CN113630002A - 谐振切换式电源转换器 - Google Patents

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CN113630002A CN202011020568.1A CN202011020568A CN113630002A CN 113630002 A CN113630002 A CN 113630002A CN 202011020568 A CN202011020568 A CN 202011020568A CN 113630002 A CN113630002 A CN 113630002A
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Abstract

一种谐振切换式电源转换器，包含：多个电容；多个开关；至少一充电电感及至少一放电电感。在充电程序中，通过该多个开关的切换，使多个电容与充电电感彼此串联于输入电压与输出电压之间，以形成充电路径，对应的该多个开关的导通时点及不导通时点同步于该充电程序的充电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点。在放电程序中，通过该多个开关的切换，使每一电容与对应的放电电感串联于该输出电压与接地电位间，而形成多个放电路径，对应的该多个开关的导通时点及不导通时点同步于该放电程序的放电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点。

Description

谐振切换式电源转换器
技术领域
本发明涉及一种谐振切换式电源转换器，特别涉及一种充电或放电持续时间与充电或放电谐振频率相关的谐振切换式电源转换器。
背景技术
图1显示已知的电源转换器。于充电操作中，开关Q1、Q3、Q5、Q8、Q9导通，开关Q2、Q4、Q6、Q7、Q10不导通，使得电容C1串联电感L1于输入电压VIN及输出电压VOUT之间，且电容C2串联电容C3及电感L2于接地电位及输出电压VOUT之间。于放电操作中，开关Q2、Q4、Q6、Q7、Q10导通，开关Q1、Q3、Q5、Q8、Q9不导通，使得电感L1串联电容C1、电容C2于接地电位及输出电压VOUT之间，且电感L2串联电容C3于接地电位及输出电压VOUT之间。此已知的电源转换器的电容需要耐较高的额定电压，例如电容C1的直流偏压是输出电压的3倍Vc1＝3VOUT、电容C2的直流偏压是输出电压的2倍Vc2＝2VOUT、电容C3的直流偏压与输出电压相当Vc3＝VOUT，因为电容的直流偏压相对较高，故此已知电源转换器需要使用具有较大体积的电容。此外，电容的容值通常会随着直流偏压的上升而降低，当输入电压的范围是在36V及76V之间时，电容C1的直流偏压范围会是在27V及57V之间，由于直流偏压的变化范围较广，故此已知电源转换器的电容值变化相当大，其谐振频率也会随着电容的变化而改变。如此会造成较大的切换电源损耗并且需要复杂的控制来改变电源转换效率。再者，此已知电源转换器的输入电压VIN与输出电压VOUT的电压转换比率仅可为4:1或2:1，并无法进行3:1的电压转换比率。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种创新的电源转换器。
发明内容
于一观点中，本发明提供一种谐振切换式电源转换器，用以将一输入电压转换为一输出电压，该谐振切换式电源转换器包含：多个电容；多个开关，与该多个电容对应耦接，分别根据对应的一操作信号，以切换所对应的该电容的电连接关系；至少一充电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；以及至少一放电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；其中，在一充电程序中，通过该多个开关的切换，使该多个电容与该至少一充电电感彼此串联于该输入电压与该输出电压之间，以形成一充电路径，且对应的该多个开关的导通时点及不导通时点同步于该充电程序的一充电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点；其中，在一放电程序中，通过该多个开关的切换，使每一该电容与对应的该放电电感串联于该输出电压与一接地电位间，而形成多个放电路径，且对应的该多个开关的导通时点及不导通时点同步于该放电程序的一放电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点；其中，该充电程序与该放电程序彼此重复地交错排序，以将该输入电压转换为该输出电压。
于一实施例中，该至少一充电电感为单一个充电电感，该至少一放电电感为单一个放电电感，在该放电程序中，通过该多个开关的切换，使该多个电容彼此并联后串联该单一个放电电感。
于一实施例中，该单一个充电电感的电感值相等于该单一个放电电感的电感值。
于一实施例中，该至少一充电电感与该至少一放电电感为单一个相同电感，在该放电程序中，通过该多个开关的切换，使该多个电容彼此并联后串联该单一个相同电感。
于一实施例中，该谐振切换式电源转换器于该充电程序与该放电程序中，通过保持导通该多个开关中特定的至少一个，并保持不导通该多个开关中特定的至少两个，而改变该输入电压与该输出电压的电压转换比率。
于一实施例中，该谐振切换式电源转换器还包含一前端转换器，其中该前端转换器具有一前端电感，用以辅助该充电电感。
