电源转换装置

摘要

本发明公开了一种电源转换装置，包含变压器、一次侧电路、二次侧电路以及电源输出单元。一次侧电路位于变压器的一次侧，一次侧电路包含电源输入单元、晶体管开关、第一二极管、第二二极管、第一电容与第二电容；二次侧电路位于变压器的二次侧，二次侧电路包含第三二极管、第四二极管、第三电容与第四电容。其中利用晶体管开关的控制，使得电连接在第二电容与第四电容两者之间的电源输出单元的电压可高于电源输入单元的电压；且利用此电路结构，二次侧的漏感能量能够被回收。

权利要求

1.一种电源转换装置，其特征在于，其包含：

一变压器，具有一一次侧与对应该一次侧的一二次侧，该一次侧具有一第一端与一第二端，该二次侧具有一第三端与一第四端；

一一次侧电路，包含一电源输入单元、一晶体管开关、一第一电容、一第二电容、一第一二极管以及一第二二极管，该电源输入单元包含一第一电极端与一第二电极端，该第一电极端电连接该第一端，该晶体管开关包含一漏极端与一源极端，该漏极端电连接该第二端，该源极端电连接该第二电极端，该第一电容的一端电连接该漏极端，该第一电容的另一端电连接该第二二极管的一P型接合端，该第一二极管的一P型接合端电连接该第一端，该第一二极管的一N型接合端电连接该第二二极管的该P型接合端，该第二电容的一端电连接该源极端，该第二电容的另一端电连接该第二二极管的一N型接合端；

一二次侧电路，包含一第三电容、一第四电容、一第三二极管以及一第四二极管，该第三电容的一端电连接该第三端，该第三电容的另一端电连接该第四二极管的一P型接合端，该第三二极管的一P型接合端电连接该第四端，该第三二极管的一N型接合端电连接该第四二极管的该P型接合端，该第四电容的一端电连接该第四二极管的一N型接合端，该第四电容的另一端电连接该第四端与该第二二极管的该N型接合端；以及一电源输出单元，电连接在该第二电极端与该第四二极管的该N型接合端。

2.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述晶体管开关更包含一栅极端。

3.如权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，所述晶体管开关为一金氧半场效晶体管。

4.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述第一电极端为一正电极端。

5.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述第二电极端为一负电极端。

6.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述电源输出单元更包含一负载。

说明书

电源转换装置

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种转换装置，且特别是有关于一种电源转换装置。

背景技术

[0002] 传统升压(Boost)转换器是一种输出电压高于输入电压的电源转换器，当输出电压增益较低时，电路可以实现较高的转换效率；反之，在高电压增益输出时，电路上的寄生元件将会使得电路损失变大，造成转换效率降低。其中传统升压转换器为了得到高电压增益比，使得工作周期必须超过50%，而过大的工作周期会使得电源转换效率愈来愈低。

[0003] 返驰(Flyback)转换器通过一次侧(初级侧)与二次侧(次级侧) 的圈数比，可得到高电压增益。因此为提高电压增益，必须增加次级侧绕组的圈数，使得变压器的漏感及铜损变大。当功率开关截止时，由于变压器的漏感会在功率开关漏极(Drain)与源极(Source)间会产生电压突波(Spike)，而造成电路的损失，必须选择高耐压的功率开关。为了克服漏感造成的电压突波，缓冲电路(Snubber Circuit)的设计将是返驰转换器的重点，而缓冲电路由于电阻的缘故将造成一些转换的损失。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供一种能降低转换损失的电源转换装置。

