CN107181409A - 双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双向隔离式多阶直流‑直流电能转换装置及其方法，操作于升压模式时，将数个低压侧开关以一第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，将数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将一双向开关进行切换导通及截止。操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以一第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该双向开关进行交替切换导通及截止。本发明可减少体积、降低制造成本及提升操作效率。

Description

双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法
技术领域
本发明关于一种双向〔bidirectional〕隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法；特别是关于一种可减少体积的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法。
背景技术
一般而言，常用的隔离式直流-直流电能转换器已广泛应用于各种技术领域。虽然传统隔离式直流-直流电能转换器具有控制简单的优点，但其在特性上具有效率较低、高涟波量、高电磁干扰及所需要使用的滤波电路容量较大的缺点。相对的，虽然常用的多阶直流-直流电能转换器具有控制较为复杂的缺点，但其在特性上却具有效率相对较高、电磁干扰相对较小及所需要使用的滤波电路容量较小的优点。
举例而言，图1揭示常用多阶直流-直流电能转换装置的架构示意图。请参照图1所示，常用多阶直流-直流电能转换装置9包含一变压器90，且该变压器90具有一低压侧〔左侧〕及一高压侧〔右侧〕，该低压侧具有一电感911及四个二极管912。相对的，该高压侧设置六个高压侧开关92及两个二极管93。
然而，该多阶直流-直流电能转换装置9显然在该变压器90的高压侧电路具有构造复杂、成本增加及体积庞大缺点，且其电力只能单方向传递。因此，为了简化整体构造、降低成本及减少体积，于变压器90的高压侧可考虑省略部分元件〔例如：省略两个二极管93〕。
另一常用双向直流/直流转换器，例如：美国专利公开第20090059622号的″双向直流/直流转换器及其控制方法″专利申请案，其揭示一种双向直流/直流转换器具有一变压器连接于一电压型全桥电路〔voltage type full bridgecircuit〕及一电流型切换电路〔current type switching circuit〕。该电压型全桥电路连接于一第一电源，该电流型切换电路连接于一第二电源。一电压箝制电路〔voltage clamping circuit〕由数个切换元件〔switching elements〕组成，且一箝制电容器〔clamping capacitor〕连接于该电流型切换电路。该双向直流/直流转换器具有一控制电路用以协调该切换元件动作，以便控制一流通电流于一谐振电抗器〔resonance reactor〕内。
另一常用双向直流/直流转换器，例如：美国专利公开第20120098341号的″双向直流/直流转换器及其控制方法″专利申请案，其揭示一种双向直流/直流转换器包含一变压器、数个切换电路〔switching circuit〕、一二极管连接一开关、数个平滑化电容器及一控制单元。一第一电源及一第二电源并联于该平滑化电容器，以便双向传送电力。当自该第一电源传送至该高压电源时，该开关维持在ON状态。反之，当自该第二电源传送至该第一电源时，该开关维持在OFF状态，以防止该第一电源的逆向电力〔reverse electrical power flow〕。
然而，前述美国专利公开第20090059622号及第20120098341号的双向直流/直流转换器仍需要进一步改良，且其必然存在进一步简化构造及提升电能转换效率的需求。前述美国专利申请案仅为本发明技术背景的参考及说明目前技术发展状态而已，其并非用以限制本发明的范围。
发明内容
本发明较佳实施例的主要目的是提供一种双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法，其该直流/直流转换器包含一低压侧及一高压侧，在该直流/直流转换器操作于升压模式时，将数个低压侧开关以一第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，而将数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将一双向开关进行切换导通及截止，以控制高压侧输出电压，以达成减少体积、降低制造成本及提升操作效率的目的。
本发明较佳实施例的另一目的是提供一种双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法，其该直流/直流转换器包含一低压侧及一高压侧，在该直流/直流转换器操作于降压模式时，将数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将数个第一高压侧开关以一第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将一双向开关进行切换导通及截止，以控制低压侧电压，以达成减少体积、降低制造成本及提升操作效率的目的。
为了达成上述目的，本发明较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置包含：
一直流/直流转换器，其包含一低压侧及一高压侧；
一变压器，其设置于该直流/直流转换器，而该变压器包含一次侧及二次侧，且该二次侧具有一第一臂及一第二臂，且该一次侧及二次侧对应于该低压侧及高压侧；