于一实施例中，该前端转换器包含降压转换器、升压转换器、升降压转换器、反压转换器或升反压转换器。
于一实施例中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率相同。
于一实施例中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率不同。
于一实施例中，该谐振切换式电源转换器通过调整该充电程序的持续时间，以达到柔性切换(soft switching)的零电压切换。
于一实施例中，该谐振切换式电源转换器通过调整该放电程序的持续时间，以达到柔性切换(soft switching)的零电压切换。
于一实施例中，该谐振切换式电源转换器为双向谐振切换式电源转换器。
于一实施例中，该谐振切换式电源转换器的该输入电压与该输出电压的电压转换比率为4:1、3:1或2:1。
于一实施例中，该电源转换器可还包含一控制器，其耦接至该多个开关，用以产生该操作信号。
本发明的一个优点在于本发明可减少电感数量至仅需一个电感分别于不同时段作为充电电感及放电电感。
本发明的另一个优点在于本发明可降低电压应力、可使所有谐振电容具有相同的额定电流及额定电压而使用较小体积的电容且可谐振操作以达到具有零电流切换(ZCS)或零电压切换(ZVS)的柔性切换。
本发明的又一个优点在于本发明可更具弹性地调变电压转换比率、可结合谐振电感与前端转换器且可双向操作。
以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。
附图说明
图1为已知的电源转换器。
图2A及图2B是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路与相关信号的信号波形示意图。
图3是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。
图4是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。
图5A、图5B及图5C是根据本发明的一实施例显示一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电感电流的信号波形示意图。
图5D是根据本发明的一实施例显示一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电容电流的信号波形示意图。
图6A-图6J显示降压转换器、升压转换器、反压转换器、升降压转换器及升反压转换器。
图7是根据本发明的一实施例显示一电源转换器中的控制器的示意图。
图中符号说明
20，30，40:谐振切换式电源转换器
401:前端转换器
701:控制器
C1～C3，C1(CR)，C2(CF)，C3(CR):电容
Co:输出电容
G1～G10:操作信号
Ic1:电容C1电流
IL1:充电谐振电流
IL2:放电谐振电流
Io:输出电流
IS7:开关Q7电流
IS9:开关Q9电流
L1:充电电感
L2:放电电感
L1(LR)，L2(LR)，Lb:电感
Q1～Q10，Q1(S1A)，Q2(S2A)，Q3(S1B)，Q4(S2B)，Q5(S1A)，Q6(S2A)，Q7(S2A)，Q8(S1B)，Q9(S1B)，Q10(S2B)，Qb:开关
RL:负载电阻
T1，T2，T3:期间
Td:延迟时间
V1:电压
Vc1:电容C1直流偏压
Vc2:电容C2直流偏压
Vc3:电容C3直流偏压
Vin:输入电压
Vout:输出电压
具体实施方式
本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。
图2A是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图；图2B显示图2A所示的谐振切换式电源转换器中，相关信号的信号波形示意图。本实施例多个电容共享一充电电感或一放电电感，由此无论电容数量为多少，都只需要一个充电电感及一个放电电感，可进一步减少电感的数量。如图2A所示，本发明的谐振切换式电源转换器20包含电容C1、C2、C3、开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、充电电感L1、放电电感L2。开关Q1-Q3分别与对应的电容C1-C3串联，而开关Q4与充电电感L1串联。应注意的是，本发明的谐振切换式电源转换器中的电容数量并不限于本实施例的三个，也可为两个或四个以上，本实施例所显示的元件数量仅用以说明本发明并不用限制本发明。
如图2A所示，开关Q5的一端耦接至开关Q1与电容C1之间的节点，开关Q6的一端耦接至开关Q2与电容C2之间的节点，而开关Q7的一端耦接至开关Q3与电容C3之间的节点。开关Q8的一端耦接至电容C1与开关Q2之间的节点，开关Q9的一端耦接至电容C2与开关Q3之间的节点，而开关Q10的一端耦接至电容C3与开关Q4之间的节点。如图2A所示，开关Q5-Q7的另一端共同电连接至一节点后，串联至放电电感L2。开关Q8-Q10的另一端共同耦接至接地电位。充电电感L1及放电电感L2的另一端共同耦接至输出电压Vout，开关Q1的另一端耦接至输入电压Vin。