[0005] 为达到上述的目的，本发明提供一种电源转换装置，包含变压器、一次侧电路、二次侧电路以及电源输出单元。变压器具有一次侧与对应此一次侧的二次侧，一次侧具有第一端与第二端，二次侧具有第三端与第四端。一次侧电路包含电源输入单元、晶体管开关、第一电容、第二电容、第一二极管以及第二二极管。电源输入单元包含第一电极端与第二电极端，第一电极端电连接第一端，晶体管开关包含漏极端(汲极端，Drain)与源极端，漏极端电连接第二端，源极端电连接第二电极端，第一电容的一端电连接漏极端，第一电容的另一端电连接第二二极管的P型接合端，第一二极管的P型接合端电连接第一端，第一二极管的N型接合端电连接第二二极管的P型接合端，第二电容的一端电连接源极端，第二电容的另一端电连接第二二极管的N型接合端。二次侧电路包含第三电容、第四电容、第三二极管以及第四二极管。第三电容的一端电连接第三端，第三电容的另一端电连接第四二极管的P型接合端，第三二极管的P型接合端电连接第四端，第三二极管的N型接合端电连接第四二极管的P型接合端，第四电容的一端电连接第四二极管的N型接合端，第四电容的另一端电连接第四端与第二二极管的N型接合端；电源输出单元电连接在第二电极端与第四二极管的N型接合端。

[0006] 由此可知，本发明所提供的电源转换装置包含以下的特点：具有高电压增益、漏感能量回收、电路设计简易以及高转换效率。

附图说明

[0007] 图1为本发明一实施例电源转换装置的电路图；

[0008] 图2为图1的电路其晶体管开关被导通时的电路动作原理图；

[0009] 图3为图1的电路其晶体管开关被截止时的电路动作原理图；

[0010] 图4为图1电路的动作波形图；

[0011] 图5为图1的细部电路动作原理图(一)；

[0012] 图6为图1的细部电路动作原理图(二)；

[0013] 图7为图1的细部电路动作原理图(三)；

[0014] 图8为图1的细部电路动作原理图(四)；

[0015] 图9为图1的细部电路动作原理图(五)；

[0016] 图10为图1的细部电路动作原理图(六)；以及

[0017] 图11为图1的细部电路动作原理图(七)。

[0018] 附图标记说明

[0019] 1 电源转换装置

[0020] 11 一次侧电路

[0021] 12 二次侧电路

[0022] C1 第一电容

[0023] C2 第二电容

[0024] C3 第三电容

[0025] C4 第四电容

[0026] D1 第一二极管

[0027] D2 第二二极管

[0028] D3 第三二极管

[0029] D4 第四二极管

[0030] E1 第一端

[0031] E2 第二端

[0032] E3 第三端

[0033] E4 第四端

[0034] Lm 激磁电感

[0035] Lk1,Lk2 泄漏电感

[0036] S1 晶体管开关

[0037] D 漏极端

[0038] G 栅极端

[0039] RL 负载

[0040] S 源极端

[0041] Tr 变压器

[0042] Vc1 第一电容的充电电压

[0043] Vc2 第二电容的充电电压

[0044] Vc3 第三电容的充电电压

[0045] Vc4 第四电容的充电电压

[0046] V1 电源输入单元

[0047] Vo 电源输出单元。

具体实施方式

[0048] 为让本发明的上述目的、特征和特点能更明显易懂，现配合附图将本发明相关实施例详细说明如下。

[0049] 请参阅图1，图1为本发明一实施例电源转换装置的电路图。

[0050] 由图1可知，电源转换装置1包含变压器Tr、一次侧电路11、二次侧电路12以及电源输出单元Vo。

[0051] 变压器Tr具有一次侧与对应此一次侧的二次侧，其中二次侧的电压由一次侧所感应获得。一次侧具有第一端E1与第二端E2；二次侧具有第三端E3与第四端E4。

[0052] 一次侧电路11包含电源输入单元VI、晶体管开关S1(功率开关)、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1以及第二二极管D2。

[0053] 电源输入单元VI包含第一电极端与第二电极端，第一电极端电连接第一端E1。晶体管开关S1包含漏极端(汲极端, Drain)D与源极端S，其中漏极端D电连接第二端E2；源极端S电连接电源输入单元VI 的第二电极端。

