CN104811035A - 电源转换装置及其转换方法 - Google Patents

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陈伯彦
潘晴财
洪大胜
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

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Abstract

本发明公开了一种电源转换装置，其用于将电源的电能转换后输出供给负载，且该电源转换装置包括电能转换器、第一电容以及直直流转换器。其中，该电能转换器电性连接该电源，用于接收该电源输出的电能，并转换成脉冲直流后输出；该第一电容的一端电性连接该负载；该直直流转换器电性连接该电能转换器、该负载与该第一电容的另一端，用于接收该电能转换器输出的脉冲直流，并转换成直流电能后，一部分输出给该负载，另一部分输出给该第一电容。除此之外，本发明还公开了该电源转换装置的转换方法。

Description

电源转换装置及其转换方法
技术领域
本发明涉及电源转换，特别是一种电源转换装置及其转换方法。
背景技术
传统的电源转换装置通常利用一个输出电容跨接于至电源的输出端再连接至负载，以直接通过电容的充放电达到电能转换输出的目的。而以交直流转换为例，输出电容前通常再连接有一整流电路以将交流电转换成直流电。
然而，前述用于交直流转换的电源转换装置在操作时，常因为该交流电源的输入电压与输入电流处于相位不同的情况，而导致功率因子低落且电流总谐波失真严重。
除此之外，只有在该整流电路的输出电压高于输出电容的电压时，整流电路才会对输出电容进行充电，因此造成输出电容充能时间缩短，导致该整流电路中的二极管导通时间也随之缩短，进而导致导通电流的峰值随之增大，造成输入电流波形失真及功率因子降低外，还会使得最后输出给负载的电能严重失真，且亦无法得到良好的电源转换效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的用于提供一种电源转换装置及其转换方法，可有效提高功率因子、降低电路成本，同时可提升电能转换效率。
为达成上述目的，本发明所提供电源转换装置用于将电源的电能转换后输出供给负载，且该电源转换装置包括电能转换器、第一电容以及直直流转换器。其中，该电能转换器电性连接该电源，用于接收该电源输出的电能，并转换成脉冲直流后输出；该第一电容一端电性连接该负载；该直直流转换器电性连接该电能转换器、该负载与该第一电容的另一端，用于接收该电能转换器输出的脉冲直流，并转换成直流电能后，一部分输出给该负载，另一部分输出给该第一电容。
依据上述构思，该电源是直流电源，且该电能转换器包括第二电容，用于将该电源输出的电能转换成脉冲直流。该直直流转换器包括二极管、电感、第三电容以及电子开关；该二极管的正极连接该第一电容与该二电容的一端，而负极则连接该第二电容的另一端；该电感一端电性连接该二极管的正极，而该电感另一端则电性连接该第一电容的另一端；该第三电容一端连接该二极管的负极以及该负载的其中一端，而该第三电容另一端则连接该电感的任意一端；该电子开关设置于该电感与该第一电容之间的回路上。
依据上述构思，该电源转换装置的转换方法，包括下列步骤：
A、导通该电子开关，使该电源的电能对该第一电容以及该第二电容储能，并传输给该负载，且该第一电容对该电感释能，而该第三电容的储能输出供给该负载；
B、阻断该电子开关，使该电源的电能对该第一电容以及该第二电容储能，并传输给该负载，而该电感的储能流经该二极管以对该第三电容释能。
依据上述构思，该电源是交流电源，且该电能转换器包括一整流器以及一第二电容，该整流器用于将该电源输出的电能整流后输出；该第二电容用于将该整流器输出的电能转换成脉冲直流。该直直流转换器包括一二极管、一电感、一第三电容以及一电子开关；该二极管的正极连接该第一电容与该二电容的一端，而负极则连接该第二电容的另一端；该电感一端电性连接该二极管的正极，而该电感另一端则电性连接该第一电容的另一端；该第三电容一端连接该二极管的负极以及该负载的其中一端，而该第三电容另一端则连接该电感的任意一端；该电子开关设置于该电感与该第一电容之间的回路上。
依据上述构思，该电源转换装置的转换方法，包括下列步骤：
A、导通该电子开关，使该整流器输出的电能对该第一电容以及该第二电容储能，并传输给该负载，且该第一电容对该电感释能，而该第三电容的储能输出供给该负载；
B、阻断该电子开关，使该整流器输出的电能对该第一电容以及该第二电容储能，并传输给该负载，而该电感的储能流经该二极管以对该第三电容释能。
由此，通过上述的设计，该电源转换装置可有效提高功率因子、降低电路成本，同时提升电能转换效率的优点。
附图说明
图1为本发明的电路方块图；
图2为本发明第一优选实施例的电路结构图；
图3为步骤A时的等效电路图；
图4为步骤B时的等效电路图；
