CN102931845A - 升压转换装置及升压转换电路 - Google Patents

Abstract

一种升压转换电路，包含第一电感、第一开关、第二电感、第二开关、第一箝位二极管及第一储能组件。第一电感与第二电感的一端皆接收一电源电力，另一端分别耦接第一及第二开关；第一箝位二极管的阳极耦接第一电感与第一开关的耦接处，其阴极耦接于一负载；第一储能组件耦接在第二电感与第二开关的耦接处与第一箝位二极管的阴极之间。当第一与第二开关皆为导通时，电源电力对第一及第二电感储能。当第一开关为非导通且第二开关为导通时，第一电感对第一储能组件释能。当第一开关为导通且第二开关为非导通时，第一储能组件会与第二电感释能并输出至一输出电容与负载。目的是提供一种针对低压分布式能源而提出的一种具有高电压增益的升压转换电路。

Description

升压转换装置及升压转换电路

技术领域

本发明涉及一种升压转换装置，特别是涉及一种具有高电压增益的升压转换装置。

背景技术

近年来随着油价高涨与环保议题受到关注，使得世界各国均积极推动分布式发电系统的开发。由于分布式发电装置具有低电压输出的特性，因此常被应用于光伏电池、燃料电池、蓄电池、风力涡轮机等储能装置上。

然而，随着不同的应用，为了使分布式发电装置能够达到高升压比的要求，现有作法是采用升压型转换器(Voltage-Boosting Device)两级或多级串接以得到较佳的升压效果，但其需要经过多次的电能转换，因此转换器的转换效率不佳，并不符合实际需求。

请参阅图1，为现有两相交错式(Interleaved)升压转换电路，虽然此交错式升压型转换器具有降低输入电流与输出电压涟波等优点，但随着输入电压越低，现有升压转换电路中二功率开关S₁、S₂的占空比(Duty Cycle)也越接近于满开(即占空比为100％)的临界情况，因此，不仅造成效率损失之外，也导致二功率开关S₁、S₂的切换频率无法大幅提升以达轻薄短小化。

由此可见，上述现有的两相交错式升压转换电路在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的升压转换装置及升压转换电路，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的是在提供一种针对低压分布式能源而提出的一种具有高电压增益的升压转换电路。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的升压转换电路，用以接收一电源电力，并将该电源电力升压后供应至一负载，该升压转换电路包含一第一电感、一第一开关、一第二电感、一第二开关、一第一箝位二极管及一第一储能组件。

第一电感的其中一端接收电源电力，其中另一端则耦接于第一开关；第二电感的其中一端接收电源电力，其中另一端则耦接于第二开关；第一开关与第二开关可在一导通状态与一非导通状态之间切换；第一箝位二极管的阳极耦接于第一电感与第一开关的耦接处，其阴极耦接于一输出二极管的阳极与第一储能组件之间；而第一储能组件的其中一端耦接于第二电感与第二开关的耦接处，其中另一端耦接于箝位二极管的阴极；输出二极管的阳极耦接第一箝位二极管阴极与第一储能组件的耦接处，其阴极耦接一输出电容与负载。

其中，当第一开关与第二开关皆为导通时，第一电感与第一开关会形成一第一回路，第二电感与第二开关则形成一第二回路，使得电源电力对第一电感及第二电感储能。当第一开关为非导通且第二开关为导通时，第一电感、第一箝位二极管、第一储能组件及第二开关形成一第三回路，第一电感将其能量释放至第一储能组件。而当第一开关为导通且第二开关为非导通时，第二电感、第一储能组件、输出二极管及输出电容形成一第四回路，第一储能组件的能量会连同第二电感中所储存的能量一并输出至负载，以达到将输入电源电力升压的目的。

为了使第一开关与第二开关的导通时间相互重迭(overlap)以持续供应电力，第一开关与第二开关的占空比皆需要超过50％，即0.5＜D＜1。

为了更加提升输入电源的电力，本升压转换电路还可包含一感应升压电路，该感应升压电路包括一第一整流二极管、一第二整流二极管、一第一滤波电容、一第二滤波电容、一第一耦合电感及一第二耦合电感。

第一整流二极管及第二整流二极管耦接于输出二极管与负载之间，第一整流二极管的阴极耦接于负载，第二整流二极管的阳极耦接于输出二极管的阴极，其阴极耦接于第一整流二极管的阳极；第一滤波电容的一端耦接第一整流二极管的阴极，另一端耦接于第二滤波电容的一端，第二滤波电容的另一端耦接于第二整流二极管的阳极；第一耦合电感与第一电感形成一变压器，且其中一端耦接于第二整流二极管的阴极；第二耦合电感与第二电感形成另一变压器，且其中一端耦接于第一耦合电感的另一端，第二耦合电感的另一端耦接于第一滤波电容与第二滤波电容的耦接处，其中，于第一开关为导通时，第一耦合电感释能至第一滤波电容，于第二开关为导通时，第二耦合电感释能至第二滤波电容，且于第一开关为导通且第二开关为非导通时，第一滤波电容及第二滤波电容会连同第二电感及第一储能组件一并释能至负载。

