切換式電源轉換裝置及提高其轉換效率的方法
【專利摘要】一種切換式電源轉換裝置及提高其轉換效率的方法，該電源轉換裝置包括一電源轉換器及一驅動電路，該電源轉換器包括至少一個功率開關。該驅動電路輸出一驅動電壓至該電源轉換器的一受控端以控制該功率開關導通或截止。該驅動電路獲取一負載電流及一負載電壓，根據該負載電流及負載電壓判斷一負載的狀態為輕載或重載，并根據該負載的輕重載狀態相應減小或增大該驅動電壓的幅值。本發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，以動態調整驅動電壓的大小，從而可大幅降低在功率開關上的損失，并有效地提高整體轉換效率。
【專利說明】切換式電源轉換裝置及提高其轉換效率的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電源轉換裝置，尤其涉及一種切換式電源轉換裝置及提高其轉換 效率的方法。
【背景技術】
[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換。現有的切換式 電源通常使用金氧半場效晶體管（MOSFET)作為功率開關，其切換的方式為通過高頻率的 切換其功率開關，并結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換為不 同的輸出端電源等級，如常為所見的升壓型轉換器（Boostconverter)，或降壓型轉換器 (Buckconverter)〇
[0003] 然而，由于MOS開關為非理想元件，不僅在切換的過程中會產成切換損失 (Switchingloss),其在導通的過程中，亦會產生導通損失（Conductionloss),且這兩種 損失皆影響電子電力轉換器的轉換效率。如圖1所示，在飽和區中，MOS開關的柵極電壓 Ves與導通電流Ids成正比關系。有實驗證明，例如圖2所示的由Infineon制造,型號為 BSC060N10NS3的MOSFET的導通電阻RDS(m)與導通電流Id的關系圖表明，MOS開關的導通內 阻Rds^與柵極電壓Ves成反比關系。而傳統的驅動電壓產生電路，隨著負載大小的改變， 只會改變負載電流，即導通電流，但并不會改變MOS元件的柵極的驅動電壓的大小，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換效率，成為一個亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，有必要提供一種可提高轉換效率的切換式電源轉換裝置。
[0006] -種切換式電源轉換裝置，連接于一電源及一負載之間，用于對該電源提供的電 源電壓進行轉換后輸出合適的電壓為負載供電。該切換式電源轉換裝置包括一電壓輸入 端、一電壓輸出端、一電源轉換器、一電流偵測器及一驅動電路。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，該電源轉換器包含有至少一個功率開關，該功率開關電連接于該電壓輸入端與電壓輸 出端之間，該電源轉換器還具有一個受控端，該至少一個功率開關根據該受控端接收的信 號而導通或截止。該電流偵測器連接于該電源轉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。該驅動電路與該電源轉換器的受控端連接，用于輸出一 驅動電壓至該電源轉換器的受控端。該驅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為輕載或重載，并根據該 負載的輕重載狀態相應減小或增大該驅動電壓的幅值。
[0007] 還有必要提供一種可提高切換式電源轉換裝置的轉換效率的方法。
[0008] -種提高切換式電源轉換裝置的轉換效率的方法，該電源轉換裝置包括一電源轉 換器及一驅動電路，該電源轉換器包括至少一個功率開關。該方法包括以下步驟： 該驅動電路輸出一驅動電壓至該電源轉換器的一受控端以控制該功率開關導通或截 止； 該驅動電路獲取一負載電流及一負載電壓； 該驅動電路根據該負載電流及負載電壓判斷一負載的狀態為輕載或重載；及 該驅動電路根據該負載的輕重載狀態相應減小或增大該驅動電壓的幅值。
[0009] 本發明通過實時偵測主電路上的電流，并對偵測電流進行換算，以動態調整驅動 電壓的大小，從而可大幅降低在開關上的損失，提高整體轉換效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為現有技術中MOS開關的輸出特性示意圖。
[0011] 圖2為現有技術中MOS開關的導通電阻與導通電流的曲線圖。
[0012] 圖3為現有技術中MOS開關的切換損失及導通損失與負載量的示意圖。