图5为本发明第二优选实施例的电路结构图；
图6为本发明第三优选实施例的电路结构图；
图7为本发明第四优选实施例的电路结构图。
【附图标记说明】
10      电能转换器
12      整流器
20      直直流转换器
100     负载
C1      第一电容
C2      第二电容
C3      第三电容
D       二极管
L       电感
SW      电子开关
DC      直流电源
AC      交流电源
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参照图1所示，本发明第一优选实施例的电源转换装置用于将一直流电源DC的电能转换后输出供给一负载100，且该电源转换装置包括一电能转换器10、一第一电容C1以及一直直流转换器20。其中：
该电能转换器10电性连接该直流电源DC，用于接收该直流电源DC输出的电能，并转换成脉冲直流后输出。请参阅图2，在本实施例中，该电能转换器10包括一第二电容C2与该直流电源DC并接，用于将该直流电源DC输出的电能转换成脉冲直流。
该第一电容C1一端电性连接该负载100，而与该负载100形成一分压电路，以降低其它内部元件所承受的电压，而使得该电源转换装置可选用耐压较低的电子元件，进而有效地达到降低成本的目的。
该直直流转换器20则电性连接该电能转换器10、该负载100与该第一电容C1的另一端，用于接收该电能转换器10输出的脉冲直流，并转换成直流电能后，一部分输出给该负载100，另一部分输出给该第一电容C1。续参阅图2，在本实施例中，该直直流转换器20包括一二极管D、一电感L、一第三电容C3以及一电子开关SW。该二极管D的正极连接该第一电容C1与该二电容C2的一端，而负极则连接该第二电容C1的另一端。该电感L一端电性连接该二极管D的正极，而该电感L另一端则电性连接该第一电容C1的另一端。该第三电容C3一端连接该二极管D的负极以及该负载100的其中一端，而该第三电容C3另一端则连接该电感L的另一端。该电子开关SW则用于设置于该电感L与该第一电容C1之间的回路上，更详而言之，该电子开关SW一端连接该电感L以及该第三电容C3，该电子开关SW另一端则连接该第一电容C1与该负载100连接的一端。
在本实施例中，该等电容C1～C3、该电感L、输入电压、输出电压、该电子开关SW的切换频率、以及该负载的规格如下表所示：
电感L 200μH
第一电容C1 100μF
第二电容C2 100μF
第三电容C3 47nF
输入电压Vin 150VDC
输出电流Iout 0.7A
切换频率 100KHz
负载电阻 47Ω
由此，通过上述结构设计与规格，在利用下述的电源转换方法，便可达到增进电能转换效率的目的，而该方法包括下列步骤：
A、请参阅图3，导通该电子开关SW，使该直流电源DC的电能对该第一电容C1以及该第二电容C2储能，并传输给该负载100，且该第一电容C1对该电感L释能，而该第三电容C3的储能输出供给该负载100。
B、请参阅图4，阻断该电子开关SW，使该电源DC的电能对该第一电容C1以及该第二电容C2储能，并传输给该负载100，而该电感L的储能流经该二极管D以对该第三电容释能C3。
每执行一次步骤A至步骤B后，则表示完成一次周期的操作。因此，在该电源转换装置持续操作的情况下，在步骤B后，便继续重复执行步骤A至步骤B，直至该电源转换装置停止操作。
由此，通过上述的设计，在每次操作周期中，该第三电容C3的跨压可自动地提供负电位，而导通该二极管D，以使该二极管D导通前后的整体电路结构改变，而可达到快速响应与低涟波输出电压的目的，同时可通过该电子开关SW的切换达到提升功率因子的目的。
另外，本发明除适用于直直流电源转换外，亦可如图5所示，在电能转换器10增加设计一整流器12，并直接将该整流器12与一个交流电源连接，以通过该整流器12将交流整流为直流后输出，并同时利用前述的电源转换方法，便可达到交直流电源转换的目的，且同时可达到提升功率因子、快速响应与低涟波输出电压的效果。
值得一提的是，本发明的直直流转换器20的电子开关SW，只要是设置于该电感L与该第一电容C1之间的回路上即可，并不限定其详细的设置位置，举例来说，除如图2所示的位置外，亦可如图6所示，该电子开关SW一端连接该电感L与该二极管D正极相接的一端，该电子开关D另一端则连接该第一电容C1不与该负载100连接的一端。或是如图7所示，先将该第三电容C3改变位置而与该二极管D连接后，该电子开关SW一端连接该电感L、该二极管D正极以及该第三电容C3，而该电子开关SW另一端则连接该第一电容C1不与该负载100连接的一端，而此电路结构设计，配合上前述的转换方法，同样可以达到前述的有效提高功率因子、降低电路成本以及提升电能转换效率的目的。
