CN116526868A - 转换电路 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种转换电路，包含供电模块、输入正极及负极、输出正极及负极、开关、电感、输入及输出电容和控制器。供电模块转换交流电源以分别于第一、第二及第三供电端提供三个电位。第一供电端上的电位高于第二供电端上的电位，第二供电端上的电位高于第三供电端上的电位。输入正极及负极分别电连接于第一及第三供电端，输入正极与负极之间的电压为输入电压。输出负极电连接于第三供电端，输出正极与负极之间的电压为输出电压。控制器电连接于输入正极、第二供电端及开关，其中控制器上的电压小于输入电压。

Description

转换电路
技术领域
本公开涉及一种转换电路，特别涉及一种可避免输入输出电压的范围被控制器的耐压所限制的转换电路。
背景技术
于传统降压转换器(Buck converter)电路架构中，因为控制器(控制IC)需要电源驱动，降压转换器的输入电压直接连接于控制器以提供控制器所需电源。因此，控制器上的电压等于输入电压，由于控制器存在一定的耐压范围，故实际上输入电压的范围将受控制器的耐压所限制，进而导致输出电压的范围亦受到限制。
因此，如何发展一种可改善上述现有技术的转换电路，实为目前迫切的需求。
发明内容
本公开的目的在于提供一种转换电路，其通过将输入及输出电压的低电位端与控制器的低电位端相分离，使得输入及输出电压独立于控制器上的电压。借此，可在兼顾控制器的耐压的同时有效提升输入及输出电压范围，从而提升转换电路的适用性。
为达上述目的，本公开提供一种转换电路，包含供电模块、输入正极、输入负极、输出正极、输出负极、第一开关、第一电感、输入电容、输出电容及控制器。供电模块具有第一供电端、第二供电端及第三供电端，并架构于接收及转换交流电源，以分别于第一、第二及第三供电端提供三个电位。第一供电端上的电位高于第二供电端上的电位，第二供电端上的电位高于第三供电端上的电位。输入正极及输入负极分别电连接于第一供电端及第三供电端，其中输入正极与输入负极之间的电压为输入电压。输出负极电连接于第三供电端，输出正极与输出负极之间的电压为输出电压。第一开关及第一电感串联耦接于输入正极与输出正极之间。输入电容耦接于输入正极与输入负极之间。输出电容耦接于输出正极与输出负极之间。控制器具有电连接于输入正极的输入端、电连接于第二供电端的接地端及电连接于第一开关的控制端，其中控制器上的电压小于输入电压。
附图说明
图1为本公开优选实施例的转换电路的电路结构示意图。
图2例示出了图1的供电模块的一种实施方式。
图3例示出了图2的直流直流转换器的一种实施方式。
图4例示出了图1的供电模块的另一种实施方式。
图5例示出了图4的中心抽头变压器与整流电路的一种实施方式。
图6例示出了图1的供电模块的又一种实施方式。
附图标记说明：
1：转换电路
11：供电模块
P1：第一供电端
P2：第二供电端
P3：第三供电端
VAC：交流电源
12a：输入正极
12b：输入负极
13a：输出正极
13b：输出负极
S1：开关
L1：电感
Cin：输入电容
Co：输出电容
14：控制器
15：负载
Vin：输入电压
Vo：输出电压
D1：二极管
11a：供电模块
111：交流直流转换器
112：直流直流转换器
L2：电感
S2、S3：开关
D2、D3：二极管
C1、C2：电容
11b：供电模块
113：中心抽头变压器
114：原边绕组
115：副边绕组
115a：第一副边端
115b：第二副边端
115c：第三副边端
116：整流电路
D4、D5：二极管
C3、C4：电容
11c：供电模块
117：第一转换器
117a：第一输出端
117b：第二输出端
118：第二转换器
118a：第一输出端
118b：第二输出端
具体实施方式
体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本公开。
