CN101834527A - 双级交换式电源转换电路 - Google Patents

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Abstract

一种双级交换式电源转换电路，其包括：第一级电源电路，接收输入电压且通过第一开关电路导通或截止产生总线电压；第二级电源电路，接收总线电压且通过第二开关电路导通或截止产生输出电压；输出检测电路，根据输出电压和/或输出电流产生输出检测信号；电源控制单元，根据输出检测信号分别控制第一开关电路与第二开关电路运行，而分别使第一级电源电路的第一级电压增益值与第二级电源电路的第二级电压增益值根据输出检测信号改变，使输出电压或输出电流维持在一额定值，总线电压根据输出检测信号而动态变化。本发明能接收电压变化较大的输入电压；不需要于输入端额外增加功率因数校正电路，不会造成整体电路复杂度提高使制造成本增加。

Description

双级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，尤其涉及一种双级交换式电源转换电路。
背景技术
近年来随着科技的进步，具有各式各样不同功能的电子产品已逐渐被研发出来，这些具有各式各样不同功能的电子产品不但满足了人们的各种不同需求，更融入每个人的日常生活，使得人们生活更为便利。
这些各式各样不同功能的电子产品由各种电子元件所组成，而每一个电子元件所需的电源电压不尽相同，因此，现今的供电系统提供的交流电源并不适合直接提供给电子产品使用。为了提供适当的电压给每一个电子元件使其正常运行，这些电子产品需要通过电源转换电路将交流电源，例如一般的市电，转换为适当的电压给每一个电子元件使用。
电源转换电路依其电路架构的不同，约可粗略地区分为线性式和交换式电源转换电路两种，简单的线性式电源转换电路是由变压器、二极管整流器和电容滤波器所组成，其优点是电路简单且成本低，但是因使用较大的变压器且转换效率低，所以无法使用在体积较小或长时间使用的电子产品中。相较于线性式电源转换电路，交换式电源转换电路具有较高的转换效率及较小的体积，因此，长时间使用或小型化的电子产品大多会使用交换式电源转换电路。
传统双级交换式电源转换电路由第一级电源电路产生固定电压值的总线电压，再由第二级电源电路接收总线电压而产生额定电压值的输出电压，以提供额定电压值的输出电压给电子产品使用。其中，交流输入电压的电压值必需在一定的范围内，例如100～120(V)伏特，第一级电源电路才能产生固定电压值的总线电压，若交流输入电压的电压值超出范围时，总线电压的电压值也会超出预定的电压值。此外，由于第二级电源电路设计为接收预定且固定电压值的总线电压，例如110伏特，而产生额定电压值的输出电压，所以输出电压的电压值会随着总线电压的电压值而变化。
由上述可知，传统双级交换式电源转换电路为了使第一级电源电路可以产生固定电压值的总线电压，仅能接收电压变化较小的交流输入电压，若第一级电源电路无法产生预定电压值的总线电压时，第二级电源电路也无法产生额定电压值的输出电压。当交流输入电压短暂地中断或发生异常时，例如雷击或马达启动所造成的交流输入电压中断或异常，输出电压同样会受到交流输入电压影响而立即中断或发生异常。此外，传统双级交换式电源转换电路必需于输入端额外增加功率因数校正(power factor correction，PFC)电路，才能具有功率因数校正的功能，不但造成整体电路复杂度相对提高，更会使制造成本相对增加。
因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的双级交换式电源转换电路，实为相关技术领域人员目前所迫切需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种双级交换式电源转换电路。
为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种双级交换式电源转换电路，用以接收输入电压而产生输出电压，该双级交换式电源转换电路包括：第一级电源电路，其包含第一开关电路，第一级电源电路连接于电源总线，用以接收输入电压且通过第一开关电路导通或截止产生总线电压；第二级电源电路，其包含第二开关电路，第二级电源电路连接于电源总线，用以接收总线电压且通过第二开关电路导通或截止产生该输出电压；输出检测电路，其连接于第二级电源电路，用以根据输出电压和/或输出电流产生输出检测信号；以及电源控制单元，连接于第一级电源电路的第一开关电路与第二级电源电路的第二开关电路的控制端，用以根据输出检测信号分别控制第一开关电路与第二开关电路运行，而分别使第一级电源电路的第一级电压增益值与第二级电源电路的第二级电压增益值根据输出检测信号改变，以使输出电压或输出电流维持在额定值，其中，总线电压根据输出检测信号而动态变化。
本发明的双级交换式电源转换电路的第一级电源电路不会产生固定电压值的总线电压，且第一级电源电路与第二级电源电路根据双级交换式电源转换电路的输出电压或输出电流而分别调整第一级电源电路的第一开关电路以及第二级电源电路的第二开关电路运行，进而分别调整第一级电源电路的第一级电压增益值(gain)与第二级电源电路的第二级电压增益值，因此，双级交换式电源转换电路能接收电压变化较大的输入电压。即使是因为输入电压的电压值变化造成总线电压的电压值变化时，输出电压的电压值不会随着总线电压的电压值而变化。当输入电压短暂地中断或发生异常时，输出电压不会受到输入电压影响而立即中断或发生异常。此外，本发明的双级交换式电源转换电路不需要于输入端额外增加功率因数校正电路，直接利用第一级电源电路就可以使本发明的双级交换式电源转换电路具有功率因数校正的功能，所以不会造成整体电路复杂度提高，更不会使制造成本增加。
附图说明
图1：为本发明优选实施例的双级交换式电源转换电路的电路方块示意图。
图2A：为第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。
图2B：为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。
图2C：为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。
图2D：为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。
图3A：为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。
图3B：为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。
图3C：为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。
图3D：为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。
图4A：为图1所示的双级交换式电源转换电路的优选实施例的电路示意图。
图4B：为图1所示的双级交换式电源转换电路的另一优选实施例的电路示意图。
图5：为图4B的电流及电压的时序示意图。
上述附图中的附图标记说明如下：
1：双级交换式电源转换电路     11：第一级电源电路
12：第二级电源电路            13：输出检测电路
14：电源控制单元              15：输出电流检测电路
111：第一开关电路             112：第一级整流电路
113：充电电流检测电路         121：第二开关电路
122：第二级整流电路           141：第一级控制电路
142：第二级控制电路           B1：电源总线
Vbus：总线电压                Vin：输入电压
Vo：输出电压                  Iin：输入电流
Io：输出电流                  Vf：输出检测信号
G1：第一级电压增益值          G2：第二级电压增益值
Cbus：总线电容                Dt1：第一占空比
f2：第二运行频率              A1：第一对应变化关系线
A2：第二对应变化关系线        VfA：第一信号值区间
