CN102035386A

CN102035386A - 升降压转换装置及其操作方法

Info

Publication number: CN102035386A
Application number: CN2009101801148A
Authority: CN
Inventors: 谢卓明
Original assignee: Voltronic Power Technology Corp
Current assignee: Voltronic Power Technology Corp
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-27

Abstract

一种升降压转换装置及其操作方法，该升降压转换装置包括一电压源、一感性元件、一容性元件、一单向导通元件、一功率开关、一第一开关及一第二开关；第一开关耦接于电压源、感性元件、单向导通元件及功率开关，其操作在一第一状态或一第二状态；第二开关耦接于感性元件、容性元件、单向导通元件及功率开关，其操作在第一状态或第二状态；由此，第一开关与第二开关同时操作在第一状态时，升降压转换装置作为降压转换使用，第一开关与第二开关同时操作在第二状态时，升降压转换装置作为升压转换使用。避免了传统基本的交换式升降两用转换器线路控制的繁琐，并且提升了转换效率。

Description

升降压转换装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种升降压转换装置及其操作方法，尤指一种应用在交换式电源领域的升降压转换装置及操作方法。

背景技术

目前一般基本的交换式电源转换器，大致包括有降压型式、升压型式及升降两用型式等三种。参考图1A、图1B及图1C，其中，图1A为基本的交换式降压转换器的线路架构示意图，图1B为基本的交换式升压转换器的线路架构示意图，图1C为基本的交换式升降两用转换器的线路架构示意图。

再参照图1A、图1B及图1C。基本的交换式电源转换器主要包括功率开关Q、飞轮二极管D、电感L、电容C等元件，其根据功率开关Q受控后的切换情形，以将一输入电压VI降压或升压转换成一输出电压VO，进而提供输出电压VO给负载R使用。其中，功率开关Q与飞轮二极管D的组合，其主要的功能在于控制能量的储存与传送的方向，功率开关Q可以是晶体管(BJT)、金氧半场效晶体管(MOSFET)或是闸极截流开关(GTO)等。电感L作用在于传送与储存能量，以及滤除交流噪声(电流部分)。另外，电容C主要作用也在于传送与储存能量，以及滤除交流噪声(电压部份)。

在基本的交换式降压转换器或交换式升压转换器中，电感L作为能量传递装置，仅需要传递部分能量，故其转换效率高，容易达到90％以上的转换效率。然而，基本的升降两用转换器因为所有能量均需要电感L传递，故，相较于基本的交换式降压转换器与交换式升压转换器，在相同成本前提下，其转换效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供一种升降压转换装置，其利用单独的交换式降压转换器或单独的交换式升压转换器具有相同元件的特点，进而透过线路连接方式的更改，以实现基本的交换式降压转换器和基本的交换式升压转换器之间切换的目的，进而达到低成本且高效率的升降压转换，提供需要升降压的线路使用。

本实施例的升降压转换装置包括一电压源、一耦接该电压源的感性元件、一耦接该感性元件的容性元件、一耦接该容性元件的单向导通元件、一耦接该电压源的功率开关、一第一开关及一第二开关。其中，功率开关受控于一控制信号，以进行切换动作。第一开关耦接于电压源、感性元件、单向导通元件及功率开关，其操作在一第一状态或一第二状态。第二开关耦接于感性元件、容性元件、单向导通元件及功率开关，其操作在第一状态或第二状态。

由此，第一开关与第二开关同时操作在第一状态时，升降压转换装置作为降压转换使用，或是，第一开关与第二开关同时操作在第二状态时，升降压转换装置作为升压转换使用。

换句话说，本发明提供一种一种升降压转换装置，对一电压源进行升降压转换，包括：一感性元件，耦接该电压源；一容性元件，耦接该感性元件；一单向导通元件，耦接该容性元件；一功率开关，耦接该电压源；一第一开关，耦接于该电压源、该感性元件、该单向导通元件及该功率开关；及一第二开关，耦接于该感性元件、该容性元件、该单向导通元件及该功率开关；其中，当该第一开关与该第二开关同时操作在一第一状态时，该升降压转换装置提供降压转换处理，以及，当该第一开关与该第二开关同时操作在一第二状态时，该升降压转换装置提供升压转换处理。

