CN114915173A - 柔切式电源转换器 - Google Patents

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Abstract

一种柔切式电源转换器，包含主开关、释能开关以及电感耦合单元。主开关为可控开关。释能开关耦接主开关。电感耦合单元耦接主开关与释能开关。电感耦合单元包含第一电感、耦合第一电感的第二电感以及辅助开关单元。辅助开关单元耦接第二电感以形成封闭回路。其中，主开关与释能开关交替地导通与关闭，在主开关导通前控制辅助开关单元开始导通，以提供至少一电流路径。

Description

柔切式电源转换器
技术领域
本发明是有关一种柔切式电源转换器，特别涉及一种具有电感耦合单元实现零电压或零电流操作的柔切式电源转换器。
背景技术
请参见图1与图2所示，其分别为现有降压式直流-直流转换器与现有升压式直流-直流转换器的电路图。由于图1与图2所示的转换器其拓扑简单、调制方式容易，因而被广泛地使用。而，当其操作于连续导通模式(continuous conduction mode,CCM)时，开关元件于导通及截止均为硬切换(hard switching)。如图3所示，其为图1所示的现有降压式转换器操作于连续导通模式的波形。当操作于连续导通模式下，在开关导通与开关截止时，都会有切换损失(switching loss)，并且开关需要承受较高的切换应力(switching stress)。因此，为了改善这些问题，通常会通过使用柔切换(soft switching)电路，或者从操作模式上去做调整，例如从连续导通模式改变为不连续导通模式(discontinuous conductionmode,DCM)，或如图4所示，改变为临界导通模式(critical conduction mode,CRM)，以期在电流为零时再导通开关。
操作于硬切换下，开关元件的切换损失及二极管的逆向恢复损失(reverserecovery loss)对效率影响甚大，开关也受制于此而无法提高切换频率，使得功率密度无法提升。为解决此问题，使用临界导通模式(如图4所示)，可改善开关在导通瞬间造成的切换损失，但缺点为开关切换频率需要随负载调整，控制较为困难，且较连续导通模式下输入电流变化较大，对于前后级滤波器需求更高，开关的有效电流值及关断的电流也较大，造成开关的电压及电流应力都较高。然而，这样的控制方式不适合较大功率的应用，换言之，若需要较大功率的应用，连续导通模式仍为较佳的选择。
近年来，许多基于连续电流模式的柔切电路被提出。如图5与图6所示，分别为现有零电压切换的降压式转换器与升压式转换器的电路图。其原理皆为利用外加电容Cs、电感Ls以及开关Ss，在于电感Ls上制造一电流源，在主开关导通前使其反向二极管导通，借此达到零电压切换，以期实现导通切换损失近乎为零的目的。而，该些电路架构皆需额外增加开关、电感以及与电容，因此被动元件的增加对电路体积影响甚大，且提高电路复杂度与成本。
为此，如何设计出一种柔切式电源转换器，特别涉及一种具有电感耦合单元实现零电压或零电流操作的柔切式电源转换器，解决现有技术所存在的问题与技术瓶颈，乃为本公开发明人所研究的重要课题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种柔切式电源转换器，解决现有技术的问题。
为实现前揭目的，本发明所提出的柔切式电源转换器包含主开关、释能开关以及电感耦合单元。主开关为可控开关。释能开关耦接主开关。电感耦合单元耦接主开关与释能开关。电感耦合单元包含第一电感、第二电感以及辅助开关单元。第二电感耦合第一电感。辅助开关单元耦接第二电感以形成封闭回路。其中，主开关与释能开关交替地导通与关闭，在主开关导通前控制辅助开关单元开始导通，以提供至少一电流路径。
通过所提出的电感耦合单元，仅需要在传统电源转换器的主电感上绕制耦合线圈或通过主电感的抽头设计，再配合辅助开关单元即可实现零电压或零电流的柔切功能，并且可大幅降低电路体积，提高效率、功率密度以及简化开关的驱动电路设计。
本发明的另一目的在于提供一种柔切式电源转换器，解决现有技术的问题。
为实现前揭目的，本发明所提出的柔切式电源转换器包含第一开关、第二开关以及电感耦合单元。第二开关耦接第一开关于共接节点。电感耦合单元具有第一端与第二端，第一端耦接共接节点。电感耦合单元包含第一电感、第二电感以及辅助开关单元。第二电感耦合第一电感。辅助开关单元耦接第二电感以形成封闭回路。在一周期时间内，第一开关与第二开关交替地导通与关闭，在第一开关导通前控制辅助开关单元开始导通，以提供至少一电流路径。