开关Q1-Q10可根据对应的操作信号，切换所对应的电容C1-C3与充电电感L1及放电电感L2的电连接关系。在一充电程序中，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3彼此串联后与充电电感L1串联于输入电压Vin与输出电压Vout之间，以形成一充电路径。在一放电程序中，开关Q5-Q10导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1、电容C2及电容C3彼此并联后串联放电电感L2，而形成多个放电路径。应注意的是，上述充电程序与上述放电程序于不同的时间段重复地交错进行，而非同时进行。在一种较佳的实施例中，该充电程序的持续时间与该放电程序的持续时间彼此不重叠。其中，充电程序与放电程序彼此重复地交错排序，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。于本实施例中，每个第一电容C1、C2、C3的直流偏压均为Vo，故本实施例中的第一电容C1、C2、C3相对于现有技术，在相同的输入电压与输出电压的应用中，仅需要承受较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。
于一实施例中，上述充电程序的充电谐振频率与上述放电程序的放电谐振频率相同。于一实施例中，上述充电程序的充电谐振频率与上述放电程序的放电谐振频率不同。于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器20可为双向谐振切换式电源转换器。所谓双向谐振切换式电源转换器，是指输入端(提供输入电压Vin)与输出端(提供输出电压Vout)的角色对调，意即在如图2A所示的实施例中，谐振切换式电源转换器20可将输出电压Vout转换为输入电压Vin。于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器20的输入电压Vin与输出电压Vout的电压转换比率可为4:1、3:1或2:1。
于一实施例中，上述充电程序的持续时间(Ton1)与上述充电程序的充电谐振频率(fr1)相关。于一较佳实施例中，上述充电程序的持续时间(Ton1)与充电程序的充电谐振电流的正半波相关，例如开关Q1-Q4的导通时点及不导通时点大致上同步于充电程序的一充电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点。于一实施例中，上述放电程序的持续时间(Ton2)与上述放电程序的放电谐振频率(fr2)相关。于一较佳实施例中，上述放电程序的持续时间(Ton2)与放电程序的放电谐振电流的正半波相关，例如开关Q5-Q10的导通时点及不导通时点大致上同步于放电程序的一放电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点。
于上述充电程序的充电谐振频率(fr1)等于上述放电程序的放电谐振频率(fr2)的实施例中，当上述充电程序的持续时间(Ton1)等于上述放电程序的持续时间(Ton2)时，例如大致上等于百分之五十的工作周期时，由此可于流经开关的电流都在其正半波相对较低位准的时点切换，以实现柔性切换。在一种较佳的实施例中，可达到零电流切换(zerocurrent switch，ZCS)。
此外需说明的是：因电路零件的本身的寄生效应或是零件间相互的匹配不一定为理想，因此，虽然欲使充电程序的持续时间等于放电程序的持续时间(也就是于此实施例中充电程序的持续时间为百分之五十的工作周期)，以达到柔性切换(soft switching)的零电流切换。但实际可能并无法准确地为百分之五十的工作周期，而仅是接近百分之五十的工作周期，亦即，根据本发明，可接受由于电路的不理想性而使充电程序的持续时间与百分之五十的工作周期间具有一定程度的误差，此即前述的放电至“大致上”为百分之五十的工作周期之意，本文中其他提到“大致上”之处亦同。
于一实施例中，上述充电程序的持续时间小于特定比例的工作周期一段预设期间，例如小于百分之五十的工作周期一段预设期间；由此提前不导通开关Q1-Q4后仍维持有微小的电流，流经充电电感L1，因此，即可将开关Q10中，储存于其中的寄生电容的累积电荷通过开关Q4的寄生二极管带走，而降低开关Q10的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间，而达到零电压切换(zero voltage switch，ZVS)。于一实施例中，相对地，上述放电程序的持续时间大于特定比例的工作周期一段预设期间，例如大于百分之五十的工作周期一段预设期间；由此，延后不导通开关Q5-Q10后放电电感L2的负电流会通过开关Q5的寄生二极管而对开关Q1的寄生电容进行充电，而降低开关Q1的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间，而达到零电压切换。
上述充电程序的充电谐振频率(fr1)及上述放电程序的放电谐振频率(fr2)如下式所示。
Figure BDA0002700464850000091
Figure BDA0002700464850000092
假设C1＝C2＝C3＝Cr，且如上所述欲使fr1＝fr2，则结合式(1)与(2)可得下式
Figure BDA0002700464850000093
进而可导出L2与L1的电感值需符合下式
Figure BDA0002700464850000094
亦即欲使fr1＝fr2时，L2与L1的电感值需设置符合式(3)的关系。
