TW201034367A - Two-stage switching power conversion circuit - Google Patents

Description

201034367 ' 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係關於一種電源轉換電路，尤指一種雙級交換式 電源轉換電路。 【先前技術】 近年來隨著科技的進步，具有各式各樣不同功能的電 Φ 子產品已逐漸被研發出來，這些具有各式各樣不同功能的 電子產品不但滿足了人們的各種不同需求，更融入每個人 的曰常生活，使得人們生活更為便利。 這些各式各樣不同功能的電子產品係由各種電子元 件所組成，而每一個電子元件所需的電源電壓不盡相同， 因此，現今的供電系統提供的交流電源並不適合直接提供 給電子產品使用。為了提供適當的電壓給每一個電子元件 使其正常運作，這些電子產品需要藉由電源轉換電路將交 ⑩ 流電源，例如一般的市電，轉換為適當的電壓給每一個電 子元件使用。 電源轉換電路依其電路架構的不同，約可粗略地區分 為線性式和交換式電源轉換電路兩種，簡單的線性式電源 轉換電路是由變壓器、二極體整流器和電容濾波器所組 成，其優點是電路簡單且成本低，但是因使用較大的變壓 器且轉換效率低，所以無法使用在體積較小或長時間使用 的電子產品中。相較於線性式電源轉換電路，交換式電源 轉換電路具有較高的轉換效率及較小的體積，因此，長時 4 201034367 間使用或小型化的電子產品大多會使用交換式電源轉換 電路。 傳統雙級交換式電源轉換電路係由第一級電源電路 產生固定電壓值的匯流排電壓，再由第二級電源電路接收 匯流排電壓而產生額定電壓值的輸出電壓，以提供額定電 壓值的輸出電壓給電子產品使用。其中，交流輸入電壓的 電壓值必需在一定的範圍内，例如100〜120(V)伏特，第一 級電源電路才能產生固定電壓值的匯流排電壓，若交流輸 入電壓的電壓值超出範圍時，匯流排電壓的電壓值亦會超 出預定的電壓值。此外，由於第二級電源電路係設計為接 收預定且固定電壓值之匯流排電壓，例如110伏特，而產 生額定電壓值的輸出電壓，所以輸出電壓之電壓值會隨著 匯流排電壓的電壓值而變化。 由上述可知，傳統雙級交換式電源轉換電路為了使第 一級電源電路可以產生固定電壓值的匯流排電壓，僅能接 收電壓變化較小的交流輸入電壓，若第一級電源電路無法 產生預定電壓值之匯流排電壓時，第二級電源電路亦無法 產生額定電壓值的輸出電壓。當交流輸入電壓短暫地中斷 或發生異常時，例如雷擊或馬達啟動所造成之交流輸入電 壓中斷或異常，輸出電壓同樣會受到交流輸入電壓影響而 立即中斷或發生異常。此外，傳統雙級交換式電源轉換電 路必需於輸入端額外增加功率因數校正（power factor correction, PFC)電路，才能具有功率因數校正的功能， 不但造成整體電路複雜度相對提高，更會使製造成本相對 5 201034367 增加。 因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之雙級 交換式電源轉換電路，實為相關技術領域者目前所迫切需 要解決之問題。 【發明内容】 本案之目的在於提供一種雙級交換式電源轉換電 Φ 路，該雙級交換式電源轉換電路的第一級電源電路不會產 生固定電壓值的匯流排電壓，且第一級電源電路與第二級 電源電路係因應雙級交換式電源轉換電路的輸出電壓或 輸出電流而分別調整第一級電源電路的第一開關電路以 及第二級電源電路的第二開關電路運作，進而分別調整第 一級電源電路的第一級電壓增益值（gain)與第二級電源 電路的第二級電壓增益值，因此，雙級交換式電源轉換電 路能接收電壓變化較大的輸入電壓。即使是因為輸入電壓 φ 的電壓值變化造成匯流排電壓的電壓值變化時，輸出電壓 的電壓值不會隨著匯流排電壓的電壓值而變化。當輸入電 壓短暫地中斷或發生異常時，輸出電壓不會受到輸入電壓 影響而立即中斷或發生異常。此外，本案之雙級交換式電 源轉換電路不需要於輸入端額外增加功率因數校正電 路，直接利用第一級電源電路就可以使本案之雙級交換式 電源轉換電路具有功率因數校正的功能，所以不會造成整 體電路複雜度提高，更不會使製造成本增加。 為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種 6 201034367 雙級交換式電源轉換電路，用以接收輸入電壓而產生輸出 電壓，該雙級交換式電源轉換電路包括：第一級電源電 路，其係包含第一開關電路，第一級電源電路連接於電源 匯流排，用以接收輸入電壓且藉由第一開關電路導通或截 止產生匯流排電壓；第二級電源電路，其係包含第二開關 電路，第二級電源電路連接於電源匯流排，用以接收匯流 排電壓且藉由第二開關電路導通或截止產生該輸出電 壓；輸出檢測電路，其係連接於第二級電源電路，用以因 ® 應輸出電壓及/或輸出電流產生輸出檢測訊號；以及電源 控制單元，連接於第一級電源電路之第一開關電路與第二 級電源電路之第二開關電路之控制端，用以因應輸出檢測 訊號分別控制第一開關電路與第二開關電路運作，而分別 使第一級電源電路的第一級電壓增益值與第二級電源電 路的第二級電壓增益值因應輸出檢測訊號改變，俾使輸出 電壓或輸出電流維持在額定值，其中，匯流排電壓係因應 輸出檢測訊號而動態變化。 【實施方式】 體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的 說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具 有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及 圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。 請參閱第一圖，其係為本案較佳實施例之雙級交換式 電源轉換電路之電路方塊示意圖。本案之雙級交換式電源 7 201034367 轉換電路以㈣以接收輸人電壓產 ^。或輸出電流I。，該雙級交換式電源轉換電路1=電 第-級電源電路u、第二級電源電路12、輸 ⑽及電源㈣單元14，其中’第—級電源電路u = 第-開關電路111，而第―級電源電路u分別連接於電 匯流排與電源控制單元14的第一級控制電路⑷，用、 以接收輸人電>1 Vi„a藉由第—開關電路ηι的導通或 止產生匯流排電壓vbus。 一

