CN110957917A - 多输入电压转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种多输入电压转换器，用于接收一第一输入电压或一第二输入电压，以输出一输出电压。多输入电压转换器包括一第一转换电路、一第二转换电路以及一输出电路。第一转换电路包括一第一电压接收模块、一第一变压器、以及一第一开关元件。第二转换电路包括一第二电压接收模块以及一第二开关元件。当第一电压接收模块接收第一输入电压时，第一开关元件进行动作并由输出电路输出输出电压。当第二电压接收模块接收第二输入电压时，第二开关元进行动作并由输出电路输出输出电压。

Description

多输入电压转换器
技术领域
本发明涉及一种电压转换器，特别涉及一种具有多种输入电压区间的电压转换器。
背景技术
在电力电子领域中，具有多种输入电压的电压转换器是相当常见的电路架构，在传统电路中，常会使用单一变压器搭配多种输入电压的绕线，如此一来，最佳效率常会只落在特定的输入电压以及输出电压的搭配上。其他输入电压的相对应效率都会较低。另一种方式则是每一种输入电压都具有各自的电压转换电路，如此一来，却又造成电路架构过于庞大，遭遇电路体积无法缩小的窘境。
有鉴于此，提供一个电路架构简易并且不同输入电压的转换效率都在各自最佳效率点上的多输入电压转换器，实是业界的一个重要课题。
发明内容
本发明实施例提供了一种多输入电压转换器，用于接收一第一输入电压或是一第二输入电压，以输出一输出电压，所述多输入电压转换器包括：一输出电路；一第一转换电路，包括：一第一电压接收模块，用于接收所述第一输入电压；一第一变压器，所述第一变压器的一次侧电性连接所述第一电压接收模块；以及一第四二极管元件，所述第一变压器的二次侧通过所述第四二极管元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第一转换电路的所述第一电压接收模块接收所述第一输入电压时，所述第一变压器、所述第四二极管元件与所述输出电路协同动作，以输出所述输出电压；以及一第二转换电路，包括；一第二电压接收模块，用于接收所述第二输入电压；以及一第五开关元件，电性连接所述第二电压接收模块，其中，所述第二电压接收模块通过所述第五开关元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第二转换电路的所述第二电压接收模块电性连接所述第二输入电压时，所述第五开关元件与所述输出电路协同动作，以输出所述输出电压。
其中，所述输出电路包括：一第六二极管元件，具有一第一端以及一第二端，所述第六二极管元件的所述第一端电性连接所述第四二极管元件的第二端，所述第六二极管元件的所述第二端电性连接所述第一变压器；一输出电感，具有一第一端以及一第二端，所述电感的所述第一端电性连接所述第六二极管元件的所述第一端以及所述第一开关元件的所述第二端；以及一输出电容，具有一第一端以及一第二端，所述输出电容的所述第一端电性连接所述输出电感的所述第二端，所述输出电容的所述第二端电性连接所述第六二极管元件的所述第二端以及所述第一变压器。
其中，所述第一转换电路以及所述输出电路协同构成一前向型电压转换电路，所述第二转换电路以及所述输出电路协同构成为一降压型电压转换电路。
其中，第一输入电压是介于一高压电压区间，第二输入电压是介于一低压电压区间。有鉴于此，本发明提供了一种多输入电压转换器，用于接收一第一输入电压或是一第二输入电压，并用以输出一输出电压，所述多输入电压转换器包括：一输出电路；一第一转换电路，包括：一第一电压接收模块，用于接收所述第一输入电压；一第一变压器，所述第一变压器的一次侧电性连接所述第一电压接收模块；以及一第一开关元件，所述第一变压器的二次侧通过所述第一开关元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第一电压接收模块接收所述第一输入电压时，所述第一开关元件开始动作，由所述输出电路输出所述输出电压；以及一第二转换电路，包括：一第二电压接收模块，用于接收所述第二输入电压；以及一第二开关元件，电性连接所述第二电压接收模块，其中，所述第二电压接收模块通过所述第二开关元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第二电压接收模块接收所述第二输入电压时，所述第二开关元件开始动作，由所述输出电路输出所述输出电压。
其中，所述输出电路包括一导通元件，具有一第一端、以及一第二端，所述导通元件的所述第一端电性连接所述第一开关元件的第二端，所述导通元件的所述第二端电性连接所述第一变压器；一输出电感，具有一第一端以及一第二端，所述电感的所述第一端电性连接所述导通元件的所述第一端以及所述第一开关元件的所述第二端；以及一输出电容，具有一第一端以及一第二端，所述输出电容的所述第一端电性连接所述输出电感的所述第二端，所述输出电容的所述第二端电性连接所述导通元件的所述第二端以及所述第一变压器。
