CN103812331B - 直流转换电路 - Google Patents
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Abstract
一种直流转换电路，包括降升压转换器、第一二极管、第一电容、第二二极管、第一电感与第二电容。降升压转换器具有两输入端与两输出端，两输入端用以接收第一直流信号，两输出端用以输出第二直流信号。第一二极管耦接两输出接点之间。第一电容的第一端耦接第一二极管的阴极端，第一电容的第二端耦接负载。第二二极管的阳极端耦接第一二极管的阴极端。第一电感的第一端耦接第二二极管的阴极端，第一电感的第二端耦接第一电容的第二端。第二电容的第一端耦接第一电感的第二端，第二电容的第二端耦接第一二极管的阳极端与负载。
Description
技术领域
本发明涉及一种转换电路，特别涉及一种直流转换电路。
背景技术
一般来说，直流转换电路会配置有储能元件，而储能元件所选配的电感值，将会影响直流转换电路的输入电流的响应速度及输出电压涟波。若储能元件所选配的电感值较小，直流转换电路的输入电流的响应速度较快，但是输出电压涟波会较大。相反地，若储能元件所选配的电感值较大，直流转换电路的输入电流的响应速度较慢，但是可获得较小的输出电压涟波。
因此，对于一般直流转换电路的使用上来说，常使用较小的电感值的电感以及较大电容值的电容（亦即使用电感值较小与电容值较大的储能元件），使得直流转换电路可兼具较快的输入电流的响应速度与较小的输出电流涟波。并且，在选用较大电容值的电容应用上，使用者往往必须使用电解电容，以达到前述的响应速度以及输出电流涟波的效果。
然而，由于电解电容易受到开关切换以及温度等外在环境因素影响，而造成使用寿命较其他材料构成的电容来的短，进而缩短直流转换电路的使用寿命。因此，直流转换电路仍有改善的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流转换电路，藉以降低设计的复杂度，并达成输入响应快速、低涟波输出电压、使用寿命长等作用。
本发明的一种直流转换电路，包括降升压转换器、第一二极管、第一电容、第二二极管、第一电感与第二电容。降升压转换器具有两输入端与两输出端，两输入端用以接收第一直流信号，两输出端用以输出第二直流信号。第一二极管具有阳极端与阴极端，第一二极管的阳极端耦接降升压转换器的两输出端的其中之一，第一二极管的阴极端耦接降升压转换器的两输出端的其中另一。第一电容具有第一端与第二端，第一电容的第一端耦接第一二极管的阴极端，第一电容的第二端耦接负载。
第二二极管具有阳极端与阴极端，第二二极管的阳极端耦接第一二极管的阴极端。第一电感具有第一端与第二端，第一电感的第一端耦接第二二极管的阴极端，第一电感的第二端耦接第一电容的第二端。第二电容具有第一端与第二端，第二电容的第一端耦接第一电感的第二端，第二电容的第二端耦接第一二极管的阳极端与负载。其中，第二直流信号开始输出至第一电感与第一电容，以进行能量的储存，并以此能量对第二电容进行充电。当第二直流信号停止时输出前述能量，使得第一电容上的跨压的极性反转，而将第一电容的储能转换成第一电感的电感电流，同时将第一电容的跨压极性反转，使得第一二极管导通后改变电路结构，构成具负电压源特性的共振电路，以达到电路能量平衡与持续运转的目的。
本发明的直流转换电路，利用降升压转换器、第一二极管、第二二极管、第一电感及第一电容所形成的共振电路以及第二电容的电路结构，并且利用第一电容上的跨压会产生极性反转并产生负电压，以克服负载电压的电位障避问题。另外，在降升压转换器与第一电感之间配置第二二极管，使直流转换电路具有较好的工作条件。此外，使用较小电容值的第一电容与第二电容，而无需使用电解电容。如此一来，可降低设计的复杂度，并达成输入响应快速、低涟波输出电压、使用寿命长等作用。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明第一实施例的直流转换电路的示意图；
图2为本发明第二实施例的直流转换电路的示意图。
其中，附图标记
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