VfB：第二信号值区间           Vr：整流输入电压
Vf1、Vf2、Vf3、Vf4：第一～第四输出检测信号值
Dt1max：最大第一占空比        Dt1min：最小第一占空比
f2max：最大第二运行频率       f2min：最小第二运行频率
C1、C2：第一～第二电容        L1：第一电感
Q1、Q2、Q3：第一～第三开关元件
D1、D2、D3：第一～第三二极管
Q11、Q21、Q31：第一端         Q12、Q22、Q32：第二端
COM1、COM2：第一～第二共接端
Tr：变压器                      Np：初级绕组
Ns1、Ns2：第一～第二次级绕组    Rs：输出检测电阻
VIo：输出电流检测信号           Nc：电流感应绕组
Co：输出电容                    VT：充电电流检测信号
RT：充电检测电阻                VL1：第一电感电流感应信号
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方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，其为本发明优选实施例的双级交换式电源转换电路的电路方块示意图。本发明的双级交换式电源转换电路1用以接收输入电压Vin而产生额定的输出电压Vo或输出电流Io，该双级交换式电源转换电路1包括：第一级电源电路11、第二级电源电路12、输出检测电路13以及电源控制单元14，其中，第一级电源电路11包含第一开关电路111，而第一级电源电路11分别连接于电源总线B1与电源控制单元14的第一级控制电路141，用以接收输入电压Vin且通过第一开关电路111的导通或截止产生总线电压Vbus。
第二级电源电路12包含第二开关电路121，而第二级电源电路12分别连接于电源总线B1与电源控制单元14的第二级控制电路142，用以接收总线电压Vbus且通过第二开关电路121的导通或截止产生额定的输出电压Vo或输出电流Io。输出检测电路13连接于第二级电源电路12的电源输出端、电源控制单元14的第一级控制电路141与第二级控制电路142，用以根据输出电压Vo和/或输出电流Io产生对应的输出检测信号Vf。
电源控制单元14分别连接于第一级电源电路11的第一开关电路111的控制端、第二级电源电路12的第二开关电路121的控制端以及输出检测电路13的输出端，用以根据输出检测信号Vf分别控制第一开关电路111与第二开关电路121运行，而分别使第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第二级电源电路12的第二级电压增益值G2根据输出检测信号Vf改变，进而使第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第二级电源电路12的第二级电压增益值G2根据输出电压Vo和/或输出电流Io改变。其中，第一级电压增益值G1为输入电压Vin与总线电压Vbus的比值，其关系式为G1＝Vbus/Vin，而第二级电压增益值G2为总线电压Vbus与输出电压Vo的比值，其关系式为G1＝Vo/Vbus。
在本实施例中，电源控制单元14包含第一级控制电路141与第二级控制电路142，其中，第一级控制电路141分别连接于输出检测电路13的输出端与第一级电源电路11的第一开关电路111的控制端，用以根据输出检测电路13产生的输出检测信号Vf控制第一级电源电路11的第一开关电路111运行，使第一级电源电路11的第一级电压增益值G1根据输出检测信号Vf改变。相似地，第二级控制电路142分别连接于输出检测电路13的输出端与第二级电源电路12的第二开关电路121的控制端，用以根据输出检测电路13产生的输出检测信号Vf控制第二级电源电路12的第二开关电路121运行，使第二级电源电路12的第二级电压增益值G2根据输出检测信号Vf改变。
电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一级电源电路11的第一开关电路111以脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)的运行方式导通或截止，且通过改变第一开关电路111运行的占空比(duty cycle)可以使第一级电源电路11的第一级电压增益值G1改变。其中，第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第一开关电路111的占空比成正比。换言之，当电源控制单元14的第一级控制电路141提高第一开关电路111的占空比时，第一级电源电路11的第一级电压增益值G1会随着第一开关电路111的占空比提高而增加。
相似地，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二级电源电路12的第二开关电路121以脉冲频率调制(pulse frequency modulation，PFM)的运行方式导通或截止，且通过改变第二开关电路121的运行频率可以使第二级电源电路12的第二级电压增益值G2改变。其中，第二级电源电路12的第二级电压增益值G2与第二开关电路121的运行频率成反比。也就是说，当电源控制单元14的第二级控制电路142提高第二开关电路121的运行频率时，第二级电源电路12的第二级电压增益值G2会随着第二开关电路121的运行频率提高而降低。
电源控制单元14的第一级控制电路141与第二级控制电路142是依据随着输出电压Vo或输出电流Io变化的输出检测信号Vf而分别调整第一开关电路111与第二开关电路121的运行，使第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第二级电源电路12的第二级电压增益值G2改变，进而使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。换言之，总线电压Vbus会随着输出电压Vo或输出电流Io而变化，因此，本发明的双级交换式电源转换电路1利用第一级电源电路11产生非固定电压值的总线电压Vbus，来实现输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
第一级电源电路11不需要产生固定电压值的总线电压Vbus，而是动态地调整第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第二级电源电路12的第二级电压增益值G2使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值，进而使第一级电源电路11的第一开关电路111与第二级电源电路12的第二开关电路121运行可以更具弹性，因此，本发明的双级交换式电源转换电路1可以接收较大电压值变化范围的输入电压Vin。
举例而言，输出电压Vo等于第一级电压增益值G1、第二级电压增益值G2与输入电压Vin的乘积，其关系式为Vo＝G1.G2.Vin。当第一级电源电路11接收输入电压Vin的电压值为额定100伏特时，为了使第二级电源电路12产生输出电压Vo的电压值为300伏特的额定电压值，电源控制单元14的第一级控制电路141与第二级控制电路142会分别通过调整第一级电源电路11的第一开关电路111与第二级电源电路12的第二开关电路121，使第一级电压增益值G1与第二级电压增益值G2乘积为3，以满足输入电压Vin与输出电压Vo的关系式Vo＝G1.G2.Vin。
由于第一级电源电路11的第一开关电路111与第二级电源电路12的第二开关电路121运行可以更具弹性，因此，本发明的双级交换式电源转换电路1能接收电压值变化较大的输入电压Vin，更因为此特性，当输入电压Vin短暂地发生异常时，输出电压Vo不会受到输入电压Vin影响立即发生异常。举例而言，若通过电源控制单元14的第一级控制电路141与第二级控制电路142分别控制第一级电源电路11的第一开关电路111与第二级电源电路12的第二开关电路121，而可以调整第一级电压增益值G1与第二级电压增益值G2的最大值为10，且可以调整第一级电压增益值G1与第二级电压增益值G2的最小值为1，由输入电压Vin与输出电压Vo的关系式Vo＝G1.G2.Vin可知，本发明的双级交换式电源转换电路1为了产生300伏特额定值的输出电压Vo，本发明的双级交换式电源转换电路1可以接收的输入电压Vin为3～300伏特，即输入电压Vin为非100伏特额定值时，输出电压Vo一样会维持300伏特额定值。