本发明升压转换电路也可以包含一第一电感、一第一开关、一第二电感、一第二开关、多数箝位二极管及多数储能组件。

第一电感的其中一端接收电源电力，其中另一端则耦接于第一开关；第二电感的其中一端接收电源电力，其中另一端则耦接于第二开关；第一开关与第二开关可在一导通状态与一非导通状态之间切换。多数箝位二极管相互串接，且储能组件的数量与箝位二极管对应，该等储能组件的一端分别对应耦接于该等箝位二极管的阴极，部分储能组件的另一端耦接于第一电感与第一开关的耦接处，其余部份的储能组件的另一端则耦接于第二电感与第二开关的耦接处。

因此，当第一开关与第二开关皆为导通时，电源电力对第一电感及第二电感储能。当第一开关为非导通且第二开关为导通时，第一电感将其能量释放至耦接于第二电感与第二开关的耦接处的储能组件，且耦接于第一电感与第一开关的耦接处的储能组件释能至负载。当第一开关为导通且第二开关为非导通时，第一电感将其能量释放至耦接于第一电感与第一开关的耦接处的储能组件，第二电感及耦接于第二电感与第二开关的耦接处的储能组件会释能至输出电容及负载。

同样地，在包含多数箝位二极管及多数储能组件的升压转换电路中，也可以再包含上述的感应升压电路，以获得更高的升压比。

再者，本发明升压转换电路可应用于一升压转换装置中，该升压转换装置可包含一控制电路及上述的升压转换电路。其中，第一开关可为一N型金氧半场效晶体管，其具有一耦接于该第一电感的另一端的漏极(D)、一耦接于控制电路的栅极(G)及一接地的源极(S)；第二开关可为一N型金氧半场效晶体管，其具有一耦接于第二电感的另一端的漏极(D)、一耦接于该控制电路的栅极(G)及一接地的源极(S)。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。

本发明的有益效果在于：升压转换装置可提供低压/大电流能源输入，并实现了单级整合型电能转换(Integrated Single-Stage PowerConversion)，仅需单一次电能处理即可达到高电压增益需求，且具有高转换效率。此外，升压转换电路的第一开关、第二开关及箝位二极管的电压远低于现有升压转换电路，因此电路组件的导通与切换损失、逆向回复损失问题都得以减少，以更加提升转换效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是说明现有两相交错式升压转换电路的电路图；

图2是说明本发明升压转换装置的第一实施例的电路图；

图3是说明升压转换电路中第一开关与第二开关同时为导通时，第一回路与第二回路的电流流向；

图4是说明升压转换电路中第一开关为非导通且第二开关为导通时，第二回路与第三回路的电流流向；

图5是说明升压转换电路中第一开关为导通且第二开关为非导通时，第一回路与第四回路的电流流向；

图6是说明本发明升压转换装置的第二实施例的电路图；

图7是说明本发明升压转换装置的第三实施例的电路图；

图8是说明本发明升压转换装置的第一至第三实施例与现有两相交错式升压转换电路的电压增益的特性曲线图；

图9是说明第三实施例的输入电源电力、输出电压及输出二极管跨压的波形图；

图10是说明本发明升压转换装置的第四实施例的电路图；

图11是说明升压转换电路中第一开关与第二开关同时为导通时，第一回路、第二回路、第七回路及第八回路的电流流向；

图12是说明升压转换电路中第一开关为非导通且第二开关为导通时，第二回路、第三回路及第八回路的电流流向；

图13是说明升压转换电路中第一开关为导通且第二开关为非导通时，第一回路、第四回路及第七回路的电流流向；

图14是说明本发明升压转换装置的第五实施例的电路图；

图15是说明本发明升压转换装置的第六实施例的电路图；

图16是说明本发明升压转换装置的第四至第六实施例与现有两相交错式升压转换电路的电压增益的特性曲线图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的升压转换装置及升压转换电路，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图2，为本发明升压(Voltage Boosting)转换装置的第一实施例，该升压转换装置100是一交错式/多相(Interleaved/Multiphase)架构的升压转换器，可应用于混合动力车辆的电池能量充放电系统、家用直流微电网发电系统、功因校正器(Power Factor Corrector)、车用高压气体放电(HighIntensity Discharge，HID)头灯的高压驱动器、以太阳能/风力/燃料电池为基础的替代能源发电系统、医疗电子仪器，例如：X-光机、臭氧产生机(Ozone generator)等。