以下所列举的各实施例中，将以相同的标号代表相同或相似的元件。
请参考图1所示，其为本发明的直流转换电路的示意图。本实施例的直流转换电路100适于耦接一负载180，以提供负载180所需的工作电压，其中负载180可为电阻、电感或电源供应器等。
直流转换电路100包括降升压转换器（Buck-Boost Converter）110、第一二极管D1、第一电容C1、第二二极管D2、第一电感L1与第二电容C2。降升压转换器110具有两输入接点111、112与两输出接点113、114。其中，降升压转换器110的两输入接点111、112例如耦接一直流输入源170，用以接收此直流输入源170所产生的第一直流信号，并且降升压转换器110对前述的直流信号进行处理，以于降升压转换器110的两输出接点113、114输出第二直流信号。在本实施例中，前述的直流输入源170例如为脉冲输入源或直流电源。进一步来说，直流电源亦可包括直流电压源或直流电流源。
第一二极管D1具有阳极端121与阴极端122，第一二极管D1的阳极端121耦接降升压转换器110的两输出接点113、114的其中之一，亦即输出接点114，第一二极管D1的阴极端122耦接降升压转换器110的两输出接点113、114的其中另一，亦即输出接点113。
第一电容C1具有第一端131与第二端132，第一电容C1的第一端131耦接第一二极管D1的阴极端122，第一电容C1的第二端132耦接负载180。第二二极管D2具有阳极端141与阴极端142，第二二极管D2的阳极端141耦接第一二极管D1的阴极端122。
第一电感L1具有第一端151与第二端152，第一电感L1的第一端151耦接第二二极管D2的阴极端142，第一电感L1的第二端152耦接第一电容C1的第二端132。其中，当第二二极管D2导通时，第一电感L1与第一电容C1并联耦接，且第一电感L1与第一电容C1例如组成一共振电路。
第二电容C2具有第一端161与第二端162，第二电容C2的第一端161耦接第一电感L1的第二端152，第二电容C2的第二端162耦接第一二极管D1的阳极端121与负载180。
首先，当直流转换电路100开始运作后，降升压转换器110利用切换操作，将所接收的第一直流信号转换为第二直流信号，且第二直流信号会输出至第一电感L1与第一电容C1所组成的共振电路，使得第一电容C1上的跨压快速上升，同时将能量传送至第二电容C2与负载。当第二直流信号停止时，利用第一电感L1与第一电容C1的共振作用，以将第一电容C1所储存的能量转换成电感电流，并前述的能量对第二电容C2进行充电，以达到分压的效果，进而抑制输入能量增加所造成的输出电压涟波。
在第一电容C1所储存的能量转换成电感电流的同时，第一电容C1上的跨压极性会产生反转并产生负电压，使得第一二极管D1导通，以改变直流转换电路100的结构。此时，利用第一电感L1、第一电容C1与第二电容C2，同时将能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压，并且第一电感L1、第一电容C1与第二电容C2共同作为滤波电路元件，以抑制因输入能量停止时而造成的输出电压涟波。如此一来，本实施例的直流转换电路100可具有输入响应快速、低涟波输出电压与寿命长等作用。
另外，在本实施例中，第一电感L1的电感值可设计成小于一般电感的电感值，使得流过第一电感L1的电流较大，并且第一电容C1的电容值也可以设计成小于第二电容C2的电容值，使得第一电容C1上的跨压极性产生反转时，第一电容C1上的负电压也足够大。而第二二极管D2的作用在于，当第一电容C1上的跨压极性产生反转并产生负电压，且对第一电感L1进行充电时，可对前述电压进行箝制，以减少能量损失，使得直流转换电路100具有较好的工作条件。
请参考图2所示，其为本发明第二实施例的直流转换电路的示意图。本实施例的直流输入源170例如为直流电压，并且此直流电压的“正端”耦接降升压转换器110的输入接点112，而此直流电压的“负端”耦接降升压转换器110的输入接点111。