在本实施例中，本发明的双级交换式电源转换电路1还包含总线电容Cbus，连接于第一级电源电路11的电源输出端、第二级电源电路12的电源输入端与电源总线B1，用以滤除总线电压Vbus的高频噪声，且于输入电压未中断时存储电能。因此，当输入电压Vin短暂地中断时，可以通过总线电容Cbus提供电能产生输出电压Vo，使输出电压Vo不会受到输入电压Vin影响而立即中断。
此外，更因为本发明的双级交换式电源转换电路1的第一级电源电路11不用产生固定电压值的总线电压Vbus，而是动态调整第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第二级电源电路12的第二级电压增益值G2使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值，因此，在输入电压Vin中断前，由于第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第二级电源电路12的第二级电压增益值G2为动态调整，使总线电容Cbus的总线电压Vbus下降的速度较慢，进而使输入电压Vin中断后，输出电压Vo维持额定值时的维持时间较长。举例而言，当输入电压Vin中断后，输出电压Vo还是会维持额定值不会立即中断，在经过0.5秒的维持时间后，输出电压Vo才会中断或低于额定值。换言之，若输入电压Vin中断的时间小于0.5秒的维持时间，即输入电压Vin短暂的中断时，可以通过总线电容Cbus提供电能产生输出电压Vo，使输出电压Vo不会受到输入电压Vin影响而立即中断或降低电压值至低于额定值。
由上述可知，电源控制单元14的第一级控制电路141与第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf而分别通过动态地调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1与第二级电源电路12的第二运行频率f2，即改变第一开关电路111运行的占空比与第二开关电路121的运行频率，使第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第二级电源电路12的第二级电压增益值G2随着输出检测信号Vf改变，进而使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。为达此目的，以下将举例说明第一占空比Dt1、第二运行频率f2与输出检测信号Vf的对应变化关系。
请参阅图2A且对应配合参阅图1，其中图2A为第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。如图2A所示，横轴为输出检测信号Vf，纵轴分别为第一占空比Dt1与第二运行频率f2，其中，包含第一占空比Dt1对应输出检测信号Vf的第一对应变化关系线A1，以及第二运行频率f2对应输出检测信号Vf的第二对应变化关系线A2。第一对应变化关系线A1(粗虚线)表示输出检测信号Vf由小至大变化时，输出检测信号Vf与第一占空比Dt1的对应变化关系，第二对应变化关系线A2(另一粗线型)表示输出检测信号Vf由小至大变化时，输出检测信号Vf与第二运行频率f2的对应变化关系，而第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2两线重叠处则以实线表示，其中，第一占空比Dt1的标示是由下方的最大第一占空比Dt1max递减至上方的最小第一占空比Dt1min，第二运行频率f2的标示是由下方的最小第二运行频率f2min递增至上方的最大第二运行频率f2max，而输出检测信号Vf的标示是由左边向右边递增。在本实施例中，第一信号值区间VfA相较于第二信号值区间VfB位于较低数值处，换言之，图2A中第一输出检测信号值Vf1小于第三输出检测信号值Vf3。
由第一对应变化关系线A1可知，第一占空比Dt1依据输出检测信号Vf大小而改变。当输出检测信号Vf大小介于第一输出检测信号值Vf1与第二输出检测信号值Vf2的第一信号值区间VfA时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1。由于第一级电源电路11的第一级电压增益值G1与第一占空比Dt1成正比，因此，当输出检测信号Vf大小介于第一输出检测信号值Vf1与第二输出检测信号值Vf2的第一信号值区间VfA时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1，以达到调整第一级电压增益值G1，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
此外，当输出检测信号Vf小于第一输出检测信号值Vf1与第二输出检测信号值Vf2的第一信号值区间VfA时，即小于第一输出检测信号值Vf1时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值。相反地，当输出检测信号Vf大于第一输出检测信号值Vf1与第二输出检测信号值Vf2的第一信号值区间VfA时，即大于第二输出检测信号值Vf2时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。
由第二对应变化关系线A2可知，第二运行频率f2依据输出检测信号Vf大小而改变。当输出检测信号Vf大小介于第三输出检测信号值Vf3与第四输出检测信号值Vf4的第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2。由于第二级电源电路12的第二级电压增益值G2与第二运行频率f2成反比，因此，当输出检测信号Vf大小介于第三输出检测信号值Vf3与第四输出检测信号值Vf4的第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2，以达到调整第二级电压增益值G2，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
相似地，当输出检测信号Vf小于第三输出检测信号值Vf3与第四输出检测信号值Vf4的第二信号值区间VfB时，即小于第三输出检测信号值Vf3时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。相反地，当输出检测信号Vf大于第三输出检测信号值Vf3与第四输出检测信号值Vf4的第二信号值区间VfB时，即大于第四输出检测信号值Vf4时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。
请参阅图2A与图2B且对应配合参阅图1，其中图2B为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。图2B与图2A不同之处在于图2B的第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB没有重叠，也就是说，图2B中第二输出检测信号值Vf2等于第三输出检测信号值Vf3。而图2B的第一信号值区间VfA同于图2A位于较第二信号值区间VfB低数值处，即第一输出检测信号值Vf1小于第三输出检测信号值Vf3。
由图2B所示的第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2可知，当输出检测信号Vf小于第一输出检测信号值Vf1与第三输出检测信号值Vf3时，即输出检测信号Vf小于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB时，第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值，同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。
