CN104953841A - 电源转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源转换装置，其用以将直流电源的电能转换以供予多个负载，其包括一变压器、一电子开关、一漏感回收电路及多个输出电路。变压器包括多个一次侧线圈及多个二次侧线圈，该多个一次侧线圈接收该直流电源的电能后，从该多个二次侧线圈输出。电子开关的一端电性连接该多个一次侧线圈，另一端电性连接该直流电源。漏感回收电路电性连接该多个一次侧线圈，且输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，用以接收并储存变压器的漏感产生的电能，并反馈输出变压器。该多个输出电路分别电性连接该多个第二次侧线圈，用以接收该变压器转换输出的电能，并输出供予该多个负载。

Description

电源转换装置

技术领域

本发明涉及一种电源转换装置，特别涉及一种可将电源的电能转换以供给多个负载的电源转换装置。

背景技术

一般而言，传统电源转换装置通常是利用变压器配合其他电子元件达到电能转换的效果。而变压器工作时，通常会产生对应的激磁电感以及漏感，其中漏感是因磁通无法完全由一次侧线圈耦合至二次侧线圈，所造成的非理想效应而产生的自然现象。如此一来，变压器的漏感便会因一次侧线圈与二次侧线圈间的空气隙增加，使得变压器的耦合系数变小而增加。

实际上，变压器的漏感可被视为与变压器的一次侧线圈的等效电感相串联的寄生电感。如此一来，变压器工作时，储存在一次侧线圈的等效电感中的能量通过变压器传送到二次侧和负载，而储存在变压器漏感中的能量由于没有电路路径可流通，从而会造成电路上其他元件上产生巨大的电压尖峰，所以通常都会额外设计一缓冲电路来吸收并消耗掉漏感的能量，但是这样会降低变压器效率。

然而，当电源转换装置应用于无线电能传输系统时，变压器耦合系数会随着气隙增加而大幅降低，此时，变压器漏感将进一步加大，若使用上述缓冲电路的设计时，不仅会造成变压器的效率进一步大幅降低，而且缓冲电路所吸收并消耗掉漏感的能量还会转换成大量废热，致使变压器及电路上其它元件的寿命容易因高热而耗减。

除此之外，由于上述的限制，使得传统电源转换装置传输能量的范围较小，通常只能将能量传递到位于传统电源转换装置的负载，无法将能量传递至一整个平面，且当负载以迭合的方式进行摆放时，传统电源转换装置也无法将能量传递到每一个迭合摆放的负载，故传统电源转换装置的效能上也无法有效地提高，使用上也受到很大的限制。

因此，如何提出一种电源转换装置，能够有效改善现有的电源转换装置效率低下、寿命短、效能差且使用上受到限制的情况已成为一个刻不容缓的问题。

发明内容

有鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的其中一目的就是提供一种电源转换装置，以解决现有的电源转换装置效率低下、寿命短、效能差且使用上受到限制的问题。

根据本发明的其中一目的提出一种电源转换装置，其可将一直流电源的电能转换以供予多个负载，电源转换装置包括变压器、电子开关、第一电感、第一电容及多个输出电路。变压器包括多个一次侧线圈以及多个二次侧线圈，该多个一次侧线圈可接收直流电源的电能，并由变压器将该直流电源的电能转换后从该多个二次侧线圈输出。电子开关的一端电性连接该多个一次侧线圈，另一端电性连接直流电源，用以导通或阻断直流电源供予该多个一次侧线圈的电能。第一电感电性连接该多个一次侧线圈。第一电容电性连接该多个一次侧线圈，并与第一电感并联连接，用以接收并储存变压器的漏感产生的电能，并与第一电感构成共振电路，从而将电能反馈输出至电压器，使第一电容上跨压的极性重复且交互地反转。多个输出电路分别电性连接该多个二次侧线圈，用以接收变压器转换后输出的电能，每一该输出电路均包括一第二电容，且该多个第二电容分别与该多个负载并联，以输出电能予该多个负载。

在一实施例中，该多个一次侧线圈为并联连接以增大其能量传递范围，每一该一次侧线圈均设有第一端以及第二端；直流电源的正电端电性连接第一端；电子开关一端电性连接第二端，另一端电性连接直流电源的负电端；第一电感与第一电容的一端同时电性连接第一端，且第一电感与第一电容的另一端同时电性连接第二端。

在一实施例中，电源转换装置还包含第一二极管，且第一二极管一端连接第一电容与第一电感，另一端连接变压器，使第一电容与第一电感通过第一二极管电性连接至变压器。

在一实施例中，第一二极管的正极连接至变压器，第一二极管的负极连接至第一电容与第一电感。

在一实施例中，电源转换装置还包含多个第二二极管，且该多个第二二极管一端连接变压器，另一端分别连接该多个输出电路，使变压器通过该多个第二二极管电性连接该多个输出电路。