通过所提出的电感耦合单元，仅需要在传统电源转换器的主电感上绕制耦合线圈或通过主电感的抽头设计，再配合辅助开关单元即可实现零电压或零电流的柔切功能，并且可大幅降低电路体积，提高效率、功率密度以及简化开关的驱动电路设计。
为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1：为现有降压式直流-直流转换器的电路图。
图2：为现有升压式直流-直流转换器的电路图。
图3：为现有降压式转换器操作于连续导通模式的波形。
图4：为现有降压式转换器操作于临界导通模式的波形。
图5：为现有零电压切换的降压式转换器的电路图。
图6：为现有零电压切换的升压式转换器的电路图。
图7A：为本发明电感耦合单元的第一实施例的电路图。
图7B：为对应图7A的电路元件示意图。
图8A：为本发明电感耦合单元的第二实施例的电路图。
图8B：为对应图8A的电路元件示意图。
图9A：为本发明电感耦合单元的第三实施例的电路图。
图9B：为对应图9A的电路元件示意图。
图10：为降压式转换器使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
图11A：为对应图10的零电压切换控制的波形图。
图11B：为对应图10的零电流切换控制的波形图。
图12：为图11A的时间t0～时间t1的电流路径示意图。
图13A、图13B：为图11A的时间t1～时间t2的电流路径示意图。
图14：为图11A的时间t2～时间t3的电流路径示意图。
图15A、图15B：为图11A的时间t3～时间t4的电流路径示意图。
图16：为图11A的时间t4～时间t5的电流路径示意图。
图17：为图11B的时间t0～时间t1的电流路径示意图。
图18：为图11B的时间t1～时间t2的电流路径示意图。
图19：为图11B的时间t2～时间t3的电流路径示意图。
图20：为图11B的时间t3～时间t4的电流路径示意图。
图21：为图11B的时间t4～时间t5的电流路径示意图。
图22：为本发明辅助开关单元另一实施例的电路图。
图23：为本发明辅助开关单元再另一实施例的电路图。
图24：为全桥换流器使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
图25：为半桥换流器使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
图26：为T型换流器使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
图27：为多阶换流器使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
图28：为单总线升压式功率因数校正电路使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
图29：为双总线升压式功率因数校正电路使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
图30：为单总线图腾柱功率因数校正电路使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
图31：为双总线无桥式功率因数校正电路使用图7A所示的电感耦合单元的电路图。
附图标记说明：
10：电感耦合单元
11：主电感
12：辅助电感
13：辅助开关单元
Lm：激磁电感
Ls：漏电感
A、B、C、D：耦接端
S1：主开关
S2：释能开关
SA1：第一晶体管开关
SA2：第二晶体管开关
C1、C2：电容
SA：晶体管开关
D1：第一二极管
D2：第二二极管
D3：第三二极管
D4：第四二极管
Cs：电容
Ls：电感
Ss：开关
iLm：激磁电感电流
iLs：漏电感电流
iS1、iS2：电流
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下。
本发明所提出柔切式电源转换器的核心技术在于使用电感耦合单元实现零电压或零电流操作的柔切式电源转换器。所述电感耦合单元包含第一电感、第二电感以及辅助开关单元。其中，第二电感耦合第一电感，以及辅助开关单元耦接第二电感以形成封闭回路。