一电感，其设置于该变压器的一次侧；
数个低压侧开关，其设置于该变压器的一次侧；
数个第一高压侧开关，其设置于该变压器的二次侧的第一臂；
数个第二高压侧开关，其设置于该变压器的二次侧的第二臂；
一电容器组，其设置于该变压器的二次侧，而该电容器组包含两个电容器，且该两个电容器之间具有一连接点；及
一双向开关，其连接于该变压器的二次侧的第二臂及该两个电容器的连接点之间；
其中在该直流/直流转换器操作于升压模式时，将该数个低压侧开关以一第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，而将该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将该双向开关进行切换导通及截止；或
其中在该直流/直流转换器操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以一第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该双向开关进行切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该数个低压侧开关为四个开关。
本发明较佳实施例的该数个二极管反向并联于该数个低压侧开关。
本发明较佳实施例的该数个第一高压侧开关为两个第一开关，而该数个第二高压侧开关为两个第二开关。
本发明较佳实施例的该双向开关连接于该变压器的第二臂的两个第二开关之间的一连接点。
本发明较佳实施例的该电容器组包含两电容器，且该二电容器的电容值约相等。
本发明较佳实施例的该双向开关包含两个第三开关。
本发明较佳实施例的该两个第三开关形成一反向串接结构。
本发明较佳实施例在操作于升压模式时，将该数个低压侧开关以该第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，而将该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将该两个第三开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例在操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以该第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该两个第三开关进行切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该双向开关包含一二极管组及一第四开关，且该第四开关并联于该二极管组。
本发明较佳实施例的该第四开关连接至该两电容器之间的一连接点。
本发明较佳实施例的该二极管组包含四个二极管，且该四个二极管连接形成一桥式结构。
本发明较佳实施例在操作于升压模式时，将该数个低压侧开关以该第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，而将该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将该第四开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例在操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以该第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该第四开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该变压器的一次侧具有一电感，且该直流/直流转换器的操作减少该电感的电压变化。
为了达成上述目的，本发明较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法包含：
提供一直流/直流转换器，而该直流/直流转换器包含一变压器，且该变压器包含一次侧及二次侧，且该一次侧及二次侧对应于一低压侧及一高压侧；
在该直流/直流转换器操作于升压模式时，将数个低压侧开关以一第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5；
将数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管；及
将一双向开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该二次侧具有一第一臂、一第二臂及一电容器组。
本发明较佳实施例的该数个第一高压侧开关设置于该变压器的二次侧的第一臂，而该数个第二高压侧开关设置于该变压器的二次侧的第二臂，且该双向开关设置于该变压器的二次侧的第二臂。
本发明较佳实施例的该电容器组设置于该变压器的二次侧，而该电容器组包含两个电容器，且该两个电容器之间具有一连接点。
本发明较佳实施例的该双向开关连接于该变压器的二次侧的第二臂及该两个电容器的连接点之间。
本发明较佳实施例的该数个低压侧开关为四个开关。
本发明较佳实施例的该数个二极管反向并联于该数个低压侧开关。
本发明较佳实施例的该数个第一高压侧开关为两个第一开关，而该数个第二高压侧开关为两个第二开关。
本发明较佳实施例的该双向开关连接于该变压器的第二臂的两个第二开关之间的一连接点。
本发明较佳实施例的该电容器组包含两电容器，且该两电容器的电容值约相等。
本发明较佳实施例的该双向开关包含两个第三开关。
本发明较佳实施例的该两个第三开关形成一反向串接结构。