另外，以上所述仅为本发明优选的可行实施例而已，在电气特性与电路动作原理相同的情况下，电路中所用的元件位置并非唯一，且其数量也不以单一为限，举凡应用本发明说明书及权利要求书所为的等效电路变化，理应包含在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种电源转换装置，用于将电源的电能转换后输出供给负载，且该电源转换装置包括：
电能转换器，电性连接该电源，用于接收该电源输出的电能，并转换成脉冲直流后输出；
第一电容，其一端电性连接该负载；
直直流转换器，电性连接该电能转换器、该负载与该第一电容的另一端，用于接收该电能转换器输出的脉冲直流，并转换成直流电能后，一部分输出给该负载，另一部分输出给该第一电容。
2.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该电源是直流电源，且该电能转换器包括第二电容，用于将该电源输出的电能转换成脉冲直流。
3.如权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，该直直流转换器包括二极管、电感、第三电容以及电子开关；该二极管的正极连接该第一电容与该二电容的一端，而负极则连接该第二电容的另一端；该电感一端电性连接该二极管的正极，而该电感另一端则电性连接该第一电容的另一端；该第三电容一端连接该二极管的负极以及该负载的其中一端，而该第三电容另一端则连接该电感的任意一端；该电子开关设置于该电感与该第一电容之间的回路上。
4.如权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，该电子开关一端连接该电感以及该第三电容，该电子开关另一端则连接该第一电容与该负载连接的一端。
5.如权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，该电子开关一端连接该电感与该二极管正极相接的一端，该电子开关另一端则连接该第一电容不与该负载连接的一端。
6.如权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，该电子开关一端连接该电感、该二极管正极以及该第三电容，而该电子开关另一端则连接该第一电容不与该负载连接的一端。
7.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该电源是交流电源，且该电能转换器包括整流器以及第二电容，该整流器用于将该电源输出的电能整流后输出；该第二电容用于将该整流器输出的电能转换成脉冲直流。
8.如权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，该直直流转换器包括二极管、电感、第三电容以及电子开关；该二极管的正极连接该第一电容与该二电容的一端，而负极则连接该第二电容的另一端；该电感一端电性连接该二极管的正极，而该电感另一端则电性连接该第一电容的另一端；该第三电容一端连接该二极管的负极以及该负载的其中一端，而该第三电容另一端则连接该电感的任意一端；该电子开关设置于该电感与该第一电容之间的回路上。
9.如权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，该电子开关一端连接该电感以及该第三电容，该电子开关另一端则连接该第一电容与该负载连接的一端。
10.如权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，该电子开关一端连接该电感与该二极管正极相接的一端，该电子开关另一端则连接该第一电容不与该负载连接的一端。
11.如权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，该电子开关一端连接该电感、该二极管正极以及该第三电容，而该电子开关另一端则连接该第一电容不与该负载连接的一端。
12.一种如权利要求3所述的电源转换装置的转换方法，包括下列步骤：
A、导通该电子开关，使该电源的电能对该第一电容以及该第二电容储能，并传输给该负载，且该第一电容对该电感释能，而该第三电容的储能输出供给该负载；
B、阻断该电子开关，使该电源的电能对该第一电容以及该第二电容储能，并传输给该负载，而该电感的储能流经该二极管以对该第三电容释能。
13.如权利要求12所述的转换方法，其特征在于，在步骤B之后，还包括一个步骤：重复执行步骤A至步骤B。
14.一种如权利要求8所述的电源转换装置的转换方法，包括下列步骤：
A、导通该电子开关，使该整流器输出的电能对该第一电容以及该第二电容储能，并传输给该负载，且该第一电容对该电感释能，而该第三电容的储能输出供给该负载；
B、阻断该电子开关，使该整流器输出的电能对该第一电容以及该第二电容储能，并传输给该负载，而该电感的储能流经该二极管以对该第三电容释能。
15.如权利要求14所述的转换方法，其特征在于，在步骤B之后，还包括一个步骤：重复执行步骤A至步骤B。
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