[0054] 第一电容C1的一端电连接漏极端D；第一电容C1的另一端电连接第二二极管D2的P型接合端。第一二极管D1的P型接合端电连接第一端E1；第一二极管D1的N型接合端电连接第二二极管D2的P型接合端。第二电容C2的一端电连接源极端S；第二电容C2的另一端电连接第二二极管D2的N型接合端。

[0055] 二次侧电路12包含第三电容C3、第四电容C4、第三二极管D3以及第四二极管D4。

[0056] 第三电容C3的一端电连接第三端E3；第三电容C3的另一端电连接第四二极管D4的P型接合端。第三二极管D3的P型接合端电连接第四端E4；第三二极管D3的N型接合端电连接第四二极管D4的P型接合端。

[0057] 第四电容C4的一端电连接第四二极管D4的N型接合端；第四电容C4的另一端电连接在第四端E4与第二二极管D2的N型接合端。电源输出单元Vo电连接在电源输入单元VI 的第二电极端与第四二极管D4的N型接合端。

[0058] 详而言之，晶体管开关S1为更包含栅极端G的金氧半场效晶体管(例如：MOS FET)，但不限定于此。

[0059] 且电源输入单元VI 的第一电极端可为正电极端；电源输入单元VI 的第二电极端可为负电极端。以及，电源输出单元Vo更包含负载RL 。

[0060] 请同时参阅图1与图2，图2为图1的电路其晶体管开关被导通时的电路动作原理图。

[0061] 由图1与图2可知，电源转换装置1的高电压增益原理如下：

[0062] 当晶体管开关S1被导通(ON)时(第二二极管D2与第四二极管D4为不导通的状态)。变压器Tr一次侧的第一二极管D1开始导通，第一电容C1开始充电、一激磁电感Lm开始储能。其中，第一电容C1的充电电压及激磁电感Lm的储能电压为输入电源VI 。

[0063] 以及，当晶体管开关S1被导通(ON)时，变压器Tr二次侧的电压是由一次侧感应至二次侧，并经由第三二极管D3导通路径对第三电容C3充电。变压器Tr二次侧的电压及第三电容C3充电电压为n倍的输入电压(n:匝数比=N2/N1)。

[0064] 请同时参阅图3，图3为图1的电路其晶体管开关被截止时的电路动作原理图。

[0065] 当晶体管开关S1被截止(OFF)时(第一二极管D1与第三二极管D3为截止的状态)，变压器Tr一次侧的第一二极管D1为截止；第二二极管D2开始导通。此时，第二电容C2的充电电压等于第一电容C1的充电电压、激磁电感Lm的储能电压以及电源输入单元VI 之和(即Vc2=Vc1+Lm的储能电压+ VI )。

[0066] 以及，当晶体管开关S1被截止(OFF)时，第三二极管D3为截止的状态；第四二极管D4开始导通。此时，第四电容C4的充电电压等于第三电容C3的充电电压以及变压器Tr二次侧的电压之和(即Vc4=Vc3+变压器Tr二次侧的电压)。

[0067] 因此，负载RL所跨的电压(即电源输出单元Vo的电压)为变压器Tr一次侧的第二电容C2与变压器Tr二次侧的第四电容C4两者的电压和。

[0068] 请同时参阅图4与图5，图4为图1电路的动作波形图；图5为图1的细部电路动作原理图(一)。

[0069] 详而言之，当处于一工作模式一(例如图4的时间t0 ~ t1，其中Vgs为晶体管开关S1的输入信号)时，晶体管开关S1开始导通，第一二极管D1也开始顺向导通而第二二极管D2则为逆向截止，第一电容C1经由第一二极管D1顺向导通开始充电，而激磁电感Lm及泄漏电感Lk1也开始储能，二次侧储存于气隙的剩余漏感能量，仍经由第四二极管D4顺向导通将能量送至负载RL与二次侧的第四电容C4。

