CN101753026A - 交换式电源转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交换式电源转换电路，用以转换电压而提供给负载，其包括：电源电路，包含开关电路与第一磁性组件，借由开关电路的导通或截止使电源电路将输入电压转换为输出电压；反馈电路，其输入端与电源电路的输出端连接，用以根据输出电压产生反馈信号；以及控制电路，与交换式电源转换电路的输入端、开关电路以及反馈电路的输出端电连接，用以控制开关电路导通或截止；其中，控制电路固定开关电路的截止时间长度，而开关电路的导通时间长度根据反馈信号调整，且根据输入电压的值限制开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内。交换式电源转换电路在动作时，其内部的组件可正常运行而不会烧毁。且负载上的负载电流可被精确控制。

Description

交换式电源转换电路

技术领域

本发明涉及一种电源转换电路，特别涉及一种交换式电源转换电路。

背景技术

交换式电源转换电路(switching power conversion circuit)主要由一开关电路及至少一磁性组件，例如变压器或是电感等所构成。该交换式电源转换电路主要利用开关电路的导通或截止的交互操作而将所接收的电源经磁性组件来转换成至少一种预定电平的输出电压，以驱动其输出端的负载，此外，也可利用磁性组件来达到升压、降压或是滤波等效果。

当交换式电源转换电路的开关电路在交互地执行导通或截止动作时，磁性组件上便会相对应地产生一变化的磁通量，其量值为B＝V＊T_on/(Ts＊A)，其中B为磁性组件的磁通量值，V为交换式电源转换电路的输入电压，T_on为开关电路的导通时间长度，其会随着交换式电源转换电路的输出端的负载不同而有所改变，例如当负载变大时，开关电路的导通时间长度T_on则会变长，Ts为磁性组件的线圈圈数，而A则为磁性组件上的磁力线所通过的有效磁通面积。由于当交换式电源转换电路被制成后，磁性组件的线圈圈数Ts及有效磁通面积A已被固定为一定值而无法再改变，故实际上磁性组件的磁通量量值会随着输入电压V以及开关电路的导通时间长度T_on的变化而有所改变。

然而，公知开关电路的动作方式皆是固定其切换频率，因此当交换式电源转换电路的输出端的负载变大，使得开关电路的导通时间长度T_on变长时，磁性组件在开关电路动作时所产生的磁通量B便极容易地超过磁性组件本身的一最大饱和磁通量值，导致磁性组件饱和，造成磁性组件上的阻抗变得极小。如此一来，流过磁性组件的电流便会变得非常大，使得磁性组件以及交换式电源转换电路内部的其它组件会瞬间烧毁或是无法正常运行。

此外，公知的交换式电源转换电路内皆具有一升压驱动电路(BOOTSTRAP)，以驱动位于交换式电源转换电路内高压端的开关电路，然而由于升压驱动电路的成本相当高，相对地造成交换式电源转换电路的制作成本提高。虽然现今业界为了解决交换式电源转换电路因利用升压驱动电路而导致制作成本过高的问题，将开关电路的位置及数目作改良变化，然而却又衍生无法精确控制交换式电源转换电路的输出电流或输出电压的缺陷，使得连接于交换式电源转换电路的输出端的负载无法进行最优化的运行。

因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的交换式电源转换电路，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交换式电源转换电路，以解决公知交换式电源转换电路因开关电路的动作方式固定其切换频率，使得公知交换式电源转换电路的磁性组件于开关电路动作时所产生的磁通量极容易饱和，导致磁性组件及交换式电源转换电路内部的其它组件会瞬间烧毁或是无法正常运行的缺陷。同时，解决公知交换式电源转换电路因需具有升压驱动电路来驱动位于高压端的开关电路，使得交换式电源转换电路的制作成本过高的缺陷。此外，还解决公知交换式电源转换电路无法精确控制负载电流，导致负载无法进行最优化的运行等缺陷。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种交换式电源转换电路，用以将输入电压转换为输出电压而提供给负载，该交换式电源转换电路包括：电源电路，连接于交换式电源转换电路的一输入端与负载之间，且电源电路包含开关电路与第一磁性组件，借由开关电路的导通或截止使第一磁性组件产生磁通变化，使电源电路将输入电压转换为输出电压；反馈电路，反馈电路的输入端与电源电路的输出端连接，用以根据输出电压产生反馈信号；以及控制电路，与交换式电源转换电路的输入端、开关电路以及反馈电路的输出端电连接，用以控制开关电路导通时间与截止时间长度，使输出电压维持一额定电压值；其中，控制电路可固定开关电路的截止时间长度，而开关电路的导通时间长度则根据反馈信号调整，此外，根据输入电压的电压值可对应地限制开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内。

由于本发明的交换式电源转换电路的控制电路设定为根据输入电压的电压值而相对应地控制开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内，且控制电路也设定为将开关电路的截止时间的长度限制在一固定值，因此交换式电源转换电路内部的磁性组件于开关电路动作时所产生的磁通量便可被限制在本身的一最大饱和磁通量以内而不会饱和，使得交换式电源转换电路在动作时，其内部的组件可正常运行而不会烧毁。