图1为本公开优选实施例的转换电路的电路结构示意图。如图1所示，转换电路1包含供电模块11、输入正极12a、输入负极12b、输出正极13a、输出负极13b、开关S1、电感L1、输入电容Cin、输出电容Co及控制器14。供电模块11具有第一供电端P1、第二供电端P2及第三供电端P3。供电模块11架构于接收及转换交流电源VAC，以分别于第一供电端P1、第二供电端P2及第三供电端P3提供三个电位。其中，第一供电端P1上的电位高于第二供电端P2上的电位，第二供电端P2上的电位高于第三供电端P3上的电位。换句话说，第一供电端P1与第二供电端P2形成一第一直流电压，而第二供电端P2与第三供电端P3形成一第二直流电压。输入正极12a及输入负极12b分别电连接于第一供电端P1及第三供电端P3，其中输入正极12a与输入负极12b之间的电压为输入电压Vin，输入电压Vin相当于前述第一直流电压与第二直流电压的总和。输出负极13b电连接于第三供电端P3，输出正极13a与输出负极13b之间的电压为输出电压Vo。开关S1及电感L1串联耦接于输入正极12a与输出正极13a之间。输入电容Cin耦接于输入正极12a与输入负极12b之间，输出电容Co耦接于输出正极13a与输出负极13b之间。控制器14具有电连接于输入正极12a的输入端、电连接于第二供电端P2的接地端及电连接于开关S1的控制端，且控制器14架构于控制开关S1的运行。控制器14可为例如但不限于控制IC(integrated circuit)。由于第二供电端P2上的电位高于第三供电端P3上的电位，故第一供电端P1与第二供电端P2之间的电压(第一直流电压)小于第一供电端P1与第三供电端P3之间的电压，亦即，控制器14接收的电压小于输入电压Vin。转换电路1的输出正极13a与输出负极13b用以供电至负载15，其中负载15为任意需要定电流或定电压控制的负载，换言之，负载15上具有固定的电流或电压。
由此可知，于本公开的转换电路1中，是将输入电压Vin及输出电压Vo的低电位端(即第三供电端P3)与控制器14的低电位端(即第二供电端P2)相分离，使得输入电压Vin及输出电压Vo独立于控制器14上的电压。借此，可在兼顾控制器14的耐压的同时有效提升输入电压Vin及输出电压Vo的范围，从而提升转换电路1的适用性。此外，因为输出范围增加，可驱动负载的范围变大，可以降低转换电路的组数，降低控制的复杂度，并减少控制所需的零件成本。
于一些实施例中，转换电路1还包含二极管D1，其中二极管D1的阴极耦接于开关S1与电感L1之间，二极管D1的阳极耦接于输出负极13b，此实施例中的转换电路1可包含降压转换器。于一些实施例中，开关S1为PMOS(P-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，P型金属氧化物半导体场效晶体管)，开关S1的源极、栅极和漏极分别耦接于输入正极12a、控制器14的控制端和电感L1。值得一提，在降压转换器中，因为二极管D1的阴极的电位是变动的，若使用NMOS需要较复杂的驱动器，所以开关S1使用PMOS可以简化驱动器，通过控制开关S1的源极和栅极之间的电压电平来控制开关S1导通或不导通。
于本公开中，供电模块11架构于接收及转换交流电源VAC，以分别于第一供电端P1、第二供电端P2及第三供电端P3提供三个电位，供电模块11的主要目的在于产生三个不同电位的端点，其中供电模块11有多种可能的具体实施方式，以下将例示供电模块11的三种实施方式，然不以此为限。
于一些实施例中，如图2所示，供电模块11a为两级转换器，包含交流直流转换器111及直流直流转换器112。交流直流转换器111接收交流电源VAC，并将交流电源VAC转换为直流电源，交流直流转换器111可为任何已知电源转换电路，于功率较大的应用中，交流直流转换器111可以为功率因数校正器(Power Factor Correction)。直流直流转换器112电连接于交流直流转换器111、第一供电端P1、第二供电端P2及第三供电端P3，其中直流直流转换器112自交流直流转换器111接收直流电源，并经由转换直流电源提供三个电位至第一供电端P1、第二供电端P2及第三供电端P3。