在本实施例中，升压转换装置100可接收一低电压且高电流(LowVoltage/High Current)的电源电力VIN，并将该电源电力VIN升压后，供应给后端用电设备(即负载RL)使用。升压转换装置100包含一升压转换电路10及一控制电路20。升压转换电路10包括一第一电感L1、一第一开关S1、一第二电感L2、一第二开关S2、一辅助升压单元(Auxiliary Step-UpUnit)30、一输出二极管DO及一输出电容CO。

第一电感L1的一端接收电源电力VIN，第一开关S1为一N型金氧半场效晶体管，其具有一耦接于第一电感L1的另一端的漏极(D)、一耦接于控制电路20的栅极(G)及一接地的源极(S)，第一开关S1受控制电路20的控制而在一导通(ON)与一非导通(OFF)状态切换。第二电感L2的一端接收电源电力VIN，第二开关S2同样为一N型金氧半场效晶体管，其具有一耦接于第二电感L2的另一端的漏极(D)、一耦接于控制电路20的栅极(G)及一接地的源极(S)，第二开关S2受控制电路20的控制而在一导通与一非导通状态切换。

辅助升压单元30包括一箝位二极管D1及一储能组件Cb1。箝位二极管D1的阳极耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处(即第一开关S1的漏极)，其阴极则耦接于输出二极管DO。储能组件Cb1是以一储能电容为例说明，其一端耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处(即第二开关S2的漏极)，储能组件Cb1的另一端则耦接于箝位二极管D1的阴极。输出二极管DO的阳极耦接于箝位二极管D1的阴极，其阴极耦接于负载RL。输出电容CO耦接于输出二极管DO的阴极与地之间。

当控制电路20控制第一开关S1与第二开关S2同时为导通时，第一电感L1与第一开关S1会形成一第一回路I，第二电感L2与第二开关S2则形成一第二回路I I，如图3所示，电源电力VIN会对第一电感L1及第二电感L2进行储能。

参阅图2及图4，当控制电路20控制第一开关S1为非导通且第二开关S2为导通时，第一电感L1、箝位二极管D1、储能组件Cb1及第二开关S2形成一第三回路I II，第一电感L1会释放其所储存的能量，并透过箝位二极管D1而储存于储能组件Cb1，此时，第二电感L2与第二开关S2仍形成第二回路II，电源电力VIN继续对第二电感L2储能。

请参阅图2及图5，当控制电路20控制第一开关S1为导通且第二开关S2为非导通时，第二电感L2、储能组件Cb1、输出二极管DO及输出电容CO形成一第四回路IV，电源电力VIN、第二电感L2与储能组件Cb1将能量释放至输出电容CO，以供应给后端用电设备(即负载RL)使用，且同时，第一电感L1与第一开关S1仍形成第一回路I，电源电力V IN继续对第一电感L1储能。

换句话说，升压转换电路10通过在第一开关S1为非导通且第二开关S2为导通时，第一电感L1将能量储存于辅助升压单元30的储能组件Cb1中，并且在第一开关S 1为导通且第二开关S2为非导通时，储能组件Cb1的能量会连同第二电感L2中所储存的能量一并输出至负载RL，以达到将输入电源电力VI N升压的目的，其电压增益如下：

$\frac{2}{1-D}$

其中，D为第一开关S1与第二开关S2的占空比(duty cycle)。因此，升压转换电路10相比于现有两相交错式升压转换电路，可通过较低的第一开关S1与第二开关S2的占空比达到相同的升压比，不仅可大幅减小开关的导通损失及切换损失，同时也降低了输出二极管DO逆向回复所造成的损耗，使得整体转换效率获得提升。此外，第一开关S1、第二开关S2与箝位二极管D1具低电压应力特性(Low Switch Voltage Stress)，可有更高可靠度与高电能转换效率，且辅助升压单元30不需要通过任何主动电路控制，可更节省升压转换装置100的制作成本。

请参阅图6，为本发明升压转换装置的第二实施例，本实施例大致与第一实施例相同，其不同之处在于辅助升压单元30还多包括另一箝位二极管D2及另一储能组件Cb2。为了方便说明，以下将二箝位二极管D1、D2分别定义为第一箝位二极管D1及第二箝位二极管D2；二储能组件Cb1、Cb2分别定义为第一储能组件Cb1及第二储能组件Cb2。