本发明较佳实施例在操作于升压模式时，将该数个低压侧开关以该第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，而将该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将该两个第三开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例在操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以该第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该两个第三开关进行切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该双向开关包含一二极管组及一第四开关，且该第四开关并联于该二极管组。
本发明较佳实施例的该第四开关连接至该两电容器之间的一连接点。
本发明较佳实施例的该二极管组包含四个二极管，且该四个二极管连接形成一桥式结构。
本发明较佳实施例在操作于升压模式时，将该数个低压侧开关以该第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，而将该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将该第四开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例在操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以该第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该第四开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该变压器的一次侧具有一电感，且该直流/直流转换器的操作减少该电感的电压变化。
为了达成上述目的，本发明较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法包含：
提供一直流/直流转换器，而该直流/直流转换器包含一变压器，且该变压器包含一次侧及二次侧，且该一次侧及二次侧对应于一低压侧及一高压侧；
在该直流/直流转换器操作于降压模式时，将数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管；
将数个第一高压侧开关以一第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5；及
将数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该双向开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该二次侧具有一第一臂、一第二臂及一电容器组。
本发明较佳实施例的该数个第一高压侧开关设置于该变压器的二次侧的第一臂，而该数个第二高压侧开关设置于该变压器的二次侧的第二臂，且该双向开关设置于该变压器的二次侧的第二臂。
本发明较佳实施例的该电容器组设置于该变压器的二次侧，而该电容器组包含两个电容器，且该两个电容器之间具有一连接点。
本发明较佳实施例的该双向开关连接于该变压器的二次侧的第二臂及该两个电容器的连接点之间。
本发明较佳实施例的该数个低压侧开关为四个开关。
本发明较佳实施例的该数个二极管反向并联于该数个低压侧开关。
本发明较佳实施例的该数个第一高压侧开关为两个第一开关，而该数个第二高压侧开关为两个第二开关。
本发明较佳实施例的该双向开关连接于该变压器的第二臂的两个第二开关之间的一连接点。
本发明较佳实施例的该该直流/直流转换器包含一电容器组，而该电容器组包含两电容器，且该两电容器的电容值约相等。
本发明较佳实施例的该双向开关包含两个第三开关。
本发明较佳实施例的该两个第三开关形成一反向串接结构。
本发明较佳实施例在操作于升压模式时，将该数个低压侧开关以该第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，而将该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将该两个第三开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例在操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以该第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该两个第三开关进行切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该双向开关包含一二极管组及一第四开关，且该第四开关并联于该二极管组。
本发明较佳实施例的该第四开关连接至该两电容器之间的一连接点。
本发明较佳实施例的该二极管组包含四个二极管，且该四个二极管连接形成一桥式结构。
本发明较佳实施例在操作于升压模式时，将该数个低压侧开关以该第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，而将该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将该第四开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例在操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以该第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该第四开关进行交替切换导通及截止。
本发明较佳实施例的该变压器的一次侧具有一电感，且该直流/直流转换器的操作减少该电感的电压变化。
本发明的优点是：
本发明的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法，是将直流/直流转换器的升压模式〔boost mode〕或降压模式〔buck mode〕进行适当调整操作，以达成提升电能转换效率及降低制造成本的目的，并简化常用双向多阶直流-直流电能转换装置的构造。