再者，由于本发明的交换式电源转换电路的开关电路位于低压侧，因此无须一高压驱动电路去驱动开关电路，进而使交换式电源转换电路在工艺上可减少生产成本。同时，因本发明交换式电源转换电路的控制电路预设一电流上限参考值，而当控制电路借由检测电路检测到通过第一磁性组件的电流刚好到达该电流上限值时，则将开关电路截止，并且控制电路被设定为控制开关电路的截止时间的长度为一固定值，使得负载上的负载电流可被精确控制，以使负载可于最优化的情况下运行。

附图说明

图1：其为本发明第一优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。

图2：其为本发明第一优选实施例的交换式电源转换电路的一变化例。

图3：其为本发明第二优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。

图4：其为图3所示的交换式电源转换电路的电流与状态时序示意图。

图5：其为图3所示的交换式电源转换电路的一变化例。

图6：其为本发明第三优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。

图7：其为图6所示的交换式电源转换电路的电流与状态时序示意图。

图8：其为图6所示的交换式电源转换电路的一变化例。

并且，上述附图中的附图示记说明如下：

1，3，5交换式电源转换电路        9负载

V_in输入电压                      V_o输出电压

V_s，V_s1转换电压                  V_f，V_f1，V_f2反馈信号

11，31，51电源电路               12，32，52控制电路

111，311，511开关电路        112，312整流滤波电路

113，313，514反馈电路        T_on导通时间长度

T变压器                      L，L₂，L₃电感

N_f，N_f1初级绕组              N_s，N_s1次级绕组

1A，3A，5A输入端             1B，3B，5B第一输出端

1C，3C，5C第二输出端         K可调参数

D₁，D₃，D₄第一二极管         D₂，D₅第二二极管

C₁，C₃，C₅第一电容           C₂，C₄，C₆第二电容

I_L，I_L3电感电流              I_o负载电流

I_m，I_m1电流上限参考值        I_p，I_p1电流峰值

t1，t2，t3，t4时间           T_off截止时间长度

V_d，V_d1检测电压              I_a，I_a1电流谷值

L_f电感值                     T₃隔离变压器

512检测电路                  513整流电路

I_f1初级电流                  V_s2整流电压

G绝缘共接点                  T_f，T_f1固定截止时间

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后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的形式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，其为本发明第一优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。如图所示，本实施例的交换式电源转换电路1可为但不限为一驰返式(fly back)的交换式电源转换电路，且与一负载9电连接，用以将所接收的一输入电压V_in转换成一输出电压V_o，以供给负载9使用。

交换式电源转换电路1主要由一电源电路11、一控制电路12以及一反馈电路113所构成，其中电源电路11分别与控制电路12及负载9电连接，且主要由一第一磁性组件、一开关电路111以及一整流滤波电路112所构成。于本实施例中，第一磁性组件可为但不限为一变压器T，该变压器T的初级绕组N_f连接于交换式电源转换电路1的输入端1A而接收输入电压V_in，并利用变压器T的特性将所接收的输入电压V_in以电磁性方式传送至次级绕组N_s，使得次级绕组N_s上产生一转换电压V_s。开关电路111则电连接于控制电路12、变压器T的初级绕组N_f以及共接点，其借由控制电路12的控制而变频地持续交替进行导通或截止，以控制变压器T的初级绕组N_f接收电能，并将所接收的电量利用变压器T的特性以电磁性方式传送至次级绕组N_s。

当开关电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截止时，变压器T的初级绕组N_f或次级绕组N_s皆会相对应地产生一磁通量变化，其量值为B＝V_in＊T_on/(Ts＊A)，其中，B为初级绕组N_f或次级绕组N_s上的磁通量，V_in为交换式电源转换电路1的输入端1A所接收的输入电压V_in，而T_on为开关电路111的导通时间长度，Ts为初级绕组N_f或次级绕组N_s的线圈圈数，而A则是初级绕组N_f或次级绕组N_s上的磁力线所通过的有效磁通面积。由于，当本发明的交换式电源转换电路1制成后，变压器T的初级绕组N_f或次级绕组N_s的线圈圈数Ts以及有效磁通面积A皆已固定而无法改变，因此实际上初级绕组N_f或次级绕组N_s的磁通量B会随着交换式电源转换电路1所接收的输入电压V_in以及开关电路111的导通时间长度T_on变化而改变。

整流滤波电路112连接于变压器T的次级绕组N_s以及交换式电源转换电路1的第一输出端1B与第二输出端1C之间，并经由第一输出端1B与第二输出端1C而与负载9连接，用以将次级绕组N_s上的转换电压V_s整流及滤波，以产生输出电压V_o于第一输出端1B及第二输出端1C上。于上述实施例中，整流滤波电路112可为但不限为由一第一二极管D₁及一第一电容C₁所构成，其中第一二极管D₁的阳极端与变压器T的次级绕组N_s电连接，而阴极端则与第一电容C₁的一端连接，同时经由交换式电源转换电路1的第一输出端1B与负载9电连接，而第一电容C₁的另一端则与共接点连接，并经由交换式电源转换电路1的第二输出端1C与负载9电连接。此外，于本实施例中，电源电路11还可为但不限于具有一第二电容C₂，其电连接于交换式电源转换电路1的输入端1A以及变压器T的初级绕组N_f之间，用以将输入电压V_in滤波后传送至变压器T的初级绕组N_f。