请参见图7A与图7B所示，其分别为本发明电感耦合单元10的第一实施例的电路图与对应图7A的电路元件示意图。在此实施例中，电感耦合单元10包含由主电感11(或以激磁电感Lm示意)与辅助电感12(或以漏电感Ls示意)构成的耦合电感以及辅助开关单元13。耦合电感可视为是耦合变压器的原理，其是在主电感11(即由铁心与绕设于其上的主线圈实现)上再绕设辅助线圈(即辅助电感12)，达到耦合的效果。其中，主电感11与辅助电感12的线圈匝数比为1：N。再者，辅助开关单元13包含为可控开关的至少一辅助开关，提供至少一电流路径(容后详述)。
如图7A所示实施例中，第一电感为主电感11，其提供第一耦接端A与第二耦接端B，而第二电感为辅助电感12，其提供耦接端C、D，其中第一电感的第一耦接端A与第二耦接端B可用以耦接传统电源转换器中用以连接电感的两端点，以取代传统电感。辅助开关单元13耦接于辅助电感12的耦接端C、D之间以形成所述封闭回路。借此，在直流或交流电路的应用中，耦合电感通过漏电感取代外加的电感元件，电容元件共用电感器端点所接的电容，因此，此电路不须额外的电感器及电容器。故此，无额外无源元件可大幅降低电路体积，提高效率及功率密度，且此电路使用耦合方式，具电气隔离的功能，进一步可以简化辅助开关的驱动电路设计。
如图7A所示的实施例，辅助开关单元13的选择可视电源转换器的类型或应用来选择，若电感耦合单元10为双向电流操作，例如应用于可双向操作的电源转换器，流过电感上的电流有两种方向，则辅助开关单元13可包含为可控开关的两辅助开关，包括第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2。在本实施例中，第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2可为绝缘栅双极晶体管(IGBT)并联二极管所组成，或为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)，然不以此为限。第二晶体管开关SA2(的射极)串联耦接第一晶体管开关SA1(的射极)以形成串联结构。串联结构通过第二晶体管开关SA2的集极耦接第二电感(本实施例为辅助电感12)的耦接端C，通过第一晶体管开关SA1的集极耦接第二电感的耦接端D以形成封闭回路。通过此封闭回路，使得存储在电感内的能量经由开关在内部续流，而不会传递至外部电路。
附带一提，若电感耦合单元10为单向电流操作，例如应用于升压或降压式转换器，流过电感上的电流仅为一个方向，则本实施例的辅助开关单元13(包含第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2)的其一可控开关亦可置换为二极管，即一者为可控开关的辅助开关，另一者为串联辅助开关的辅助二极管，不影响电路动作，此时辅助开关单元13提供单一方向电流路径的导通与关断。若电感耦合单元10为双向电流操作，则辅助开关单元13所使用的两个辅助开关就必须皆为可控开关，以形成串联结构，而在不同方向的电流操作中，提供双向电流操作下电流相反的两电流路径，此时辅助开关单元13提供双向电流路径的导通与关断。
请参见图8A与图8B所示，其分别为本发明电感耦合单元10的第二实施例的电路图与对应图8A的电路元件示意图。相较于图7A与图7B所示的第一实施例，辅助电感12(即第二电感)的耦接端C与主电感11(即第一电感)的第二耦接端B共接，以形成第二实施例的架构。同样地，辅助开关单元13耦接辅助电感12的耦接端C、D之间以形成所述封闭回路。同样地，以辅助开关单元13包含为可控开关的两辅助开关，包括第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2是绝缘栅双极晶体管(IGBT)并联二极管为例，第二晶体管开关SA2(的射极)串联耦接第一晶体管开关SA1(的射极)以形成串联结构。串联结构通过第二晶体管开关SA2的集极耦接第二电感(本实施例为辅助电感12)的耦接端C，通过第一晶体管开关SA1的集极耦接第二电感的耦接端D以形成封闭回路。