当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA，且小于第二信号值区间VfB时，即输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA，且小于第三输出检测信号值Vf3时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。同时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1，以达到调整第一级电压增益值G1，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB，且大于第一信号值区间VfA时，即输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB，且大于第二输出检测信号值Vf2时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2，以达到调整第二级电压增益值G2，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
当输出检测信号Vf大于第二输出检测信号值Vf2与第四输出检测信号值Vf4时，即输出检测信号Vf大于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。
请参阅图2A与图2C且对应配合参阅图1，其中图2C为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。由第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2可知，图2C的第一信号值区间VfA不同于图2A位于较第二信号值区间VfB高数值处，换言之，图2C中第一输出检测信号值Vf1大于第三输出检测信号值Vf3。因此，当输出检测信号Vf大小介于较低数值处时，第二级电源电路12的第二运行频率f2不会是最小第二运行频率f2min，即第二级电压增益值G2不会是最大值。相对地，当输出检测信号Vf大小介于较高数值处时，第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1不会是最小第一占空比Dt1min，即第二级电压增益值G2不会是最小值。
由图2C所示的第二对应变化关系线A2可知，当输出检测信号Vf大小介于第三输出检测信号值Vf3与第四输出检测信号值Vf4的第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第二级控制电路142还是会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2，以达到调整第二级电压增益值G2，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。当输出检测信号Vf小于第三输出检测信号值Vf3与第四输出检测信号值Vf4的第二信号值区间VfB时，即小于第三输出检测信号值Vf3时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。相反地，当输出检测信号Vf大于第三输出检测信号值Vf3与第四输出检测信号值Vf4的第二信号值区间VfB时，即大于第四输出检测信号值Vf4时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。
由第一对应变化关系线A1可知，当输出检测信号Vf大小介于第一输出检测信号值Vf1与第二输出检测信号值Vf2的第一信号值区间VfA时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1，以达到调整第一级电压增益值G1，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。当输出检测信号Vf小于第一输出检测信号值Vf1与第二输出检测信号值Vf2的第一信号值区间VfA时，即小于第一输出检测信号值Vf1时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值。相反地，当输出检测信号Vf大于第一输出检测信号值Vf1与第二输出检测信号值Vf2的第一信号值区间VfA时，即大于第二输出检测信号值Vf2时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。
请参阅图2C与图2D且对应配合参阅图1，其中图2D为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。图2D与图2C不同之处在于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB没有重叠，也就是说，图2D中第四输出检测信号值Vf4等于第一输出检测信号值Vf1。而图2D的第一信号值区间VfA同于图2C位于较第二信号值区间VfB高数值处，即第一输出检测信号值Vf1大于第三输出检测信号值Vf3。
由图2D所示的第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2可知，当输出检测信号Vf小于第一输出检测信号值Vf1与第三输出检测信号值Vf3时，即输出检测信号Vf小于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB时，第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值，同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。
当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB，且小于第一信号值区间VfA时，即输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB，且小于第一输出检测信号值Vf1时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值。同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2，以达到调整第二级电压增益值G2，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA，且大于第二信号值区间VfB时，即输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA，且大于第四输出检测信号值Vf4时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。同时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1，以达到调整第一级电压增益值G1，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
当输出检测信号Vf大于第二输出检测信号值Vf2与第四输出检测信号值Vf4时，即输出检测信号Vf大于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。
由上述的图2A～图2D中第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2可知，当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA时，第一占空比Dt1是随着输出检测信号Vf增加而减少，当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB时，第二运行频率f2是随着输出检测信号Vf增加而增加。因此，当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA时，第一级电压增益值G1是随着输出检测信号Vf增加而减少，当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB时，第二级电压增益值G2是随着输出检测信号Vf增加而减少。
