CN203827182U - 电源转换装置 - Google Patents

Abstract

一种电源转换装置，用以将直流电源的电能转换供予负载，且包括一变压器、一电子开关、一漏感回收电路及一输出电路。该变压器具有一一次侧线圈及一二次侧线圈，该一次侧线圈接收该直流电源的电能后，自该二次侧线圈输出。该电子开关一端电性连接该一次侧线圈，另一端电性连接该直流电源。该漏感回收电路电性连接该一次侧线圈，且输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，用以接收并储存该变压器的漏感产生的电能，并反馈输出该变压器。该输出电路电性连接该第二次侧线圈，用以接收该变压器转换输出的电能，并输出供予该负载。

Description

电源转换装置

技术领域

本实用新型系与电源转换有关，特别是指一种电源转换装置。

背景技术

按，传统电源转换装置的作动，通常是利用变压器配合上其他电子组件达到电能转换的效果。而变压器作动时，通常会产生有对应的激磁电感以及漏感，其中漏感是因磁通无法完全由一次侧线圈耦合至二次侧线圈，所造成的非理想效应而产生的自然现象。如此一来，变压器的漏感便会因一次侧线圈与二次侧线圈间的空气隙增加，使得变压器的耦合系数变小而增加。

实际上，变压器的漏感可被视为与变压器的一次侧线圈的等效电感相串联的寄生电感。如此一来，变压器作动时，储存在一次侧线圈的等效电感中的能量，通过变压器传送到二次侧和负载，而储存在变压器漏感中的能量由于没有电路路径可流通，而会造成电路上其他组件上产生巨大的电压尖峰，所以通常都会额外设计一缓冲电路来吸收并消耗掉漏感的能量，而有降低变压器效率的疑虑。

然而，当电源转换装置应用于无线电能传输系统时，将使得变压器耦合系数将会随着气隙增加而大幅降低，此时，变压器漏感将更为加大，若使用上述缓冲电路的设计时，不仅进一步会造成变压器的效率大幅降低，且缓冲电路所吸收并消耗掉漏感的能量，更会转换成大量废热致使变压器及电路上其它组件的寿命容易因高热而耗减。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电源转换装置，可吸收漏感的能量并反馈回变压器，进而提升该电源转换装置的效率。

为实现上述目的，本实用新型提供的电源转换装置用以将一直流电源的电能转换供予一负载，且包括一变压器、一电子开关、一第一电感器、一第一电容器以及一输出电路。其中，该变压器具有一一次侧线圈以及一二次侧线圈，该一次侧线圈用以接收该直流电源的电能，该变压器转换后自该二次侧线圈输出。该电子开关一端电性连接该一次侧线圈，另一端电性连接该直流电源，用以导通或阻断该直流电源供予该一次侧线圈的电能。该第一电感器电性连接该一次侧线圈。该第一电容器电性连接该一次侧线圈，并与该第一电感器并联连接，用以接收并储存该变压器的漏感产生的电能，并与该第一电感器构成一共振电路，而将电能反馈输出至该电压器，使该第一电容器上跨压的极性重复且交互地反转。该输出电路电性连接该二次侧线圈，用以接收该变压器转换后输出的电能，并具有一第二电容器，且该第二电容器一端电性连接该负载的一端，而另一端电性连接该负载的另一端，以输出电能予该负载。

依据上述构思，本实用新型还提供有另一电源转换装置，用以将一直流电源的电能转换供予一负载，且包括一变压器、一电子开关、一漏感回收电路以及一输出电路。其中，该变压器具有一一次侧线圈以及一二次侧线圈，该一次侧线圈用以接收该直流电源的电能，该变压器转换后自该二次侧线圈输出。该电子开关一端电性连接该一次侧线圈，另一端电性连接该直流电源，用以导通或阻断该直流电源供予该一次侧线圈的电能；该漏感回收电路电性连接该一次侧线圈，且输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，用以接收并储存该变压器的漏感产生的电能，并反馈输出该变压器；该输出电路电性连接该第二次侧线圈，用以接收该变压器转换输出的电能，并输出供予该负载。

依据上述构思，该一次侧线圈具有一第一端以及一第二端；该直流电源的正电端电性连接该第一端；该电子开关一端电性连接该第二端，另一端电性连接该直流电源的负电端；该第一电感器与该第一电容器的一端同时电性连接该第一端，且其另一端同时电性连接该第二端。