本发明还提供一种升降压转换装置，对一电压源进行升降压转换，包括：一感性元件，具有一第一端与一第二端；一容性元件，具有一第一端与一第二端，其中，该容性元件的第一端耦接该感性元件的第二端；一单向导通元件，具有一第一端与一第二端，其中，该单向导通元件的第二端耦接该容性元件的第二端；一功率开关，具有一输入端、一输出端及一控制端；一第一开关，具有一第一共同接点、一第一常闭接点及一第一常开接点，其中该第一常闭接点同时耦接该电压源的正极端与该感性元件的第一端，该第一常开接点同时耦接该电压源的负极端与该功率开关的输出端，该第一共同接点耦接该单向导通元件的第一端；及一第二开关，具有一第二共同接点、一第二常闭接点及一第二常开接点，其中该第二常闭接点同时耦接该单向导通元件的第二端与该容性元件的第二端，该第二常开接点同时耦接该容性元件的第一端与该感性元件的第二端，该第二共同接点耦接该功率开关的输入端。

本实施例的升降压转换装置的操作方法，其步骤首先控制一第一开关与一第二开关，使其同时置于一第一状态或一第二状态，其中，根据第一状态，令升降压转换装置形成一降压转换线路，接着再根据一控制信号，以令降压转换线路操作在降压模式。另外，根据第二状态，令升降压转换装置形成一升压转换线路，接着再根据控制信号，以令升压转换线路操作在升压模式。

如此，通过对第一开关与第二开关的控制，本实施例的升降压转换装置可以实现基本的交换式降压转换器或交换式升压转换器线路之间的切换，既能升压又能降压，避免了传统基本的交换式升降两用转换器线路控制的繁琐，并且提升了转换效率。

换句话说，本发明提供一种升降压转换装置的操作方法，其特征在于，包括：分别同时控制一第一开关与一第二开关置于一第一状态或一第二状态；在该第一状态下，该升降压转换装置形成一降压转换线路；及在该第二状态，该升降压转换装置形成一升压转换线路。

为了能更进一步了解本发明特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1A为基本的交换式降压转换器的线路架构示意图；

图1B为基本的交换式升压转换器的线路架构示意图；

图1C为基本的交换式升降两用转换器的线路架构示意图；

图2为本发明实施例的升降压转换装置的线路架构示意图；

图3为本实施例的输入电压实验波形示意图；

图4为本实施例在降压模式下的输出电压实验波形示意图；及

图5为本实施例在升压模式下的输出电压实验波形示意图。

附图标记说明：

公知：

功率开关Q

飞轮二极管D

电感L

电容C

输入电压VI

输出电压VO

负载R

本发明：

电压源DC

感性元件L

容性元件C

单向导通元件D

功率开关Q

第一开关SW1

第二开关SW2

正极端(+)

负极端(-)

第一端TL1、TC1、TD1

第二端TL2、TC2、TD2

输入端TQ1

输出端TQ2

控制端TQ3

第一共同接点P1

第一常闭接点T11

第一常开接点T12

第二共同接点P2

第二常闭接点T21

第二常开接点T22

控制器U1

控制信号S1

输入电压VI

输出电压VO

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明实施例的升降压转换装置的线路架构示意图。其中，本实施例的升降压转换装置包括一电压源DC、一感性元件L、一容性元件C、一单向导通元件D、一功率开关Q、一第一开关SW1及一第二开关SW2。电压源DC具有一正极端(+)与一负极端(-)，且感性元件L具有一第一端TL1与一第二端TL2，同时，容性元件C具有一第一端TC1与一第二端TC2，其中，容性元件C的第一端TC1耦接感性元件L的第二端TL2。单向导通元件D则具有一第一端TD1与一第二端TD2，其中，单向导通元件D的第二端TD2耦接容性元件C的第二端TC2。另外，功率开关Q具有一输入端TQ1、一输出端TQ2及一控制端TQ3。

