CN101515754B - 电压转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种电压转换器，用以接收输入直流电压，其包含：升压芯片，用以接收输入直流电压，并升压为第一直流电压；放大电路，与升压芯片连接且具有至少一倍压电路，其接收第一直流电压，用以对经过升压后的第一直流电压进行倍压处理，以产生第二直流电压；定时信号发生电路，用以产生控制信号；极性控制电路，其与放大电路及定时信号发生电路连接，用以接收第二直流电压及输入直流电压，且响应控制信号的控制将第二直流电压转换成输出交流电压。

Description

电压转换器
技术领域
本发明是关于一种电压转换器，尤指一种将直流电压升压并转换成交流电压的电压转换器。
背景技术
随着科技的进步，各类3C产品已被视为推动市场成长的重要力量。无庸置疑的，这样的发展趋势仍将持续下去，而且随着微电子技术的进步，3C产品不但功能日趋复杂，其尺寸亦渐趋于小型化，且可携性也随之大幅提高，使用者因此可以方便轻松以3C产品处理各项事务。
而电脑、手机、数码相机等商品都可归类为3C产品，为了适应3C产品体积越做越小的趋势，产品内部的元件必须跟着小型化，尤其是用来将直流电压(DC)升压并转换成交流电压(AC)的电压转换器，才能达到产品小型化的目的，以符合市场的需求。
请参阅图1，其是已知电压转换器的电路结构示意图，如图所示，已知电压转换器10包含定时信号发生电路11、多个开关元件12、升压电压器13、电容C1以及电感L1，用以接收一直流电压Vdc并升压转换成为一交流电压Vac，至于已知电压转换器10的运作方式是：接收直流电压Vdc，并利用定时信号发生电路11所输出的控制信号来控制多个开关元件12的关闭及导通，将直流电压Vdc，可为+5V至+12V之间，于由电感L1、电容C1、升压变压器13(1∶20)及开关元件12所组成的回路中，利用开关元件12间的开闭作用，使得升压变压器13的次级可得到已升压至需求标准的交流电压Vac。
虽然已知电压转换器10确实可达到将直流电压升压并转换成为一交流电压，但是在小型化的趋势下，已知电压转换器10使用升压变压器13，将使得此种电路设计无法缩小体积，使得产品无法满足小型薄型化的目标。
因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失的电压转换器，实为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电压转换器，以解决电压转换器使用升压变压器，无法缩小体积，使得所制造的产品无法满足小型薄型化的缺点。
为达上述目的，本发明的一较广义实施样态为提供一种电压转换器，用以接收输入直流电压，其包含：升压芯片，用以接收输入直流电压，并升压为第一直流电压；放大电路，与升压芯片连接且具有至少一倍压电路，其接收第一直流电压，用以对经过升压后的第一直流电压进行倍压处理，以产生第二直流电压；定时信号发生电路，用以产生控制信号；以及极性控制电路，其与放大电路及定时信号发生电路连接，用以接收第二直流电压及输入直流电压，且响应控制信号的控制将第二直流电压转换成输出交流电压。
根据本发明的构想，其中控制信号是时脉信号。
根据本发明的构想，其中倍压电路是由多个二极管及电容所组成。
根据本发明的构想，其中倍压电路是由多个二极管所组成。
根据本发明的构想，其中升压芯片是直流-直流转换芯片。
根据本发明的构想，其中第二直流电压的大小是相应放大电路中所包含倍压电路的数量。
根据本发明的构想，其中极性控制电路是由多个隔离开关元件及多个推挽式开关元件所组成。
根据本发明的构想，其中隔离开关元件是光耦开关元件。
根据本发明的构想，其中推挽式开关元件是金属氧化物半导体元件。
根据本发明的构想，其中电压转换器还包含输出电容，其与放大电路及极性控制电路连接，放大电路进行倍压处理后所产生的第二直流电压提供至输出电容上输出。
根据本发明的构想，其中电压转换器还包含分压电路，其与升压芯片连接，用以调整第一直流电压的大小。
附图说明
图1是已知电压转换器的电路结构示意图。
图2是本发明较佳实施例的电压转换器的电路结构示意图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在以下的说明中予以详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本申请发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
本发明的电源转换器是利用半导体升压、倍压技术，不使用变压器而达到将直流电源升压并转成交流电源的目的，且只要依需要增加串联的倍压电路数，即可轻易的将电压从直流低压升压至需要的直流高压。
请参阅图2，其是本发明较佳实施例的电源转换器的电路结构示意图。如图2所示，本发明的电压转换器20可由升压芯片21、放大电路22、极性控制电路23、定时信号发生电路24、分压电路25以及电感L1、二极管D1以及电容C1、C2，主要用来接收一输入直流电压Vin并升压转换成为一输出交流电压。