其中，所述第一转换电路还包括：一第一控制模块，电性连接所述第一开关元件，用于控制所述第一开关元件的开启与关闭；以及所述第二转换电路还包括：一第二控制模块，电性连接所述第二开关元件，用于控制所述第二开关元件的开启与关闭。
其中，所述导通元件是一第三开关元件，当所述第一电压接收模块接收第一输入电压时，所述第一控制模块控制所述第一变压器、所述第一开关元件与所述输出电路的所述导通元件进行输出所述输出电压；
其中，当所述第二转换电路的所述第二电压接收模块接收所述第二输入电压时，所述第二控制模块控制所述第二开关元件与所述输出电路的所述导通元件进行输出所述输出电压。
其中，多输入电压转换器还包括：一检测电路，电性连接所述第一控制模块以及所述第二控制模块，所用于检测所述第一电压接收模块接收所述第一电压或是所述第二电压接收模块接收所述第二电压。
其中，所述第一转换电路以及所述输出电路协同构成一前向型电压转换电路，所述第二转换电路以及所述输出电路协同构成一降压型电压转换电路。
其中，第一输入电压是介于一高压电压区间，第二输入电压是介于一低压电压区间。
其中，所述第三开关元件包括一第一端、一第二端、以及一第三端，所述第三开关元件的所述第一端电性连接所述第一开关元件的所述第二端，所述第三开关元件的所述第二端电性连接所述第一变压器，所述第三开关元件的所述第三端电性连接所述第一控制模块以及所述第二控制模块。
其中，所述第一控制模块或所述第二控制模块分别提供一脉宽调变(脉宽调制)信号至所述第三开关元件的所述第三端，以控制所述第三开关元件的开启与关闭。
有鉴于此，本发明提供了一种多输入电压转换器，用于接收一第一输入电压或是一第二输入电压，以输出一输出电压，所述多输入电压转换器包括：一输出电路；一第一转换电路，包括：一第一电压接收模块，用于接收所述第一输入电压；一第一变压器，所述第一变压器的一次侧电性连接所述第一电压接收模块；以及一第四二极管元件，所述第一变压器的二次侧通过所述第四二极管元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第一电压接收模块接收所述第一输入电压时，由所述输出电路输出所述输出电压；以及一第二转换电路，包括；一第二电压接收模块，用于接收所述第二输入电压；以及一第五开关元件，电性连接所述第二电压接收模块，其中，所述第二电压接收模块通过所述第五开关元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第二电压接收模块接收所述第二输入电压时，所述第五开关元件进行动作，由所述输出电路输出所述输出电压。
其中，所述输出电路包括一第六二极管元件，具有一第一端以及一第二端，所述第六二极管元件的所述第一端电性连接所述第四二极管元件的第二端，所述第六二极管元件的所述第二端电性连接所述第一变压器；一输出电感，具有一第一端以及一第二端，所述电感的所述第一端电性连接所述第六二极管元件的所述第一端以及所述第一开关元件的所述第二端；以及一输出电容，具有一第一端以及一第二端，所述输出电容的所述第一端电性连接所述输出电感的所述第二端，所述输出电容的所述第二端电性连接所述第六二极管元件的所述第二端以及所述第一变压器。
其中，所述第一转换电路以及所述输出电路协同构成一前向型电压转换电路，所述第二转换电路以及所述输出电路协同构成为一降压型电压转换电路。
其中，第一输入电压是介于一高压电压区间，第二输入电压是介于一低压电压区间。
综上所述，本发明的多输入电压转换器通过共用输出电路的结构，结合前向型电压转换器以及降压型电压转换器的电路，以达到兼容多种输入电压的电路，不仅简化电路架构，缩小电路体积，还可以进一步降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例的多输入电压转换器的示意图。
图2是本发明实施例的多输入电压转换器的示意图。
图3是图2中的导通元件的示意图。
图4是本发明实施例的另一多输入电压转换器的示意图。
附图标记说明：
1、1'：多输入电压转换器
11：第一转换电路
12：第二转换电路
13：输出电路
14：检测电路
115：第一控制模块
125：第二控制模块
Vin1：第一输入电压
Vin2：第二输入电压
Vout：输出电压
111：第一电压接收模块
112：第一变压器
113：第一开关元件
121：第二电压接收模块
122：第二开关元件
131：导通元件
Lo：输出电感
Co：输出电容
131A：第三开关元件
113'：第四二极管元件
131'：第六二极管元件