反馈电路113的输入端与整流滤波电路112的输出端电连接，而反馈电路113的输出端则与控制电路12电连接，用以依据输出电压V_o产生一反馈信号V_f至控制电路12。

控制电路12分别与交换式电源转换电路1的输入端1A、反馈电路113以及开关电路111电连接，其用以控制开关电路111的导通时间与截止时间的长度，以使输出电压V_o维持在一额定电压值。于本实施例中，控制电路12控制开关电路111的截止时间长度为一固定值，且控制电路12根据反馈信号V_f来控制开关电路111的导通时间长度，同时根据输入电压V_in的电压值而相对应地控制开关电路111的导通时间长度于一最大导通时间长度以内，即开关电路111的最大导通时间长度随着输入电压V_in的电压值变化而改变，因此实际上导通时间长度与输入电源V_in之间具有一关系式为T_on≤K/V_in，其中T_on及V_in如上所述分别为开关电路111的导通时间长度以及交换式电源转换电路1所接收的输入电压V_in，而K则为一可调参数，代表着导通时间长度T_on与输入电压V_in之间的比值，其数值的大小可由控制电路12来预先设定，因此可借由控制电路12去调整可调参数K来改变输入电压V_in的电压值与开关电路111的导通时间长度T_on所对应关系。

由上述可知，由于本发明的交换式电源转换电路1的变压器T的初级绕组N_f或次级绕组N_s在开关电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截止时，所产生的磁通量的关系式为B＝V_in*T_on/(Ts*A)，其中初级绕组N_f或次级绕组N_s的线圈圈数Ts及有效磁通面积A在交换式电源转换电路1制成后便已固定而无法改变，因此初级绕组N_f或次级绕组N_s上的磁通量B实际上随着输入电压V_in及开关电路111的导通时间长度T_on的变化而改变，又由于本发明的控制电路12被设定为根据输入电压V_in的电压值而相对应地控制开关电路111的导通时间长度于一最大导通时间长度以内，其关系式为T_on≤K/V_in，因此当将初级绕组N_f或次级绕组N_s的磁通量的关系式B＝V_in*T_on/(Ts*A)中的T_on以K/V_in取代时，可推得新的关系式B≤K/(Ts*A)。如上所述，由于线圈圈数Ts及有效磁通面积A已为固定值，因此由新的关系式可得知变压器T的初级绕组N_f或次级绕组N_s上的磁通量B主要随着可调参数K的变动而被限制在一范围以下，又由于可调参数K的数值大小可由控制电路12预先设定控制，因此可借由预先设定控制电路12的可调参数K的数值使得初级绕组N_f或次级绕组N_s上的磁通量B被限制在例如本身的一最大饱和磁通量值以内，使得当开关电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截止时，变压器T的初级绕组N_f或次级绕组N_s便不会饱和，进而使变压器T以及交换式电源转换电路1内部的其它组件在交换式电源转换电路1运行时，不会有瞬间烧毁或是无法正常运行的情况发生。

于一些实施例中，如图2所示，交换式电源转换电路1也可为但不限为一顺向式(forward)的交换式电源转换电路，且其内部的电路组件以及彼此间的连接关系与图1所示的交换式电源转换电路1相似，故于此不再赘述。与图1相比较，图2所示的交换式电源转换电路1的整流滤波电路112内还可具有一第二磁性组件以及一第二二极管D₂，该第二磁性组件电连接于第一二极管D₁、第一电容C₁以及负载9之间，且可由但不限由电感L所构成，该电感L用以与该第一电容C₁产生共振效应，以使整流滤波电路112具有更佳的滤波效果，而第二二极管D₂的阴极端则电连接于第一二极管D₁及电感L之间，阳极端则与第一电容C₁电连接。

于上述实施例中，当开关电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截止时，于电感L上同样会产生磁通量的变化，且该电感L上的磁通量的关系式与变压器T的初级绕组N_f或次级绕组N_s的磁通量的关系式相似，换句话说，即制成后的交换式电源转换电路1的电感L的磁通量主要随着交换式电源转换电路1所接收的输入电压V_in以及开关电路111的导通时间长度T_on的变化而改变。由上述可知，本实施例的控制电路12被设定为根据输入电压V_in的电压值而相对应地控制开关电路111的导通时间长度于一最大导通时间长度以内，其关系式为T_on≤K/V_in，因此当开关电路111受控制电路12的控制而持续交替进行导通或截止时，同样可借由一开始预先设定控制电路12的可调参数K的数值而将电感L的磁通量限制在一特定值，例如电感L本身的一最大饱和磁通量值以内，使得交换式电源转换电路1运行时，电感L同样可正常运行而不会烧毁。

