控制 器及一驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路，該脈寬調(diào)制控制器分別與該電流偵測器、該電壓輸出端及該驅(qū) 動電壓產(chǎn)生電路連接，該脈寬調(diào)制控制器用于接收該電流偵測器偵測到的負載電流及實時 偵測該電壓輸出端的負載電壓，根據(jù)該偵測到的負載電流及負載電壓判斷該負載的狀態(tài)為 輕載或重載，并根據(jù)該負載的輕重載狀態(tài)輸出一相應(yīng)的PWM控制信號至該驅(qū)動電壓產(chǎn)生電 路。
3. 如權(quán)利要求2所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，若該脈寬調(diào)制控制器判斷該負載 的狀態(tài)為輕載，該脈寬調(diào)制控制器輸出一輕載PWM控制信號；若該脈寬調(diào)制控制器判斷該 負載的狀態(tài)為重載，該脈寬調(diào)制控制器輸出一重載PWM控制信號。
4. 如權(quán)利要求3所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路還與該電流 偵測器及該電源轉(zhuǎn)換器的受控端連接，該驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路用于接收該電流偵測器偵測到 的負載電流及該脈寬調(diào)制控制器輸出的PWM控制信號，并根據(jù)一預(yù)定運算規(guī)則及該PWM控 制信號對該負載電流進行換算，從而輸出一相應(yīng)的驅(qū)動電壓至該電源轉(zhuǎn)換器的受控端。
5. 如權(quán)利要求4所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路根據(jù)該輕載 PWM控制信號減小該輸出的驅(qū)動電壓的幅值，或根據(jù)該重載PWM控制信號增大該輸出的驅(qū) 動電壓的幅值。
6. 如權(quán)利要求5所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路首先將該負 載電流進行一預(yù)定倍率轉(zhuǎn)換，再加上該功率開關(guān)的最低導(dǎo)通電壓后，與該PWM控制信號相 乘，從而得到該驅(qū)動電壓。
7. 如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該功率開關(guān)采用MOS開關(guān)。
8. -種提高切換式電源轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率的方法，該電源轉(zhuǎn)換裝置包括一電源轉(zhuǎn) 換器及一驅(qū)動電路，該電源轉(zhuǎn)換器包括至少一個功率開關(guān)，其特征在于，該方法包括以下步 驟： 該驅(qū)動電路輸出一驅(qū)動電壓至該電源轉(zhuǎn)換器的一受控端以控制該功率開關(guān)導(dǎo)通或截 止； 該驅(qū)動電路獲取一負載電流及一負載電壓； 該驅(qū)動電路根據(jù)該負載電流及負載電壓判斷一負載的狀態(tài)為輕載或重載；及 該驅(qū)動電路根據(jù)該負載的輕重載狀態(tài)相應(yīng)減小或增大該驅(qū)動電壓的幅值。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該驅(qū)動電路包括一電流偵測器、一脈寬調(diào)制 控制器及一驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路，該電流偵測器用于偵測負載電流并送至該脈寬調(diào)制控制器 及該驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路，該脈寬調(diào)制控制器用于接收該負載電流，同時偵測負載電壓，并根 據(jù)該接收的負載電流及偵測到的負載電壓判斷該負載的狀態(tài)為輕載或重載。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該驅(qū)動電路根據(jù)該負載電流及該負載的輕 重載狀態(tài)降低或提高該驅(qū)動電壓的步驟包括： 若判斷該負載為輕載，該脈寬調(diào)制控制器輸出一輕載PWM控制信號，并送至該驅(qū)動電 壓產(chǎn)生電路，該驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路根據(jù)該輕載PWM控制信號減小該輸出的驅(qū)動電壓的幅 值； 若判斷該負載為重載，該脈寬調(diào)制控制器輸出一重載PWM控制信號，并送至該驅(qū)動電 壓產(chǎn)生電路，該驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路根據(jù)該重載PWM控制信號增大該輸出的驅(qū)動電壓的幅 值。
【文檔編號】H02M3/156GK104426372SQ201310380568
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】葉家銘, 陳哲訓(xùn), 田鈞元 申請人:鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司