附图说明
图1是常用多阶直流-直流电能转换装置的架构示意图。
图2是本发明第一较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置的架构示意图。
图2A是本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置采用双向开关的架构示意图。
图2B是本发明第三较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置采用双向开关的架构示意图。
图3是本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置操作于升压模式时，低压侧开关的控制讯号的波形示意图。
图4是本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置操作于升压模式时，双向开关的两个第三开关的控制讯号、变压器两侧电压及低压侧开关与电感之间的多阶直流输入电压的波形示意图。
图5是本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置操作于降压模式时，第二高压侧开关及双向开关的两个第三开关的控制讯号的波形示意图。
图6是本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置操作于降压模式时，第一高压侧开关的控制讯号、变压器两侧电压及低压侧开关与电感之间的多阶直流输入电压的波形示意图。
具体实施方式
为了充分了解本发明，于下文将举例较佳实施例并配合附图作详细说明，且其并非用以限定本发明。
本发明较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置、其操作及控制方法适用于各种多阶电能转换装置或其类似功能装置，但其并非用以限定本发明的范围。
图2揭示本发明第一较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置的架构示意图。请参照图2所示，本发明第一较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法采用一双向多阶直流/直流转换器1，且该双向多阶直流/直流转换器1主要包含一变压器10、数个低压侧开关2、一电感21、数个第一高压侧开关31、数个第二高压侧开关32、一双向开关33及一电容器组34。
请再参照图2所示，举例而言，双向多阶直流/直流转换器1具有一低压侧〔左侧〕及一高压侧〔右侧〕。变压器10包含一次侧〔primary side〕及二次侧〔secondary side〕，且该一次侧及二次侧对应于该双向多阶直流/直流转换器1的低压侧及高压侧。该变压器10的二次侧具有一第一臂及一第二臂，且电容器组34设置于该二次侧。
请再参照图2所示，举例而言，该数个低压侧开关2选择设置于该变压器10的一次侧的一第一位置，该电感21则选择设置于该变压器10的一次侧的一第二位置。该数个低压侧开关2为四个开关S1、S2、S3、S4，且四个二极管分别反向并联于该数个低压侧开关2的四个开关S1、S2、S3、S4。
请再参照图2所示，举例而言，该数个第一高压侧开关31选择为两个第一开关S5、S6，该数个第二高压侧开关32选择为两个第二开关S7、S8。该数个第一高压侧开关31选择设置于该变压器10的二次侧的第一臂，该数个第二高压侧开关32及双向开关33则选择设置于该变压器10的二次侧的第二臂。另外，数个第一二极管及数个第二二极管反向并联于该数个第一高压侧开关31及数个第二高压侧开关32。
请再参照图2所示，举例而言，该电容器组34包含一第一电容器341及一第二电容器342，且该第一电容器341及第二电容器342形成串联。该第一电容器341及第二电容器342，且其电容值相等或约相等。该第一电容器341及第二电容器342的电压约为等于高压侧电压的一半。
图2A揭示本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置采用双向开关的架构示意图，其对应于图2〔虚线框〕的双向开关。请参照图2及2A所示，相对于第一实施例，本发明第二较佳实施例的该双向多阶直流/直流转换器1包含一第一双向开关33a。该第一双向开关33a选择为两个第三开关330，且该两个第三开关330形成一反向串接结构〔如连接点a及b之间所示〕，以形成一双向开关。另外，该两个第三开关330选择连接于该两个第二开关S7、S8之间的一第一连接点〔connection point〕，且该两个第三开关330选择连接于该第一电容器341及第二电容器342之间的一第二连接点〔例如：中间点〕。
图2B揭示本发明第三较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置采用双向开关的架构示意图，其对应于图2〔虚线框〕的双向开关。请再参照图2及2B所示，相对于第一及第二实施例，该双向多阶直流/直流转换器1包含一第二双向开关33b。该第二双向开关33b包含一二极管组331及一第四开关332，且该第四开关332并联于该二极管组331。该二极管组331包含四个二极管D1、D2、D3、D4，且该四个二极管D1、D2、D3、D4连接形成一桥式结构或其类似结构。该二极管组331及第四开关332连接于该两个第二开关S7、S8之间的一连接点。
图3揭示本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置操作于升压模式时，低压侧开关的控制讯号的波形示意图。请参照图2、2A及3所示，在该双向多阶直流/直流转换器1操作于升压模式〔boost mode〕时，在该低压侧上，将该数个低压侧开关2的四个开关S1、S2、S3、S4以一第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5。