请参见图9A与图9B所示，其分别为本发明电感耦合单元10的第三实施例的电路图与对应图9A的电路元件示意图。在此实施例中，柔切电路包含主电感11与辅助开关单元13。具体地，主电感11的主线圈采以抽头式的耦接(接线)方式，即主电感11提供第一耦接端A与第二耦接端B，其中主电感11的一部分提供第一电感，对应耦接端A、C，主电感11的另一部分提供第二电感，对应耦接端B、C，换言之，第一电感与第二电感串联构成主电感11。因此，辅助开关单元13耦接于主电感11的耦接端B、C之间以形成所述封闭回路。同样地，以辅助开关单元13包含为可控开关的两辅助开关，包括第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2是绝缘栅双极晶体管(IGBT)为例，第二晶体管开关SA2(的射极)串联耦接第一晶体管开关SA1(的射极)以形成串联结构。串联结构通过第二晶体管开关SA2的集极耦接主电感11的耦接端C，通过第一晶体管开关SA1的集极耦接主电感11的耦接端B以形成封闭回路。
请参见图10与图11A所示，其分别为降压式转换器使用图7A所示的电感耦合单元的电路图，以及对应图10的零电压切换控制的波形图。同时，请参见图12～图16所示，其中，图12为图11A的时间t0～时间t1的电流路径示意图，图13A、图13B为图11A的时间t1～时间t2的电流路径示意图，图14为图11A的时间t2～时间t3的电流路径示意图，图15A、图15B为图11A的时间t3～时间t4的电流路径示意图，以及图16为图11A的时间t4～时间t5的电流路径示意图。
承前所述，由于电感耦合单元10应用于降压式转换器(buck converter)，为单向电流操作，意即电感电流为单方向，因此，所形成的柔切式电源转换器包含为可控开关的主开关S1、释能开关S2(其可为同步整流开关或二极管)以及电感耦合单元10。为方便说明，辅助开关单元13以两可控开关(第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2)为例。但如前述，在降压式转换器的应用，第二晶体管开关SA2可使用二极管取代，不影响电路操作。再者，若要使用本发明的零电压切换控制，则释能开关S2必须要使用可控开关(同步整流开关)；若要使用本发明的零电流切换控制，则释能开关S2可使用同步整流开关或者亦可使用二极管。附带一提，本发明主开关与释能开关的定义：若以切换式电源转换器而言，会经由控制至少一个开关的导通来对电感进行储能，此开关在本发明定义为主开关；而当主开关不导通时，电感续流经过的开关，在本发明定义为释能开关，以图10的降压式转换器为例(电容C1为输入而电容C2为输出)，通过控制主开关S1导通以对电感储能，而主开关S1关闭时，电感经由释能开关S2续流。
如图11A所示，其为本发明操作于零电压切换控制的示意图，在时间t0～时间t1(对应图12)，主开关S1为关断(turned-off)的状态，主电感11(或以激磁电感Lm示意)通过释能开关S2对输出电容C2释放能量，因此，激磁电感电流iLm逐渐减小。到达时间t1时，此时释能开关S2仍为导通的状态下，电压Vgs3转态为高电压电平以控制第一晶体管开关SA1(即辅助开关)导通，此时，如图13A所示，输出电容C2通过线圈耦合对辅助电感(或以漏电感Ls示意)储能。因此，漏电感电流iLs开始增加。对应地，此时激磁电感电流iLm持续地减小。因此，通过辅助开关(即第一晶体管开关SA1)在释能开关S2关断的前导通，使得封闭回路的电流(即漏电感电流iLs)上升。
当漏电感电流iLs上升至大于激磁电感电流iLm/N时，为方便说明，此处的匝数比N假设为1，如图13B所示，释能开关S2的电流iS2会由负值转为正值，意味着漏电感电流iLs已增大至足以使电流iS2反向，并且能够维持激磁电感电流iLm的续流。如图14所示，在时间t2时，即在漏电感电流iLs大于漏电感电流iLs到达一定程度时，如图11A所示，释能开关S2关断，因此，原来流向释能开关S2的电流iS2则流往主开关S1的本体二极管，此时主开关S1的跨压VS1将会降至零，且漏电感电流iLs因连接到输入电压的原因也会开始下降。因此，在时间t3时，将主开关S1导通，则可达到零电压切换，如图15A、图15B以及图16所示。然后，主电感(即激磁电感Lm)转换为储能的操作，因此，激磁电感电流iLm逐渐增大，而漏电感电流iLs则持续地减少至零。
附带一提，漏电感电流iLs于时间t4减少到零，由于第二晶体管开关SA2并未导通，且其并联的二极管阻挡了反方向的电流，所以漏电感电流iLs不会改变电流方向，避免主开关S1导通期间于封闭回路产生非必要的电流。换言之，第二晶体管开关SA2可仅用二极管取代，第一晶体管开关SA1在主开关S1尚未导通前先导通，借此，辅助开关单元13提供一个单方向的电流路径，使主开关S1能零电压导通。此外，操作于零电压切换控制时，因电流iS2会反向，所以释能开关S2必须要使用可控开关(同步整流开关)，而不能使用二极管。
