具高升压比的自激式同步整流升压变换器

摘要

本发明公开一种具高升压比的自激式同步整流升压变换器。所述自激式同步整流变换器包含一接受脉冲驱动信号的第一开关、第一绕组、第二绕组及一由辅助绕组与第二开关构成的同步整流电路，第一绕组于第一开关反复导通与关断时感应反向电压；再通过第二绕组升压，同时辅助绕组也以其所感应的电压配合开关电路来控制第二开关导通与关断，达到同步整流的目的。在大电流输出情况下，本发明可以大幅度降低整流的功耗，提高效率。

说明书

【技术领域】

本发明是有关于一种升压变换器，特别是有关于一种具高升压比的自激式同步整流升压变换器。

【背景技术】

请参考图1所示，目前用来驱动液晶显示器的背光模块的升压(BOOST)电路中，主要是包含输入电源Vin、连接输入电源Vin的第一绕组L1、连接第一绕组L1的第二绕组L2，连接第二绕组L2与输出电容之间的二极管D2，以及连接于第一绕组L1与第二绕组L2之间的开关管Q1。

所述的升压电路利用开关管Q1反复的导通与关断，使第一绕组L1可输出正向电压，再利用第二绕组L2匝数大于第一绕组的匝数达到进一步升压，使得输出电容可供应高于输入电压Vin的输出电压给负载端的背光模块。

前述升压电路实现了输出电压比输入电压高，起到升压的作用。然而，由于此升压电路采用二极管D2整流，当输出大电流时，二极管的功耗将会变得很大，导致升压电路的效率下降，且具有散热困难之虞。而若所述升压电路采用金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)整流，则需要使用隔离浮地的方式驱动，将会导致其驱动电路复杂。

故，有必要提供一种具高升压比的自激式同步整流升压变换器，以解决现有技术所存在的问题。

【发明内容】

有鉴于现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种具高升压比的自激式同步整流升压变换器，其增加辅助绕组和外围电路实现自激式同步整流，进而可代替二极管整流。

为达成本发明的前述目的，本发明提供一种具高升压比的自激式同步整流升压变换器，其包含：

第一开关，接受一脉冲驱动信号而反复地导通与关断；

第一绕阻，连接一输入电压源及所述第一开关之间并于第一开关导通时储能，于第一开关关断时其两端电压为一反向电压；

第二绕阻，连接所述第一绕阻；

辅助绕组，连接所述第二绕组；

开关电路，连接所述辅助绕组，根据所述辅助绕组两端电压的改变而输出一控制信号；以及

第二开关，连接所述开关电路而接收其控制信号，并根据所述控制信号导通或关断。

在本发明的一实施例中，所述第一开关及第二开关皆是N沟道金属氧化物半导体晶体管。

在本发明的一实施例中，所述开关电路包括二极管和第三开关，所述二极管的阳极是连接所述辅助绕组的一端；所述第三开关是连接于所述二极管的阴极及所述第二开关之间；当所述辅助绕组两端电压为正向电压时，所述二极管呈导通状态，所述第三开关呈关断状态，所述第二开关呈导通状态；所述辅助绕组两端电压为反向电压时，所述二极管截止，所述第三开关导通，所述第二开关关断。

在本发明的一实施例中，所述第三开关是一晶体管，其中所述第三开关的射极是通过电阻连接所述二极管的阴极，并通过另一电阻连接所述第二开关的栅极；所述第三开关的基极是通过一电阻连接于所述二极管的阳极与所述辅助绕组之间；所述第三开关的集极是连接于所述辅助绕组的另端与所述第二开关的源极之间。

在本发明的一实施例中，当所述第一开关接受的脉冲驱动信号处于高电平时，所述第一开关为导通状态，所述第一绕组为储能状态，所述辅助绕组两端电压为正向电压，当所述第一开关接受的脉冲驱动信号处于低电平时，所述第一开关为关断状态，所述第一绕组两端电压为反向电压，所述辅助绕组两端电压为反向电压。

在本发明的一实施例中，所述第一绕组的同名端连接所述输入电压源，其非同名端则连接所述第一开关的源极；所述第二绕组的同名端连接所述第一开关的源极；所述辅助绕组的同名端连接所述第二绕组的非同名端以及所述第三开关的集极，其非同名端连接所述第三开关的基极。

本发明主要是利用辅助绕组与第二绕组之间的耦合，配合开关电路来控制整流开关的动作，实现自驱动的同步整流，进而取代传统的二极管整流方式，可以提高效率，并降低功耗。

【附图说明】

图1是现有用来驱动液晶显示器的背光模块的升压电路的电路图。

图2是本发明具高升压比的自激式同步整流升压变换器一较佳实施例的电路图。

图3是本发明具高升压比的自激式同步整流升压变换器一较佳实施例的相关的电压及电流波形图。

【具体实施方式】

为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。再者，本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

