CN201509151U - 具有桥式整流电路的均流式电源供应装置 - Google Patents

Abstract

一种具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，包含一方波产生电路、一谐振电路、一转换电路以及一整流电路。该转换电路包含有两个变压器，且各该变压器包含一一次侧绕组与至少一二次侧绕组。该方波产生电路，电连接至一直流电源，用以将输入的直流电源切换为一脉波直流。该谐振电路电连接至该方波产生电路，且包含有一第一电容器以及该转换电路的一次侧绕组。该整流电路包含至少四个开关组件，电连接至该转换电路的二次侧绕组，用以将该由二次侧绕组输出的交流电压整流成一整流电压，并经由至少一输出端输出至后端电路。

Description

具有桥式整流电路的均流式电源供应装置

技术领域

本实用新型有关于一种电源供应装置，由指一种具有桥式整流电路的均流式电源供应装置。

背景技术

直流对直流转换器(DC/DC Converter)，顾名思义是将输入的直流电源做电压电位的调节，其调节方式包括升压及降压，并使调整过的电压稳定在所设定的电压数值。直流对直流转换器主要使用在分布式的电源系统，如此可将前一级的电源固定于一电压电位，而该第二级可依系统中个别的电源需求连接对应的直流对直流转换器。

直流对直流转换器可分为脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)电力转换器与谐振式电力转换器。由于脉波宽度调变电力转换器的开关切换属于硬性切换，导致严重的切换损失，使得电力转换效率无法提升。因此业界发展出谐振式电力转换器，利用谐振电路本身具有柔性切换(soft switching)的特性，降低开关切换损失，提升转换器整体效率。

由于谐振电路(Resonant Converter)在谐振状态下，电压或电流会有零点发生，若开关组件于零电压或零电流时打开(on)或关掉(off)，能减少大电压大电流所造成的开关组件功率损耗，此即所谓的零电压(zero-voltage switching，ZVS)与零电流(zero-current switching，ZCS)切换的特性。因此在高效率、高功率的电源电路均会考虑采用谐振电路架构，并使其工作于谐振状态下，以减少开关组件的切换损失，提高整体效率。

配合参阅图1，为现有的LLC谐振电路的电路架构。其电路组成包含：一直流电源100、一方波产生电路102、一谐振电路104、一转换电路106，以及一整流电路108与一滤波电路110。

该方波产生电路102是由两个半导体组件QT、QB所组成，由一控制器120改变该二半导体组件QT、QB的导通状态，使该方波产生电路102能切换出两种不同的电压电位。该谐振电路104主要由一谐振电容器Cr及两变压器Ta、Tb的一次侧绕组n1所组成，该谐振电容器Cr主要用以滤除该方波产生电路102所输出脉波直流的直流成分并参与谐振。该些变压器Ta、Tb的一次侧绕组n1用以将电能转为磁能，并传递所转换的磁能到该些变压器Ta、Tb的二次侧绕组n2。

该整流电路108包含四个整流二极管D1、D2、D3、D4，该整流电路108利用二极管本身具有单向导通的特性，将由该些变压器Ta、Tb二次侧绕组n2输出的交流电压进行整流，以输出一脉波直流(pulsating DC)至后端的滤波电路110。该滤波电路110包含一滤波电容器Cout，该滤波电容器Cout利用电容器本身充放电的特性，降低输出直流电压的电压涟波。

其主要操作方式说明如下：当该直流电源100输入至该方波产生电路102，可于A点输出以形成一脉波直流。接着，该脉波直流经由该谐振电路104的该谐振电容器Cr将该脉波直流的直流成分滤除，并对剩余的交流成分进行谐振的动作。经过谐振后的交流电压会由该转换电路106的二次侧绕组n2输出，再经由该整流电路108整流与该滤波电路110滤除电压涟波后，于一输出端Vout输出一经整流及滤波处理后的直流电压供后端电路使用。

由于LLC谐振电路是利用变压器的自感(包括漏感及激磁电感)做为谐振电路中主要的储能组件，当高功率应用需要采用并联或串联谐振电路时，多个变压器的绕组接法便成为非常重要的工作。当使用多个变压器时，容易因不同变压器之间磁通耦合不同，而导致不稳定的电压、电流输出，造成后端电路损坏率的提高。

另外，现有技术为因应整流二极管的连接方式而需要提高二次侧绕组的使用数目，使得电源装置本身需使用大型化的电压器，造成整体的电源装置体积庞大，且由于绕组数目多，使组件损耗增加。

实用新型内容

鉴于现有技术所述，本实用新型的目的在于提供一种具桥式整流电路的均流式电源供应装置，该电源供应装置引入一桥式整流电路，使得该变压器的二次侧绕组数目得以减少，以实现小型化的电源供应装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，包含：