在本实施例中，第一箝位二极管D1的阳极耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处，其阴极则耦接于第二箝位二极管D2的阳极；第一储能组件Cb1的一端耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处，另一端则耦接于第一箝位二极管D1的阴极；第二箝位二极管D2的阴极耦接于输出二极管DO的阳极；第二储能组件Cb2的一端耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处，另一端则耦接于第二箝位二极管D2的阴极。

同样的，当第一开关S1与第二开关S2同时为导通时，各组件状态会如同第一实施例，第一电感L1与第一开关S1会形成第一回路I，第二电感L2与第二开关S2则形成第二回路I I，电源电力VIN会对第一电感L1及第二电感L2进行储能。

当第一开关S1为非导通且第二开关S2为导通时，第一电感L1、第一箝位二极管D1、第一储能组件Cb1及第二开关S2形成一第五回路V，第一箝位二极管D1会被导通，使第一电感L1对第一储能组件Cb1储能，且第二储能组件Cb2会将能量释放至输出电容CO。另外，第二电感L2与第二开关S2仍形成第二回路II，电源电力VIN继续对第二电感L2储能。

当第一开关S1为导通且第二开关S2为非导通时，第二电感L2、第一储能组件Cb1、第二箝位二极管D2、输出二极管DO及输出电容CO形成一第六回路VI，电源电力VIN、第二电感L2与第一储能组件Cb1将能量释放至输出电容CO，且第一电感L1会释放能量并储存于第二储能组件Cb2中。另外，第一电感L1与第一开关S1仍形成第一回路I，电源电力VIN继续对第一电感L1储能。

同样地，第一电感L1会在第一开关S1为非导通且第二开关S2为导通时，先将其能量储存于辅助升压单元30的第一储能组件Cb1中，此时，第二储能组件Cb2会释能以供应至负载RL，且当第一开关S1为导通且第二开关S2为非导通时，第二储能组件Cb2会接收第一电感L1所释放的能量，第一储能组件Cb1的能量则与第二电感L2中所储存的能量一并输出至负载RL，如此仍能达到升压的目的，而本实施例的升压转换电路10的电压增益如下：

$\frac{3}{1-D}$

请参阅图7，为本发明升压转换装置的第三实施例，本实施例大致与第一实施例相同，其不同之处在于辅助升压单元30可包括多数个箝位二极管及多数个储能组件(储能电容)，本实施例将以三个为例，且为了方便说明，以下将三个箝位二极管D1、D2、D 3分别定义为第一箝位二极管D1、第二箝位二极管D2及第三箝位二极管D3；三个储能组件Cb1、Cb2、Cb 3分别定义为第一储能组件Cb1、第二储能组件Cb2及第三储能组件Cb3。

第一箝位二极管D1的阳极耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处，其阴极则耦接于第二箝位二极管D2的阳极；第一储能组件Cb1的一端耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处，另一端则耦接于第一箝位二极管D1的阴极；第二箝位二极管D2的阴极耦接于第三箝位二极管D3的阳极；第二储能组件Cb2的一端耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处，另一端则耦接于第二箝位二极管D2的阴极；第三箝位二极管D3的阴极耦接于输出二极管DO的阳极；第三储能组件Cb3的一端耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处，另一端则耦接于第三箝位二极管D3的阴极。

也就是说，个箝位二极管D1、D2、D3是相互串接，第一储能组件Cb1、第二储能组件Cb2及第三储能组件Cb 3的一端分别对应耦接于第一箝位二极管D1、第二箝位二极管D2及第三箝位二极管D3的阴极，且部份储能组件(第二储能组件Cb2)的另一端耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处，其余部份的储能组件(第一储能组件Cb1及第三储能组件Cb3)的另一端耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处。

同样地，当第一开关S 1与第二开关S2同时为导通时，电源电力VIN会对第一电感L1及第二电感L2进行储能。当第一开关S1为非导通且第二开关S2为导通时，第一电感L1的能量会释放至耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处的储能组件(第一储能组件Cb1及第三储能组件Cb3)，且耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处的储能组件(第二储能组件Cb2)会将其能量释放至输出电容CO。

当第一开关S1为导通且第二开关S2为非导通时，耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处的储能组件(第一储能组件Cb1及第三储能组件Cb 3)会将其能量释放至输出电容CO，且第一电感L1则会释放能量并储存于耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处的储能组件(第二储能组件Cb2)。如此仍能达到升压的目的，而本实施例的升压转换电路10的电压增益如下：