在一实施例中，该多个第二二极管的正极连接至变压器，多个第二二极管的负极分别连接至该多个输出电路。

在一实施例中，每一二次侧线圈均设有一第三端以及一第四端，且每一输出电路还包含一第三二极管、一第三电容以及一第二电感；第三二极管的正极连接第四端，负极电性连接第三端；第三电容一端连接第三二极管的负极，另一端连接第二电容与负载；第二电感一端连接第三电容、第二电容与负载，而另外一端电性连接第三二极管的负极。

在一实施例中，每一输出电路还包含一第四二极管，第四二极管的一端连接第三二极管的负极，第四二极管的另一端连接第二电感，从而使第二电感通过第四二极管电性连接至第三二极管的负极。

在一实施例中，第四二极管的正极连接第三二极管的负极，第四二极管的负极连接至第二电感。

在一实施例中，电子开关包含一金属氧化物半导体场效晶体管以及一本质二极管，金属氧化物半导体场效晶体管的源极与汲极分别电性连接直流电源与变压器，本质二极管的两端分别连接至金属氧化物半导体场效晶体管的源极与汲极。

根据本发明的其中一目的，再提出一种电源转换装置，用以将一直流电源的电能转换以供予多个负载，电源转换装置包括变压器、电子开关、漏感回收电路及多个输出电路。变压器包括多个一次侧线圈以及多个二次侧线圈，该多个一次侧线圈用以接收直流电源的电能，变压器将该直流电源的电能转换后从该多个二次侧线圈输出，该多个一次侧线圈为并联连接以增大其能量传递范围。电子开关的一端电性连接该多个一次侧线圈，另一端电性连接直流电源，用以导通或阻断直流电源供予该多个一次侧线圈的电能。漏感回收电路电性连接该多个一次侧线圈，且输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，其用以接收并储存变压器的漏感产生的电能，并反馈输出至变压器。多个输出电路分别电性连接该多个第二次侧线圈，用以接收变压器转换输出的电能，并输出供予该多个负载。

综上，本发明提供的电源转换装置具有以下优点：

(1)本发明一实施例的电源转换装置利用漏感回收电路来吸收漏感的能量，并于吸收后反馈回变压器，故电源转换装置的能量传递范围可以延伸到整个平面，因此可以有效地提升电源转换装置的效能。

(2)本发明一实施例的电源转换装置利用漏感回收电路来吸收漏感的能量，故不需要利用缓冲电路，因此变压器效率不会受到缓冲电路的影响而降低，也不会因为缓冲电路而产生大量废热，因此可以有效地提升电源转换装置的效率，并同时延长电源转换装置的使用寿命。

(3)本发明一实施例的电源转换装置可利用多个一次侧线圈来同时传递能量，故即使多个负载以迭合的方式摆放，电源转换装置仍然可以有效地将能量传递至各个迭合摆放的负载，因此可以进一步大幅地提升电源转换装置的效能。

(4)本发明一实施例的电源转换装置的设计利于模块化，故若欲提升能量传递范围时，可以利用链接多个电源转换装置来实现，不需要制造具有大型线圈的变压器，因此能有效地节省成本，使用上具弹性，极具商业价值。

附图说明

图1为本发明提供的电源转换装置第一实施例的示意图；

图2为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第一示意图；

图3为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第二示意图；

图4为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第三示意图；

图5为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第四示意图；

图6为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第五示意图；

图7为本发明提供的电源转换装置第三实施例的示意图；

图8为本发明提供的电源转换装置第四实施例的示意图。

附图标记说明：1-电源转换装置；10-变压器；11-一次侧线圈；111-第一端；112-第二端；12-二次侧线圈；121-第三端；122-第四端；20-电子开关；Sw-金属氧化物半导体场效晶体管；Dsw-本质二极管；30-漏感回收电路；40、50-输出电路；C1～C3-电容；L1、L2-电感；D1～D4-二极管；Lm-等效电感；Lk-漏电感；Dc-直流电源；Z-负载；Vc1-电压。

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明本发明提供的电源转换装置的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。

请参阅图1，其为本发明提供的电源转换装置第一实施例的示意图。如图所示，电源转换装置1可将一直流电源Dc的电能转换以供予多个负载Z，电源转换装置1可包含变压器10、电子开关20、漏感回收电路30以及多个输出电路40。