请再参照图2及2A所示，相反的，在该高压侧上，在该双向多阶直流/直流转换器1操作于升压模式时，将该数个第一高压侧开关31的第一开关S5、S6及该数个第二高压侧开关32的第二开关S7、S8进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关31及数个第二高压侧开关32的数个第一二极管及数个第二二极管。
图4揭示本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置操作于升压模式时，第一双向开关的两个第三开关〔S9、S10〕的控制讯号、变压器两侧电压及低压侧开关〔S1、S2、S3、S4〕与电感之间的多阶直流输入电压的波形示意图。请参照图2、2A及图4所示，同样的，在该双向多阶直流/直流转换器1操作于升压模式时，将该第一双向开关33a的第三开关330进行交替切换导通及截止，如图4的下方两个波形所示，以控制一高压侧电压。当该第三开关330截止时，该变压器10的二次侧电压Vtr2的电压大小约为等于该高压侧电压。当该第三开关330导通时，该变压器10的二次侧电压Vtr2的电压大小约为等于该高压侧电压的一半。
请再参照图2及4所示，显然，在该双向多阶直流/直流转换器1操作于升压模式时，该变压器10的一次侧电压Vtr1及二次侧电压Vtr2为多阶电压波形〔如图4的上方两个波形所示〕，因此相对降低电流损失〔如图4所示于变压器10的一次侧在该低压侧开关2与电感21之间的多阶直流输入电压Vin_multi〕，如此于该变压器10的一次侧形成电感电压变化变小，因而该电感21的体积可相对减小。
请再参照图2所示，反之，在该双向多阶直流/直流转换器1操作于降压模式〔buck mode〕时，在该低压侧上，将该数个低压侧开关2的四个开关S1、S2、S3、S4进行截止，此时并导通该数个低压侧开关2的四个开关S1、S2、S3、S4的数个二极管。
图5揭示本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置操作于降压模式时，第二高压侧开关及第一双向开关的两个第三开关的控制讯号的波形示意图；图6揭示本发明第二较佳实施例的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置操作于降压模式时，第一高压侧开关〔S5、S6〕的控制讯号、变压器两侧电压及低压侧开关〔S1、S2、S3、S4〕与电感之间的多阶直流输入电压的波形示意图。请参照图2、2A、5及6所示，在该高压侧上，将该数个第一高压侧开关31的第一开关S5、S6以一第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，如图6下方两个波形所示。另外，在该高压侧上，将该数个第二高压侧开关32的第二开关S7、S8进行交替切换导通及截止，且将该第一双向开关33a的第三开关330进行交替切换导通及截止，如图2、2A及5所示。
请参照图2、2A 4、5及6所示，在该第一开关S5导通期间，该第二开关S8及第三开关S10〔图2A的S10〕进行交替切换，且该第二开关S7及第三开关330〔图2A的S9〕截止。另外，在该第一开关S6导通期间，该第二开关S7及第三开关330〔图2A的S9〕进行交替切换，且该第二开关S8及第三开关330〔图2A的S10〕截止，以控制一低压侧电压。
请再参照图2、2A、4、5及6所示，在该第一双向开关33a截止时，该变压器10的二次侧电压Vtr2的高压大小约为等于该高压侧电压。在该第一双向开关33a导通时，该变压器10的二次侧电压Vtr2的电压大小约为等于该高压侧电压的一半。
请再参照图2、2A及6所示，显然，在该双向多阶直流/直流转换器1操作于降压模式时，该变压器10的一次侧电压Vtr1及二次侧电压Vtr2为多阶电压波形〔如图6的上方两个波形所示〕，因此相对降低电流损失〔如图6所示于变压器10的一次侧在该低压侧开关2与电感21之间的多阶直流输入电压Vin_multi〕，如此于该变压器10的一次侧形成电感电压变化变小，因而该电感21的体积可相对减小。
请再参照图2A、2B及4所示，本发明第三较佳实施例在升压模式中将该第二双向开关33b的第四开关332〔图2B的S11〕进行交替切换导通及截止。举例而言，该第四开关332〔图2B的S11〕选择采用一或闸〔OR gate〕讯号进行结合两个第三开关330〔图2A的两个第三开关S9、S10〕的导通及截止控制讯号〔图4下方的两个波形〕作为其导通及截止的控制讯号。
请再参照图2A、2B及5所示，本发明第三较佳实施例在降压模式中将该第二双向开关33b的第四开关332〔图2B的S11〕进行交替切换导通及截止。举例而言，该第四开关332〔图2B的S11〕选择采用一或闸讯号进行结合该两个第三开关330〔图2A的两个第三开关S9、S10〕的导通及截止控制讯号〔图5下方的两个波形〕作为其导通及截止的控制讯号。
前述较佳实施例仅举例说明本发明及其技术特征，该实施例的技术仍可适当进行各种实质等效修饰及/或替换方式予以实施；因此，本发明的权利范围须视后附权利要求范围所界定的范围为准。

Claims (34)

1.双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，包含：
一直流/直流转换器，其包含一低压侧及一高压侧；
一变压器，其设置于该直流/直流转换器，该变压器包含一次侧及二次侧，且该二次侧具有一第一臂及一第二臂，且该一次侧及二次侧对应于该低压侧及高压侧；
一电感，其设置于该变压器的一次侧；
数个低压侧开关，其设置于该变压器的一次侧；
数个第一高压侧开关，其设置于该变压器的二次侧的第一臂；
数个第二高压侧开关，其设置于该变压器的二次侧的第二臂；
一电容器组，其设置于该变压器的二次侧，该电容器组包含两个电容器，且该两个电容器之间具有一连接点；及
一双向开关，其连接于该变压器的二次侧的第二臂及该两个电容器的连接点之间；