一转换电路，包含有两个变压器，且各该变压器包含一一次侧绕组与至少一二次侧绕组，其中该二次侧绕组为串联连接；

一方波产生电路，电连接至一直流电源，用以将输入的直流电源切换为一脉波直流；

一谐振电路，电连接至该方波产生电路，该谐振电路包含一第一电容器以及该转换电路的该一次侧绕组；以及

一整流电路，包含至少四个开关组件，电连接至该转换电路的二次侧绕组，用以将该由二次侧绕组输出的交流电压整流成一整流电压，并经由至少一输出端输出至后端电路。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，还包含一滤波电路，电连接至该整流电路，该滤波电路包含有至少一第二电容器，该第二电容器为一滤波电容器，用以降低输出直流电压的电压涟波。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路的该些开关组件为整流二极管。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路为使用金属氧化物半导体场效应晶体管作为开关的同步整流电路。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路还包含并联于该金属氧化物半导体场效应晶体管漏极与源极间的一二极管。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由两个半导体组件组成的半桥电路。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由四个半导体组件组成的全桥电路。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该转换电路的两一次侧绕组为串联连接。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该转换电路的两一次侧绕组为并联连接。

上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该第一电容器为谐振电容器。

本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置引入一桥式整流电路取代现有技术的半波整流电路，使得转换电路的二次侧绕组数目得以减少，除了减少成本支出外，并且可降低组件耗损而增加整体效率，更使得整体电源装置的体积更小型化。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为现有的LLC谐振电路的电路图；

图2为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第一实施例的电路图；

图3为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第二实施例的电路图；

图4为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第三实施例的电路图；

5为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第四实施例的电路图；

图6为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第五实施例的电路图；

图7为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第六实施例的电路图；

图8(a)至图8(h)为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的各节点电压波形图。

其中，附图标记

100    直流电源        Cr            谐振电容

102    方波产生电路    Cout          滤波电容器

104    谐振电路        D1～D4        整流二极管

106    转换电路        n1            一次侧绕组

108    整流电路        n2            二次侧绕组

110    滤波电路        QT、QB        半导体组件

120    控制器          Ta、Tb        变压器

A         节点                Vout             输出端

本实用新型

200       直流电源            C11、C12         谐振电容

202       方波产生电路        n1               一次侧绕组

204       谐振电路            n11              第一一次侧绕组

206       转换电路            n12              第二一次侧绕组

208       整流电路            n2               二次侧绕组

210       滤波电路            n21              第一二次侧绕组

300       直流电源            n22              第二二次侧绕组

302       方波产生电路        n23              第三二次侧绕组

304       谐振电路            n24              第四二次侧绕组

306       转换电路            p、q             节点

308       整流电路            Q1               第一半导体组件

310       滤波电路            Q2               第二半导体组件

400       直流电源            Q3               第三半导体组件

402       方波产生电路        Q4               第四半导体组件

404       谐振电路            r、x、           节点

406       转换电路            x1、x2           节点

408       整流电路            S1、S1′         第一开关组件

410       滤波电路            S2、S2′         第二开关组件

500       直流电源            S3、S3′         第三开关组件

502       方波产生电路        S4、S4′         第四开关组件

504       谐振电路            T1               第一变压器

506       转换电路            T2               第二变压器

508       整流电路            Vin              电源输入端

510       滤波电路            Vout             输出端

604       谐振电路            Vout1            第一输出端

704       谐振电路            Vout2            第二输出端

800       控制器              Vp               脉波直流

C1        第一电容器          Vq               脉波直流

C2    第二电容器         Vr           谐振电压

C3    第三电容器         Vx           整流电压

C4    第四电容器         Vx1、Vx2     整流电压

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：

配合参阅图2与图8(a)至图8(g)，分别为本实用新型具桥式整流电路的均流式电源供应装置第一实施例的电路示意图与各节点电压波形图。该具桥式整流电路的均流式电源供应装置为一直流对直流转换器，包含有一电源输入端Vin，用以将一直流电源200(如图8(a)所示)转换为后端电路所需的电压大小，并经由一输出端Vout传输到后端电路。该具桥式整流电路的均流式电源供应装置包含：一方波产生电路202、一谐振电路204、一转换电路206以及一整流电路208。

该转换电路206电连接至该谐振电路204，且包含有两个变压器，分别为第一变压器T1与第二变压器T2，该些变压器T1、T2分别包含有一个一次侧绕组与一个二次侧绕组，其中位于该转换电路206左侧的绕组称为一次侧绕组n1，而位于该变换电路206右侧的绕组称为二次侧绕阻n2。该第一变压器T1具有一第一一次侧绕组n11，以及对应的一第一二次侧绕组n21；该第二变压器T2具有一第二一次侧绕组n12，以及对应的一第二二次侧绕阻n22。其中该第一一次侧绕阻n11与该第二一次侧绕阻n12并联连接，该第一二次侧绕阻n21串联该第二二次侧绕阻n22。