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“多输入电压转换器＂的实施方式，熟悉本领域的技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，予以声明。应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件等，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一元件与另一元件。另外，有提及数量或其类似者，除非另作说明，否则本发明的应用范围应不受其数量或其类似者的限制。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的技术范围。
在以下叙述中，具有两个端点的电子元件，若是水平设置，则左侧端点为第一端，右侧端点为第二端。具有三个端点以上的电子元件，则以附图中所标明的标号为其端点编号。
〔本发明多输入电压转换器的实施例〕
请参照图1至图3，图1是本发明实施例的多输入电压转换器的示意图。图2是本发明实施例的多输入电压转换器的示意图。图3是图2中的导通元件的示意图。
在本实施例中，多输入电压转换器1包括一第一转换电路11、一第二转换电路12、一输出电路13、以及一检测电路14。
第一转换电路11电性连接输出电路13、以及检测电路14。同样地，第二转换电路12电性连接输出电路13、以及检测电路14。
第一转换电路11是接收一第一输入电压Vin1转换为一输出电压Vout。第二转换电路12是接收一第二输入电压Vin2转换为输出电压Vout。
第一转换电路11包括一第一电压接收模块111、一第一电压器112、一第一开关元件113以及一第一控制模块115。第一电压接收模块111用于接收第一输入电压Vin1。
第一变压器112的一次侧电性连接第一电压接收模块111，用于将第一输入电压Vin1进行电压的调整。
在本实施例中，第一开关元件113具有一第一端、一第二端、以及一第三端。第一开关元件113的第一端电性连接第一变压器112的二次侧。第一开关元件113的第二端电性连接输出电路13。也就是，第一变压器112的二次侧通过所述第一开关元件113电性连接输出电路13。第一控制模块115电性连接第一开关元件113的第三端，用于提供至少一控制信号以控制第一开关元件113的开启与关闭。
第二转换电路12包括一第二电压接收模块121、一第二开关元件122、以及一第二控制模块125。
第二电压接收模块121用于接收第二输入电压Vin2。第二开关元件122具有一第一端、一第二端、以及一第三端。第二开关元件122的第一端电性连接第二电压接收模块121。第二开关元件122的第二端电性连接输出电路13。第二控制模块125电性连接第二开关元件122的第三端，用于提供至少一控制信号以控制第一开关元件122的开启与关闭。
在本实施例中，第一电压接收模块111以及第二电压接收模块121可以包括整流器、电容等元件，可以根据实际需求进行调整、设计，在本发明中不做限制。
在本实施例中，第一控制模块115以及第二控制模块125分别提供一脉宽调变信号(Pulse Width Modulation)给第一开关元件113以及第二开关元件122。
输出电路13包括一导通元件131、一输出电感Lo、以及一输出电容Co。
导通元件131的第一端电性连接第一开关元件113的第二端、第二开关元件122的第二端以及输出电感Lo的第一端。导通元件131的第二端电性连接第一变压器112的二次侧以及输出电容Co的第二端。输出电容Co的第一端电性连接输出电感Lo的第二端。在本实施例中，输出电容Co的第一端是正极端，输出电容Co的第二端是负极端。
在本实施例中，多输入电压转换器1通过输出电容Co的第一端以及第二端提供输出电压Vout给一负载(图未示)。
在本实施例中，多输入电压转换器1的检测电路14用于检测第一电压接收模块111接收第一输入电压Vin1或是第二电压接收模块121接收第二输入电压Vin2。也就是，当检测电路14检测到第一转换电路11的第一电压接收模块111接收到第一输入电压Vin1时，检测电路14就会发送一第一检测信号给第一控制模块115，使第一控制模块115进行动作，以令第一转换电路11以及输出电路13协同动作，将第一输入电压Vin1转换为输出电压Vout。在本实施例中，第一转换电路11以及输出电路13协同构成一前向型电压转换器(ForwardConverter)。
而当检测电路14检测到第二转换电路12的第二电压接收模块121电性连接到第二输入电压Vin2时，检测电路14就会发送一第二检测信号给第二控制模块125，使第二控制模块125进行动作，以令第二转换电路12以及输出电路13协同动作，将第二输入电压Vin2转换为输出电压Vout。在本实施例中，第二转换电路12以及输出电路13协同构成一降压型电压转换器(Buck Converter)。
请参照图3，其中，输出电路13的导通元件131为一开关元件。
也就是，当导通元件131为如图3所示的第三开关元件131A时，且第一转换电路11的第一电压接收模块111接收第一输入电压Vin1时，第一控制模块115会控制所述第一开关元件113与输出电路13的第三开关元件131A协同动作，以输出输出电压Vout。在本实施例中，第一控制模块115分别提供脉宽调变信号给第一开关元件113以及导通元件131(第三开关元件131A)，以控制第一开关元件113以及导通元件131(第三开关元件131A)的开启与关闭。