依据上述构思，还包含有一第一二极管，且该第一二极管一端连接该第一电容器与该第一电感器，另一端连接该变压器，使该第一电容器与该第一电感器通过该第一二极管电性连接至该变压器。

依据上述构思，该第一二极管的正极连接至该变压器，而负极则连接至该第一电容器与该第一电感器。

依据上述构思，还包含有一第二二极管，且该第二二极管一端连接该变压器，另一端连接该输出电路，使该变压器通过该第二二极管电性连接该输出电路。

依据上述构思，该第二二极管的正极连接至该变压器，而负极则连接至该输出电路

依据上述构思，该二次侧线圈具有一第三端以及一第四端，且该输出电路更包含有一第三二极管、一第三电容器以及一第二电感器；该第三二极管的正极连接该第四端，负极电性连接该第三端；该第三电容器一端连接该第三二极管的负极，另一端则连接该第二电容器与该负载；该第二电感器一端连接该第三电容器、该第二电容器与该负载，而另外一端则电性连接该第三二极管的负极。

依据上述构思，该输出电路还包含有一第四二极管，一端连接该第三二极管的负极，另一端连接该第二电感器，而使该第二电感器通过该第四二极管电性连接至该第三二极管的负极。

依据上述构思，该第四二极管的正极连接该第三二极管的负极，负极至连接该第二电感器。

依据上述构思，该电子开关包含有一金属氧化物半导体场效晶体管以及一本质二极管，该金属氧化物半导体场效晶体管的源极与漏极分别电性连接该直流电源与该变压器，而该本质二极管的两端则分别连接至该源极与该漏极。

通过上述电路设计，可有效地吸收漏感的能量，并于吸收后反馈回变压器，进而达到提升该电源转换装置效率的目的。

附图说明

图1是本实用新型第一较佳实施例的电路方块图。

图2是本实用新型第一较佳实施例的详细电路图。

图3至5是图2于电源转换时的等效电路图。

图6是第一电容器上跨压的波形图。

图7是本实用新型第二较佳实施例的详细电路图。

附图中主要组件符号说明

10变压器；11一次侧线圈；111第一端；112第二端；12二次侧线圈；121第三端；122第四端；20电子开关；Sw金属氧化物半导体场效晶体管；Dsw本质二极管；30漏感回收电路；40、50输出电路；C1～C3电容器；L1、L2电感器；D1～D4二极管；Lm等效电感；Lk漏电感；Dc直流电源；Z负载。

具体实施方式

为能更清楚地说明本实用新型，举较佳实施例并配合附图详细说明如后。

请参阅图1所示，为本实用新型一较佳实施例的电源转换装置，用以将一直流电源Dc的电能转换供予一负载Z，且包括一变压器10、一电子开关20、一漏感回收电路30以及一输出电路40。其中：

该变压器10具有一一次侧线圈11以及一二次侧线圈12，且该一次侧线圈10用以接收该直流电源Dc的电能，而该变压器10转换后，变自该二次侧线圈12输出转换后的电能，更详细地，续参阅图2，该一次侧线圈11具有一第一端111以及一第二端112，而该二次侧线圈12具有一第三端121以及一第四端122，且该一次侧线圈11的第一端111电性连接该直流电源Dc的正电端。另外，于本实施例中，该变压器10为一返驰式变压器，其一次侧线圈11与二次侧线圈12分别绕设于不同铁心（图未示）上而呈各别独立的可分离设计。当然，在实际实施上，该变压器10的一次侧线圈11与二次侧线圈12亦可绕设于同一铁心上而呈不可分离的结构设计。

该电子开关20一端电性连接该一次侧线圈11，另一端电性连接该直流电源Dc，用以导通或阻断该直流电源Dc供予该一次侧线圈11的电能。于本实施例中，该电子开关20一端电性连接该第二端112，另一端电性连接该直流电源Dc的负电端，而达到导通或阻断该直流电源Dc供予的电能的目的。更详细地，该电子开关20的实际结构包含有一金属氧化物半导体场效晶体管Sw以及一本质二极管Dsw，该金属氧化物半导体场效晶体管Sw的源极电性连接该直流电源Dc的负电端，且漏极电性连接该变压器10的第二端112，而该本质二极管Dsw的正极与负极则分别连接至该该金属氧化物半导体场效晶体管Sw的源极与漏极。