该方波产生电路202电连接至该直流电源200，且该方波产生电路202为一半桥式方波产生电路，包含有两个半导体组件，分别为第一半导体组件Q1与第二半导体组件Q2。该方波产生电路202利用一控制器800交替地切换该些半导体组件Q1、Q2为导通与截止的状态，并于p点形成一脉波直流Vp(如第八图(b)所示)。

该谐振电路204电连接至该方波产生电路202，且该谐振电路204包含一第一电容器C1以及该转换电路206的一次侧绕组n1。其中该第一电容器C1为一谐振电容器，用以滤除该直流脉波Vp的直流成份并与该些变压器T1、T2的一次侧绕组n1产生谐振，于r点产生一谐振电压Vr(如图8(c)所示)，并将该谐振电压Vr传送至该些变压器T1、T2的二次侧绕组n2。

该整流电路208电连接至该转换电路206的二次侧绕阻n2，该整流电路208包含四个开关组件，分别为第一开关组件S1、第二开关组件S2、第三开关组件S3与第四开关组件S4，以构成一桥式整流电路。该整流电路208利用该些开关组件S1～S4单向导通的特性，对经过该整流电路208的电压波形进行整流，并于x点输出一经整流后的整流电压Vx(如图8(d)所示)，并经由该输出端Vout输出至后端电路。于本实施例中，该些开关组件S1～S4为整流二极管。

此外，本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置还包含一滤波电路210，电连接于该整流电路208与该输出端Vout之间。该滤波电路210包含一第二电容器C2，其中该第二电容器C2为一滤波电容器。该滤波电路210利用滤波电容器充放电的特性，降低由该整流电路208输出的整流电压Vx的电压涟波，以提供后端电路一较为平稳的电源(如图8(e)所示)。

其主要操作如下：当该方波产生电路202的第一半导体组件Q1导通、第二半导体组件Q2截止时，则于p点对地形成一正电压。该转换电路206的该一次侧绕组n1与该二次侧绕组n2具黑点端感应为正电压，则该整流电路208的该第一开关组件S1与该第四开关组件S4导通，并构成一电流回路。

当该方波产生电路202的第一半导体组件Q1截止、第二半导体组件Q2导通时，则于p点对地形成一负电压。该转换电路206的该一次绕组n1与该二次侧绕组n2具黑点端感应为负电压，则该整流电路208的该第二开关组件S2与该第三开关组件S3导通，并形成一电流回路。

配合参阅图3，为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第二实施例的电路图。该具桥式整流电路的均流式电源供应装置包含一直流电源300、一方波产生电路302、一谐振电路304、一转换电路306、一整流电路308以及一滤波电路310。其中该方波产生电路302、该谐振电路304、该转换电路306与该滤波电路310的连接方式皆与图2相同，其不同之处在于该整流电路308的组成组件。在本实施例中，该整流电路308的该些开关组件S1’～S4’使用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)取代原先使用的整流二极管，以构成一同步整流电路(synchronous rectifiers)。

该整流电路308还包含多个并联于该金属氧化物半导体场效应晶体管漏极(drain)与源极(source)间的二极管，该些二极管用以防止该些金属氧化物半导体场效应晶体管被瞬间的高电流突波击穿，并具有提升该些金属氧化物半导体场效应晶体管的切换速度。另外，该些金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极(gate)电连接至一开关驱动电路(未图标)，用以控制该些金属氧化物半导体场效应晶体管的导通状态。

配合参阅图4，为本实用新型的第三实施例的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的电路图，本实施例为具有多组输出的该具桥式整流电路的均流式电源供应装置。该具桥式整流电路的均流式电源供应装置包含一直流电源400、一方波产生电路402、一谐振电路404、一转换电路406、一整流电路408以及一滤波电路410。其中该直流电源400、该方波产生电路402、该谐振电路404皆与图2相同，其不同之处在于增加该转换电路406的二次侧绕阻、该整流电路408的开关组件与该滤波电路410的电容器的使用数量。

该转换电路406具有两个一次侧绕组n1与四个二次侧绕组n2，该一次侧绕组n1分别为一第一一次侧绕组n11与一第二一次侧绕组n12；该些二次侧绕组n2分别为一第一二次侧绕组n21、一第二二次侧绕组n22、一第三二次侧绕组n23、以及一第四二次侧绕组n24。其中该第一一次侧绕组n11对应该第一二次侧绕组n21与该第三二次侧绕组n23；并且，该第二一次侧绕组n12对应该第二二次侧绕组n22与该第四二次侧绕组n24。此外，该第一二次侧绕组n21串联该第二二次侧绕组n22，该第三二次侧绕组n23串联该第四二次侧绕组n24。