请参考图2所示，图2是本发明具高升压比的自激式同步整流升压变换器一较佳实施例的电路图。所述具高升压比的自激式同步整流升压变换器主要包含第一开关100、第一绕阻110、第二绕阻111、辅助绕组112、开关电路120及第二开关102。

所述第一开关100是用以接受一具有高电平及低电平的脉冲驱动信号Vg1，进而受脉冲驱动信号Vg1驱动而该反复地导通与关断；所述脉冲驱动信号Vg1可如图3所示，所述第一开关100于高电平时导通，于低电平时关断，故所述第一开关具有一开关周期为T，导通时间为Ton，占空比D＝Ton/T。所述第一开关在本实施例中是一N沟道金属氧化物半导体晶体管。

所述第一绕阻110是连接一输入电压源V₁及所述第一开关100之间，其中其同名端连接所述输入电压源V₁，其非同名端连接所述第一开关100的漏极。所述第一绕阻110于第一开关100导通时存储能量，此时其同名端电压高于非同名端电压。再者，于第一开关100关断时，所述第一绕阻110两端感应一反向电压，此时其非同名端电压高于同名端电压。本实施例中，第一开关100在关断时漏极的端电压为V₁/(1-D)，而第一绕组110此时的两端的反向电压为V₁(1-D)-V₁＝V₁D/(1-D)。

所述第二绕阻111连接所述第一绕阻110，其中所述第二绕组的同名端连接所述第一开关100的源极。本实施例中，所述第二绕组111与所述第一绕组110的匝数比为N∶1。在第一绕阻110为储能阶段时，所述第二绕组111的同名端电压高于非同名端电压；在第一绕组110感应一反向电压V₁D/(1-D)时，所述第二绕组111的非同名端电压高于同名端电压，且两端电压为N*V₁D/(1-D)。

所述辅助绕组112连接所述第二绕组111，其中所述辅助绕组112的同名端连接所述第二绕组111的非同名端。本实施例中，所述辅助绕组112与所述第二绕组111的匝数比为M∶N。在第一绕阻110为储能阶段时，所述辅助绕组112的同名端电压高于非同名端电压；在第一绕组110感应一反向电压V₁D/(1-D)时，所述辅助绕组112的非同名端电压高于同名端电压，且两端电压为M*V₁D/(1-D)。

所述开关电路120连接所述辅助绕组112，并根据所述辅助绕组112两端电压的改变而输出一控制信号。本实施例中，所述开关电路120包含一二极管104及一第三开关103。本实施例中，所述二极管104的阳极是连接所述辅助绕组112的非同名端。所述第三开关103是连接所述二极管104的阴极。本实施例中，当所述辅助绕组112两端电压为正向电压时，所述二极管104呈导通状态，所述第三开关103呈关断状态；所述辅助绕组112两端电压为反向电压时，所述二极管104呈截止状态，所述第三开关103呈导通状态。所述第三开关103优选为一晶体管，其射极通过电阻连接所述二极管104的阴极；其基极是通过一电阻连接于所述二极管104的阳极与所述辅助绕组112的非同名端之间；其集极是连接于所述辅助绕组112的同名端。

所述第二开关102连接所述开关电路120而接收其控制信号，并根据所述控制信号导通或关断，其中，当所述第三开关103呈关断状态时，所述第二开关102呈导通状态；当所述第三开关103呈导通状态，所述第二开关102呈关断状态。更详细地，所述第二开关102为一N沟道金属氧化物半导体晶体管，其栅极通过一电阻连接所述第三开关103的射极；其源极连接所述第三开关103的集极；其漏极则连接一输出电容105。

当所述脉冲驱动信号Vg1处于高电平时，所述第一开关100为导通状态，所述第一绕组110为储能状态，如图3所示，其电流I_L以斜率V₁/L线性增长(L为第一绕组110的电感值)，此时所述辅助绕组112两端电压为正向电压，此时二极管104呈截止状态，而第三开关103呈导通状态，由于第二开关102的栅极连接第三开关103的源极，因此第二开关102呈关断状态。

当所述脉冲驱动信号Vg1处于低电平时，所述第一开关100为关断状态，所述第一绕组110两端电压为反向电压，此时所述辅助绕组112两端电压为反向电压，此时二极管104呈导通状态，而第三开关呈关断状态，第二开关102的栅极电压高于源极电压而导通，进而实现同步整流。从图3可得知，驱动第二开关102的信号Vg2波形与脉冲驱动信号的波形相位相反。

由上述说明可知，本发明利用辅助绕组112同步感应前端第二绕组的111的电压变换，通过正向及反向电压的变换，配合二极管104及第三开关103来控制第二开关102的导通与关断，进而达到自激式同步整流。当应用在大尺寸背光驱动电路中，由于负载并联数多，输出电流大，本发明以身为金属氧化物半导体晶体管的第二开关取代传统二极管整流，可以提高效率，降低功耗，且利用自激式同步整流的方式不需要采用浮地隔离手段，成本较低。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。