本发明的交换式电源转换电路1除了具有图1所示的第一磁性组件以及图2所示的第二磁性组件外，还可具有其它的磁性组件(未图示)，利用上述控制电路12控制开关电路111的方式，同样可使该些磁性组件于开关电路111进行导通或截止时所产生的磁通量不会超过一特定值，例如磁性组件本身的一最大饱和磁通量值，使得交换式电源转换电路1运行时，内部的组件可正常运行而不会烧毁。

请参阅图3，其为本发明第二优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。如图3所示，本实施例的交换式电源转换电路3可为但不限为一降压型(BUCK)的交换式电源转换电路，该交换式电源转换电路3与一负载9电连接，用以将所接收的输入电压V_in转换成一输出电压V_o，以供给负载9使用。

交换式电源转换电路3主要包含一电源电路31、一控制电路32以及一反馈电路313，其中电源电路31分别与控制电路32及负载9电连接，且主要由一第一磁性组件、一第一电容C₃、一开关电路311以及一检测电路312所构成。于本实施例中，第一磁性组件可为但不限为一电感L₂，该电感L₂的一端连接于交换式电源转换电路3的输入端3A，以接收输入电源V_in并同时产生一电感电流I_L，另一端则与第一电容C₃以及负载9电连接，使得电感电流I_L可分流至第一电容C₃以及负载9。第一电容C₃的一端电连接于电感L₂与负载9之间，另一端则与开关电路311电连接。

开关电路311则分别与负载9、第一电容C₃、控制电路32以及检测电路312电连接，其借由控制电路32的控制而变频地持续交替进行导通或截止，以使电感L₂及第一电容C₃在开关电路311导通时接受输入电压V_in的充电，并使得电感L₂在开关电路311截止时进行放电的动作，如此一来，借由开关电路311持续交替进行导通或截止的动作，电感L₂上便会具有磁通变化的产生，同时可使电源电路31输出该输出电压V_o于交换式电源转换电路3的第一输出端3B与一第二输出端3C以及输出一负载电流I_o给负载9。

检测电路312则串连接于开关电路311与共接点之间，用以当开关电路311导通时，接收并感测电感L₂的电感电流I_L，进而产生一检测电压V_d输出。且于本实施例中，该检测电路312可为但不限为由一电阻所构成。

于本实施例中，电源电路31还可具有一第二电容C₄以及一第一二极管D₃，其中第二电容C₄的一端电连接于电感L₂及交换式电源转换电路3的输入端3A之间，另一端则电连接于共接点，其用以将输入电压V_in滤波后传送至电感L₂。第一二极管D₃的阴极端电连接于第二电容C₄与电感L₂之间，阳极端则与第一电容C₃电连接，该第一二极管D₃用以当开关电路311截止而电感L₂开始放电时，提供电感L₂一放电回路。

反馈电路313的输入端与电源电路31的输出端电连接，而反馈电路313的输出端则与控制电路32电连接，用以依据输出电压V_o产生一反馈信号V_f1至控制电路32。

控制电路32的输入端分别与检测电路312以及反馈电路313电连接，进而接收检测电路312所传来的检测电压V_d以及反馈电路313所传来的反馈信号V_f1，而其输出端则与开关电路311的一控制端电连接，该控制电路32用以控制开关电路311导通时间与截止时间的长度，使该输出电压V_o维持一额定电压值。且于本实施例中，控制电路32控制开关电路311的截止时间的长度为一固定值，此外控制电路32根据反馈信号V_f1来控制开关电路311的导通时间长度，同时控制电路32预设一电流上限参考值I_m(请参阅图4)，用以当控制电路32借由检测电路312所传来的检测电压V_d去感测到电感L₂的电感电流I_L达到该电流上限参考值I_m时，控制开关电路311即截止。

以下将示范性地说明本发明交换式电源转换电路3的动作方式。请参阅图4并配合图3，其中图4为图3所示的交换式电源转换电路3的电流及状态时序示意图。如图所示，当开关电路311受控制电路32的控制而于时间t1开始导通时，输入电压V_in会对电感L₂及第一电容C₃进行充电，此时电感L₂的电感电流I_L会逐渐增加，并分流至第一电容C₃及负载9而经由导通的开关电路311流至检测电路312，借此检测电路312会对应该电感电流I_L的值而产生检测电压V_d给控制电路32。

当电感电流I_L持续上升至时间t2，此时控制电路32借由检测电压V_d感测到电感电流I_L的值已上升到控制电路32本身所预设的电流上限参考值I_m，控制电路32便控制开关电路311截止，在开关电路311截止的瞬间，电感电流I_L的一电流峰值I_p等于电流上限参考值I_m而为最大值。

当开关电路311于时间t2截止时，电感L₂便借由第一二极管D₃所提供的放电回路开始放电，电感电流I_L便开始逐渐下降，而由于控制电路32设定开关电路311的截止时间的长度为一固定值，因此当时间t2超过由控制电路32所设定的固定截止时间T_f而到达时间t3时，控制电路32便会导通开关电路311，在开关电路311导通的瞬间，电感电流I_L的一电流谷值I_a则会相对于电流峰值I_p而为最小值。当开关电路311于时间t3导通时，输入电压V_in又开始对电感L₂及第一电容C₃充电，而电感L₂的电感电流I_L便又逐渐增加。借由重复上述的动作，交换式电源转换电路3便可将输入电压V_in转换成输出电压V_o，并提供给负载9使用。