$\frac{4}{1-D}$

请参阅图8，为本发明升压转换电路10的三个实施例与现有两相交错式升压转换电路的电压增益的特性曲线图，其中，横轴为第一开关S1与第二开关S2的占空比，纵轴为电压增益(Voltage Gain)，L1为现有两相交错式升压转换电路的特性曲线，L2-L4分别为第一至第三实施例所述的升压转换电路10的特性曲线。由各曲线可知，不管第一开关S1与第二开关S2的占空比为何，本发明各实施例所述的升压转换电路10的电压增益皆会大于现有的升压转换电路，故本发明升压转换装置100确实可提升整体转换效率，提供更高电压的输出电力。而上述本发明升压转换电路10的三个实施例与现有两相交错式升压转换电路的性能比较如下表一：

表一

特别说明的是，上述三个实施例中，第一开关S1与第二开关S2的占空比皆需要超过50％(即0.5＜D＜1)，第一开关S1与第二开关S2的导通时间相互重达(overlap)，以持续供应电力。且在各实施例的设定中，电源电力VIN的电压为20V，第一电感L1与第二电感L2的感值皆为200μH，储能组件Cb1(＝Cb2＝Cb3)的容值为3.3μF，输出电容CO的容值为200μF，第一开关S 1与第二开关S2的占空比(duty cycle)皆设定为75％。因此，在上述的设定下，以第三实施例(如图7)来说，升压转换装置100将可提供320V(＝20×4/(1-0.75))的输出电压，如图9所示。

请参阅图10，为本发明升压转换装置的第四实施例，其中包含一升压转换电路10、一控制电路20及一感应升压电路40。升压转换电路10包括一第一电感L1、一第一开关S1、一第二电感L2、一第二开关S2、一辅助升压单元30、一输出二极管DO及一输出电容CO。其中，辅助升压单元30及升压转换电路10中各组件的连接、功能与作动皆与第一实施例所述相同，故不多加赘述。

感应升压电路40包含一第一整流二极管DO1、一第二整流二极管DO2、一第一耦合电感L1C、一第二耦合电感L2C、一第一滤波电容CO1及一第二滤波电容CO2。

第一整流二极管DO1的阳极耦接于第二整流二极管DO2的阴极，其阴极则耦接于第一滤波电容CO1的一端及负载RL(后端用电设备)。第二整流二极管DO2的阳极耦接于输出二极管DO的阴极及输出电容CO。第一滤波电容CO1的另一端耦接于第二滤波电容CO2的一端，第二滤波电容CO2的另一端耦接于第二整流二极管DO2与输出电容CO的耦接处(第二整流二极管DO2的阳极)。第一耦合电感L1C与第一电感L1形成一变压器结构，第二耦合电感L2C与第二电感L2形成另一变压器结构，第一耦合电感L1C及第二耦合电感L2C相互串接，且第一耦合电感L1C的一端耦接于第一整流二极管DO1与第二整流二极管DO2的耦接处(第二整流二极管DO2的阴极)，第二耦合电感L2C的一端耦接于第一滤波电容CO1与第二滤波电容CO2的耦接处。

请参阅图10及图11，当控制电路20控制第一开关S1与第二开关S2同时为导通时，第一电感L1及第二电感L2的电流路径会与上述实施例相同，第一电感L1与第一开关S1同样形成第一回路I，第二电感L2与第二开关S2形成第二回路I I，电源电力VIN会对第一电感L1及第二电感L2进行储能。不同的是，此时，第一耦合电感L1C借由第一电感L1的储能而感应电流并释能，第一耦合电感L1C、第一整流二极管DO1、第一滤波电容CO1及第二耦合电感L2C形成一第七回路VI I，第一滤波电容CO1会进行储能；同样地，第二耦合电感L2C借由第二电感L2的储能而感应电流，并沿着由第二耦合电感L2C、第二滤波电容CO2、第二整流二极管DO2及第一耦合电感L1C所形成的一第八回路VI I I释能，第二滤波电容CO2会进行储能。

请参阅图10及图12，当控制电路20控制第一开关S1为非导通且第二开关S2为导通时，第一电感L1、箝位二极管D1、储能组件Cb1及第二开关S2会形成第三回路III，第一电感L1会释放其所储存的能量，并通过箝位二极管D1而储存于储能组件Cb1。此时，第二电感L2与第二开关S2仍形成第二回路I I，第二耦合电感L2C、第二滤波电容CO2、第二整流二极管DO2及第一耦合电感L1C仍形成第八回路VIII，使得第二电感L2持续储能，第二耦合电感L2C持续释能。

请参阅图10及图13，当控制电路20控制第一开关S1为导通且第二开关S2为非导通时，第二电感L2、储能组件Cb1、输出二极管DO及输出电容CO形成第四回路IV，电源电力VIN、第二电感L2与储能组件Cb1将能量释放至输出电容CO，且同时，第一电感L1与第一开关S1仍形成第一回路I，第一耦合电感L1C、第一整流二极管DO1、第一滤波电容CO1及第二耦合电感L2C仍形成第七回路VI I，使得第一电感L1持续储能，第一耦合电感L1C持续释能。