直流转换电路200包括降升压转换器110、第一二极管D1、第一电容C1、第二二极管D2、第一电感L1与第二电容C2。其中，降升压转换器110、第一二极管D1、第一电容C1、第二二极管D2、第一电感L1与第二电容C2的耦接关系可以参考图1的实施例的说明，故在此不再赘述。
在本实施例中，直流输入源170亦为直流电流源，而降升压转换器110包括开关S、第二电感L2与第三二极管D3。开关S具有第一端211、第二端212与第三端213，开关S的第一端211接收控制信号CS，开关S的第二端212作为降升压转换器110的两输入接点111、112的其中另一，亦即降升压转换器110的输入接点112，开关S的第三端213作为降升压转换器110的两输出接点113、114的其中之一，亦即降升压转换器110的输出接点114。
在本实施例中，开关S例如为N型晶体管，并且开关S的第一端211、第二端212与第三端213分别为N型晶体管的栅极端、漏楹端与源极端。但本发明不限于此，开关S亦可为P型晶体管或是其他开关元件。
第二电感L2具有第一端221与第二端222，第二电感L2的第一端221作为降升压转换器110的两输入接点111、112的其中之一，亦即降升压转换器110的输入接点111，第二电感L2的第二端222耦接开关S的第三端213。
第三二极管D3具有阳极端231与阴极端232，第三二极管D3的阳极端231耦接第二电感L2的第一端221，第三二极管D3的阴极端232作为降升压转换器110的两输出接点113、114的其中另一，亦即降升压转换器110的输出接点113。
[操作实施例1]
假设第一电感L1与第二电感L2例如操作于一电流连续导通模式（Continuous Conduction Mode,CCM）。首先，在直流转换电路200开始运作后，控制信号CS例如为高逻辑电位，使得开关S导通，则直流转换电路200进入第一模式。此时，直流输入源170所产生的第一直流信号经由开关S，传送至第二电感L2，以利用第一直流信号对第二电感L2进行充电。另一方面，第二二极管D2导通，则第一电感L1、第一电容C1与第二电容C2同时对负载180释放能量。
接着，控制信号CS例如转换为低逻辑电位，使得开关S断开，则直流转换电路200进入第二模式。此时，第三二极管D3与第二二极管D2导通，则第二电感L2的储能电压经由第三二极管D3而产生第二直流信号，且此第二直流信号传送至第一电感L1与第一电容C1所组成的共振电路，以开始对第一电感L1、第一电容C1及第二电容C2进行充电。也就是说，第二直流信号（即第二电感L2的储能电压）会经由第一电感L1与第一电容C1，将能量快速传送至第二电容C2，以有效抑制因输入能量增加时而造成的输出电压涟波。
之后，在第一电容C1所储存的能量转换成电感电流的同时，将第一电容C1上的跨压产生极性反转并产生负电压，使得第一二极管D1导通，以改变直流转换电路200的电路结构。当第一二极管D1导通时，直流转换电路200进入第三模式。此时，第一电容C1与第一电感L1经由第二二极管D2构成回路，以及第一电容C1与第一电感L1经由第二电感L2与第三二极管D3构成回路，并配合第二电容C2将储存能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压。如此一来，直流转换电路200即完成一个完整周期的动作。
[操作实施例2]
假设第一电感L1例如操作于一连续导通模式，而第二电感L2例如操作于一不连续导通模式（Discontinuous Conduction Mode,DCM）。在此操作实施例2中，直流转换电路200会具有第一模式、第二模式、第三模式与第四模式，其中的第一模式、第二模式与第三模式可参考操作实施例1中的说明，故在此不再赘述。
接着，当第二电感L2的储能电压释放完毕时，直流转换电路200进入第四模式。此时，第一电容C1与第一电感L1仅经由第二二极管D2构成回路，并配合第二电容C2持续将储存能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压。如此一来，直流转换电路200即完成一个完整周期的动作。
[操作实施例3]