[0070] 请同时参阅图4与图6，图6为图1的细部电路动作原理图(二)。

[0071] 当处于一工作模式二(例如图4的时间t1 ~ t2 )时，晶体管开关S1仍然为导通状态。此时，二次侧储存于气隙的剩余漏感能量释放完后，第四二极管D4便开始为截止状态，而第三二极管D3开始顺向导通，激磁电感Lm的跨压VLM经由理想变压器Tr将能量感应至二次侧，并利用第三二极管D3顺向导通对第三电容C3充电。而第一电容C1仍经由第一二极管D1顺向导通为充电状态，激磁电感Lm及泄漏电感Lk1仍为储能状态。

[0072] 请同时参阅图4与图7，图7为图1的细部电路动作原理图(三)。

[0073] 当处于一工作模式三(例如图4的时间t2 ~ t3 )时，晶体管开关S1开始截止，第一二极管D1也为逆向截止。当电源输入单元VI、激磁电感Lm的跨压VLM、泄漏电感Lk1的跨压VLK1与第一电容C1的电压Vc1的电压和大于箝位第二电容C2的电压Vc2时，此时第二二极管D2开始顺向导通，对箝位第二电容C2充电而部分的电流对负载RL放电；而二次侧漏感的能量，仍经由第三二极管D3顺向导通对倍压第三电容C3充电。

[0074] 请同时参阅图4与图8，图8为图1的细部电路动作原理图(四)。

[0075] 当处于一工作模式四(例如图4的时间t3 ~ t4 )时，晶体管开关S1仍处于截止状态。当二次侧倍压第三电容C3的电压Vc3、泄漏电感Lk2的跨压V LK2与理想变压器Tr二次侧感应的电压V N2 的电压和大于输出第四电容C4的电压Vc4时，第三二极管D3开始逆向截止而第四二极管D4便开始顺向导通，则二次侧的能量开始经由第四二极管D4顺向导通的路径对负载RL释放能量，二次侧输出第四电容C4仍持续对负载RL放电；而一次侧的能量仍经由第二二极管D2顺向导通持续向箝位第二电容C2充电，而部分电流对负载RL提供能量。

[0076] 请同时参阅图4与图9，图9为图1的细部电路动作原理图(五)。

[0077] 当处于一工作模式五(例如图4的时间t4 ~ t5 )时，晶体管开关S1仍处于截止状态。而一次侧的能量则持续经由第二二极管D2顺向导通向箝位第二电容C2充电，而部分电流向负载RL提供能量；而二次侧的能量则经由第四二极管D4顺向导通开始向二次侧输出第四电容C4充电，而部分电流则向负载RL提供能量。因此，在此工作区间负载RL所需的能量全由主电路提供。

[0078] 请同时参阅图4与图10，图10为图1的细部电路动作原理图(六)。

[0079] 当处于一工作模式六(例如图4的时间t5~ t6 )时，晶体管开关S1仍处于截止状态。此时，一次侧的能量与箝位第二电容C2开始向负载RL放电；而二次侧的能量则经由第四二极管D4顺向导通持续向二次侧输出第四电容C4充电，而部分电流则向负载RL提供能量。

[0080] 请同时参阅图4与图11，图11为图1的细部电路动作原理图(七)。

[0081] 当处于一工作模式七(例如图4的时间t6~ t0 )时，晶体管开关S1仍处于截止状态。当一次侧的能量释放至小于箝位第二电容C2的电压Vc2时，第二二极管D2便开始截止，此时能量由箝位第二电容C2提供给负载RL；而二次侧的能量仍经由第四二极管D4顺向导通持续向二次侧输出第四电容C4充电，而部分电流则向负载RL提供能量。

[0082] 由上述可知，本发明所述电源转换装置包含以下的特点：具有高电压增益、主动式箝位、低开关电压应力、漏感能量回收、电路设计简易以及高转换效率。

[0083] 综上所述，仅记载本发明为解决问题所采用的技术手段的较佳实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡是与本发明专利申请范围文义相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，均为本发明专利范围所涵盖。