特别说明的是，在本实施例中，输出电容CO以及第一滤波电容CO1与第二滤波电容CO2会同时释放能量至负载RL，将更加提升输入电源电力VIN的电压，其电压增益如下：

$\frac{2+N_1+N_2}{1-D}$

其中，D为第一开关S1与第二开关S2的占空比，N1为第一电感L1与第一耦合电感L1C的匝数比，N2为第二电感L2与第二耦合电感L2C的匝数比。实务上，第一电感L1与第一耦合电感L1C之间的匝数比会与第二电感L2与第二耦合电感L2C之间的匝数比相同(即N1＝N2＝N)，以便于控制。因此，电压增益可简化为

$\frac{2+2N}{1-D}$

因此，升压转换电路10可透过较低的第一开关S1与第二开关S2的占空比达到更高的升压比，不仅可大幅减小开关的导通损失及切换损失，同时也降低了输出二极管DO逆向回复所造成的损耗，使得整体转换效率获得提升。此外，第一开关S1、第二开关S2与箝位二极管D1具低电压应力特性，可有更高可靠度与高电能转换效率，且辅助升压单元30及感应升压电路40皆不需要通过任何主动电路控制，可更节省升压转换装置100的制作成本。

请参阅图14，为本发明升压转换装置的第五实施例，其中包含一升压转换电路10、一控制电路20及一感应升压电路40。在本实施例中，升压转换电路10及控制电路20中各组件及其连接关系与功能如同第二实施例，感应升压电路40中各组件及其连接关系与功能如同第四实施例，故不多加赘述。

同样的，当第一开关S1与第二开关S2同时为导通时，各组件状态会如同第四实施例，第一电感L1与第一开关S1形成第一回路I，第二电感L2与第二开关S2形成第二回路I I，第一耦合电感L1C、第一整流二极管DO1、第一滤波电容CO1及第二耦合电感L2C形成第七回路VII，第二耦合电感L2C、第二滤波电容CO2、第二整流二极管DO2及第一耦合电感L1C形成第八回路VIII，电源电力VIN会对第一电感L1及第二电感L2进行储能，且第一耦合电感L1C会对第一滤波电容CO1进行储能，第二耦合电感L2C会对第二滤波电容CO2进行储能。

当第一开关S1为非导通且第二开关S2为导通时，第一电感L1、第一箝位二极管D1、第一储能组件Cb1及第二开关S2会如同第二实施例形成第五回路V，第一箝位二极管D1会被导通，使第一电感L1对第一储能组件Cb1储能，且第二储能组件Cb2会将能量释放至输出电容CO。另外，第二电感L2与第二开关S2仍形成第二回路I I，第二耦合电感L2C、第二滤波电容CO2、第二整流二极管DO2及第一耦合电感L1C仍形成第八回路VIII，使得第二电感L2持续储能，第二耦合电感L2C持续释能。

当第一开关S1为导通且第二开关S2为非导通时，第二电感L2、第一储能组件Cb1、第二箝位二极管D2、输出二极管DO及输出电容CO会如同第二实施例形成第六回路VI，电源电力VIN、第二电感L2与第一储能组件Cb1将能量释放至输出电容CO，且第一电感L1会释放能量并储存于第二储能组件Cb2中。另外，第一电感L1与第一开关S1仍形成第一回路I，且第一电感L1与第一开关S1仍形成第一回路I，第一耦合电感L1C、第一整流二极管DO1、第一滤波电容CO1及第二耦合电感L2C仍形成第七回路VII，使得第一电感L1持续储能，第一耦合电感L1C持续释能。

同样地，本实施例的输出电容CO以及第一滤波电容CO1与第二滤波电容CO2也会同时释放能量至负载RL，以更加提升输入电源电力VIN的电压，其电压增益如下：

$\frac{3+2N}{1-D}$

其中，第一电感L1与第一耦合电感L1C之间，以及第二电感L2与第二耦合电感L2C之间具有相同的匝数比，即N1＝N2＝N。

请参阅图15，为本发明升压转换装置的第六实施例，其中包含一升压转换电路10、一控制电路20及一感应升压电路40。在本实施例中，升压转换电路10及控制电路20中各组件及其连接关系与功能如同第三实施例，感应升压电路40中各组件及其连接关系与功能如同第四实施例，故不多加赘述。

因此，当第一开关S1与第二开关S2同时为导通时，电源电力VIN会对第一电感L1及第二电感L2进行储能，且第一耦合电感L1C会对第一滤波电容CO1进行储能，第二耦合电感L2C会对第二滤波电容CO2进行储能。