本发明的升压芯片21可为一直流-直流转换芯片(DC to DC Converter IC)且其内部包含有一开关元件Q1，利用升压芯片21的过流饱和功能使得开关元件Q1可进行关断切换，于本实施例中，升压芯片21可使用美商二极管公司(DIODES.Inc)所设计制造的具有关断功能的编号AP34063芯片，但不此为限，任何具有同样功能的芯片此皆可并入参考。
升压芯片21的运作方式是接收该输入直流电压Vin，通过开关元件Q1的关断切换以及电感L1、二极管D1与电容C1的配合而将输入直流电压Vin升压为一第一直流电压V1，最后将第一直流电压V1加至电容C1上，至于，升压完成的第一直流电压V1可通过与升压芯片21连接的分压电路25来调整最终加至电容C1上的直流电压值，其中分压电路25可由电阻R1及电阻R2所构成。
举例而言，于一些实施例中，输入直流电压Vin可介于DC+3V～+12V，升压芯片21加上电感L1、二极管D1、电容C1、C2后可将输入直流电压Vin升压至DC+30V的直流电压，并可通过分压电路25调整升压芯片21输出为DC+25，并将此电压加至电容C1(以下将以此数据作为说明的例子)。
放大电路22与二极管D1、电容C1及输出电容C9连接，放大电路22内部可包含至少一倍压电路，主要相应所串联的倍压电路数量，而将第一直流电压V1从直流低压升压至需要的直流高压，其运作方式接收第一直流电压V1，并根据倍压电路的数量对经过升压后的第一直流电压V1进行倍压处理，以产生一第二直流电压V2，并将第二直流电压V2加至电容C9上。
于本实施例中，放大电路22包含4组倍压电路221～224，且彼此之间是串联连接，其中，倍压电路221可由电容C3、C4以及二极管D2、D3所构成，倍压电路222可由电容C5、C6以及二极管D4、D5所构成，倍压电路223可由电容C7、C8以及二极管D6、D7所构成，而倍压电路224则由二极管D8、D9所构成，倍压电路221～224依序可将第一直流电压V1倍压至2倍、3倍、4倍及5倍，举例而言，当第一直流电压V1为DC+25V时，倍压电路221～224可依序将电压由DC+25V倍压至DC+50V、DC+75V、DC+100V、DC+125V。
请再参阅图2，以下将说明放大电路22的倍压运作方式：
在时间T1时，升压芯片21内的开关元件Q1为导通，输入直流电压Vin经电感L1、开关元件Q1后接地，使得电感L1内因电流流过而储存能量，其两端电压为VL1。在时间T2时开关元件Q1变为OFF状态，于是输入直流电压Vin加上电感L1两端电压VL1经过二极管D1而加在电容C1上，利用电阻R1、电阻R2的适当调整，可在电容C1得到所需的DC+25V。
在时间T3时，升压芯片21内开关元件Q1又变为导通，此时除电感L1回路重复上述充电状态外，在电容C1上的电能DC+25V通过二极管D2、电容C2、开关元件Q1后接地，于是电容C2也被充电至DC+25V。在时间T4时开关元件Q1为OFF状态，于是电容C1又被充电至DC+25V。而此同时，输入直流电压Vin加上VL1再加上电容C2上的电压总合可为DC+50V，DC+50V经过二极管D3后加在电容C3及电容C1构成的串联回路上，于是电容C1、电容C3都分别被充电至DC+25V。
在时间T5时，升压芯片21内开关元件Q1又变为导通，此时除电感L1回路重复上述充电状态外，在电容C3加电容C1的电压为DC+50V，通过二极管D4、电容C4、电容C2、开关元件Q1后接地，于是电容C2、电容C4都被充电至DC+25V。在时间T6时开关元件Q1为OFF状态，于是电容C1又被充电至DC+25V，而此同时，输入直流电压Vin加上VL1再加上电容C2、电容C4上的电压总和为DC+75V，经过二极管D5后加在电容C5、电容C3及电容C1构成的串联回路上，于是电容C1、电容C3、电容C5都分别被充电至DC+25V。
在时间T7时，升压芯片21内开关元件Q1又变为导通，此时除电感L1回路重复上述充电状态外，在电容C5+C3+C1的总和电压为DC+75V，通过二极管D6、电容C6、电容C4、电容C2、开关元件Q1后接地，于是电容C2、电容C4、电容C6都分别被充电至DC+25V。在时间T8时开关元件Q1为OFF状态，于是电容C1又被充电至DC+25V。而此同时，输入直流电压Vin加上VL1再加上电容C2、电容C4、电容C6上的总和电压为DC+100V，经过二极管D7后加在电容C7、电容C5、电容C3及电容C1构成的串联回路上，于是电容C1、电容C3、电容C5、电容C7都分别被充电至DC+25V。
在时间T9时，升压芯片21内开关元件Q1又变为导通，此时除电感L1回路重复上述充电状态外，在电容C7+C5+C3+C1上的总和电压为DC+100V，通过二极管D8、电容C8、电容C6、电容C4、电容C2、开关元件Q1后接地，于是电容C2、电容C4、电容C6、电容C8都分别被充电至DC+25V。在时间T10时开关元件Q1为OFF状态，于是电容C1又被充电至DC+25V。而此同时，Vin加上VL1再加上电容C2、电容C4、电容C6、电容C8的总和DC+125V，经过二极管D9后加在输出电容C9上，于是输出电容C9被充电至DC+125V，此为第二直流电压的高压输出端点。
请再参阅图2，定时信号发生电路24可调整频率且与极性控制电路23连接，用以接收输入直流电压Vin，主要产生一控制信号，可为一定时信号(clock signal)，用来控制极性控制电路23的运作。