附带一提，若以电感耦合单元10应用于升压式转换器(boost converter)为例，等同图10的电容C2为输入而电容C1为输出，前述主开关S1与释能开关S2的角色将互换，并且第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2的角色亦将互换，同样可实现对主开关S2(升压应用时主开关为S2)的零电压切换。由于，本发明的电感耦合单元10可适用于不同电流方向的降压式转换器与升压式转换器，故此，电感耦合单元10亦可应用于双向电流操作的电源转换器，例如全桥换流器、半桥换流器、T型换流器…等各式转换器的应用。因此，若应用于双向电流操作的电源转换器，则第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2皆须使用可控开关或设计为全桥电路架构(容后说明)，以实现一者导通另一者关断，提供双向电流操作下电流相反的两电流路径。
请参见图10与11B所示，其分别为降压式转换器使用图7A所示的电感耦合单元的电路图，以及对应图10的零电流切换控制的波形图。同时，请参见图17～图21所示，其中，图17为图11B的时间t0～时间t1的电流路径示意图，图18为图11B的时间t1～时间t2的电流路径示意图，图19为图11B的时间t2～时间t3的电流路径示意图，图20为图11B的时间t3～时间t4的电流路径示意图，以及图21为图11B的时间t4～时间t5的电流路径示意图。
与前述零电压切换模式相比，零电流切换模式的差异主要在于在释能开关S2关断后控制导通辅助开关单元13的辅助开关(在本实施例为第一晶体管开关SA1)。如图11B所示，在时间t0～时间t1(对应图17)，主开关S1为关断的状态，因此主电感(即激磁电感Lm)为释能操作，激磁电感电流iLm逐渐减小，释能开关S2为同步整流开关。到达时间t1时，将释能开关S2关断，然后将第一晶体管开关SA1(即辅助开关)导通，此时，如图18所示，输出电容C2通过线圈耦合对辅助电感(或以漏电感Ls示意)储能，因此漏电感电流iLs开始增加。为方便说明，此处的匝数比N假设为1，当增大的漏电感电流iLs上升至与减小的激磁电感电流iLm相同大小时(如图11B所示的时间t2时)，由于同步整流开关S2已关断(或者若以二极管取代同步整流开关S2则其为逆偏截止)，因此漏电感Ls将不再储能，如图19所示，此时激磁电感电流iLm通过线圈耦合至辅助开关侧飞轮(freewheeling)。
在时间t3时，如图20所示，主开关S1导通，主开关S1的电流iS1上升会受限于漏电感Ls的作用(箝制)使得电流上升速度很慢(即di/dt小)，因此主开关S1可以达到几乎是零电流切换(ZCS)。附带一提，由于零电流切换模式下，第一晶体管开关SA1在释能开关S2关断后才导通，所以没有如同零电压切换模式下电流iS2反向的特性，因此，在零电流切换模式下，释能开关S2可为二极管，不影响电路动作，仅需于主开关S1导通前先行导通第一晶体管开关SA1即可达到相同效果。附带一提，若以电感耦合单元10应用于升压式转换器(boostconverter)为例，前述主开关S1与释能开关S2的角色将互换，并且第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2的角色亦将互换，同样可实现对主开关S2的零电流切换。
请参见图22所示，其为本发明辅助开关单元另一实施例的电路图。相较于图7A所示的辅助开关单元13是由第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2串联耦接所组成，图22所示的辅助开关单元13包含第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4以及晶体管开关SA。具体地，第二二极管D2的阴极耦接第一二极管D1的阳极于第一共接点，且第一共接点耦接辅助电感12的耦接端C。第四二极管D4的阴极耦接第三二极管D3的阳极于第二共接点，且第二共接点耦接辅助电感12的耦接端D。第一二极管D1的阴极耦接第三二极管D3的阴极于第三共接点；第二极管D2的阳极耦接第四二极管D4的阳极于第四共接点，借此形成桥式电路结构，提供电流相反的两电流路径。在本实施例中，晶体管开关SA可为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，然不以此为限制本发明。晶体管开关SA的第一端(例如集极)耦接第三共接点，晶体管开关SA的第二端(例如射极)耦接第四共接点。借此，本实施例的辅助开关单元13耦接第二电感(本实施例为辅助电感12)以形成封闭回路。并且，该实施例的辅助开关单元13可适用于单向电流操作或双向电流操作的电源转换器。