请再参阅图1，其中输出检测电路13所产生的输出检测信号Vf一般会与输出电压Vo和/或输出电流Io成正比关系，换言之，当输出电压Vo和/或输出电流Io增加时，输出检测信号Vf会对应增加。而上述的图2A～图2D中所表示的第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系，是使用于输出检测信号Vf与输出电压Vo和/或输出电流Io成正比关系时。
然而，在一些实施例中，输出检测电路13所产生的输出检测信号Vf会与输出电压Vo和/或输出电流Io成反比关系，换言之，当输出电压Vo和/或输出电流Io增加时，输出检测信号Vf反而会对应减少。此时，第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系，会相反于图2A～图2D中所表示的第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系，换言之，当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA时，第一占空比Dt1随着输出检测信号Vf增加而增加，当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB时，第二运行频率f2随着输出检测信号Vf增加而减少。因此，当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA时，第一级电压增益值G1是随着输出检测信号Vf增加而增加，当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB时，第二级电压增益值G2是随着输出检测信号Vf增加而增加。以下将以此输出检测信号Vf的特性加以说明。
请参阅图3A与图2A且对应配合参阅图1，其中图3A为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。图3A与图2A的第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2相反，而第一信号值区间VfA相较于第二信号值区间VfB同样位于较低数值处，即第一输出检测信号值Vf1小于第三输出检测信号值Vf3。由第一对应变化关系线A1可知，当输出检测信号Vf大小介于第一输出检测信号值Vf1与第二输出检测信号值Vf2的第一信号值区间VfA时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1，以达到调整第一级电压增益值G1，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。当输出检测信号Vf小于第一信号值区间VfA时，即小于第一输出检测信号值Vf1时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。相反地，当输出检测信号Vf大于第一信号值区间VfA时，即大于第二输出检测信号值Vf2时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。
由第二对应变化关系线A2可知，当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2，以达到调整第二级电压增益值G2，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。当输出检测信号Vf小于第二信号值区间VfB时，即小于第三输出检测信号值Vf3时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。相反地，当输出检测信号Vf大于第二信号值区间VfB时，即大于第四输出检测信号值Vf4时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。
请参阅图3B与图2B且对应配合参阅图1，其中图3B为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。图3B与图2B的第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2相反。如图3B所示，第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB没有重叠，即第二输出检测信号值Vf2等于第三输出检测信号值Vf3，且第一信号值区间VfA相较于第二信号值区间VfB位于较低数值处，即第一输出检测信号值Vf1小于第三输出检测信号值Vf3。
由第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2可知，当输出检测信号Vf小于第一输出检测信号值Vf1与第三输出检测信号值Vf3时，即输出检测信号Vf小于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB时，第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值，同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。
当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA，且小于第二信号值区间VfB时，即输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA，且小于第三输出检测信号值Vf3时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。同时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1，以达到调整第一级电压增益值G1，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB，且大于第一信号值区间VfA时，即输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB，且大于第二输出检测信号值Vf2时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值。同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2，以达到调整第二级电压增益值G2，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
当输出检测信号Vf大于第二输出检测信号值Vf2与第四输出检测信号值Vf4时，即输出检测信号Vf大于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值。同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。
请参阅图3C与图2C且对应配合参阅图1，其中图3C为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。图3C与图2C的第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2相反。如图3C所示，第一信号值区间VfA相较于第二信号值区间VfB位于较高数值处，即第一输出检测信号值Vf1大于第三输出检测信号值Vf3。因此，当输出检测信号Vf大小介于较低数值处时，第二级电源电路12的第二运行频率f2不会是最大第二运行频率f2max，即第二级电压增益值G2不会是最小值。相对地，当输出检测信号Vf大小介于较高数值处时，第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1不会是最大第一占空比Dt1max，即第二级电压增益值G2不会是最大值。