再参考图2。第一开关SW1具有一第一共同接点P1、一第一常闭接点T11及一第一常开接点T12，其中第一常闭接点T11耦接电压源DC的正极端(+)与感性元件L的第一端TL1，并且，第一常开接点T12则是耦接电压源DC的负极端(-)与功率开关Q的输出端TQ2，该第一共同接点P1则是耦接于单向导通元件D的第一端TD1。另外，第二开关SW2具有一第二共同接点P2、一第二常闭接点T21及一第二常开接点T22，其中，第二共同接点P2耦接功率开关Q的输入端TQ1，第二常闭接点T21耦接单向导通元件D的第二端TD2与容性元件C的第二端TC2，且第二常开接点T22则是耦接容性元件C的第一端TC1与感性元件L的第二端TL2。

再参考图2。功率开关Q的控制端TQ3从一控制器U1接收一控制信号S1，并且受控于控制信号S1，以进行切换动作。其中，控制器U1可以是型号IC3843的集成电路或其他适用在电源转换器的控制IC。另外，单向导通元件D为一二极管(diode)，且单向导通元件D的第一端TD1为二极管的阴极端(N)，单向导通元件D的第二端TD2为二极管的阳极端(P)。同时，本实施例使用的第一开关SW1或第二开关SW2可以个别使用一单刀双掷开关(SPDT switch)作为实施。或则是使用一双刀双掷开关(DPDT switch)作为第一开关SW1与第二开关SW2的实施。

再参考图2。在第一开关SW1与第二开关SW2同时置于一第一状态下，第一开关SW1的第一共同接点P1与第二开关SW2的第二共同接点P2分别导通于第一常闭接点T11与第二常闭接点T21，此时，本实施例的升降压转换装置便会形成一降压转换线路。如此，功率开关Q受控于控制信号S1以进行切换动作，进而令本实施例的升降压转换装置操作在降压模式，将电压源DC送入的一输入电压VI进行降压，并且于容性元件C的第一端TC1输出一输出电压VO，以供应负载(未标示)使用。参照图3与图4，图3与图4分别为本实施例在降压模式下的输入电压VI与输出电压VO实验波形示意图。图3为示波器上所量测到本实施例的输入电压VI的电压值，其值为13.8伏特。图4为示波器上所量测到本实施例的输出电压VO的电压值，其值为6.4伏特。如此，由实验可得知，本实施例在降压模式可以稳定的达成降压的效果。

再参考图2。在第一开关SW1与第二开关SW2同时置于一第二状态下，第一开关SW1的第一共同接点P1与第二开关SW2的第二共同接点P2分别导通于第一常开接点T12与第二常开接点T22，此时，本实施例的升降压转换装置便会形成一升压转换线路。如此，功率开关Q受控于控制信号S1以进行切换动作，进而令本实施例的升降压转换装置操作在升压模式，将电压源DC送入的输入电压VI进行升压，并且于容性元件C的第一端TC1输出该输出电压VO，以供应负载(未标示)使用。

参照图3与图5，图3与图5分别为本实施例在升压模式下的输入电压VI与输出电压VO实验波形示意图。图3为示波器上所量测到本实施例的输入电压VI的电压值，其值为13.8伏特。图5为示波器上所量测到本实施例的输出电压VO的电压值，其值为24伏特。如此，由实验可得知，本实施例在升压模式可以稳定的达成升压的效果。

综上所述，根据第一开关与第二开关状态的切换，本实施例的升降压转换装置形成单独的交换式降压转换器或单独的交换式升压转换器，进而可以实现切换使用基本的交换式降压转换器或基本的交换式升压转换器的目的。

如此，本实施例的升降压转换装置将可以达到低成本且高效率的升降压转换，并且，可以提供需要升降压的线路使用，进而避免了传统基本的交换式升降两用转换器线路控制的繁琐，并且提升了转换效率。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施例，但是，本发明的特征并不局限于此，本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修改，皆可涵盖在本发明的权利要求保护范围内。

Claims

1.一种升降压转换装置，对一电压源进行升降压转换，其特征在于，包括：

一感性元件，耦接该电压源；

一容性元件，耦接该感性元件；

一单向导通元件，耦接该容性元件；

一功率开关，耦接该电压源；

一第一开关，耦接于该电压源、该感性元件、该单向导通元件及该功率开关；及

一第二开关，耦接于该感性元件、该容性元件、该单向导通元件及该功率开关；

其中，当该第一开关与该第二开关同时操作在一第一状态时，该升降压转换装置提供降压转换处理，以及，当该第一开关与该第二开关同时操作在一第二状态时，该升降压转换装置提供升压转换处理。