图2B显示图2A所示的谐振切换式电源转换器中，相关信号的信号波形示意图。输出电压Vout、输出电流Io、充电谐振电流IL1、放电谐振电流IL2、电容C1直流偏压Vc1、电容C1电流Ic1、开关Q7电流IS7以及开关Q9电流IS9如图2B所示。在本实施例中，充电谐振频率与放电谐振频率相等且充电程序的持续时间及放电程序的持续时间大致上为百分之五十的工作周期。
于另一实施例中，当L1的电感值等于L2的电感值时，且假设C1＝C2＝C3＝Cr，式(1)及式(2)可改写为如下所示:
Figure BDA0002700464850000095
Figure BDA0002700464850000101
由上式中可理解到，当L1的电感值等于L2的电感值时，充电谐振频率与放电谐振频率是不相等的，在此条件下，若欲实现零电流切换，则持续时间(Ton1)及持续时间(Ton2)需各自对应设置为充电谐振频率(fr1)及充电谐振频率(fr2)的半周期，如下式所示:
Figure BDA0002700464850000102
Figure BDA0002700464850000103
若欲实现零电流切换，综合以上公式可知，持续时间(Ton1)及持续时间(Ton2)需符合下式的关系:
Figure BDA0002700464850000104
亦即当L1的电感值等于L2的电感值时，放电程序的持续时间(Ton2)需设置为充电程序的持续时间(Ton1)的3倍，亦即，充电程序的持续时间(Ton1)大致上等于百分之二十五的工作周期，放电程序的持续时间(Ton2)大致上等于百分之七十五的工作周期，仍可实现前述的零电流切换。
值得注意的是，L1的电感值等于L2的电感值的一个特例是，充电电感L1与放电电感L2可共享同一个电感，分别于不同时间作用为充电电感、放电电感。
因此，请参照图3，其为根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。本实施例中，充电电感与放电电感可为同一个电感L1，如此的设置可更进一步地减少电感的数量。如图3所示，本发明的谐振切换式电源转换器30包含电容C1、C2、C3、开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、电感L1。开关Q1-Q3分别与对应的电容C1-C3串联，而开关Q4与电感L1串联。应注意的是，本发明的谐振切换式电源转换器中的电容数量并不限于本实施例的三个，也可为两个或四个以上，本实施例所显示的元件数量仅用以说明本发明并不用限制本发明。
需说明的是，在本实施例中，充电电感与放电电感为单一个相同的电感L1，在放电程序中，通过开关Q1-Q10的切换，使电容C1-C3彼此并联后串联单一个相同电感L1。所谓充电电感与放电电感为单一个相同的电感L1，是指在充电程序与放电程序中，充电谐振电流IL1与放电谐振电流IL2分别仅流经单一个电感L1，而未再流经其他电感元件。
如图3所示，开关Q5的一端耦接至开关Q1与电容C1之间的节点，开关Q6的一端耦接至开关Q2与电容C2之间的节点，而开关Q7的一端耦接至开关Q3与电容C3之间的节点。开关Q8的一端耦接至电容C1与开关Q2之间的节点，开关Q9的一端耦接至电容C2与开关Q3之间的节点，而开关Q10的一端耦接至电容C3与开关Q4之间的节点。如图3所示，开关Q5-Q7的另一端共同电连接至一节点后，耦接至开关Q4与电感L1之间的节点，开关Q8-Q10的另一端共同耦接至接地电位。电感L1的另一端耦接至输出电压Vout，开关Q1的另一端耦接至输入电压Vin。
开关Q1-Q10可根据对应的操作信号，切换所对应的电容C1-C3与电感L1的电连接关系。在一充电程序中，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3彼此串联后与电感L1串联于输入电压Vin与输出电压Vout之间，以形成一充电路径。在一放电程序中，开关Q5-Q10导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1、电容C2及电容C3彼此并联后串联电感L1，而形成多个放电路径。应注意的是，上述充电程序与上述放电程序于不同的时间段重复地交错进行，而非同时进行。于本实施例中，每个第一电容C1、C2、C3的直流偏压均为Vo，故本实施例中的第一电容C1、C2、C3需要耐较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。
在充电电感与放电电感设置为单一个相同的电感L1的本实施例中，根据前述公式而适当配置上述充电程序的持续时间(Ton1)及放电程序的持续时间(Ton2)的比例，可达到柔性切换的零电流切换。具体而言，于一实施例中，上述充电程序的持续时间例如大致上等于百分之二十五的工作周期；由此，开关可于流经开关的电流在其正半波相对较低位准的时点切换，以实现柔性切换。在一种较佳的实施例中，可达到零电流切换(zero currentswitch，ZCS)。于一实施例中，上述充电程序的持续时间小于特定比例的工作周期一段预设期间，例如小于百分之二十五的工作周期一段预设期间；由此提前不导通开关Q1-Q4后仍维持有微小的电流，流经充电电感L1，因此，即可将开关Q10中，储存于其中的寄生电容的累积电荷通过开关Q4的寄生二极管带走，而降低开关Q10的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间，而达到零电压切换(zero voltage switch，ZVS)。于一实施例中，相对地，上述放电程序的持续时间大于特定比例的工作周期一段预设期间，例如大于百分之七十五的工作周期一段预设期间；由此，延后不导通开关Q5-Q10后放电电感L2的负电流会通过开关Q5的寄生二极管而对开关Q1的寄生电容进行充电，而降低开关Q1的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间，而达到零电压切换(zero voltageswitch，ZVS)。