请再参阅图3及图4。当交换式电源转换电路3提供输出电压V_o给负载9时，负载9上的负载电流I_o会随着交换式电源转换电路3内的电感L₂的电感电流I_L的电流峰值I_p及电流谷值I_a的变化而有所改变，其关系式为I_o＝I_a+(I_p-I_a)/2，而电流峰值I_p及电流谷值I_a之间也存在着关系式I_a＝I_p-(V_o*T_off)/L_f，其中V_o为交换式电源转换电路3的输出电压，T_off则是开关电路311的截止时间长度，L_f则为电感L₂的电感值。由上述关系式可知，电流谷值I_a会随着电流峰值I_p、输出电压V_o、截止时间长度T_off以及电感值L_f的变化而改变。由于，电感L₂在制成后，其电感值L_f固定，且本实施例的交换式电源转换电路3的控制电路32设定开关电路311的截止时间长度T_off为固定截止时间T_f，又电感L₂的电感电流I_L的电流峰值I_p也被限制在等于控制电路32本身预设的电流上限参考值I_m，因此实际上电流谷值I_a仅随着输出电压V_o改变而变化。又由于第一电容C₃具有的电容特性，将使得输出电压V_o的变化量极小，相对应地，电流谷值I_a的变化量也变得极小。

再者，负载9上的负载电流I_o随着电流谷值I_a及电流峰值I_p的变化而改变，由于电流谷值I_a的变化量极小，因此负载电流I_o主要随着电流峰值I_p的变化而变动，又因本实施例的交换式电源转换电路3将电流峰值I_p限制在等于控制电路32本身预设的电流上限参考值I_m，因此可借由设定控制电路32的电流上限参考值I_m来控制电感电流I_L的电流峰值I_p，进而精确控制负载电流I_o实质上维持于一固定值，使得负载9可达到最优化的正常运行。

由图3可知，本实施例的交换式电源转换电路3的开关电路311位于低压端，因此无须设置一升压驱动电路来驱动开关电路311，使得交换式电源转换电路3在工艺上可减少生产成本。此外，又由于控制电路32控制开关电路311的方式将使得负载9上的负载电流I_o也借由设定控制电路32的电流上限值I_m而被精确地控制，负载9便可于最优化的情况下正常运行。

请参阅图5，其为图3所示的交换式电源转换电路的一变化例。如图5所示，本实施例的交换式电源转换电路的电路结构与图3所示的交换式电源转换电路相仿，且相同符号的组件代表结构与功能相似，故组件特征及连接关系于此不再赘述。与图3相比较，本实施例的控制电路32除了与开关电路311、检测电路312以及反馈电路313电连接外，还与交换式电源转换电路3的输入端3A电连接，因此控制电路32还可如图1所示的控制电路12一样被设定为根据输入电压V_in的电压值而相对应地控制开关电路311的导通时间长度于一最大导通时间长度以内而达到如图1所示的交换式电源转换电路1的优点。是以，本实施例的交换式电源转换电路3除了具有可精确控制流经负载9上的负载电流I_o实质上维持在一固定值的优点外，由于第一磁性组件，于本实施例中，即电感L₂的磁通量在开关电路311进行持续交替导通或截止时，可借由一开始预先设定控制电路32的可调参数K的数值而被限制在一特定值，例如电感L₂本身的一最大饱和磁通量值以内而不会饱和，因此当交换式电源转换电路3动作时，其内部组件可正常运行而不会烧毁。

请参阅图6，其为本发明第三优选实施例的交换式电源转换电路的电路方框示意图。如图6所示，本实施例的交换式电源转换电路5可为但不限为一隔离型(ISOLATION)的交换式电源转换电路，该交换式电源转换电路5与一负载9电连接，用以将所接收的一输入电压V_in转换成一输出电压V_o，以供给负载9使用。

交换式电源转换电路5主要包含一电源电路51、一控制电路52以及一反馈电路514，其中电源电路51分别与控制电路52及负载9电连接，且主要由第一磁性组件、一第一电容C₅、一开关电路511、一检测电路512、一整流电路513以及一第二磁性组件所构成。于本实施例中，第二磁性组件可为但不限为隔离变压器T₃，且该隔离变压器T₃的初级绕组N_f1连接于交换式电源转换电路5的输入端5A而接收输入电压V_in，以产生一初级电流I_f1，同时利用隔离变压器T₃的特性将所接收的输入电压V_in以电磁性方式传送至次级绕组N_s1，使得次级绕组N_s1上产生一转换电压V_s1。

整流电路513则与隔离变压器T₃的次级绕组N_s1电连接，用以将次级绕组N_s1上的转换电压V_s1整流成一整流电压V_s2后输出。于本实施例中，整流电路513由一第一二极管D₄以及一第二二极管D₅所构成，其中第一二级体D₄的阳极端及阴极端分别与隔离变压器T₃的次级绕组N_s1以及第二二极管D₅的阴极端电连接，而第二二极管D₅的阳极端则与一绝缘共接点G电连接。