此外，当导通元件131如图3所示的第三开关元件131A，且第二转换电路12的第二电压接收模块121电性连接第二输入电压Vin2时，第二控制模块125控制第二开关元件122与输出电路13的导通元件131(也就是第三开关元件131A)协同动作，以输出所述输出电压Vout。在本实施例中，第二控制模块125分别提供脉宽调变信号给第二开关元件122以及导通元件131(第三开关元件131A)，以控制第二开关元件122以及导通元件131(第三开关元件131A)的开启与关闭。
在本实施例中，第三开关元件131A具有一第一端、一第二端、以及一第三端。其中，第三开关元件131A的第一端对应导通元件131的第一端。第三开关元件131A的第二端对应导通元件131的第二端。进一步地说，第一控制模块115以及第二控制模块125分别电性连接第三开关元件131A的第三端。也就是，第一控制模块115以及第二控制模块125分别提供脉宽调变信号给第三开关元件131A，以控制第三开关元件131A的开启与关闭。
在本实施例中，第一开关元件113、第二开关元件122、第三开关元件131A分别包括一金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET)以及一绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)。第一开关元件113、第二开关元件122、第三开关元件131A的使用规格可以根据实际需求进行调整、设计，在本发明中不做限制。
在本实施例中，第一输入电压Vin1以及第二输入电压Vin2分别是一高压区间的输入电压，以及一低压区间的输入电压。也就是，第一输入电压Vin1可以是交流电压220V、交流电压110V、直流电压400V、直流电压48V等，也就是介于一高压电压区间，例如：介于DC48V～DC100V，或是介于AC90V～264V。
第二输入电压Vin2则主要是较低电压的直流电压，例如直流电压24V、直流电压12V、直流电压5V等，也就是，第二输入电压Vin2介于一低压电压区间，例如：DC3.3V～DC24V、或是DC5V～DC12V，设计者可以根据实际需求进行设置调整，在本发明中不做限制。
在其他实施例中，第一输入电压Vin1可以是需要符合安全规范高压隔离条件的输入电压，由于第一转换电路11中包括一第一变压器111，第一输入电压Vin1通过第一变压器111的转换，则可以符合安全规范高压隔离条件。而第二输入电压Vin2则可以是不需要符合安全规范高压隔离条件的输入电压，使用者可以根据实际需求进行调整、设计，在本发明中不做限制。
请参照图4，图4是本发明实施例的另一多输入电压转换器的示意图。
在本实施例中，多输入电压转换器1'与先前所述的实施例的多输入电压转换器1，差别在于多输入电压转换器1的第一转换电路11包括一第一开关元件113，而在本实施例中的多输入电压转换器1'的第一转换电路11包括一第四二极管元件113'。此外，多输入电压转换器1的输出电路13是包括一导通元件131，导通元件131为一开关元件。而在本实施例中，输出电路13则是包括一第六二极管131'。其他电路架构、电路运行以及相关元件大体是相同的，因此不在此赘述。
在本实施例中，第四二极管元件113'的第一端是阳极端，第四二极管元件113'的第二端是阴极端。第六二极管元件131'的第一端是阴极端，第六二极管元件131'的第二端是阳极端。
综上所述，本发明的多输入电压转换器通过共用输出电路的结构，结合前向型电压转换器以及降压型电压转换器的电路，以达到兼容多种输入电压的电路，不仅简化电路架构，缩小电路体积，还可以进一步降低成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，非意欲局限本发明的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的权利保护范围内，合予陈明。

Claims (13)

1.一种多输入电压转换器，用于接收一第一输入电压或一第二输入电压，并用以输出一输出电压，其特征在于，所述多输入电压转换器包括：
一输出电路；
一第一转换电路，包括：
一第一电压接收模块，用于接收所述第一输入电压；
一第一变压器，所述第一变压器的一次侧电性连接所述第一电压接收模块；以及
一第一开关元件，所述第一变压器的二次侧通过所述第一开关元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第一电压接收模块接收所述第一输入电压时，所述第一开关元件开始动作，由所述输出电路输出所述输出电压；以及
一第二转换电路，包括：
一第二电压接收模块，用于接收所述第二输入电压；以及