变压器10可包含多个一次侧线圈11以及多个二次侧线圈12，且该多个一次侧线圈10可接收直流电源Dc的电能，经变压器10转换后，可由该多个二次侧线圈12输出转换后的电能，该多个一次侧线圈11可为并联连接以增大其能量传递范围。电子开关20的一端可电性连接该多个一次侧线圈11，而另一端可电性连接直流电源Dc，电子开关20可导通或阻断直流电源Dc供予该多个一次侧线圈11的电能。漏感回收电路30可电性连接该多个一次侧线圈11，漏感回收电路30输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，用以接收并储存变压器10的漏感产生的电能，并反馈输出变压器10。多个输出电路40可分别电性连接该多个第二次侧线圈12，该多个输出电路40可接收变压器10转换输出的电能，并输出供予该多个负载Z。

请参阅图2，其为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第一示意图。图2举例说明了本发明提供的电源转换装置1第一实施例的其中一个较佳的实施态样。如图所示，电源转换装置1可包含变压器10、电子开关20、漏感回收电路30以及多个输出电路40。

变压器10可包含多个一次侧线圈11以及多个二次侧线圈12，该多个一次侧线圈11可设有一第一端111以及一第二端112，其中，该多个一次侧线圈11通过并联连接以增大其能量传递范围，而每一二次侧线圈12可分别设有一第三端121以及一第四端122，且该多个一次侧线圈11的第一端111电性连接直流电源Dc的正电端。另外，于本实施例中，变压器10可为返驰式变压器。

电子开关20的一端可电性连接该多个一次侧线圈11，而另一端则可电性连接直流电源Dc，电子开关20可导通或阻断直流电源Dc供予该多个一次侧线圈11的电能。于本实施例中，电子开关20的一端可电性连接第二端112，而另一端则可电性连接直流电源Dc的负电端，从而达到导通或阻断直流电源Dc供予的电能的目的。更详细而言，电子开关20的实际架构可包含有金属氧化物半导体场效晶体管Sw以及本质二极管Dsw，金属氧化物半导体场效晶体管Sw的源极可电性连接直流电源Dc的负电端，且汲极可电性连接变压器10的第二端112，而本质二极管Dsw的正极与负极则可分别连接至金属氧化物半导体场效晶体管Sw的源极与汲极。

漏感回收电路30可包含有第一电感L1、第一电容C1以及第一二极管D1。第一电感L1与第一电容C1可并联连接，且一端可共同连接至第一端111以及直流电源Dc的正电端，而另一端则可共同连接至第一二极管D1的负极，而第一二极管D1的正极则可连接至第二端112与金属氧化物半导体场效晶体管SW的汲极。

每一输出电路40可分别电性连接于一个二次侧线圈12，用以接收变压器10转换后输出的电能，并包括一第二电容C2与一个负载Z并联，且第二电容C2一端连接二次侧线圈12的第四端122，而另一端则可通过第二二极管D2电性连接二次侧线圈12的第三端121，更详细而言，第二二极管D2的正极可连接至二次侧线圈12的第三端121，而其负极则可连接至第二电容C2，而使得第二电容C2通过第二二极管D2与变压器10的二次侧线圈12电性连接。

请参阅图2至图3，图3为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第二示意图。通过上述设计，电源转换装置1工作时，变压器10中的该多个一次侧线圈11可视为相串联的等效电感Lm以及漏电感Lk。

如图3所示，当电子开关20导通时，直流电源Dc的电能可经过电子开关20对变压器10中的该多个一次侧线圈11的等效电感Lm以及漏电感Lk进行储能，且每一输出电路40中的第二电容C2可对每一对应的负载Z释能。而第一二极管D1的设计可确保直流电源Dc不会直接对第一电容C1以及第一电感L1充电，而第二二极管D2的设计可确保该第二电容C2的电能不会反向输回变压器10，从而可确保电路工作时的准确性。

请参阅图4及图6，图4为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第三示意图，图6为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第五示意图。如图4所示，当电子开关20截止时，存于等效电感Lm的储能可转换至二次侧线圈12后，并可经过第二二极管D2将能量传送至每一输出电路40中的第二电容C2储能，并供予每一对应的负载Z，于此同时，漏电感Lk的储能则可经过第一二极管D1传送至第一电容C1与第一电感L1构成的共振电路，可通过第一电容C2接收并储存变压器10的漏感电能，藉此可避免电子开关20上产生巨大的电压尖峰。而后，随着等效电感Lm的释能，第一电容C1与第一电感L1构成的共振电路可开始工作，从而可使得第一电感器L1的储能转换成电感电流对第一电容C1充电，可使得第一电容C1上的跨压Vc1的极性如图6所示般反转，从而可使得电子开关20的本质二极管Dsw导通。