该漏感回收电路30包含有一第一电感器L1、一第一电容器C1以及一第一二极管D1。该第一电感器L1与该第一电容器C1并联连接，且一端共同连接至该第一端111以及该直流电源Dc的正电端，另一端则共同连接至该第一二极管D1的负极，而该第一二极管D1的正极则连接至该第二端112与该金属氧化物半导体场效晶体管SW的漏极。

该输出电路40电性连接该二次侧线圈12，用以接收该变压器10转换后输出的电能，并具有一第二电容器C2与该负载Z并联，且该第二电容器C2一端连接该第四端122，而另一端则通过一第二二极管D2电性连接该第三端121，更详细地，该第二二极管D2的正极连接至该第三端121，而其负极则连接至该第二电容器C2，而使得该第二电容器C2通过该第二二极管D2与该变压器10的二次侧线圈12电性连接。

于本实施例中，该些电容器C1～C2、该第一电感器L1、直流电源Dc的输入电压、该电子开关20的切换频率、以及该负载Z的规格如下表所示：

第一电感器L1	330μH
		第一电容器C1	47nF
第二电容器C2	10μF
		输入电压	12V
切换频率	100KHz
		负载电阻	10Ω

通过上述结构设计与规格，请参阅图3至图5，该电源转换装置作动时，该变压器10的一次侧线圈11可视为相串连的一等效电感Lm以及一漏电感Lk，且于本实施例中，该些效电感Lm以及该漏电感Lk的感值为30μH，而各组件的作动情形如下所述：

请参阅图3，当该电子开关20导通时，直流电源Dc的电能经过该电子开关20对该变压器10的一次侧线圈11的等效电感Lm以及漏电感Lk进行储能，且该第二电容器C2对该负载Z释能。而该第一二极管D1的设计，是确保该直流电源Dc不会直接对第一电容器C1以及该第一电感器L1充电，而该第二二极管D2的设计，则是确保该第二电容器C2的电能不会反向输回该变压器10，而可确保电路作动的准确性。

请参阅图4，当该电子开关20截止时，存于该些效电感Lm的储能转换至该二次侧线圈12后，经过该第二二极管D2将能量传送至该第二电容器C2储能并供予该负载Z，于此同时，该漏电感Lk的储能则经过第一二极管D1传送至该第一电容器C1与该第一电感器L1构成的共振电路，以通过该第一电容器C2接收并储存该变压器10的漏感电能，藉此避免该电子开关20上产生巨大的电压尖峰。而后，随着该些效电感Lm的释能，该第一电容器C1与第一电感器L1构成的共振电路开始动作，而使得第一电感器L1的储能转换成电感电流对第一电容器C1充电，致使该第一电容器C1上的跨压的极性如图6所示般反转，而使得该电子开关20的本质二极管Dsw导通。

而后，请参阅图5，当该电子开关20的本质二极管Dsw导通时，该第一电容器C1与第一电感器L1构成的共振电路便开始将储能传送至该变压器10的一次侧线圈11，使该些效电感Lm持续释能，直至该电子开关20再次导通而返回图3的状态，以完成一周期的动作。

在该电源转换装置持续作动的情况下，便继续重复上述的动作，直至该电源转换装置停止作动。

以此，通过上述的该漏感回收电路30的设计，于每次作动周期中，使该本质二极管Dsw导通前后的整体电路结构改变，而致使该第一电容器C1上的跨压的极性重复且交互地反转，致使该漏感回收电路30输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，而可达到接收并储存该变压器10所产生的漏感电能，而后再反馈输出至该变压器10的效果，而可减少该一次侧线圈11的漏电感所产生的消耗，进而提升该变压器10的电源转换效率。

另外，除上述该漏感回收电路30的设计外，为达到提升转换效率的目的，请参阅图7，本实用新型第二较佳实施例的电源转换装置的输出电路50还包含有一第三二极管D3、一第三电容器C3、一第二电感器L2以及一第四二极管D4。其中，该第三二极管D3的正极连接该第四端122，而负极则通过该第二二极管D2电性连接该第三端121。该第三电容器C3一端连接该第二二极管D2以及该第三二极管D3的负极，另一端则连接该第二电容器C2与该负载Z。该第二电感器L2一端连接该第三电容器C3、该第二电容器C2与该负载Z，而另外一端则与该第四二极管D4的负极连接，且该第四二极管D4的正极则连接到该第三电容器C3与该第二二极管D2以及该第三二极管D3的负极，使该第二电感器L2通过该第四二极管D4电性连接至该第三二极管D3的负极。