当第一开关S1为非导通且第二开关S2为导通时，第一电感L1的能量会释放至耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处的储能组件(第一储能组件Cb1及第三储能组件Cb 3)，且耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处的储能组件(第二储能组件Cb2)会将其能量释放至输出电容CO。同时，第二耦合电感L2C持续释能至第二滤波电容CO2。

当第一开关S1为导通且第二开关S2为非导通时，耦接于第二电感L2与第二开关S2的耦接处的储能组件(第一储能组件Cb1及第三储能组件Cb3)会将其能量释放至输出电容CO，且第一电感L1则会释放能量并储存于耦接于第一电感L1与第一开关S1的耦接处的储能组件(第二储能组件Cb2)。同时，第一耦合电感L1C持续释能至第一滤波电容CO1。如此仍能达到升压的目的，而本实施例的升压转换电路10的电压增益如下：

$\frac{4+2N}{1-D}$

请参阅图16，为本发明升压转换电路10的第四至第六实施例与现有两相交错式升压转换电路的电压增益的特性曲线图，其中，横轴为第一开关S1与第二开关S2的占空比，纵轴为电压增益，L1为现有两相交错式升压转换电路的特性曲线，L5-L7分别为第四至第六实施例所述的升压转换电路10的特性曲线。由各曲线可知，不管第一开关S1与第二开关S2的占空比为何，本发明各实施例所述的升压转换电路10的电压增益皆会大于现有的升压转换电路，故本发明升压转换装置100确实可提升整体转换效率，提供更高电压的输出电力。而上述升压转换电路10的第四、第五及第六实施例与现有两相交错式升压转换电路的性能比较如下表二：

表二

综上所述，本发明升压转换装置100借由辅助升压单元30以实现单级整合型电能转换(Integrated Single-Stage Power Conversion)，不仅需单一次电能处理即可达到高电压增益需求，并兼具高转换效率。且辅助升压单元30不需要透过任何主动电路控制，可更节省升压转换装置100的制作成本。此外，升压转换电路10的第一开关S1、第二开关S2及箝位二极管D1的电压远低于现有升压转换电路，因此电路组件的导通与切换损失、逆向回复损失问题都得以减少，以更加提升转换效率，故确实能达成本发明的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种升压转换电路，用以接收一电源电力，并将该电源电力升压后供应至一负载；其特征在于：

该升压转换电路包含：

一第一电感，其中一端接收该电源电力；

一第一开关，耦接于该第一电感的其中另一端；

一第二电感，其中一端接收该电源电力；

一第二开关，耦接于该第二电感的其中另一端；

一第一箝位二极管，其阳极耦接于该第一电感与该第一开关的耦接处，其阴极耦接于该负载；及

一第一储能组件，其中一端耦接于该第二电感与该第二开关的耦接处，其中另一端耦接于该第一箝位二极管的阴极，其中，于该第一开关与该第二开关皆为导通时，该电源电力对该第一电感及该第二电感储能，于该第一开关为非导通且该第二开关为导通时，该第一电感将其能量释放至该第一储能组件，于该第一开关为导通且该第二开关为非导通时，该第二电感及该第一储能组件释能并供应至该负载。

2.如权利要求1所述的升压转换电路，其特征在于：该升压转换电路还包含一耦接于该第一箝位二极管与该负载之间的输出二极管，及一耦接于该输出二极管的阴极的输出电容，该输出二极管的阳极耦接于该第一箝位二极管的阴极，该输出二极管的阴极耦接于该负载。

3.如权利要求1所述的升压转换电路，其特征在于：该升压转换电路还包含一耦接于该第一箝位二极管与该负载之间的第二箝位二极管，及一第二储能组件，该第二箝位二极管的阳极耦接于该第一箝位二极管的阴极，阴极耦接于该负载，该第二储能组件的其中一端耦接于该第一电感与该第一开关的耦接处，其中另一端耦接于该第二箝位二极管的阴极，于该第一开关为非导通且该第二开关为导通时，该第二储能组件释能至该负载，于该第一开关为导通且该第二开关为非导通时，该第一电感将其能量释放至该的二储能组件。

4.如权利要求3所述的升压转换电路，其特征在于：该升压转换电路还包含一耦接于该第二箝位二极管与该负载之间的输出二极管，及一耦接于该输出二极管的阴极的输出电容，该输出二极管的阳极耦接于该第二箝位二极管的阴极，该输出二极管的阴极耦接于该负载。

5.如权利要求2或4所述的升压转换电路，其特征在于：该升压转换电路还包含一感应升压电路，该感应升压电路包含：

一第一整流二极管；

一第二整流二极管，该第一整流二极管及该第二整流二极管耦接于该输出二极管与该负载之间，该第一整流二极管的阴极耦接于该负载，该第二整流二极管的阳极耦接于该输出二极管的阴极，其阴极耦接于该第一整流二极管的阳极；