一第二开关元件，电性连接所述第二电压接收模块，其中，所述第二电压接收模块通过所述第二开关元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第二电压接收模块接收所述第二输入电压时，所述第二开关元件开始动作，由所述输出电路输出所述输出电压。
2.如权利要求1所述的多输入电压转换器，其特征在于，所述输出电路包括：
一导通元件，具有一第一端、以及一第二端，所述导通元件的所述第一端电性连接所述第一开关元件的第二端，所述导通元件的所述第二端电性连接所述第一变压器；
一输出电感，具有一第一端以及一第二端，所述电感的所述第一端电性连接所述导通元件的所述第一端以及所述第一开关元件的所述第二端；以及
一输出电容，具有一第一端以及一第二端，所述输出电容的所述第一端电性连接所述输出电感的所述第二端，所述输出电容的所述第二端电性连接所述导通元件的所述第二端以及所述第一变压器。
3.如权利要求2所述的多输入电压转换器，其特征在于，所述第一转换电路还包括：
一第一控制模块，电性连接所述第一开关元件，用于控制所述第一开关元件的开启与关闭；以及
所述第二转换电路还包括：
一第二控制模块，电性连接所述第二开关元件，用于控制所述第二开关元件的开启与关闭。
4.如权利要求3所述的多输入电压转换器，其特征在于，所述导通元件是一第三开关元件，当所述第一电压接收模块接收第一输入电压时，所述第一控制模块控制所述第一变压器、所述第一开关元件与所述输出电路的所述导通元件进行输出所述输出电压；
其中，当所述第二转换电路的所述第二电压接收模块接收所述第二输入电压时，所述第二控制模块控制所述第二开关元件与所述输出电路的所述导通元件进行输出所述输出电压。
5.如权利要求3所述的多输入电压转换器，其特征在于，还包括：
一检测电路，电性连接所述第一控制模块以及所述第二控制模块，所用于检测所述第一电压接收模块接收所述第一电压或是所述第二电压接收模块接收所述第二电压。
6.如权利要求1所述的多输入电压转换器，其特征在于，所述第一转换电路以及所述输出电路协同构成一前向型电压转换电路，所述第二转换电路以及所述输出电路协同构成一降压型电压转换电路。
7.如权利要求1所述的多输入电压转换器，其特征在于，第一输入电压是介于一高压电压区间，第二输入电压是介于一低压电压区间。
8.如权利要求4所述的多输入电压转换器，其特征在于，所述第三开关元件包括一第一端、一第二端、以及一第三端，所述第三开关元件的所述第一端电性连接所述第一开关元件的所述第二端，所述第三开关元件的所述第二端电性连接所述第一变压器，所述第三开关元件的所述第三端电性连接所述第一控制模块以及所述第二控制模块。
9.如权利要求8所述的多输入电压转换器，其特征在于，所述第一控制模块或所述第二控制模块分别提供一脉宽调变信号至所述第三开关元件的所述第三端，以控制所述第三开关元件的开启与关闭。
10.一种多输入电压转换器，用于接收一第一输入电压或是一第二输入电压，以输出一输出电压，其特征在于，所述多输入电压转换器包括：
一输出电路；
一第一转换电路，包括：
一第一电压接收模块，用于接收所述第一输入电压；
一第一变压器，所述第一变压器的一次侧电性连接所述第一电压接收模块；以及
一第四二极管元件，所述第一变压器的二次侧通过所述第四二极管元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第一电压接收模块接收所述第一输入电压时，由所述输出电路输出所述输出电压；以及
一第二转换电路，包括；
一第二电压接收模块，用于接收所述第二输入电压；以及
一第五开关元件，电性连接所述第二电压接收模块，其中，所述第二电压接收模块通过所述第五开关元件电性连接所述输出电路，其中，当所述第二电压接收模块接收所述第二输入电压时，所述第五开关元件进行动作，由所述输出电路输出所述输出电压。
11.如权利要求10所述的多输入电压转换器，其特征在于，所述输出电路包括：
一第六二极管元件，具有一第一端以及一第二端，所述第六二极管元件的所述第一端电性连接所述第四二极管元件的第二端，所述第六二极管元件的所述第二端电性连接所述第一变压器；
一输出电感，具有一第一端以及一第二端，所述电感的所述第一端电性连接所述第六二极管元件的所述第一端以及一第一开关元件的一第二端；以及
一输出电容，具有一第一端以及一第二端，所述输出电容的所述第一端电性连接所述输出电感的所述第二端，所述输出电容的所述第二端电性连接所述第六二极管元件的所述第二端以及所述第一变压器。
12.如权利要求10所述的多输入电压转换器，其特征在于，所述第一转换电路以及所述输出电路协同构成一前向型电压转换电路，所述第二转换电路以及所述输出电路协同构成为一降压型电压转换电路。
13.如权利要求10所述的多输入电压转换器，其特征在于，第一输入电压是介于一高压电压区间，第二输入电压是介于一低压电压区间。
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