于一些实施例中，直流直流转换器112可采用隔离式转换器(例如LLC谐振转换器)或非隔离式转换器。图3例示出了图2的直流直流转换器的一种实施方式，如图3所示，于此实施例中，直流直流转换器112包含电感L2、开关S2、开关S3、二极管D2、二极管D3、电容C1及电容C2。电感L2的第一端电连接于交流直流转换器111。二极管D2的阳极和阴极分别电连接于电感L2的第二端和第一供电端P1，二极管D3的阴极和阳极分别电连接于交流直流转换器111和第三供电端P3。开关S2及S3串联连接于二极管D2的阳极与二极管D3的阴极之间。电容C1及C2串联连接于二极管D2的阴极与二极管D3的阳极之间。开关S2与S3之间的节点和电容C1与C2之间的节点均电连接于第二供电端P2。此实施例为一种具有正负母线输出的转换电路，若以第二供电端P2为参考端，第一供电端P1具有正电位，第三供电端P3具有负电位。
于一些实施例中，如图4所示，供电模块11b的部分电路包含中心抽头变压器113及整流电路116。中心抽头变压器113包含相耦合的原边绕组114及副边绕组115，原边绕组114用以接收一交流信号AC，副边绕组115具有第一副边端115a、第二副边端115b及第三副边端115c。整流电路116电连接于第一副边端115a、第二副边端115b、第三副边端115c、第一供电端P1、第二供电端P2及第三供电端P3。整流电路116自副边绕组115接收变压器传输的交流信号，并进行整流，进而于第一供电端P1与第二供电端P2之间提供一第一直流电压，且于第二供电端P2与第三供电端P3之间提供一第二直流电压。值得一提，图4所示仅为供电模块11b的部分电路，原边绕组114可以耦接至少一切换开关，通过该至少一切换开关的导通或不导通使原边绕组114接收该交流信号AC，换句话说，图4所示电路可以取代现有隔离式转换器的副边侧电路，以提供三个供电端。
图5例示出了图4的中心抽头变压器与整流电路的一种实施方式，此实施例用以取代现有返驰转换器(Flyback converter)的副边侧电路，整流电路116包含二极管D4、二极管D5、电容C3及电容C4。二极管D4的阳极和阴极分别电连接于第一副边端115a和第一供电端P1，二极管D5的阴极和阳极分别电连接于第三副边端115c和第三供电端P3。电容C3及C4串联连接于二极管D4的阴极与二极管D5的阳极之间。电容C3及C4之间的节点电连接于第二副边端115b及该第二供电端P2。
于一些实施例中，如图6所示，供电模块11c包含第一转换器117及第二转换器118。第一转换器117及第二转换器118架构于接收交流电源VAC，并经由转换交流电源提供三个电位至该第一、第二及第三供电端，具体实施方式可使用本领域人员现有的电源转换电路且将其输出电压串联，形成第一供电端P1、第二供电端P2及第三供电端P3。第一转换器117的第一输出端117a电连接于第一供电端P1。第一转换器117的第二输出端117b及第二转换器118的第一输出端118a电连接于第二供电端P2。第二转换器118的第二输出端118b电连接于第三供电端P3。换句话说，第一转换器117接收交流电源VAC，经转换后于第一供电端P1与第二供电端P2之间提供一第一直流电压，且第二转换器118接收交流电源VAC，经转换后于第二供电端P2与第三供电端P3之间提供一第二直流电压，第一直流电压与第二直流电压串联为供电模块11c的输出。
综上所述，本公开提供一种转换电路，其通过将输入及输出电压的低电位端与控制器的低电位端相分离，使得输入及输出电压独立于控制器上的电压。借此，可在兼顾控制器的耐压的同时有效提升输入及输出电压范围，从而提升转换电路的适用性。此外，因为输出范围增加，可驱动负载的范围变大，可以降低转换电路的组数，降低控制的复杂度，并减少控制所需的零件成本。
须注意，上述仅是为说明本公开而提出的优选实施例，本公开不限于所述的实施例，本公开的范围由权利要求决定。且本公开得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱权利要求所欲保护者。