2.如权利要求1所述的升降压转换装置，其特征在于，该单向导通元件为一二极管。

3.如权利要求1所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一开关与该第二开关分别为一单刀双掷开关。

4.如权利要求1所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一开关与该第二开关整合成一双刀双掷开关。

5.如权利要求1所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一开关具有一第一共同接点、一第一常闭接点及一第一常开接点，该第一常闭接点同时耦接该电压源的一端与该感性元件，该第一常开接点同时耦接该电压源的另一端与该功率开关，该第一共同接点耦接该单向导通元件。

6.如权利要求5所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一状态为该第一共同接点与该第一常闭接点的导通状态，该第二状态为该第一共同接点与该第一常开接点的导通状态。

7.如权利要求5所述的升降压转换装置，其特征在于，该第二开关具有一第二共同接点、一第二常闭接点及一第二常开接点，该第二常闭接点同时耦接该单向导通元件与该容性元件，该第二常开接点同时耦接该容性元件与该感性元件，该第二共同接点耦接该功率开关。

8.如权利要求7所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一状态为该第二共同接点与该第二常闭接点的导通状态，该第二状态为该第二共同接点与该第二常开接点的导通状态。

9.如权利要求1所述的升降压转换装置，其特征在于，该功率开关从一控制器接收一控制信号，并且受控于该控制信号，以进行切换动作。

10.一种升降压转换装置，对一电压源进行升降压转换，其特征在于，包括：

一感性元件，具有一第一端与一第二端；

一容性元件，具有一第一端与一第二端，其中，该容性元件的第一端耦接该感性元件的第二端；

一单向导通元件，具有一第一端与一第二端，其中，该单向导通元件的第二端耦接该容性元件的第二端；

一功率开关，具有一输入端、一输出端及一控制端；

一第一开关，具有一第一共同接点、一第一常闭接点及一第一常开接点，其中该第一常闭接点同时耦接该电压源的正极端与该感性元件的第一端，该第一常开接点同时耦接该电压源的负极端与该功率开关的输出端，该第一共同接点耦接该单向导通元件的第一端；及

一第二开关，具有一第二共同接点、一第二常闭接点及一第二常开接点，其中该第二常闭接点同时耦接该单向导通元件的第二端与该容性元件的第二端，该第二常开接点同时耦接该容性元件的第一端与该感性元件的第二端，该第二共同接点耦接该功率开关的输入端。

11.如权利要求10所述的升降压转换装置，其特征在于，该单向导通元件为一二极管，且该单向导通元件的第一端为该二极管的阴极端，该单向导通元件的第二端为该二极管的阳极端。

12.如权利要求10所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一开关与该第二开关分别为一单刀双掷开关。

13.如权利要求10所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一开关与该第二开关整合成一双刀双掷开关。

14.如权利要求10所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一共同接点与该第二共同接点分别导通于该第一常闭接点与该第二常闭接点时，该升降压转换装置作为一降压转换线路。

15.如权利要求10所述的升降压转换装置，其特征在于，该第一共同接点与该第二共同接点分别导通于该第一常开接点与该第二常开接点时，该升降压转换装置作为一升压转换线路。

16.如权利要求10所述的升降压转换装置，其特征在于，该功率开关从一控制器接收一控制信号，并且受控于该控制信号，以进行切换动作。

17.一种升降压转换装置的操作方法，其特征在于，包括：

分别同时控制一第一开关与一第二开关置于一第一状态或一第二状态；

在该第一状态下，该升降压转换装置形成一降压转换线路；及

在该第二状态，该升降压转换装置形成一升压转换线路。

18.如权利要求17所述的升降压转换装置的操作方法，其特征在于，还包括：

根据一控制信号，该降压转换线路操作在降压模式；及

根据一控制信号，该升压转换线路操作在升压模式。

19.如权利要求17项所述的升降压转换装置的操作方法，其特征在于，该第一开关与该第二开关分别为一单刀双掷开关。

20.如权利要求17项所述的升降压转换装置的操作方法，其特征在于，该第一开关与该第二开关整合成一双刀双掷开关。