由第二对应变化关系线A2可知，当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2，以达到调整第二级电压增益值G2，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。当输出检测信号Vf小于第二信号值区间VfB时，即小于第三输出检测信号值Vf3时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。相反地，当输出检测信号Vf大于第二信号值区间VfB时，即大于第四输出检测信号值Vf4时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。
由第一对应变化关系线A1可知，当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1，以达到调整第一级电压增益值G1，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。当输出检测信号Vf小于第一信号值区间VfA时，即小于第一输出检测信号值Vf1时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。相反地，当输出检测信号Vf大于第一信号值区间VfA时，即大于第二输出检测信号值Vf2时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值。
请参阅图3D与图2D且对应配合参阅图1，其中图3D为另一第一占空比与第二运行频率对应输出检测信号的对应变化关系示意图。图3D与图2D的第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2相反。如图3D所示，第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB没有重叠，即第四输出检测信号值Vf4等于第一输出检测信号值Vf1，且第一信号值区间VfA相较于第二信号值区间VfB位于较高数值处，即第一输出检测信号值Vf1大于第三输出检测信号值Vf3。
由第一对应变化关系线A1与第二对应变化关系线A2可知，当输出检测信号Vf小于第一输出检测信号值Vf1与第三输出检测信号值Vf3时，即输出检测信号Vf小于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB时，第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值，同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最大第二运行频率f2max，即调整第二级电压增益值G2为最小值。
当输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB，且小于第一信号值区间VfA时，即输出检测信号Vf大小介于第二信号值区间VfB，且小于第一输出检测信号值Vf1时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最小第一占空比Dt1min，即调整第一级电压增益值G1为最小值。同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会依据输出检测信号Vf调整第二级电源电路12的第二运行频率f2，以达到调整第二级电压增益值G2，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
当输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA，且大于第二信号值区间VfB时，即输出检测信号Vf大小介于第一信号值区间VfA，且大于第四输出检测信号值Vf4时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。同时，电源控制单元14的第一级控制电路141会依据输出检测信号Vf调整第一级电源电路11运行的第一占空比Dt1，以达到调整第一级电压增益值G1，使输出电压Vo或输出电流Io维持在额定值。
当输出检测信号Vf大于第二输出检测信号值Vf2与第四输出检测信号值Vf4时，即输出检测信号Vf大于第一信号值区间VfA与第二信号值区间VfB时，电源控制单元14的第一级控制电路141会控制第一占空比Dt1为最大第一占空比Dt1max，即调整第一级电压增益值G1为最大值。同时，电源控制单元14的第二级控制电路142会控制第二运行频率f2为最小第二运行频率f2min，即调整第二级电压增益值G2为最大值。
请参阅图4A与图1，其中图4A为图1所示的双级交换式电源转换电路的优选实施例的电路示意图。如图4A所示，第一级电源电路11包含：第一开关电路111、第一级整流电路112、第一电容C1、第一电感L1与第一二极管D1，在本实施例中，第一开关电路111由第一开关元件Q1实现，其中第一开关元件Q1的第一端Q11连接于第一电感L1的一端与第一二极管D1的阳极端，第一开关元件Q1的第二端Q12连接于第一共接端COM1，而第一开关元件Q1的控制端连接于电源控制单元14的第一级控制电路141，且由第一级控制电路141控制第一开关元件Q1导通或截止。
第一电感L1的一端连接于第一二极管D1的阳极端与第一开关元件Q1的第一端Q11，第一电感L1的另一端连接于第一电容C1的一端与电源总线B1的负端。第一电容C1的一端连接于电源总线B1的负端与第一电感L1的一端。第一电容C1的另一端连接于第一级整流电路112的输出端、第一二极管D1的阴极端以及电源总线B1的正端。第一级整流电路112的输出端连接于第一电容C1的另一端、第一二极管D1的阴极端以及电源总线B1的正端，用以将输入电压Vin整流而产生整流输入电压Vr，其中，第一级整流电路112可以是但不限定为桥式整流电路。第一二极管D1的阴极端连接于电源总线B1的正端，第一二极管D1的阳极端连接于第一电感L1的一端，于第一开关元件Q1截止时，使第一电感L1的电能可经由第一二极管D1与电源总线B1传送至第二级电源电路12的电源输入端。
第二级电源电路12包含第二开关电路121、第二电容C2与变压器Tr，在本实施例中，变压器Tr包含初级绕组Np(primary winding)与第一次级绕组Ns1(secondary winding)，而第二开关电路121由第二开关元件Q2与第三开关元件Q3实现。其中，变压器Tr的初级绕组Np的一端连接于第二电容C2的一端，变压器Tr的初级绕组Np的另一端连接于电源总线B1的负端与第三开关元件Q3的第二端Q32，而第二电容C2的另一端连接于第二开关元件Q2的第二端Q22与第三开关元件Q3的第一端Q31。
第二开关元件Q2的第一端Q21连接于电源总线B1的正端，第二开关元件Q2的第二端Q22连接于第三开关元件Q3的第一端Q31与第二电容C2的另一端。第三开关元件Q3的第一端Q31连接于第二电容C2的另一端与第二开关元件Q2的第二端Q22，第三开关元件Q3的第二端Q32连接于电源总线B1的负端与变压器Tr的初级绕组Np的另一端。
第二开关元件Q2与第三开关元件Q3的控制端分别连接于电源控制单元14的第二级控制电路142，且由第二级控制电路142控制第二开关元件Q2与第三开关元件Q3导通或截止，进而使总线电压Vbus的电能通过变压器Tr的初级绕组Np传送至变压器Tr的第一次级绕组Ns1而产生输出电压Vo。
在本实施例中，双级交换式电源转换电路1还包含输出电流检测电路15，串联连接于输出电流Io的回路上，用以检测输出电流Io且依据输出电流Io产生对应的输出电流检测信号VIo。输出电流检测电路15可以是但不限定为输出检测电阻Rs，其中输出检测电阻Rs的一端连接于第一次级绕组Ns1的一端与第二共接端COM2，而输出检测电阻Rs的另一端连接于输出检测电路13的输入端。由于输出检测电阻Rs串联连接于输出电流Io的回路上，所以，输出电流Io会流经输出检测电阻Rs并产生对应的输出电流检测信号VIo。在一些实施例中，输出检测电路13为比流器(current transformer，CT)。
相似地，输出检测电路13的输入端连接于第二级电源电路12的电源输出端外，更连接于输出电流检测电路15的输出端，而输出检测电路13的输出端连接于电源控制单元14的第一级控制电路141与第二级控制电路142，用以根据输出电压Vo以及相对于输出电流Io变化的输出电流检测信号VIo产生对应的输出检测信号Vf，由于输出电流检测信号VIo依据输出电流Io而变化，所以，输出检测信号Vf是根据输出电压Vo以及输出电流Io的变化而产生。至于，第一开关电路111与第二开关电路121的运行方式同上所述，在此不再赘述。