于本实施例中，第一磁性组件可为但不限为一电感L₃，该电感L₃的一端与整流电路513电连接，因此电感L₃便接收整流电路513所传来的整流电压V_s2，同时产生一电感电流I_L3，而电感L₃的另一端则与负载9及第一电容C₅电连接，使得电感电流I_L3可分流至第一电容C₅以及负载9。且由于隔离变压器T₃的特性，故实际上电感电流I_L3与隔离变压器T₃的初级绕组N_f1的初级电流I_f1会有一比例关系，该比例关系等于隔离变压器T₃的初级绕组N_f1及次级绕组N_s1的圈数比。为了更了解本发明的技术，于本实施例中，示范性地假设次级绕组N_s1及初级绕组N_f1的圈数比为1∶2，故电感电流I_L3与初级电流I_f1的比例为2∶1。第一电容C₅的一端电连接于电感L₃以及负载9之间，另一端则电连接于绝缘共接点G，其用以滤波。

开关电路511则电连接于控制电路52、隔离变压器T₃的初级绕组N_f1以及检测电路512，其借由控制电路52的控制而变频地持续交替进行导通或截止的动作，以控制隔离变压器T₃的初级绕组N_f1接收电能，并将所接收的电能利用隔离变压器T₃的特性以电磁性方式传送至次级绕组N_s1。且电感L₃及第一电容C₅在开关电路511导通时接受整流电压V_s2的充电，以产生该电感电流I_L3，而开关电路511截止时，电感L₃则进行放电的动作，如此一来，电感L₃上便会产生磁通变化，同时借由开关电路511持续交替进行导通或截止的动作，电源电路51便可于交换式电源转换电路5的一第一输出端5B以及一第二输出端5C输出该输出电压V_o，同时输出一负载电流I_o给负载9。

而检测电路512则串连接于开关电路511与共接点之间，用以当开关电路511导通时，借由接收初级绕组N_f1所传来的初级电流I_f1而去感测与初级电流I_f1有比例关系，于本实施例中为两倍的电感L₃的电感电流I_L3，进而相对应地产生一检测电压V_d1输出。于本实施例中，该检测电路512可由但不限由一电阻所构成。

反馈电路514的输入端与电源电路51的输出端电连接，而反馈电路514的输出端则与控制电路52电连接，用以依据输出电压V_o产生一反馈信号V_f2至控制电路52

于本实施例中，电源电路51还可具有一第二电容C₆，该第二电容C₆的一端电连接于隔离变压器T₃的初级绕组N_f1及交换式电源转换电路5的输入端5A之间，另一端则电连接于共接点，其用以将输入电压V_in滤波后传送至初级绕组N_f1。

控制电路52的输入端分别与检测电路512以及反馈电路514电连接，进而接收检测电路512所传来的检测电压V_d1以及反馈电路514所传来的反馈信号V_f2，而其输出端则与开关电路511的一控制端电连接，该控制电路52用以控制开关电路511导通时间与截止时间的长度，使该输出电压V_o维持一额定电压值。且于本实施例中，控制电路52控制开关电路511的截止时间长度为一固定值，此外控制电路52预设一电流上限参考值I_m1(请参阅图7)，以当控制电路52借由检测电路512所传来的检测电压V_d1去感测到电感L₃的电感电流I_L3达到该电流上限参考值I_m1时，控制开关电路511截止。

以下将示范性地说明本发明交换式电源转换电路5的动作方式。请参阅图7并配合图6，其中图7为图6所示的交换式电源转换电路5的电流及状态时序示意图。如图所示，当开关电路511受控制电路52的控制而于时间t1开始导通时，隔离变压器T₃的初级绕组N_f1的初级电流I_f1的值会逐渐增加，并经由开关电路511流至检测电路512，同时隔离变压器T₃的次级绕组N_s1相对应地产生转换电压V_s1，并经由整流电路513整流成整流电压V_s2后对电感L₃以及第一电容C₅进行充电，使得电感L₃的电感电流I_L3的值随着充电而逐渐增加，且由于隔离变压器T₃的次级绕组N_s1以及初级绕组N_f1的圈数比为1∶2，因此电感电流I_L3与初级电流I_f1的比例为2∶1。

当电感电流I_L3持续上升至时间t2时，此时控制电路52借由检测电压V_d1感测到电感电流I_L3的值已上升到控制电路52本身所预设的电流上限参考值I_m1，控制电路52便截止开关电路511，而在开关电路511截止的瞬间，电感电流I_L3的一电流峰值I_p1等于电流上限参考值I_m1且为最大值。

当开关电路511于时间t2截止时，电感L₃便开始放电，使电感电流I_L3逐渐下降，由于控制电路52设定开关电路511的截止时间长度为一固定值，因此当由时间t2过了由控制电路52所设定的一固定截止时间T_f1而到达时间t3时，控制电路52便会导通开关电路511，在开关电路511导通的瞬间，电感电流I_L3的一电流谷值I_a1则会相对于电流峰值I_p1而为最小值。当开关电路511于时间t3导通时，电感L₃又受整流电路513所输出的整流电压V_s2充电，使得电感电流I_L3又逐渐增加。