[0013] 圖4本發明中的一種切換式電源轉換裝置的功能模塊圖。
[0014] 圖5為本發明的一種可提高切換式電源轉換裝置的轉換效率的方法的流程圖。
[0015] 主要元件符號說明
【權利要求】
1. 一種切換式電源轉換裝置，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，該電源轉換器包含有至少 一個功率開關，該功率開關電連接于該電壓輸入端與電壓輸出端之間，該電源轉換器還具 有一個受控端，該至少一個功率開關根據該受控端接收的信號而導通或截止； 一電流偵測器連接于該電源轉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 一驅動電路與該電源轉換器的受控端連接，用于輸出一驅動電壓至該電源轉換器的受 控端；該驅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為輕載或重載，并根據該負載的輕重載狀態相應減小或 增大該驅動電壓的幅值。
2. 如權利要求1所述的電源轉換裝置，其特征在于，該驅動電路包括一脈寬調制控制 器及一驅動電壓產生電路，該脈寬調制控制器分別與該電流偵測器、該電壓輸出端及該驅 動電壓產生電路連接，該脈寬調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，根據該偵測到的負載電流及負載電壓判斷該負載的狀態為 輕載或重載，并根據該負載的輕重載狀態輸出一相應的PWM控制信號至該驅動電壓產生電 路。
3. 如權利要求2所述的電源轉換裝置，其特征在于，若該脈寬調制控制器判斷該負載 的狀態為輕載，該脈寬調制控制器輸出一輕載PWM控制信號；若該脈寬調制控制器判斷該 負載的狀態為重載，該脈寬調制控制器輸出一重載PWM控制信號。
4. 如權利要求3所述的電源轉換裝置，其特征在于，該驅動電壓產生電路還與該電流 偵測器及該電源轉換器的受控端連接，該驅動電壓產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制控制器輸出的PWM控制信號，并根據一預定運算規則及該PWM控 制信號對該負載電流進行換算，從而輸出一相應的驅動電壓至該電源轉換器的受控端。
5. 如權利要求4所述的電源轉換裝置，其特征在于，該驅動電壓產生電路根據該輕載 PWM控制信號減小該輸出的驅動電壓的幅值，或根據該重載PWM控制信號增大該輸出的驅 動電壓的幅值。
6. 如權利要求5所述的電源轉換裝置，其特征在于，該驅動電壓產生電路首先將該負 載電流進行一預定倍率轉換，再加上該功率開關的最低導通電壓后，與該PWM控制信號相 乘，從而得到該驅動電壓。
7. 如權利要求1所述的電源轉換裝置，其特征在于，該功率開關采用MOS開關。
8. -種提高切換式電源轉換裝置的轉換效率的方法，該電源轉換裝置包括一電源轉 換器及一驅動電路，該電源轉換器包括至少一個功率開關，其特征在于，該方法包括以下步 驟： 該驅動電路輸出一驅動電壓至該電源轉換器的一受控端以控制該功率開關導通或截 止； 該驅動電路獲取一負載電流及一負載電壓； 該驅動電路根據該負載電流及負載電壓判斷一負載的狀態為輕載或重載；及 該驅動電路根據該負載的輕重載狀態相應減小或增大該驅動電壓的幅值。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，該驅動電路包括一電流偵測器、一脈寬調制 控制器及一驅動電壓產生電路，該電流偵測器用于偵測負載電流并送至該脈寬調制控制器 及該驅動電壓產生電路，該脈寬調制控制器用于接收該負載電流，同時偵測負載電壓，并根 據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為輕載或重載。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，該驅動電路根據該負載電流及該負載的輕 重載狀態降低或提高該驅動電壓的步驟包括： 若判斷該負載為輕載，該脈寬調制控制器輸出一輕載PWM控制信號，并送至該驅動電 壓產生電路，該驅動電壓產生電路根據該輕載PWM控制信號減小該輸出的驅動電壓的幅 值； 若判斷該負載為重載，該脈寬調制控制器輸出一重載PWM控制信號，并送至該驅動電 壓產生電路，該驅動電壓產生電路根據該重載PWM控制信號增大該輸出的驅動電壓的幅 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 優先權日:2013年8月28日
【發明者】葉家銘, 陳哲訓, 田鈞元 申請人:鴻富錦精密工業（深圳）有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司