假设第一电感L1与第二电感L2例如操作于一不连续导通模式。在此操作实施例3中，直流转换电路200会具有第一模式、第二模式、第三模式、第四模式与第五模式，其中，第一模式、第二模式、第三模式与第四模式可参考操作实施例1及2中的说明，故在此不再赘述。
接着，当第一电感L1与第一电容C1所组成的共振电路的储能电压释放完毕时，直流转换电路200进入第五模式。此时，仅由第二电容C2持续将储存能量传送至负载180，以提供负载180所需的工作电压。如此一来，直流转换电路200即完成一个完整周期的动作。并且，利用上述操作，本实施例的直流转换电路200可达到输入响应快速、低涟波输出电压与寿命长等作用。
另外，在本实施例中，第一电感L1及第二电感L2的电感值可设计成小于一般电感的电感值，使得流过第一电感L1及第二电感L2的电流较大，并且第一电容C1的电容值也可以设计成小于第二电容C2的电容值，使得第一电容C1上的跨压极性产生反转时，第一电容C1上的负电压也足够大。
本发明的实施例的直流转换电路，其利用降升压转换器、第一二极管、第二二极管、第一电感及第一电容所形成的共振电路以及第二电容的电路结构，并且利用第一电容上的跨压会产生极性反转并产生负电压，以克服负载电压的电位障避问题。另外，在降升压转换器与第一电感之间配置第二二极管，使直流转换电率具有较好的工作条件。此外，使用较小电容值的第一电容与第二电容，而无需使用电解电容。如此一来，可降低设计的复杂度，并达成输入响应快速、低涟波输出电压、使用寿命长等作用。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种直流转换电路，其特征在于，包含有：
一降升压转换器，具有两输入端与两输出端，该两输入端用以接收一第一直流信号，该两输出端用以输出一第二直流信号；
一第一二极管，具有一阳极端与一阴极端，该第一二极管的该阳极端耦接该降升压转换器的该两输出端的正输出端，该第一二极管的该阴极端耦接该降升压转换器的该两输出端的负输出端；
一第一电容，具有一第一端与一第二端，该第一电容的该第一端耦接该第一二极管的该阴极端，该第一电容的该第二端耦接一负载；
一第二二极管，具有一阳极端与一阴极端，该第二二极管的该阳极端耦接该第一二极管的该阴极端；
一第一电感，具有一第一端与一第二端，该第一电感的该第一端耦接该第二二极管的该阴极端，该第一电感的该第二端耦接该第一电容的该第二端；以及
一第二电容，具有一第一端与一第二端，该第二电容的该第一端耦接该第一电感的该第二端，该第二电容的该第二端耦接该第一二极管的该阳极端与该负载；
其中，该第二直流信号输出至该第一电感与该第一电容，以进行一能量的储存，并以该能量对该第二电容进行充电，且将该第一电容上的跨压极性产生反转，藉以将该能量传送至该负载。
2.根据权利要求1所述的直流转换电路，其特征在于，该第一直流信号为一直流电源或一脉冲电源。
3.根据权利要求1所述的直流转换电路，其特征在于，该降升压转换器包含有：
一开关，具有一第一端、一第二端与一第三端，该开关的该第一端接收一控制信号，该开关的该第二端作为该降升压转换器的该两输入端的其中之一，该开关的该第三端作为该降升压转换器的该两输出端的负输出端；
一第二电感，具有一第一端与一第二端，该第二电感的该第一端作为该降升压转换器的该两输入端的其中另一，该第二电感的该第二端耦接该开关的该第三端；以及
一第三二极管，具有一阳极端与一阴极端，该第三二极管的该阳极端耦接该第二电感的该第一端，该第三二极管的阴极端作为该降升压转换器的该两输出端的正输出端。
4.根据权利要求3所述的直流转换电路，其特征在于，该第一电感与该第二电感均操作于一电流连续导通模式。
5.根据权利要求3所述的直流转换电路，其特征在于，该第一电感操作于一电流连续导通模式，该第二电感操作于一电流不连续导通模式。
6.根据权利要求3所述的直流转换电路，其特征在于，该第一电感与该第二电感均操作于一电流不连续导通模式。
7.根据权利要求1所述的直流转换电路，其特征在于，该第一电容的电容值小于该第二电容的电容值。
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