一第一滤波电容，其中一端耦接该第一整流二极管的阴极；

一第二滤波电容，其中一端耦接于该第一滤波电容的另一端，该第二滤波电容的另一端耦接于该第二整流二极管的阳极；

一第一耦合电感，与该第一电感形成一变压器，且其中一端耦接于该第二整流二极管的阴极；及

一第二耦合电感，与该第二电感形成另一变压器，且其中一端耦接于该第一耦合电感的另一端，该第二耦合电感的另一端耦接于该第一滤波电容与该第二滤波电容的耦接处；

其中，于该第一开关为导通时，该第一耦合电感释能至该第一滤波电容，于该第二开关为导通时，该第二耦合电感释能至该第二滤波电容，且于该第一开关为导通且该第二开关为非导通时，该第一滤波电容及该第二滤波电容会释能至该负载。

6.一种升压转换装置，用以接收一电源电力，并将该电源电力升压后供应至一负载；其特征在于：

该升压转换装置包含：

一控制电路；及

一升压转换电路，包括

一第一电感，其中一端接收该电源电力；

一第一开关，耦接于该第一电感的其中另一端；

一第二电感，其中一端接收该电源电力；

一第二开关，耦接于该第二电感的其中另一端，该第一开关与该第二开关分别受该控制电路而在导通与非导通之间切换；

一第一箝位二极管，其阳极耦接于该第一电感与该第一开关的耦接处，其阴极耦接于该负载；及

一第一储能组件，其中一端耦接于该第二电感与该第二开关的耦接处，其中另一端耦接于该第一箝位二极管的阴极，其中，于该第一开关与该第二开关皆为导通时，该电源电力对该第一电感及该第二电感储能，于该第一开关为非导通且该第二开关为导通时，该第一电感将其能量释放至该第一储能组件，于该第一开关为导通且该第二开关为非导通时，该第二电感及该第一储能组件释能并供应至该负载。

7.如权利要求6所述的升压转换装置，其特征在于：该升压转换电路还包括一耦接于该第一箝位二极管与该负载之间的输出二极管，及一耦接于该输出二极管的阴极的输出电容，该输出二极管的阳极耦接于该第一箝位二极管的阴极，该输出二极管的阴极耦接于该负载。

8.如权利要求6所述的升压转换装置，其特征在于：该升压转换电路还包括一耦接于该第一箝位二极管与该负载之间的第二箝位二极管，及一第二储能组件，该第二箝位二极管的阳极耦接于该第一箝位二极管的阴极，阴极耦接于该负载，该第二储能组件的其中一端耦接于该第一电感与该第一开关的耦接处，其中另一端耦接于该第二箝位二极管的阴极，于该第一开关为非导通且该第二开关为导通时，该第二储能组件释能至该负载，于该第一开关为导通且该第二开关为非导通时，该第一电感将其能量释放至该的二储能组件。

9.如权利要求8所述的升压转换装置，其特征在于：该升压转换电路还包括一耦接于该第二箝位二极管与该负载之间的输出二极管，及一耦接于该输出二极管的阴极的输出电容，该输出二极管的阳极耦接于该第二箝位二极管的阴极，该输出二极管的阴极耦接于该负载。

10.如权利要求7或9所述的升压转换装置，其特征在于：该升压转换电路还包含一感应升压电路，该感应升压电路包含：

一第一整流二极管；

一第二整流二极管，该第一整流二极管及该第二整流二极管耦接于该输出二极管与该负载之间，该第一整流二极管的阴极耦接于该负载，该第二整流二极管的阳极耦接于该输出二极管的阴极，其阴极耦接于该第一整流二极管的阳极；

一第一滤波电容，其中一端耦接该第一整流二极管的阴极；

一第二滤波电容，其中一端耦接于该第一滤波电容的另一端，该第二滤波电容的另一端耦接于该第二整流二极管的阳极；

一第一耦合电感，与该第一电感形成一变压器，且其中一端耦接于该第二整流二极管的阴极；及

一第二耦合电感，与该第二电感形成另一变压器，且其中一端耦接于该第一耦合电感的另一端，该第二耦合电感的另一端耦接于该第一滤波电容与该第二滤波电容的耦接处；

其中，于该第一开关为导通时，该第一耦合电感释能至该第一滤波电容，于该第二开关为导通时，该第二耦合电感释能至该第二滤波电容，且于该第一开关为导通且该第二开关为非导通时，该第一滤波电容及该第二滤波电容会释能至该负载。

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