CN202634281U

CN202634281U - 电压转换装置与使用其的离子风散热装置

Info

Publication number: CN202634281U
Application number: CN 201220186628
Authority: CN
Inventors: 于岳平; 陈冠霖; 简旻助; 陈福元
Original assignee: Noveltek Semiconductor Corp
Current assignee: Noveltek Semiconductor Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2022-04-27

Abstract

本实用新型提供一种电压转换装置与使用其的离子风散热装置。电压转换装置包括直流-交流转换单元、变压器以及电荷泵电路。直流-交流转换单元用以对直流输入电压进行转换，从而输出交流输出电压。变压器具有一次侧绕组和二次侧绕组。电荷泵电路用以反应于二次侧绕组上的交流感应电压而进行一升压处理，从而产生输出电压给负载，其中此输出电压为提供离子风扇模块所需的高电压。

Description

电压转换装置与使用其的离子风散热装置

技术领域

本实用新型是有关于一种电力转换技术，且特别是有关于一种在有限设备空间的电压转换装置与使用其的离子风散热装置。

背景技术

对于一般的电器用品在使用时，多半会伴随着热量的发生，而高温会导致电器用品或其内部的电子元件在运作时累积过大的热能而导致温度上升。并且，一般电器用品的设计会配合使用一散热装置，以利于进行散热。较常见到的散热装置为风扇模块，施以强制对流的方式来进行散热作用。但是，此强制对流的散热装置在使用时，风扇模块会产生噪音，并且风扇模块本身会有使用寿命、易积尘、大体积以及耗能等问题，故至今仍令人诟病与难解。

另外，在许多的应用场合需要将低电压升压至较高电压，以提供设备的高电压需求，但因受限于元件与控制器的能力，或是受限于设备本身的空间，因此不可能在配置变压器时，毫无限制地对变压器提高绕组的匝数比。

实用新型内容

本实用新型是在提供一种电压转换装置与使用其的离子风散热装置，其得以解决所述及现有技术的问题。

本实用新型提供一种电压转换装置，其包括直流-交流转换单元、变压器以及电荷泵电路。直流-交流转换单元用以对直流输入电压进行转换，从而输出交流输出电压。变压器具有一次侧绕组与二次侧绕组，其中一次侧绕组耦接直流-交流转换单元的输出。电荷泵电路耦接二次侧绕组，用以反应二次侧绕组上的交流感应电压而进行一升压处理，从而产生输出电压给负载。

在依据本实用新型的实施例中，所述直流-交流转换单元包括以脉宽调制架构为基础的控制器以及开关装置。开关装置用以接收并切换直流输入电压，从而输出交流输出电压。控制器耦接开关装置，用以控制开关装置进行切换，从而使开关装置输出交流输出电压。

在依据本实用新型的实施例中，所述电荷泵电路由N个二极管与N个电容所组成，其中N为正整数。

在依据本实用新型的实施例中，当负载为离子风扇模块时，所述输出电压至少为4kV。

从另一观点来看，本实用新型又提供一种离子风散热装置。离子风散热装置包括电压转换装置以及离子风扇模块。电压转换装置包括直流-交流转换单元、变压器以及电荷泵电路。直流-交流转换单元用以对直流输入电压进行转换，从而输出交流输出电压。变压器具有一次侧绕组与二次侧绕组，其中一次侧绕组耦接直流-交流转换单元的输出。电荷泵电路耦接二次侧绕组，用以反应二次侧绕组上的交流感应电压而进行一升压处理，从而产生输出电压。离子风扇模块耦接电荷泵电路，用以操作在输出电压下以进行运转。

在依据本实用新型的实施例中，所述离子风散热装置输出电压至少为4kV。

综上所述，本实用新型因采用两阶段升压方式，第一阶段以变压器进行升压，第二阶段以电荷泵进行升压，所以可以有效地解决传统因受限于设备空间而无法提升电压的问题。另一方面，本实用新型的离子风散热装置可以应用在有限空间，离子风扇模块可操作在输出电压下并进行运转，并且产生散热效果。由于离子风扇以无扇方式制风，所以不会有传统风扇噪音、风扇寿命、风扇积尘或大体积的问题。另外，本实用新型的离子风散热装置相较于传统的风扇散热装置具有体积小、无活动零件与节省能源的优点。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是依据所列举一实施例的离子风散热装置的电路示意图；

图2是图1的离子风散热装置的各节点电压随着时间变化的波形示意图。

附图标记说明：

10：直流-交流转换单元；

20：控制器；

24：开关装置；

25、26、27、28：开关；

30：变压器；

40：一次侧绕组；

50：二次侧绕组；

60：电荷泵电路；

62：二极管；

64：电容；

100：离子风散热装置；

110：电压转换装置；

120：离子风扇模块；

N₀、N₁、N₂、N₃、N_OUT：节点；

V₁、V₂、V₃、V_p：电压；

V_ACI：交流感应电压；

V_ACO：交流输出电压；

V_IN：输入电压；

V_OUT：输出电压。

具体实施方式

本实用新型的实施例现将以详细实施方式来作为参考，在附图中说明所述实施例的实例。在可能的情况下，将在附图说明中始终使用相同参考附图标记说明来指代相同或相似的部分。

在下述诸实施例中，当元件被指为“连接”或“耦接”至另一元件时，其可为直接连接或耦接至另一元件，或可能存在介于其间的元件。相对地，当元件被指为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，则不存在有介于其间的元件。