极性控制电路与输出电容C9及定时信号发生电路24连接，主要用来接收第二直流电压V2及输入直流电压Vin，且响应该控制信号的控制将第二直流电压V2转换成一输出交流电压。
本发明的极性控制电路23主要由隔离开关元件Q4～Q7及推挽式开关元件Q2及Q3所组成，其中，隔离开关元件Q4～Q7可为光耦开关元件，而推挽式开关元件Q2及Q3则可为金属氧化物半导体元件(MOS元件)，推挽式开关元件Q2是用来控制隔离开关元件Q4及Q5运作，而推挽式开关元件Q3是用来控制隔离开关元件Q6及Q7运作，至于，推挽式开关元件Q2及Q3则与定时信号发生电路24连接，用以响应控制信号的驱动来进行开关切换，使得推挽式开关元件Q2及Q3受定时信号发生电路24的控制而将高电压直流转变成高电压交流输出。
于本实施例中，极性控制电路23的运作方式是：在时间t1时，定时信号发生电路24输出的控制信号为正电压，推挽式开关元件Q2不导通而推挽式开关元件Q3为导通，使得隔离开关元件Q4、Q5、Q6、Q7中只有隔离开关元件Q6、Q7导通，于是通过隔离开关元件Q6的导通使得Vout-2端输出DC+125V，而通过隔离开关元件Q7的导通使得Vout-1端被接地。接着在时间t2时，定时信号发生电路24的控制信号输出为零电压，将使得推挽式开关元件Q2导通，而推挽式开关元件Q3为不导通，使得隔离开关元件Q4、Q5、Q6、Q7中只有隔离开关元件Q4、Q5导通，于是通过隔离开关元件Q4的导通使得Vout-1端输出DC+125V，通过隔离开关元件Q4的导通使得Vout-2被接地。如此周而复始，Vout-1、Vout-2两端即可输出AC 250Vpp交流电压。另外，还可通过调整定时信号发生电路24的输出讯号频率，即可变更最终输出交流电压的输出频率。
本发明所揭露的电压转换器20是利用半导体的升压、倍压技术，将输入直流电源升压并转成交流电源。且本发明的电压转换器20所使用的标准升压芯片21随着半导体技术的发展，其输出的第一直流电压应可再提升至DC+40V或更高，而为了得到更高的输出电压，只要增加串联倍压电压组数即可。以此方式已可达到将输入直流电压由DC+5V升压至AC约400Vpp的交流输出，而整个设计的电路板板含零件厚度不到3mm。
综上所述，本发明的电压转换器是利用半导体升压、倍压技术，不使用变压器而达到将直流电源升压并转成交流电源的目的，且只要依需要增加串联的倍压电路数，即可轻易的将电压从直流低压升压至需要的交流高压。因此，本发明的电压转换器极具产业的价值。
以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域技术的人员在不违背本发明的精神的前提下还可作出种种等同的改变或替换。因此本申请发明的保护范围应由所附的本申请权利要求所限定。

Claims (11)

1.一种电压转换器，用以接收一输入直流电压，其包含：
一升压芯片，用以接收该输入直流电压，并升压为一第一直流电压；
一放大电路，与该升压芯片连接且具有至少一倍压电路，其接收该第一直流电压，用以对该第一直流电压进行倍压处理，以产生一第二直流电压；
一定时信号发生电路，用以产生一控制信号；以及
一极性控制电路，其与该放大电路及该定时信号发生电路连接，用以接收该第二直流电压及该输入直流电压，且响应该控制信号的控制将该第二直流电压转换成一输出交流电压。
2.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于该控制信号是一时脉信号。
3.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于该倍压电路是由多个二极管及电容所组成。
4.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于该倍压电路是由多个二极管所组成。
5.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于该升压芯片是一直流-直流转换芯片。
6.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于该第二直流电压的大小是响应该放大电路中所包含该倍压电路的数量。
7.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于该极性控制电路是由多个隔离开关元件及多个推挽式开关元件所组成。
8.根据权利要求7所述的电压转换器，其特征在于该隔离开关元件是一光耦开关元件。
9.根据权利要求7所述的电压转换器，其特征在于该推挽式开关元件是一金属氧化物半导体元件。
10.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于该电压转换器还包含一输出电容，其与该放大电路及该极性控制电路连接，该放大电路进行倍压处理后所产生的该第二直流电压提供至该输出电容上输出。
11.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于该电压转换器还包含一分压电路，其与该升压芯片连接，用以调整该第一直流电压的大小。
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