Claims (10)

1.一种转换电路，包含：
一供电模块，具有一第一供电端、一第二供电端及一第三供电端，并架构于接收及转换一交流电源，以分别于该第一供电端、第二供电端及第三供电端提供三个电位，其中该第一供电端上的电位高于该第二供电端上的电位，该第二供电端上的该电位高于该第三供电端上的电位；
一输入正极及一输入负极，分别电连接于该第一供电端及该第三供电端，其中该输入正极与该输入负极之间的电压为一输入电压；
一输出正极及一输出负极，其中该输出负极电连接于该第三供电端，该输出正极与该输出负极之间的电压为一输出电压；
一第一开关及一第一电感，串联耦接于该输入正极与该输出正极之间；
一输入电容，耦接于该输入正极与该输入负极之间；
一输出电容，耦接于该输出正极与该输出负极之间；以及
一控制器，具有电连接于该输入正极的一输入端、电连接于该第二供电端的一接地端及电连接于该第一开关的一控制端，其中该控制器上的电压小于该输入电压。
2.如权利要求1所述的转换电路，还包含一二极管，其中该二极管的阴极耦接于该第一开关与该第一电感之间，该二极管的阳极耦接于该输出负极。
3.如权利要求1所述的转换电路，其中该第一开关为PMOS，该第一开关的源极、栅极和漏极分别耦接于该输入正极、该控制器的该控制端和该第一电感。
4.如权利要求1所述的转换电路，其中该供电模块包含一交流直流转换器及一直流直流转换器，该交流直流转换器接收该交流电源，并将该交流电源转换为一直流电源，该直流直流转换器电连接于该交流直流转换器和该第一供电端、第二供电端及第三供电端，以接收该直流电源，并经由转换该直流电源提供该三个电位至该第一供电端、第二供电端及第三供电端。
5.如权利要求4所述的转换电路，其中该交流直流转换器为一功率因数校正器。
6.如权利要求4所述的转换电路，其中该直流直流转换器包含一第二电感、一第二开关、一第三开关、一第一二极管、一第二二极管、一第一电容及一第二电容，该第二电感的第一端电连接于该交流直流转换器，该第一二极管的阳极和阴极分别电连接于该第二电感的第二端和该第一供电端，该第二二极管的阴极和阳极分别电连接于该交流直流转换器和该第三供电端，该第二开关及该第三开关串联连接于该第一二极管的阳极与该第二二极管的阴极之间，该第一电容及第二电容串联连接于该第一二极管的阴极与该第二二极管的阳极之间，该第二开关及第三开关之间的节点和该第一电容及第二电容之间的节点电连接于该第二供电端。
7.如权利要求1所述的转换电路，其中该供电模块包含一中心抽头变压器及一整流电路，该中心抽头变压器包含相耦合的原边绕组及副边绕组，该原边绕组用以接收一交流信号，该副边绕组具有一第一副边端、一第二副边端及一第三副边端，该整流电路电连接于该第一副边端、第二副边端及第三副边端和该第一供电端、第二供电端及第三供电端，并于该第一供电端与该第二供电端之间提供一第一直流电压，且于该第二供电端与该第三供电端之间提供一第二直流电压。
8.如权利要求7所述的转换电路，其中该整流电路包含一第一二极管、一第二二极管、一第一电容及一第二电容，该第一二极管的阳极和阴极分别电连接于该第一副边端和该第一供电端，该第二二极管的阴极和阳极分别电连接于该第三副边端和该第三供电端，该第一电容及第二电容串联连接于该第一二极管的阴极与该第二二极管的阳极之间，该第一电容及第二电容之间的节点电连接于该第二副边端及该第二供电端。
9.如权利要求7所述的转换电路，其中该原边绕组耦接至少一切换开关，通过该至少一切换开关的导通或不导通使该原边绕组接收该交流信号。
10.如权利要求1所述的转换电路，其中该供电模块包含一第一转换器及一第二转换器，该第一转换器及第二转换器架构于接收该交流电源，并经由转换该交流电源提供该三个电位至该第一供电端、第二供电端及第三供电端，其中该第一转换器的第一输出端电连接于该第一供电端，该第一转换器的第二输出端及该第二转换器的第一输出端电连接于该第二供电端，该第二转换器的第二输出端电连接于该第三供电端。
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