请再参阅图6及图7。当交换式电源转换电路5提供输出电压V_o给负载9时，负载9上的负载电流I_o会随着交换式电源转换电路5内的电感L₃的电感电流I_L3的电流峰值I_p1及电流谷值I_a1的变化而有所改变，其关系式为I_o＝I_a1+(I_p1-I_a1)/2，而电流峰值I_p1及电流谷值I_a1之间也存在着一关系式，该关系式为I_a1＝I_p1-(V_o*T_off)/L_f，其中V_o为交换式电源转换电路5的输出电压，T_off则是开关电路511的截止时间长度，L_f则为电感L₃的电感值。由上述可知，电流谷值I_a1会随着电流峰值I_p1、输出电压V_o、截止时间长度T_off以及电感值L_f的变化而改变。然而由于电感L₃在制成后，其电感值L_f已固定，且本实施例的交换式电源转换电路5的控制电路52控制开关电路511的截止时间长度T_off为固定截止时间T_f1，此外，电感L₃的电感电流I_L3的电流峰值I_p1也被限制在等于控制电路52本身预设的电流上限参考值I_m1，因此实际上电流谷值I_a1仅随着输出电压V_o改变而变化。由于第一电容C₅所具有的电容特性将使得输出电压V_o的变化量极小，相对应地电流谷值I_a1的变化量也变得极小。

再者，负载9上的负载电流I_o随着电流谷值I_a1及电流峰值I_p1的变化而改变，又由于电流谷值I_a1的变化量极小，因此负载电流I_o主要随着电流峰值I_p1的变化而变动，此外因为本实施例的交换式电源转换电路5将电流峰值I_p1限制在需等于控制电路52本身预设的电流上限参考值I_m1，因此可借由设定控制电路52的电流上限参考值I_m1而控制电感电流I_L3的电流峰值I_p1，进而精确控制负载电流I_o实质上维持于一固定值，使得负载9可达到最优化的正常运行。

请参阅图8，其为图6所示的交换式电源转换电路的一变化例。如图8所示，本实施例的交换式电源转换电路的电路结构与图6所示的交换式电源转换电路相仿，且相同符号的组件代表结构与功能相似，故组件特征及连接关系于此不再赘述。与图6相比较，本实施例的控制电路52除了与开关电路511、检测电路512以及反馈电路514电连接外，还与交换式电源转换电路5的输入端5A电连接，因此控制电路52还可如图1所示的控制电路12一样被设定为根据输入电压V_in的电压值而相对应地控制开关电路511的导通时间长度于一最大导通时间长度以内而达到如图1所示的交换式电源转换电路1的优点。是以，本实施例的交换式电源转换电路5除了具有可精确控制流经负载9的负载电流I_o维持于一固定值的优点外，由于第一磁性组件及第二磁性组件的磁通量在开关电路511进行导通或截止时，可控制在本身的一最大饱和磁通量内而不会饱和，使得交换式电源转换电路5于动作时，其内部组件可正常运行而不会烧毁。

综上所述，由于本发明的交换式电源转换电路的控制电路设定为根据输入电压的电压值而相对应地控制开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内，且控制电路也设定为将开关电路的截止时间的长度限制在一固定值，因此交换式电源转换电路内部的磁性组件于开关电路动作时所产生的磁通量便可被限制在本身的一最大饱和磁通量以内而不会饱和，使得交换式电源转换电路在动作时，其内部的组件可正常运行而不会烧毁。

再者，由于本发明的交换式电源转换电路的开关电路位于低压侧，因此无须一高压驱动电路去驱动开关电路，进而使交换式电源转换电路在工艺上可减少生产成本。同时，因本发明交换式电源转换电路的控制电路预设一电流上限参考值，而当控制电路借由检测电路检测到通过第一磁性组件的电流刚好到达该电流上限值时，则将开关电路截止，并且控制电路被设定为控制开关电路的截止时间的长度为一固定值，使得负载上的负载电流可被精确控制，以使负载可于最优化的情况下运行。

本发明得由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱离所附权利要求所保护的范围。

Claims (28)

1.一种交换式电源转换电路，用以将一输入电压转换为一输出电压而提供给一负载，该交换式电源转换电路包括：

一电源电路，连接于该交换式电源转换电路的一输入端与该负载之间，且该电源电路包含一开关电路与一第一磁性组件，借由该开关电路的导通或截止使该第一磁性组件产生磁通变化，而使该电源电路将该输入电压转换为该输出电压；

一反馈电路，该反馈电路的输入端与该电源电路的输出端连接，用以根据该输出电压产生一反馈信号；以及

一控制电路，与该交换式电源转换电路的该输入端、该开关电路以及该反馈电路的输出端电连接，用以控制该开关电路导通时间与截止时间长度，使该输出电压维持一额定电压值；

其中，该控制电路固定该开关电路的截止时间长度，而该开关电路的导通时间长度根据该反馈信号调整，且根据该输入电压的电压值对应限制该开关电路的导通时间长度于一最大导通时间长度以内。