请参阅图5，其为本发明提供的电源转换装置第二实施例的第四示意图。如图5所示，当电子开关20的本质二极管Dsw导通时，第一电容C1与第一电感L1构成的共振电路便可开始将储能传送至变压器10中的该多个一次侧线圈11，使等效电感Lm持续释能，直至电子开关20再次导通而返回图3中的状态，以完成一周期的动作。在电源转换装置1持续工作的情况下，便继续重复上述过程，直至电源转换装置1停止工作。

由上述可知，通过上述漏感回收电路30的设计，于每次工作周期中，可使本质二极管Dsw导通前后的整体电路结构改变，从而使得第一电容C1上的跨压的极性重复且交互地反转，致使漏感回收电路30输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，从而可达到接收并储存变压器10所产生的漏感电能，而后再反馈输出至变压器10的效果，从而可减少该多个一次侧线圈11的漏电感所产生的消耗，进而大幅地提升变压器10的电源转换效率。

值得一提的是，现有的电源转换装置需要通过缓冲电路来消耗掉漏感的能量，故会明显降低变压器的效率。相反的，本发明实施例提供的电源转换装置可通过漏感回收电路来吸收漏感的能量，故不需要利用缓冲电路，因此变压器效率不会受到缓冲电路的影响而降低。

现有的电源转换装置需要通过缓冲电路来消耗掉漏感的能量，但缓冲电路产生大量废热，故会降低电源转换装置的使用寿命。相反的，本发明实施例提供的电源转换装置不需要设置缓冲电路，故不会产生过多的废热，可有效地延长电源转换装置的使用寿命。

现有的电源转换装置由于效率较低，因此能量传递的范围也受到限制，无法传递到整个平面。相反的，本发明实施例提供的电源转换装置利用漏感回收电路来吸收漏感的能量，并于吸收后反馈回变压器，故电源转换装置的能量传递范围可以延伸到整个平面，因此可以有效地提升电源转换装置的效能。

此外，本发明一实施例提供的电源转换装置可利用多个一次侧线圈来同时传递能量，故可以进一步提升电源转换装置的能量传递的范围，故即使多个负载以迭合的方式摆放，电源转换装置仍然可以有效地将能量传递至各个迭合摆放的负载，因此可以进一步大幅地提升电源转换装置的效能。

再者，本发明一实施例提供的电源转换装置的设计利用模块化，故若欲提升能量传递范围时，可以利用链接多个电源转换装置来实现，不需要制造具有大型线圈的变压器，因此不但能有效地节省成本，且使用上具弹性，极具商业价值。

请参阅图7，其为本发明提供的电源转换装置第三实施例的示意图。图7举例说明了本发明提供的电源转换装置一实施例的使用情境。如图所示，电源转换装置1可利用多个一次侧线圈来同时传递能量，因此即使多个负载Z以迭合的方式摆放，电源转换装置1仍然可以有效地传递能量至各个负载Z，故此设计可有效地提升电源转换装置的效能。

请参阅图8，其为本发明提供的电源转换装置第四实施例的示意图。图8举例说明了本发明提供的电源转换装置一实施例的使用情境。本发明实施例提供的电源转换装置1的设计利于模块化，故若欲提升其能量传递范围时，可以利用链接多个电源转换装置1来实现，不需要制造具有大型线圈的变压器，同样的，即使多个负载Z以迭合的方式摆放，该多个电源转换装置1仍然可以有效地传递能量至各个负载Z，因此能有效地节省成本，使用上具弹性，极具商业价值。

综上所述，本发明一实施例提供的电源转换装置利用漏感回收电路来吸收漏感的能量，并于吸收后反馈回变压器，故电源转换装置的能量传递范围可以延伸到整个平面，因此可以有效地提升电源转换装置的效能。

又，本发明一实施例提供的电源转换装置利用漏感回收电路来吸收漏感的能量，故电源转换装置中不需要设置缓冲电路，因此变压器效率不会受到缓冲电路的影响而降低，也不会因为缓冲电路而产生大量废热，因此电源转换装置的效率可以被大幅地提升，同时，电源转换装置的使用寿命也可以延长。

此外，本发明一实施例提供的电源转换装置可利用多个一次侧线圈来同时传递能量，因此电源转换装置的能量传递范围可以更大，故即使多个负载以迭合的方式进行摆放，电源转换装置仍然可以有效地将能量传递至每一个迭合摆放的负载，上述的设置可以进一步大幅地提升电源转换装置的效能。