其中在该直流/直流转换器操作于升压模式时，将该数个低压侧开关以一第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5，将该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将该双向开关进行切换导通及截止；或
其中在该直流/直流转换器操作于降压模式时，将该数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管，而将该数个第一高压侧开关以一第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5，且将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该双向开关进行切换导通及截止。
2.根据权利要求1所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述数个二极管反向并联于所述低压侧开关。
3.根据权利要求1所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述数个第一高压侧开关为两个第一开关，所述数个第二高压侧开关为两个第二开关。
4.根据权利要求1所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述双向开关连接于所述变压器的第二臂的两个第二开关之间的一连接点。
5.根据权利要求1所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述电容器组包含两电容器，且该两电容器的电容值相等。
6.根据权利要求1所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述双向开关包含两个第三开关。
7.根据权利要求6所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述两个第三开关形成一反向串接结构。
8.根据权利要求6所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，在操作于升压模式时，将所述数个低压侧开关以所述第一固定责任周期进行操作，且所述第一固定责任周期大于0.5，将所述数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通所述数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将所述两个第三开关进行交替切换导通及截止。
9.根据权利要求6所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，在操作于降压模式时，将所述数个低压侧开关进行截止，此时并导通所述数个低压侧开关的数个二极管，将所述数个第一高压侧开关以所述第二固定责任周期进行互补操作，且所述第二固定责任周期小于0.5，且将所述数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将所述两个第三开关进行切换导通及截止。
10.根据权利要求1所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述双向开关包含一二极管组及一第四开关，且该第四开关并联于该二极管组。
11.根据权利要求10所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述第四开关连接至所述两电容器之间的一连接点。
12.根据权利要求10所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述二极管组包含四个二极管，且该四个二极管连接形成一桥式结构。
13.根据权利要求10所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，在操作于升压模式时，将所述数个低压侧开关以所述第一固定责任周期进行操作，且所述第一固定责任周期大于0.5，而将所述数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通所述数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将所述第四开关进行交替切换导通及截止。
14.根据权利要求10所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，在操作于降压模式时，将所述数个低压侧开关进行截止，此时并导通所述数个低压侧开关的数个二极管，将所述数个第一高压侧开关以所述第二固定责任周期进行互补操作，且所述第二固定责任周期小于0.5，且将所述数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将所述第四开关进行交替切换导通及截止。
15.根据权利要求1所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换装置，其特征在于，所述变压器的一次侧具有一电感，且该直流/直流转换器的操作减少该电感的电压变化。
16.双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，包含：
提供一直流/直流转换器，该直流/直流转换器包含一变压器，且该变压器包含一次侧及二次侧，且该一次侧及二次侧对应于一低压侧及一高压侧；
在该直流/直流转换器操作于升压模式时，将数个低压侧开关以一第一固定责任周期进行操作，且该第一固定责任周期大于0.5；
将数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通该数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管；及