请参阅图1、图4A与图4B，其中图4B为图1所示的双级交换式电源转换电路的另一优选实施例的电路示意图。如图4B所示的第一级电源电路11与第二开关电路121相似于图4A的第一级电源电路11与第二开关电路121，图4B与图4A不同之处在于图4B所示的第一级电源电路11除了包含：第一开关电路111、第一级整流电路112、第一电容C1、第一电感L1与第一二极管D1外，还包含充电电流检测电路113，且第一电感L1还包含电流感应绕组Nc。图4B与图4A另一个不同之处在于，图4B所示的第二级电源电路12除了包含：第二开关电路121、第二电容C2与变压器Tr外，还包含第二级整流电路122与输出电容Co，且变压器Tr还包含第二次级绕组Ns2。
如图4B所示，第一级电源电路11的充电电流检测电路113串联连接于第一电感L1的充电回路上，用以依据第一电感L1的充电电流产生对应的充电电流检测信号VT。在本实施例中，充电电流检测电路113为充电检测电阻RT，其中，充电检测电阻RT的一端连接于第一开关元件Q1的第二端Q12，充电检测电阻RT的另一端连接于第一共接端COM1。当第一开关电路111的第一开关元件Q1导通时，第一电感L1的充电电流会依序流经第一级整流电路112、第一电容C1、第一电感L1、第一开关电路111的第一开关元件Q1与充电电流检测电路113的充电检测电阻RT而对第一电感L1充电，此时，充电电流检测电路113的充电检测电阻RT会依据第一电感L1的充电电流产生对应的充电电流检测信号VT。
在本实施例中，第一电感L1的电流感应绕组Nc会感应第一电感L1的电流，且依据第一电感L1的电流产生对应的第一电感电流感应信号VL1。当第一开关电路111的第一开关元件Q1导通时，第一电感L1的电流会依序流经第一级整流电路112、第一电容C1、第一电感L1、第一开关电路111的第一开关元件Q1与充电电流检测电路113的充电检测电阻RT而对第一电感L1充电，此时，第一电感L1的电流感应绕组Nc是依据第一电感L1的充电电流产生第一电感电流感应信号VL1。当第一开关电路111的第一开关元件Q1截止时，第一电感L1的电流会依序流经第一二极管D1、第一电容C1与第一电感L1而放电，此时，第一电感L1的电流感应绕组Nc是依据第一电感L1的放电电流产生第一电感电流感应信号VL1。
请参阅图4B与图5，其中图5为图4B的电流及电压的时序示意图。图4B中，电源控制单元14的第一级控制电路141除了连接于输出检测电路13的输出端与第一开关电路111的第一开关元件Q1的的控制端外，更分别连接于电流感应绕组Nc与充电电流检测电路113的充电检测电阻RT，且电源控制单元14的第一级控制电路141不会只依据输出检测信号Vf调整第一开关电路111的第一开关元件Q1的运行，例如第一开关元件Q1运行的占空比，第一级控制电路141更会依据充电电流检测信号VT与第一电感电流感应信号VL1调整第一开关元件Q1的运行，使输入电流Iin的包络曲线(envelope curve)相似于输入电压Vin的波形，以防止输入电流Iin的电流分布过于集中，造成功率因数过低。
请再参阅图4B，如图4B所示，第二级整流电路122连接于变压器Tr的次级侧与第二级电源电路12的电源输出端之间，用以整流。在本实施例中，第二级整流电路122包含第二二极管D2与第三二极管D3，其中，第二二极管D2的阳极端连接于第一次级绕组Ns1的一端，第二二极管D2的阴极端连接于输出电容Co的一端与第二级电源电路12的电源输出端。第三二极管D3的阳极端连接于第二次级绕组Ns2的一端，第三二极管D3的阴极端连接于输出电容Co的一端与第二级电源电路12的电源输出端。
在本实施例中，变压器Tr的次级侧包含第一次级绕组Ns1与第二次级绕组Ns2，其中，第一次级绕组Ns1与第二次级绕组Ns2的一端共同连接于第二共接端COM2与输出电容Co的另一端，且分别于第二开关电路121的第二开关元件Q2与第三开关元件Q3交替导通时，会将总线电压Vbus的电能通过变压器Tr的初级绕组Np分别传送到第一次级绕组Ns1或第二次级绕组Ns2，再经由第二级整流电路122整流而产生输出电压Vo。
举例而言，当第二开关元件Q2导通而第三开关元件Q3截止时，总线电压Vbus的电能会通过变压器Tr的初级绕组Np传送到第一次级绕组Ns1，再经由第二级整流电路122整流而产生输出电压Vo。相反地，当第二开关元件Q2截止而第三开关元件Q3导通时，总线电压Vbus的电能会通过变压器Tr的初级绕组Np传送到第二次级绕组Ns2，再经由第二级整流电路122整流而产生输出电压Vo。
本发明的双级交换式电源转换电路1的第一级电源电路11与第二级电源电路12具有多种实施方式，例如，第一级电源电路11可以是升压式(Boost)、降压式(Buck)或升降压式(Buck-boost)，而第二级电源电路12可以是LLC谐振电路或LCC谐振电路，并不以上述例举的实施方式为限。
本发明的电源控制单元14的第一级控制电路141与第二级控制电路142可以是但不限定为脉冲宽度调制控制器(pulse width modulation controller，PWM controller)、脉冲频率调制控制器(pulse frequency modulation controller，PFM controller)或数字信号处理器(digital signal processor，DSP)。在一些实施例中，第一级控制电路141与第二级控制电路142更可以整合为单一芯片的脉冲宽度调制控制器、脉冲频率调制控制器或数字信号处理器。
本发明的第一开关元件Q1、第二开关元件Q2与第三开关元件Q3可以是但不限定为双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。
综上所述，本发明的双级交换式电源转换电路的第一级电源电路不会产生固定电压值的总线电压，且第一级电源电路与第二级电源电路根据双级交换式电源转换电路的输出电压或输出电流而分别调整第一级电源电路的第一开关电路以及第二级电源电路的第二开关电路运行，进而分别调整第一级电源电路的第一级电压增益值与第二级电源电路的第二级电压增益值，因此，本发明的双级交换式电源转换电路可以接收电压变化较大的输入电压。即使是因为输入电压的电压值变化造成总线电压的电压值变化时，输出电压的电压值不会随着总线电压的电压值而变化。当输入电压短暂地中断或发生异常时，输出电压不会受到输入电压影响立即中断或发生异常。此外，本发明的双级交换式电源转换电路不需要于输入端额外增加功率因数校正电路，直接利用第一级电源电路就可以使本发明的双级交换式电源转换电路具有功率因数校正的功能，所以不会造成整体电路复杂度提高，更不会使制造成本增加。
本发明得由本领域的普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims (26)

1.一种双级交换式电源转换电路，用以接收一输入电压而产生一输出电压，该双级交换式电源转换电路包括：
一第一级电源电路，其包含一第一开关电路，该第一级电源电路连接于一电源总线，用以接收该输入电压且通过该第一开关电路导通或截止产生一总线电压；
一第二级电源电路，其包含一第二开关电路，该第二级电源电路连接于该电源总线，用以接收该总线电压且通过该第二开关电路导通或截止产生该输出电压；
一输出检测电路，其连接于该第二级电源电路，用以根据该输出电压和/或一输出电流产生一输出检测信号；以及
一电源控制单元，连接于该第一级电源电路的该第一开关电路与该第二级电源电路的该第二开关电路的控制端，用以根据该输出检测信号分别控制该第一开关电路与该第二开关电路运行，而分别使该第一级电源电路的一第一级电压增益值与该第二级电源电路的一第二级电压增益值根据该输出检测信号改变，以使该输出电压或该输出电流维持在一额定值，其中，该总线电压根据该输出检测信号而动态变化。
2.如权利要求1所述的双级交换式电源转换电路，其中该电源控制单元包含：
一第一级控制电路，连接于该第一级电源电路的该第一开关电路的控制端与该输出检测电路，用以根据该输出检测信号控制该第一级电源电路的该第一开关电路运行，使该第一级电源电路的该第一级电压增益值根据该输出检测信号动态地变化；以及