图1是依据所列举一实施例的离子风散热装置的电路示意图。请参阅图1。离子风散热装置100包括电压转换装置110以及离子风扇模块120。此电压转换装置110电性连接于输入电压V_IN及离子风扇模块120之间，用以提升直流输入电压V_IN而成为输出电压(高电压)V_OUT给离子风扇模块120(负载)来使用。直流输入电压V_IN可以为一般的直流电压源，输入电压V_IN范围可介于5至18V，但不以此为限，而所述输出电压V_OUT是指电压值为千伏等级以上的高电压。

更清楚来说，电压转换装置110包括直流-交流转换单元10、变压器30以及电荷泵电路60。直流-交流转换单元10用以对直流输入电压V_IN进行转换，从而输出一交流输出电压V_ACO。变压器30具有一次侧绕组40与二次侧绕组50，其中一次侧绕组40耦接直流-交流转换单元10的输出。此电压转换装置110分两阶段进行升压，第一阶段利用变压器30进行升压，第二阶段利用电荷泵电路60进行另一次的升压。

直流-交流转换单元10包括以脉宽调制架构为基础的控制器20以及开关装置24。开关装置24接收直流输入电压V_IN。控制器20耦接至开关装置24。控制器20通过脉宽调制(pulse width modulation，PWM)的方式控制开关装置24进行切换，从而使开关装置24输出交流输出电压V_ACO至变压器30的一次侧绕组40上。

变压器30在第一阶段升压过程中，一次侧绕组40与二次侧绕组50透过磁耦合到同一个变压器铁芯，并且进行升压而产生交流感应电压V_ACI。二次侧绕组50用于提升原先的输入电压V_IN的电平，其中交流输出电压V_ACO的电平介于+V_IN至-V_IN。另外，一次侧绕组40与二次侧绕组50 的匝数比可以为1∶K。请注意，本实用新型的变压器30不以很高的匝数比进行升压，所以相较于传统的变压器而言，电压转换装置110内的变压器体积不会很大，有助于将变压器30配置在有限的设备空间内。另一方面，变压器30因不使用非常高的匝数比，所以一次侧绕组40与二次侧绕组50之间的损耗不会严重，甚至可以忽略。

电荷泵电路60耦接至变压器30的二次侧绕组50。在第二阶段升压过程中，电荷泵电路60用以接收交流感应电压V_ACI，并且对交流感应电压V_ACI升压以产生一输出电压V_OUT，其中此输出电压V_OUT为提供离子风扇模块120所需的高电压，而输出电压V_OUT可以为1至N倍的交流感应电压V_ACI，其中N为大于1的数字。在又一实施例中，可以将输出电压V_OUT设计为至少4kV或4kV以上，但本实用新型的输出电压V_OUT的数值不以此为限。

当离子风扇模块120施加4kV以上的高电压时，在强电场之下将造成电晕现象，使得空气离子移动而产生电风，或称为离子风，带动空气经由离子风扇模块120的本体而进行散热。因此配置有离子风散热装置100的电子设备可以因热对流原理而产生散热效果。由于离子风扇模块120以无扇方式制风，所以不会有传统的风扇噪音、风扇寿命、风扇积尘或大体积等问题。并且，本实用新型的离子风散热装置100相较于传统的风扇散热装置，本实用新型具有体积小、无活动零件与节省能源的优点。

另外，当不需要大风流进行冷却时，可以经由控制器20的脉宽调制控制，来降低所输出的电压。

在了解本实用新型的电路构造与运作必须的细节之后，以下再举几个实施方式以便本领域的技术人员能够更进一步的了解本实用新型的精神，并实施本实用新型。

请再参阅图1。在此实施例中，开关装置24可包括开关25、开关26、开关27及开关28，其中开关25、开关26可以为P型金氧半导体(p-type metal oxide semiconductor，PMOS)，而开关27、开关28可以为N型金氧半导体(n-type metal oxide semiconductor，NMOS)，但不以此为限。以脉宽调制架构为基础的控制器20可以全桥驱动方式控制开关25～开关28以进行切换。全桥驱动方式可以如下：当开关25及开关28导通时，开关26及开关27不导通；而当开关26及开关27导通时，开关25及开关28不导通。因此导通于一次侧绕组40的能量会反应于二次侧绕组50上。

上述控制器20与开关装置24的设计是以全桥驱动方式。另外，在又一变化实施例中，控制器20可以改为半桥驱动方式，并且通过半桥驱动方式来控制开关装置24内的各开关的切换。请注意，本实用新型的驱动方式应当不限制于上述可能的方式。