请参见图23所示，其为本发明辅助开关单元再另一实施例的电路图。图23所示的辅助开关单元13包含第一二极管D1、第二二极管D2、第一晶体管开关SA1以及第二晶体管开关SA2。具体地，第二二极管D2的阴极耦接第一二极管D1的阳极于第一共接点，且第一共接点耦接辅助电感12的耦接端C，借此形成桥式电路结构，提供电流相反的两电流路径。在本实施例中，第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2可为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，然不以此为限制本发明。第一晶体管开关SA1的第一端(例如射极)耦接第二晶体管开关SA2的第二端(例如集极)于第二共接点，且第二共接点耦接辅助电感12的耦接端D。第一晶体管开关SA1的第二端(例如集极)耦接第一二极管D1的阴极；第二晶体管开关SA2的第一端(例如射极)耦接第二二极管D2的阳极。借此，本实施例的辅助开关单元13耦接第二电感(本实施例为辅助电感12)以形成封闭回路。并且，该实施例的辅助开关单元13可适用于单向电流操作或双向电流操作的电源转换器。
综上说明，本发明所公开的电感耦合单元10不仅可为降压式转换器、升压式转换器所使用，亦可为全桥换流器所使用(如图24所示)、为半桥换流器所使用(如图25所示)、为T型换流器所使用(如图26所示)、为多阶换流器所使用(如图27所示)、为单总线升压式功率因数校正电路所使用(如图28所示)、为双总线升压式功率因数校正电路所使用(如图29所示)、为单总线图腾柱功率因数校正电路所使用(如图30所示)以及为双总线无桥式功率因数校正电路所使用(如图31所示)。而，本发明所公开的电感耦合单元10的应用不以上述电路、装置为限制，举凡需要使用电感性元件的电路拓扑作为零电压和/或零电流切换，皆可使用本发明所公开的电感耦合单元10。
值得一提，以图25所示的半桥换流器(半桥直流转交流电源转换器)为例，其具有第一开关S1、第二开关S2以及电感耦合单元10。第二开关S2耦接第一开关S1于共接节点。电感耦合单元10的第一端耦接共接节点。在一周期时间内，第一开关S1与第二开关S2交替地导通与关闭。其中，在正半周期时，所述半桥换流器原理及操作动作可类似图10所示的实施例，即其具体操作可对应地参见图10的说明书内容，在此不再加以赘述。在负半周期时，承前所述，第一开关S1与第二开关S2的角色将互换，并且辅助开关单元包含的第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2的角色亦将互换，同样可实现零电压或零电流操作的柔切。
如图26所示的T型换流器，其为图25所示的半桥换流器进一步包含第三开关S3与第四开关S4。第四开关S4串联第三开关S3以形成串联结构，且串联结构构耦接于电感耦合单元10的第一端与第二端之间。同样地，通过在一周期时间内，第一开关S1与第二开关S2交替地导通与关闭，以及对应地控制第一晶体管开关SA1与第二晶体管开关SA2的导通与关闭，同样可实现零电压或零电流操作的柔切。
综上所述，本发明是具有以下的特征与优点：
1、本发明的电感耦合单元仅需要在主电感上绕制耦合线圈或通过主电感的抽头设计，再配合辅助开关单元即可实现零电压或零电流的柔切功能。
2、在直流或交流电路的应用中，耦合电感通过漏电感取代外加的电感元件，电容元件共用电感器端点所接的电容，无额外被动元件可大幅降低电路体积，提高效率及功率密度，且此电路使用耦合方式，具电气隔离的功能，进一步可以简化开关的驱动电路设计。
3、本发明的电感耦合单元可弹性地配合所需电路拓扑的应用场合，实现柔切功能。
以上所述，仅为本发明优选具体实施例的详细说明与附图，而本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以权利要求为准，凡合于本发明权利要求的构思与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范围中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本公开的权利要求。

Claims (16)

1.一种柔切式电源转换器，包含：
一主开关，为可控开关；