于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器30可为双向谐振切换式电源转换器。于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器30的输入电压Vin与输出电压Vout的电压转换比率可为4:1、3:1或2:1。于一实施例中，谐振切换式电源转换器30的电压转换比率可弹性地加以调整，例如于充电程序与放电程序中，通过选择将开关Q7保持导通，并选择将开关Q10及Q4保持不导通，则可将谐振切换式电源转换器30的电压转换比率调整为3:1。同样地，例如可选择将开关Q6保持导通，并选择将开关Q9、Q3、Q7、Q10及Q4保持不导通，则可将谐振切换式电源转换器30的电压转换比率调整为2:1。
请参照图4，其是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。本实施例与图3的实施例的不同在于本实施例附加了前端转换器401，用以将输入电压Vin转换为电压V1，前端转换器401耦接于输入电压Vin与电容C1之间，前端转换器401包含前端电感Lb以及开关Q1，前端电感Lb与开关Q1串联，前端电感Lb除了设置为前端转换器401中的感性储能元件，用以进行前端电源转换之外，在前述的充电程序的持续时间(Ton1)中，前端电感Lb还串联于电感L1而成为充电电感的一部份，开关Q1可用作为图3的实施例中的开关Q1，其余元件与图3类似，故不赘述。于一实施例中，前端转换器401包含如图6A-图6J所示的降压转换器、升压转换器、反压转换器、升降压转换器及升反压转换器。
图5A是根据本发明的一实施例显示一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电感电流的信号波形示意图。请同时参阅图2A，图5A所示的实施例中，开关Q1～Q4的操作信号G1～G4于充电程序时为高位准，而开关Q5～Q10的操作信号G5～G10于放电程序时为高位准。于图5A的实施例中，充电程序的持续时间大致上为百分之五十的工作周期；由此，开关Q1可于流经开关的电流在其正半波相对较低位准的时点切换，也是在电感L1的电流为零电流时切换，以实现柔性切换。在一种较佳的实施例中，可达到零电流切换。
图5B及图5C是根据本发明的另一实施例显示一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电感电流的信号波形示意图。请同时参阅图2A，图5B所示的实施例中，开关Q1～Q4的操作信号G1～G4于充电程序时为高位准，而开关Q5～Q10的操作信号G5～G10于放电程序时为高位准。于图5B的实施例中，充电程序的持续时间大致上为小于百分之五十的工作周期一段预设期间T1；由此，提前不导通开关Q1-Q4后仍维持有微小的电流流经充电电感L1，因此，即可将开关Q10中，储存于其中的寄生电容的累积电荷通过开关Q4的寄生二极管放电，而降低开关Q10的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间T1，而达到零电压切换。请同时参阅图2A，图5C所示的实施例中，开关Q1～Q4的操作信号G1～G4于充电程序时为高位准，开关Q5～Q10的操作信号G5～G10于放电程序时为高位准。于图5C的实施例中，放电程序的持续时间大致上为大于百分之五十的工作周期一段预设期间T2+T3；由此，延后不导通开关Q5-Q10后放电电感L2的负电流会通过开关Q5的寄生二极管而对开关Q1的寄生电容进行充电，而降低开关Q1的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间T2与T3，而达到零电压切换。于一实施例中，应注意的是，图5B及5C的实施例可一起实施或仅实施其中一个。此外，请参照图5D，其是根据本发明的另一实施例显示一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电容电流的信号波形示意图。请同时参照图2A，如图5D所示，可调整充电程序的持续时间与放电程序的持续时间例如加入延迟时间Td，而更具弹性地调整输入电压Vin与输出电压Vout的比例。
请参照图7，其根据本发明的一实施例显示一电源转换器中的控制器的示意图。如图7所示，本发明的电源转换器可包含一控制器701，其耦接至开关Q1-10，用以产生操作信号G1-G4、G5-G10，以分别输出至开关Q1-Q4、Q5-Q10，由此分别切换开关Q1-Q4、Q5-Q10。