该整流电路408电连接至该转换电路406，并且具有六个开关组件，分别为第一至第六开关组件S1～S6，其中该第一至第四开关组件S1～S4构成一桥式整流电路，电连接至串联连接的该第一二次侧绕组n21与第二二次侧绕组n22；而该第五开关组件S5与第六开关组件S6分别电连接至该第三二次侧绕组n23与该第四二次侧绕组n24，以构成一全波整流电路。该经整流后的电压分别由节点x1与x2输出，其输出整流电压Vx1、Vx2的波形如图8(f)所示

该滤波电路410包含有一第三电容器C3与一第四电容器C4，分别电连接至该桥式整流电路与该全波整流电路，其中该第三电容器C3与第四电容器C4为滤波电容器。该滤波电路410主要利用该些滤波电容器C3、C4充放电的特性，降低电压涟波，以提供后端电路一较平稳的电源，并将该经滤波后的电压由一第一输出端Vout1与一第二输出端Vout2输出至后端电路，其输出波形如图8(g)所示。

配合参阅图5，为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第四实施例的电路图。在本实施例中利用一全桥式方波产生电路502取代前述的半桥式方波产生电路，该全桥式方波产生电路502包含有四个半导体组件，分别为第一半导体组件Q1、第二半导体组件Q2、第三半导体组件Q3与第四半导体组件Q4，且两两一组电连接至一控制器800。另外，于本实施例中，该转换电路506的该一次侧绕组n1因应该全桥式方波产生电路502的连接方式，而改以串联的方式电连接该第一一次侧绕组n11与该第二一次侧绕组n12。

其主要运作方式说明如下：当一直流电源500输入至该全桥式方波产生电路502，由该控制器800交替地切换该些半导体组件Q1～Q4为导通与截止的状态，并于p点与q点分别产生一脉波电压Vp、Vq(如图8(h)所示)。该谐振电路504的该第一电容器C1与该转换电路506的该一次侧绕阻n1发生谐振并于r点形成一谐振电压Vr，并传送至该转换电路506的该二次侧绕组n2。该传送至该二次侧绕组n2的谐振电压Vr再经由一整流电路508整流，并通过一滤波电路510滤波，以提供后端电路一较为平稳的电源。

由于本实用新型达到均流功能的主要电路为位于该二次侧的电路设计，使两变压器的第一二次侧绕组n21与第二二次侧绕组n22相互串联，且电连接至一桥式整流电路。因此于一次侧绕组可搭配不同形式的谐振电路，分别如图6与图7所示。于图6中，该谐振电路604该些变压器T1、T2的一次侧绕组n1为串联连接，利用分压的方式取得每一一次侧绕组n1的工作电压。另外，如图7所示，为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第六实施例示意图。该谐振电路704利用二个谐振电容器C11、C12分别串联连接至该二并联连接的一次侧绕组n1，以达到滤除直流成分而使交流成分通过的功能。

综合以上所述，本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置将现有技术的单一大容量的储能组件改以多个较小容量的储能组件取代，以实现小型化的电源供应装置，并且引入一桥式整流电路取代现有技术的半波整流电路，使得转换电路的二次侧绕组数目得以减少，除了减少成本支出外，并且降低组件耗损而增加整体效率。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，包含：

一转换电路，包含有两个变压器，且各该变压器包含一一次侧绕组与至少一二次侧绕组，其中该二次侧绕组为串联连接；

一方波产生电路，电连接至一直流电源，用以将输入的直流电源切换为一脉波直流；

一谐振电路，电连接至该方波产生电路，该谐振电路包含一第一电容器以及该转换电路的该一次侧绕组；以及

一整流电路，包含至少四个开关组件，电连接至该转换电路的二次侧绕组，用以将该由二次侧绕组输出的交流电压整流成一整流电压，并经由至少一输出端输出至后端电路。

2.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，还包含一滤波电路，电连接至该整流电路，该滤波电路包含有至少一第二电容器，该第二电容器为一滤波电容器，用以降低输出直流电压的电压涟波。

3.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路的该些开关组件为整流二极管。

4.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路为使用金属氧化物半导体场效应晶体管作为开关的同步整流电路。

5.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路还包含并联于该金属氧化物半导体场效应晶体管漏极与源极间的一二极管。

6.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由两个半导体组件组成的半桥电路。

7.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由四个半导体组件组成的全桥电路。

8.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该转换电路的两一次侧绕组为串联连接。

9.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该转换电路的两一次侧绕组为并联连接。

10.根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该第一电容器为谐振电容器。

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