再者，本发明一实施例提供的电源转换装置的设计利于模块化，故若欲提升能量传递范围时，可以利用链接多个电源转换装置来实现，不需要制造具有大型线圈的变压器，因此能有效地节省成本，使用上具弹性，且能大幅提升电源转换器的商业价值。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。其它任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应该包含于本案的保护范围内。

Claims (11)

1.一种电源转换装置，用于将一直流电源的电能转换以供予多个负载，其特征在于，该电源转换装置包括：

一变压器，包括多个一次侧线圈以及多个二次侧线圈，该多个一次侧线圈用以接收该直流电源的电能，该变压器将该直流电源的电能转换后从该多个二次侧线圈输出；

一电子开关，其一端电性连接该多个一次侧线圈，另一端电性连接该直流电源，用以导通或阻断该直流电源供予该多个一次侧线圈的电能；

一第一电感，电性连接该多个一次侧线圈；

一第一电容，电性连接该多个一次侧线圈，并与该第一电感并联连接，用以接收并储存该变压器的漏感产生的电能，并与该第一电感构成一共振电路，从而将电能反馈输出至该电压器，使该第一电容上跨压的极性重复且交互地反转；以及

多个输出电路，分别电性连接该多个二次侧线圈，用以接收该变压器转换后输出的电能，每一该输出电路均包括一第二电容，且该多个第二电容分别与该多个负载并联，以输出电能予该多个负载。

2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其中该多个一次侧线圈为并联连接以增大其能量传递范围，每一该一次侧线圈均设有一第一端以及一第二端；该直流电源的正电端电性连接该第一端；该电子开关一端电性连接该第二端，另一端电性连接该直流电源的负电端；该第一电感与该第一电容的一端同时电性连接该第一端，且该第一电感与该第一电容的另一端同时电性连接该第二端。

3.根据权利要求1所述的电源转换装置，还包含一第一二极管，且该第一二极管一端连接该第一电容与该第一电感，另一端连接该变压器，使该第一电容与该第一电感通过该第一二极管电性连接至该变压器。

4.根据权利要求3所述的电源转换装置，其中该第一二极管的正极连接至该变压器，该第一二极管的负极连接至该第一电容与该第一电感。

5.根据权利要求1所述的电源转换装置，还包含多个第二二极管，且该多个第二二极管一端连接该变压器，另一端分别连接该多个输出电路，使该变压器通过该多个第二二极管电性连接该多个输出电路。

6.根据权利要求5所述的电源转换装置，其中该多个第二二极管的正极连接至该变压器，该多个第二二极管的负极分别连接至该多个输出电路。

7.根据权利要求1所述的电源转换装置，其中，每一该二次侧线圈均设有一第三端以及一第四端，且每一该输出电路还包含一第三二极管、一第三电容以及一第二电感；该第三二极管的正极连接该第四端，负极电性连接该第三端；该第三电容一端连接该第三二极管的负极，另一端连接该第二电容与该负载；该第二电感一端连接该第三电容、该第二电容与该负载，另外一端电性连接该第三二极管的负极。

8.根据权利要求7所述的电源转换装置，其中每一该输出电路还包含一第四二极管，该第四二极管的一端连接该第三二极管的负极，该第四二极管的另一端连接该第二电感，从而使该第二电感通过该第四二极管电性连接至该第三二极管的负极。

9.根据权利要求8所述的电源转换装置，其中该第四二极管的正极连接该第三二极管的负极，该第四二极管的负极连接至该第二电感。

10.根据权利要求1所述的电源转换装置，其中该电子开关包含一金属氧化物半导体场效晶体管以及一本质二极管，该金属氧化物半导体场效晶体管的源极与汲极分别电性连接该直流电源与该变压器，该本质二极管的两端分别连接至该金属氧化物半导体场效晶体管的源极与汲极。

11.一种电源转换装置，用以将一直流电源的电能转换以供予多个负载，其特征在于，该电源转换装置包括：

一变压器，包括多个一次侧线圈以及多个二次侧线圈，该多个一次侧线圈用以接收该直流电源的电能，该变压器将该直流电源的电能转换后从该多个二次侧线圈输出，该多个一次侧线圈为并联连接以增大其能量传递范围；

一电子开关，其一端电性连接该多个一次侧线圈，另一端电性连接该直流电源，用以导通或阻断该直流电源供予该多个一次侧线圈的电能；

一漏感回收电路，电性连接该多个一次侧线圈，且输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，用以接收并储存该变压器的漏感产生的电能，并反馈输出至该变压器；以及

多个输出电路，分别电性连接该多个第二次侧线圈，用以接收该变压器转换输出的电能，并输出供予该多个负载。