需说明的是，所谓开关的导通时点及不导通时点同步于充电程序的充电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点，是指开关的导通时点及不导通时点与充电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点相同，或是间隔一段固定的期间；而开关的导通时点及不导通时点同步于放电程序的放电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点，是指开关的导通时点及不导通时点与放电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点相同，或是间隔一段固定的期间。
本发明如上所述提供了一种谐振切换式电源转换器，其通过特殊的电路设计可减少电感数量至仅需一个电感分别于不同时段作为充电电感及放电电感、可降低电压应力、可使所有谐振电容具有相同的额定电流及额定电压而能够使用较小体积的电容、可谐振操作以达到具有零电流切换(ZCS)或零电压切换(ZVS)的柔性切换、可更具弹性地调变电压转换比率、可结合谐振电感与前端转换器且可双向操作。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的最广的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (15)

1.一种谐振切换式电源转换器，用以将一输入电压转换为一输出电压，该谐振切换式电源转换器包含：
多个电容；
多个开关，与该多个电容对应耦接，分别根据对应的一操作信号，以切换所对应的该电容的电连接关系；
至少一充电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；以及
至少一放电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；
其中，在一充电程序中，通过该多个开关的切换，使该多个电容与该至少一充电电感彼此串联于该输入电压与该输出电压之间，以形成一充电路径，且对应的该多个开关的导通时点及不导通时点同步于该充电程序的一充电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点；
其中，在一放电程序中，通过该多个开关的切换，使每一该电容与对应的该放电电感串联于该输出电压与一接地电位间，而形成多个放电路径，且对应的该多个开关的导通时点及不导通时点同步于该放电程序的一放电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点；
其中，该充电程序与该放电程序彼此重复地交错排序，以将该输入电压转换为该输出电压。
2.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换器，其中，该至少一充电电感为单一个充电电感，该至少一放电电感为单一个放电电感，在该放电程序中，通过该多个开关的切换，使该多个电容彼此并联后串联该单一个放电电感。
3.如权利要求2所述的谐振切换式电源转换器，其中，该单一个充电电感的电感值相等于该单一个放电电感的电感值。
4.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换器，其中，该至少一充电电感与该至少一放电电感为单一个相同电感，在该放电程序中，通过该多个开关的切换，使该多个电容彼此并联后串联该单一个相同电感。
5.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换器，其中，该谐振切换式电源转换器于该充电程序与该放电程序中，通过保持导通该多个开关中特定的至少一个，并保持不导通该多个开关中特定的至少两个，而改变该输入电压与该输出电压的电压转换比率。
6.如权利要求1、2、3或4所述的谐振切换式电源转换器，其中，还包含一前端转换器，其中该前端转换器具有一前端电感，用以辅助该充电电感。
7.如权利要求6所述的谐振切换式电源转换器，其中，该前端转换器包含降压转换器、升压转换器、升降压转换器、反压转换器或升反压转换器。
8.如权利要求1或2所述的谐振切换式电源转换器，其中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率相同。
9.如权利要求1、2、3或4所述的谐振切换式电源转换器，其中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率不同。
10.如权利要求1、2、3或4所述的谐振切换式电源转换器，其中，通过调整该充电程序的持续时间，以达到柔性切换的零电压切换。
11.如权利要求1、2、3或4所述的谐振切换式电源转换器，其中，通过调整该放电程序的持续时间，以达到柔性切换的零电压切换。
12.如权利要求1、2、3或4所述的谐振切换式电源转换器，其中，该谐振切换式电源转换器为双向谐振切换式电源转换器。
13.如权利要求1、2、3或4所述的谐振切换式电源转换器，其中，该谐振切换式电源转换器的该输入电压与该输出电压的电压转换比率为4:1、3:1或2:1。
14.如权利要求1、2、3或4所述的谐振切换式电源转换器，其中，该充电程序的持续时间与该放电程序的持续时间彼此不重叠。
15.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换器，其中，还包含一控制器，其耦接至该多个开关，用以产生该操作信号。
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