一第二级控制电路，连接于该第二级电源电路的该第二开关电路的控制端与该输出检测电路，用以根据该输出检测信号控制该第二级电源电路的该第二开关电路运行，使该第二级电源电路的该第二级电压增益值根据该输出检测信号动态地变化。
3.如权利要求2所述的双级交换式电源转换电路，其中该第一级控制电路与该第二级控制电路为脉冲宽度调制控制器、脉冲频率调制控制器或数字信号处理器，或该第一级控制电路与该第二级控制电路整合为单一芯片的脉冲宽度调制控制器、脉冲频率调制控制器或数字信号处理器。
4.如权利要求1所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号大小介于一第一输出检测信号值与一第二输出检测信号值的一第一信号值区间时，该电源控制单元依据该输出检测信号动态地调整该第一级电源电路运行的一第一占空比或该第一级电压增益值，且当该输出检测信号大小介于一第三输出检测信号值与一第四输出检测信号值的一第二信号值区间时，该电源控制单元依据该输出检测信号动态地调整该第二级电源电路的一第二运行频率或该第二级电压增益值。
5.如权利要求4所述的双级交换式电源转换电路，其中该输出检测信号与该输出电压和/或该输出电流成正比关系。
6.如权利要求5所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号大小介于该第一信号值区间时，该第一占空比随着该输出检测信号增加而减少，当该输出检测信号大小介于该第二信号值区间时，该第二运行频率随着该输出检测信号增加而增加。
7.如权利要求5所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号大小介于该第一信号值区间时，该第一级电压增益值随着该输出检测信号增加而减少，当该输出检测信号大小介于该第二信号值区间时，该第二级电压增益值随着该输出检测信号增加而减少。
8.如权利要求5所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号小于该第一信号值区间时，该电源控制单元控制该第一占空比为最大值，当该输出检测信号大于该第一信号值区间时，该电源控制单元控制该第一占空比为最小值。
9.如权利要求5所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号小于该第一信号值区间时，该电源控制单元控制该第一级电压增益值为最大值，当该输出检测信号大于该第一信号值区间时，该电源控制单元控制该第一级电压增益值为最小值。
10.如权利要求5所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号于该第二信号值区间时，该电源控制单元控制该第二运行频率为最小值，当该输出检测信号大于该第二信号值区间时，该电源控制单元控制该第二运行频率为最大值。
11.如权利要求5所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号于该第二信号值区间时，该电源控制单元控制该第二级电压增益值为最大值，当该输出检测信号大于该第二信号值区间时，该电源控制单元控制该第二级电压增益值为最小值。
12.如权利要求4所述的双级交换式电源转换电路，其中该输出检测信号与该输出电压和/或该输出电流成反比关系。
13.如权利要求12所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号大小介于该第一信号值区间时，该第一占空比随着该输出检测信号增加而增加，当该输出检测信号大小介于该第二信号值区间时，该第二运行频率随着该输出检测信号增加而减少。
14.如权利要求12所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号大小介于该第一信号值区间时，该第一级电压增益值随着该输出检测信号增加而增加，当该输出检测信号大小介于该第二信号值区间时，该第二级电压增益值随着该输出检测信号增加而增加。
15.如权利要求12所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号小于该第一信号值区间时，该电源控制单元控制该第一占空比为最小值，当该输出检测信号大于该第一信号值区间时，该电源控制单元控制该第一占空比为最大值。
16.如权利要求12所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号小于该第一信号值区间时，该电源控制单元控制该第一级电压增益值为最小值，当该输出检测信号大于该第一信号值区间时，该电源控制单元控制该第一级电压增益值为最大值。
17.如权利要求12所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号小于该第二信号值区间时，该电源控制单元控制该第二运行频率为最大值，当该输出检测信号大于该第二信号值区间时，该电源控制单元控制该第二运行频率为最小值。
18.如权利要求12所述的双级交换式电源转换电路，当该输出检测信号于该第二信号值区间时，该电源控制单元控制该第二级电压增益值为最小值，当该输出检测信号大于该第二信号值区间时，该电源控制单元控制该第二级电压增益值为最大值。
19.如权利要求1所述的双级交换式电源转换电路，更包含一总线电容，连接于该第一级电源电路的电源输出端、该第二级电源电路的电源输入端与该电源总线，用以滤除该总线电压的高频噪声。
20.如权利要求1所述的双级交换式电源转换电路，其中该第一级电源电路还包含：
一第一电感，该第一电感的一端连接于该第一开关电路，该第一电感的另一端连接于该电源总线的负端；
一第一电容，该第一电容的一端连接于该电源总线的负端与该第一电感的一端，该第一电容的另一端连接于该电源总线的正端；
一第一级整流电路，该第一级整流电路的输出端连接于该第一电容的另一端与该电源总线的正端，用以将该输入电压整流而产生一整流输入电压；以及
一第一二极管，该第一二极管的阴极端连接于该电源总线的正端，该第一二极管的阳极端连接于该第一电感的一端。
21.如权利要求20所述的双级交换式电源转换电路，其中该第一电感还包含一电流感应绕组，用以感应该第一电感的电流，且依据该第一电感的电流产生对应的一第一电感电流感应信号，而该第一级电源电路还包含：
一充电电流检测电路，串联连接于该第一电感的充电回路上，用以依据该第一电感的充电电流产生对应的一充电电流检测信号；
其中，该电源控制单元更连接于该第一电感的该电流感应绕组与该充电电流检测电路，且该电源控制单元更依据该充电电流检测信号与该第一电感电流感应信号调整该第一级电源电路的该第一开关电路的运行，使一输入电流的包络曲线相似于该输入电压的波形。
22.如权利要求21所述的双级交换式电源转换电路，其中该充电电流检测电路为一充电检测电阻或一比流器。
23.如权利要求1所述的双级交换式电源转换电路，其中该第二级电源电路还包含：
一第二电容，该第二电容的一端连接于该第二开关电路；以及
一变压器，该变压器包含一初级绕组与一第一次级绕组，该初级绕组的一端连接于该第二电容的另一端，该初级绕组的另一端连接于该电源总线的负端与该第二开关电路；
其中，通过该第二级控制电路控制该第二开关电路导通或截止，使该总线电压的电能由该变压器的该初级绕组传送至该变压器的该第一次级绕组而产生该输出电压。
24.如权利要求23所述的双级交换式电源转换电路，还包含一输出电流检测电路，串联连接于该输出电流的回路上，用以检测该输出电流且依据该输出电流产生对应的一输出电流检测信号，其中，该输出检测电路的输入端更连接于该输出电流检测电路的输出端，用以根据该输出电压以及相对于该输出电流变化的该输出电流检测信号产生对应的该输出检测信号。
25.如权利要求24所述的双级交换式电源转换电路，其中该输出电流检测电路为一输出检测电阻或一比流器。
26.如权利要求25所述的双级交换式电源转换电路，其中该变压器还包含一第二次级绕组，且该第二级电源电路还包含：
一第二级整流电路，连接于该变压器的次级侧与该第二级电源电路的电源输出端之间，用以整流；以及
一输出电容，连接于该第二级电源电路的电源输出端。
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