2.如权利要求1所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件连接于该交换式电源转换电路的该输入端，用以将该输入电压转换为一转换电压。

3.如权利要求2所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件为一变压器。

4.如权利要求2所述的交换式电源转换电路，其中该开关电路连接于该第一磁性组件以及一共接点之间。

5.如权利要求2所述的交换式电源转换电路，其还包含一整流滤波电路，连接于该第一磁性组件以及该负载之间，用以将该第一磁性组件的该转换电压整流及滤波而输出该输出电压。

6.如权利要求5所述的交换式电源转换电路，其中该整流滤波电路由一第一二极管以及一第一电容所构成，该第一二极管的一阳极端与该第一磁性组件电连接，一阴极端与该第一电容的一端及该负载电连接，该第一电容的另一端电连接于一共接端。

7.如权利要求1所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件与该交换式电源转换电路的该输入端电连接，用以借由该开关电路的导通或截止而进行充电与放电，以使该电源电路输出一负载电流给该负载。

8.如权利要求7所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件为一电感。

9.如权利要求7所述的交换式电源转换电路，还具有一第一电容，其一端与该第一磁性组件以及该负载电连接，用以滤波。

10.如权利要求9所述的交换式电源转换电路，其中该开关电路与该第一电容的另一端及该负载电连接。

11.如权利要求10所述的交换式电源转换电路，还具有一检测电路，其一端与该控制电路以及该开关电路电连接，另一端与一共接点电连接，用以当该开关电路导通而该第一磁性组件产生的一电流流经该开关电路时，根据该电流而输出一检测信号。

12.如权利要求11所述的交换式电源转换电路，其中该检测电路为一电阻。

13.如权利要求11所述的交换式电源转换电路，其中该控制电路预设一电流上限值，以当该控制电路借由该检测信号感测到该第一磁性组件的该电流等于该电流上限值时，控制该开关电路截止，以使该电源电路输出的该负载电流为固定值。

14.如权利要求9所述的交换式电源转换电路，还具有一第一二极管，其一阴极端与该第一磁性组件电连接，一阳极端与该第一电容电连接，用以提供该第一磁性组件一放电回路。

15.如权利要求1所述的交换式电源转换电路，还具有一第二磁性组件，该第二磁性组件与该交换式电源转换电路的该输入端电连接，用以将该输入电压转换为一转换电压。

16.如权利要求15所述的交换式电源转换电路，其中该第二磁性组件具有一初级绕绕组及一次级绕组，且该二磁性组件为一隔离变压器。

17.如权利要求16所述的交换式电源转换电路，还具有一整流电路，与该第二磁性组件电连接，用以将该第二磁性组件传来的该转换电压整流成一整流电压后输出。

18.如权利要求17所述的交换式电源转换电路，其中该整流电路由一第一二极管以及一第二二极管所构成，该第一二极管的一阳极端与该第二磁性组件电连接，一阴极端与该第一磁性组件电连接，该第二二极管的一阴极端与该第一磁性组件电连接，一阳极端与一绝缘接地端电连接。

19.如权利要求17所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件连接该整流电路以及该负载之间，用以当该开关电路导通时，接收该整流电压而充电，并产生一电流，而当该开关电路截止时进行放电，以使该电源电路输出该输出电压以及一负载电流给该负载。

20.如权利要求19所述的交换式电源转换电路，其中该第一磁性组件为一电感。

21.如权利要求19所述的交换式电源转换电路，还具有一第一电容，其一端连接于该第一磁性组件以及该负载之间，另一端连接于一绝缘共接点，用以滤波。

22.如权利要求19所述的交换式电源转换电路，其中该开关电路与该第二磁性组件电连接。

23.如权利要求22所述的交换式电源转换电路，还具有一检测电路，其一端与该控制电路以及该开关电路电连接，另一端与一共接点电连接，用以当该开关电路导通时，借由接收该第二磁性组件的该初级绕组的一初级电流而感测与该初级电流有一比例关系的该第一磁性组件的该电流，并根据该第一磁性组件的该电流而输出一检测信号。

24.如权利要求23所述的交换式电源转换电路，其中该检测电路为一电阻。

25.如权利要求23所述的交换式电源转换电路，其中该控制电路预设一电流上限值，以当该控制电路借由该检测信号感测到该第一磁性组件的该电流等于该电流上限值时，控制该开关电路截止，以使该电源电路输出的该负载电流为固定值。

26.如权利要求23所述的交换式电源转换电路，其中该比例关系为该第二磁性组件的该次级绕组与该初级绕组的圈数比。

27.如权利要求1所述的交换式电源转换电路，其中该开关电路的该最大导通时间长度根据该输入电压的电压值改变，且两者间的比例值等于一可调参考变量，该控制电路借由调整该可调参考变量改变该输入电压的电压值与该开关电路的最大导通时间长度所对应关系。

28.如权利要求1所述的交换式电源转换电路，还具有一第二电容，其一端与该交换式电源转换电路的该输入端电连接，另一端与一共接点电连接，用以将该输入电压滤波。

Images