一释能开关，耦接该主开关；及
一电感耦合单元，耦接该主开关与该释能开关，包含：
一第一电感；
一第二电感，耦合该第一电感；及
一辅助开关单元，耦接该第二电感以形成一封闭回路；
其中，该主开关与该释能开关交替地导通与关闭，在该主开关导通前控制该辅助开关单元开始导通，以提供至少一电流路径。
2.如权利要求1所述的柔切式电源转换器，其中，该第一电感包含一第一耦接端与一第二耦接端，该第一电感为该柔切式电源转换器的一主电感。
3.如权利要求2所述的柔切式电源转换器，其中，该第二电感的一端共接该第二耦接端。
4.如权利要求1所述的柔切式电源转换器，其中，该第一电感与该第二电感串联构成该柔切式电源转换器的一主电感。
5.如权利要求1所述的柔切式电源转换器，其中，该释能开关为可控开关。
6.如权利要求5所述的柔切式电源转换器，其中，该辅助开关单元于该释能开关关闭前开始导通，使该主开关操作于一零电压切换模式。
7.如权利要求5所述的柔切式电源转换器，其中，该辅助开关单元于该释能开关关闭后开始导通，使该主开关操作于一零电流切换模式。
8.如权利要求1所述的柔切式电源转换器，其中，该电感耦合单元为单向电流操作，该辅助开关单元包含：
一辅助开关，该辅助开关为可控开关；及
一辅助二极管，串联该辅助开关，以形成一串联结构，提供该至少一电流路径；
其中，该串联结构耦接该第二电感的两端。
9.如权利要求1所述的柔切式电源转换器，其中，该电感耦合单元为双向电流操作，该辅助开关单元包含：
一第一晶体管开关；及
一第二晶体管开关，串联耦接该第一晶体管开关以形成一串联结构，提供电流相反的两电流路径；
其中，该串联结构耦接该第二电感的两端。
10.如权利要求1所述的柔切式电源转换器，其中，该电感耦合单元为单向电流操作或双向电流操作，该辅助开关单元包含：
一第一二极管，具有一第一端与一第二端；
一第二二极管，具有一第一端与一第二端；
一第三二极管，具有一第一端与一第二端；
一第四二极管，具有一第一端与一第二端；及
一辅助开关，为一晶体管开关，具有一第一端与一第二端；
其中，该晶体管开关的该第一端连接该第一二极管的该第一端与该第三二极管的该第一端；该晶体管开关的该第二端连接该第二二极管的该第一端与该第四二极管的该第一端；该第一二极管的该第二端连接该第二二极管的该第二端，该第三二极管的该第二端连接该第四二极管的该第二端，以形成一桥式结构，提供电流相反的两电流路径；
其中，该桥式结构耦接该第二电感的两端。
11.如权利要求1所述的柔切式电源转换器，其中，该电感耦合单元为单向电流操作或双向电流操作，该辅助开关单元包含：
一第一二极管，具有一第一端与一第二端；
一第二二极管，具有一第一端与一第二端；及
两辅助开关，包含：
一第一晶体管开关，具有一第一端与一第二端；及
一第二晶体管开关，具有一第一端与一第二端；
其中，该第一二极管的该第一端连接该第一晶体管开关的该第一端；该第二二极管的该第一端连接该第二晶体管开关的该第一端；该第一二极管的该第二端连接该第二二极管的该第二端，该第一晶体管开关的该第二端连接该第二晶体管开关的该第二端，以形成一桥式结构，提供电流相反的两电流路径；
其中，该桥式结构耦接该第二电感的两端。
12.一种柔切式电源转换器，为一直流转交流电源转换器，包含：
一第一开关；
一第二开关，耦接该第一开关于一共接节点；及
一电感耦合单元，具有一第一端与一第二端，该第一端耦接该共接节点，该电感耦合单元包含：
一第一电感；
一第二电感，耦合该第一电感；及
一辅助开关单元，耦接该第二电感以形成一封闭回路；
其中，在一周期时间内，该第一开关与该第二开关交替地导通与关闭，在该第一开关导通前控制该辅助开关单元开始导通，以提供至少一电流路径。
13.如权利要求12所述的柔切式电源转换器，还包含：
一第三开关；
一第四开关，串联该第三开关以形成一串联结构，该串联结构耦接于该电感耦合单元的该第一端与该第二端之间。
14.如权利要求12或权利要求13所述的柔切式电源转换器，其中，该第一电感为该柔切式电源转换器的一主电感，包含一第一耦接端与一第二耦接端，该第一耦接端为该电感耦合单元的该第一端，该第二耦接端为该电感耦合单元的该第二端。
15.如权利要求14所述的柔切式电源转换器，其中，该第二电感的一端共接该第二耦接端。
16.如权利要求12或权利要求13所述的柔切式电源转换器，其中，该第一电感与该第二电感串联构成该柔切式电源转换器的一主电感。
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