如此一来，通过上述的该输出电路的设计，该第三电容器C3与该第二电感器L2将形成另一共振电路，致使该第三二极管D3导通前后的等效电路结构改变，导致该第三电容器C3上的跨压极性重复且交互地反转，而可通过该第三电容器C3上的跨压于负电压时来补偿该负载Z上的电压所产生的阻障，如此一来，便可提升该变压器10能源转换的效率与抑制涟波的效果，同时达到提升功率因子的目的。

另外，以上所述仅为本实用新型较佳可行实施例而已，且在电气特性以及电路动作原理相同的情况下，前述各电路组件的设置位置以及数量、以及举凡应用本实用新型说明书及申请专利范围所为的等效电路变化，理应包含在本实用新型的专利范围内。

Claims (11)

1.一种电源转换装置，用以将一直流电源的电能转换供予一负载，其特征是，该电源转换装置包括：

一变压器，具有一一次侧线圈以及一二次侧线圈，该一次侧线圈用以接收该直流电源的电能，该变压器转换后自该二次侧线圈输出；

一电子开关，一端电性连接该一次侧线圈，另一端电性连接该直流电源，用以导通或阻断该直流电源供予该一次侧线圈的电能；

一第一电感器，电性连接该一次侧线圈；

一第一电容器，电性连接该一次侧线圈，并与该第一电感器并联连接，用以接收并储存该变压器的漏感产生的电能，并与该第一电感器构成一共振电路，而将电能反馈输出至该电压器，使该第一电容器上跨压的极性重复且交互地反转；以及

一输出电路，电性连接该二次侧线圈，用以接收该变压器转换后输出的电能，并具有一第二电容器，且该第二电容器一端电性连接该负载的一端，而另一端电性连接该负载的另一端，以输出电能予该负载。

2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，该一次侧线圈具有一第一端以及一第二端；该直流电源的正电端电性连接该第一端；该电子开关一端电性连接该第二端，另一端电性连接该直流电源的负电端；该第一电感器与该第一电容器的一端同时电性连接该第一端，且其另一端同时电性连接该第二端。

3.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，包含有一第一二极管，且该第一二极管一端连接该第一电容器与该第一电感器，另一端连接该变压器，使该第一电容器与该第一电感器通过该第一二极管电性连接至该变压器。

4.根据权利要求3所述的电源转换装置，其特征是，该第一二极管的正极连接至该变压器，而负极则连接至该第一电容器与该第一电感器。

5.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，包含有一第二二极管，且该第二二极管一端连接该变压器，另一端连接该输出电路，使该变压器通过该第二二极管电性连接该输出电路。

6.根据权利要求5所述的电源转换装置，其特征是，该第二二极管的正极连接至该变压器，而负极则连接至该输出电路。

7.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，该二次侧线圈具有一第三端以及一第四端，且该输出电路包含有一第三二极管、一第三电容器以及一第二电感器；该第三二极管的正极连接该第四端，负极电性连接该第三端；该第三电容器一端连接该第三二极管的负极，另一端则连接该第二电容器与该负载；该第二电感器一端连接该第三电容器、该第二电容器与该负载，而另外一端则电性连接该第三二极管的负极。

8.根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征是，该输出电路包含有一第四二极管，一端连接该第三二极管的负极，另一端连接该第二电感器，而使该第二电感器通过该第四二极管电性连接至该第三二极管的负极。

9.根据权利要求8所述的电源转换装置，其特征是，该第四二极管的正极连接该第三二极管的负极，负极至连接该第二电感器。

10.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，该电子开关包含有一金属氧化物半导体场效晶体管以及一本质二极管，该金属氧化物半导体场效晶体管的源极与漏极分别电性连接该直流电源与该变压器，而该本质二极管的两端则分别连接至该源极与该漏极。

11.一种电源转换装置，用以将一直流电源的电能转换供予一负载，其特征是，该电源转换装置包括：

一变压器，具有一一次侧线圈以及一二次侧线圈，该一次侧线圈用以接收该直流电源的电能，该变压器转换后自该二次侧线圈输出；

一电子开关，一端电性连接该一次侧线圈，另一端电性连接该直流电源，用以导通或阻断该直流电源供予该一次侧线圈的电能；

一漏感回收电路，电性连接该一次侧线圈，且输出的电能于正电压与负电压之间重复且交互地转换，用以接收并储存该变压器的漏感产生的电能，并反馈输出该变压器；以及

一输出电路，电性连接该第二次侧线圈，用以接收该变压器转换输出的电能，并输出供予该负载。