将一双向开关进行交替切换导通及截止。
17.双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，包含：
提供一直流/直流转换器，该直流/直流转换器包含一变压器，且该变压器包含一次侧及二次侧，且该一次侧及二次侧对应于一低压侧及一高压侧；
在该直流/直流转换器操作于降压模式时，将数个低压侧开关进行截止，此时并导通该数个低压侧开关的数个二极管；
将数个第一高压侧开关以一第二固定责任周期进行互补操作，且该第二固定责任周期小于0.5；及
将该数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将该双向开关进行交替切换导通及截止。
18.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述二次侧具有一第一臂、一第二臂及一电容器组。
19.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述数个第一高压侧开关设置于所述变压器的二次侧的第一臂，所述数个第二高压侧开关设置于所述变压器的二次侧的第二臂，且所述双向开关设置于所述变压器的二次侧的第二臂。
20.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述电容器组设置于所述变压器的二次侧，所述电容器组包含两个电容器，且该两个电容器之间具有一连接点。
21.根据权利要求20所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述双向开关连接于所述变压器的二次侧的第二臂及所述两个电容器的连接点之间。
22.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述数个低压侧开关为四个开关，所述数个二极管反向并联于所述数个低压侧开关。
23.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述数个第一高压侧开关为两个第一开关，所述数个第二高压侧开关为两个第二开关。
24.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述双向开关连接于所述变压器的第二臂的两个第二开关之间的一连接点。
25.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，该直流/直流转换器包含一电容器组，该电容器组包含两电容器，且该两电容器的电容值相等。
26.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述双向开关包含两个第三开关，且该两个第三开关形成一反向串接结构。
27.根据权利要求26所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，在操作于升压模式时，将所述数个低压侧开关以所述第一固定责任周期进行操作，且所述第一固定责任周期大于0.5，将所述数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通所述数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将所述两个第三开关进行交替切换导通及截止。
28.根据权利要求26所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，在操作于降压模式时，将所述数个低压侧开关进行截止，此时并导通所述数个低压侧开关的数个二极管，将所述数个第一高压侧开关以所述第二固定责任周期进行互补操作，且所述第二固定责任周期小于0.5，且将所述数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将所述两个第三开关进行切换导通及截止。
29.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述双向开关包含一二极管组及一第四开关，且该第四开关并联于该二极管组。
30.根据权利要求29所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述第四开关连接至所述两电容器之间的一连接点。
31.根据权利要求29所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述二极管组包含四个二极管，且该四个二极管连接形成一桥式结构。
32.根据权利要求29所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，在操作于升压模式时，将所述数个低压侧开关以所述第一固定责任周期进行操作，且所述第一固定责任周期大于0.5，将所述数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关进行截止，此时并导通所述数个第一高压侧开关及数个第二高压侧开关的数个第一二极管及数个第二二极管，且将所述第四开关进行交替切换导通及截止。
33.根据权利要求29所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，在操作于降压模式时，将所述数个低压侧开关进行截止，此时并导通所述数个低压侧开关的数个二极管，将所述数个第一高压侧开关以所述第二固定责任周期进行互补操作，且所述第二固定责任周期小于0.5，且将所述数个第二高压侧开关进行交替切换导通及截止，且将所述第四开关进行交替切换导通及截止。
34.根据权利要求16或17所述的双向隔离式多阶直流-直流电能转换方法，其特征在于，所述变压器的一次侧具有一电感，且该直流/直流转换器的操作减少该电感的电压变化。
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