针对变压器30的设计，一次侧绕组40与二次侧绕组50的匝数比可以为1∶K，用以将一次侧绕组40的交流输出电压V_ACO提升K倍。例如一次侧绕组40的弦波在电平+V_IN至-V_IN之间振荡，而反应二次侧绕组50的弦波则在电平+V_P至-V_P之间振荡，其中电压V_P＝K×V_IN，并且交流感应电压V_ACI＝K×V_ACO。

电荷泵电路60耦接在变压器30的二次侧绕组50。电荷泵电路60接收交流感应电压V_ACI，之后对交流感应电压V_ACI升压并且产生一输出电压V_OUT，其中此输出电压V_OUT为提供给离子风扇模块120所需的高电压。因此，输出电压V_OUT可以为1至N倍的交流感应电压V_ACI。

值得一提的是，电荷泵电路60是由N个二极管62与N个电容64所组成，其中N为正整数。例如，电荷泵电路60包括二极管62以及电容64所组成的电路，利用电压递升原理倍增电压。

图2是图1的离子风散热装置100的各节点电压随着时间变化的波形示意图。请合并参阅图1和图2。节点N₀的电压为交流感应电压V_ACI，而交流感应电压V_ACI的弦波大约在+V_P至-V_P之间振荡。节点N₁的电压为电压V₁，而电压V₁的弦波大约在2V_P至0之间振荡。节点N₂的电压为电压V₂，而电压V₂的直流电压大约为2V_P；较精确来说，电压V₂的直流大小＝2×(K×V_IN-V_F)，V_F为二极管的顺向电压。节点N₃的电压为电压V₃，而电压V₃的弦波大约在3V_P至2V_P之间振荡。在节点N_OUT提供一输出电压V_OUT，而此输出电压V_OUT的直流大小＝2×N ×(K ×V_IN-V_F)。故，在本实施例中输出电压V_OUT的数值可以很容易地通过输入电压V_IN、K与N等，经计算而获得设计值。例如，将输出电压V_OUT设计为4kV或4kV 以上，以提供后端所需的高电压与高电场。请注意，可以根据实际需求来设计输出电压V_OUT的数值，从而当离子风扇模块120通以高电压时，带动空气经由离子风扇模块120的本体而流动，并使设备空间中的热量散去。

总结本实用新型的重要特征，本实用新型的离子风散热装置中，电压转换装置采用两阶段升压方式，第一阶段以变压器进行升压，第二阶段以电荷泵进行升压，所以可以有效地解决传统因受限于设备空间而无法提升电压的问题。另一方面，本实用新型的离子风散热装置可以应用在有限空间，离子风扇模块可操作在输出电压下并进行运转，并且产生散热效果。由于离子风扇模块以无扇方式制风，所以不会有传统风扇噪音、风扇寿命、风扇积尘或大体积的问题。另外，本实用新型的离子风散热装置相较于传统的风扇散热装置具有体积小、无活动零件与节省能源的优点，从而配置本实用新型的离子风散热装置的电子设备的组合可以变得轻巧，增加应用上与使用上的便利性。

如上述较佳实施例及电路分析的评价，相对于现有技术，本实用新型的新颖电路提供了高效率即可大量制造的替代方案。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种电压转换装置，其特征在于，包括：

一直流-交流转换单元，用以对一直流输入电压进行转换，从而输出一交流输出电压；

一变压器，具有一次侧绕组与二次侧绕组，其中上述一次侧绕组耦接上述直流-交流转换单元的输出；以及

一电荷泵电路，耦接上述二次侧绕组，用以反应上述二次侧绕组上的一交流感应电压而进行一升压处理，从而产生一输出电压给一负载。

2.根据权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，上述直流-交流转换单元包括：

一开关装置，用以接收并切换上述直流输入电压，从而输出上述交流输出电压；以及

一以脉宽调制架构为基础的控制器，耦接上述开关装置，用以控制上述开关装置进行切换，从而使上述开关装置输出上述交流输出电压。

3.根据权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，上述电荷泵电路由N个二极管与N个电容所组成，其中N为正整数。

4.根据权利要求1所述的电压转换装置，其特征在于，上述负载为一离子风扇模块，且上述输出电压至少为4kV。

5.一种离子风散热装置，其特征在于，包括：

一电压转换装置，包括：

一电荷泵电路，耦接上述二次侧绕组，用以反应上述二次侧绕组上的一交流感应电压而进行一升压处理，从而产生一输出电压；以及

一离子风扇模块，耦接上述电荷泵电路，用以操作在上述输出电压下以进行运转。

6.根据权利要求5所述的离子风散热装置，其特征在于，上述直流-交流转换单元包括：

7.根据权利要求5所述的离子风散热装置，其特征在于，上述电荷泵电路由N个二极管与N个电容所组成，其中N为正整数。

8.根据权利要求5所述的离子风散热装置，其特征在于，上述输出电压至少为4kV。