第二級電源電路12包含第二開關電路121， 級電源電路12分別連接於電源匯流排&與電源控制單元 14的第二級控制電路142，用以接收匯流排電壓Vbus且藉 由第二開關電路121的導通或截止產生敎的輸出電壓& 或輸出電流I。。輸出檢測電路13連接於第二級電源電路 12的電源輸出端、電源控制單元14的第—級控制電路⑷ 與第二級控制電路142,用以因應輸出電壓v。或/及輸出 電流I。產生對應的輸出檢測訊號Vf。 電源控制單幻4分別連接於第-級電源電路11之第 一開關電路111之控制端、第二級電源電路12之第二開 關電路121之控制端以及輪出檢測電路13的輸出端，用 以因應輸出檢測訊號V f分別控制第一開關電路丨丨丨與第二 開關電路121運作，而分別使第一級電源電路u的第一 級電壓增益值G!與第二級電源電路12的第二級電壓增益 值G2因應輸出檢測訊號Vf改變，進而使第一級電源^路 11的第一級電壓增益值⑴與第二級電源電路12的第二級 201034367 電壓增益值G2因應輸出電壓V。或/及輸出電流ί。改變。其 中第級電壓增证值^為輸入電壓yin與匯流排電壓 的比值其關係式為G1=vbus/Vin，而第二級電壓增益值G2 為匯流排電歷Vbus與輸出電| v。的比值，其關係式為 Gl=Vo/Vbus。 於本實施例中，電源控制單元14包含第一級控制電 路141與第二級控制電路142，其中，第一級控制電路i4i ❹分別連接於輸出檢測電路13的輸出端與第一級電源電路 11之第一㈤關電路m之控制端，用以因應輸出檢測電路 13產生的輸出檢測訊號Vf控制第一級電源電路11的第一 開關電路111運作，使第一級電源電路^的第一級電壓 增益值G!因應輸出檢測訊號Vf改變。相似地，第二級控制 電路142分別連接於輸出檢測電路13的輸㈣與第二級 電源電路12之第二開關電路121之控制端，用以因應輸 出檢測電路13產生的輸出檢測訊號Vf控制第二級電源電 嚳路12的第二開關電路121運作，使第二級電源電路12的 第二級電壓增益值Gz因應輸出檢測訊號％改變。 電源控制單元14的第一級控制電路141會控制第一 級電源電路11的第一開關電路1U以脈衝寬度調變 (pulse width modulation，PWM)的運作方式導通或截止， 且藉由改變第一開關電路運作的責任週期（duty cycle)可以使第一級電源電路η的第一級電壓增益值仏 改變。其中，第一級電源電路11的第一級電壓增益值& 與第一開關電路111的責任週期成正比。換言之，當電源 9 201034367 控制單元14的第一級控制電路141提高第一開關電路lu 的責任週期時，第一級電源電路u的第一級電壓增益值 匕會隨著第一開關電路1U的責任週期提高而增加。麗 相似地，電源控制單元14的第二級控制電路142會 控制第二級電源電路12的第二開關電路121以脈衝頻率 調變（pulse frequency modulation, PFM)的運作方式導 通或截止，且藉由改變第二開關電路121的運作頻率可以 _ ，第二級電源電路12的第二級電壓增益值Gz改變。其中， 第二級電源電路12的第二級電壓增益值。與第二開關電 路*m的運作頻率成反比。也就是說，當電源控制單元η 的第二級控制電路142提高第二開關電路121的運作頻率 時，第二級電源電路12的第二級電壓增益值G2會隨著第 二開關電路121的運作頻率提高而降低。 電源控制單元14的第一級控制電路141與第二級控 制電路142是依據隨著輸出電壓ν。或輸出電流r。變化之輸 籲Α檢測訊號Vf而分別難第—_電路iu與第二開關電 路121的運作，使第一級電源電路11的第-級電壓增益 值Gi與第一級電源電路12的第二級電廢增益值仏改變， 進而使輸出電壓V。或輸出電流工。維持在額定值。換言之， 匯流排電壓Vbus會隨著輸出電壓V。或輸出電流ί。而變化， Ζ此’本案之雙級純式電源轉換電路i利用第一級電源 Γ產生非岐電壓值之匯流排電壓Vbus，來實現輸出 電壓V。或輸出電流丨。維持在額定值。 第一級電源電路11不需要產生固定電壓值之匯流排 201034367 電壓vbus，而是動態地調整第一級電源電路u的第一級電 壓增益值G!與第二級電源電路12的第二級電壓增益值G2 使輸出電壓V。或輸出電流I。維持在額定值，進而使第一級 電源電路11的第一開關電路lu與第二級電源電路12的 第二開關電路121運作可以更具彈性，因此，本案之雙級 父換式電源轉換電路1可以接收較大電壓值變化範圍的輸 入電壓Vin。

々舉例而言，輸出電壓V。等於第一級電壓增益值仏、 第二級電壓增益值G2與輸人電壓^的乘積，其關係式為 HG2.Vin。當第一級電源電路u接收輸入電壓L 之電壓值為額定副伏特時，為了使第二級電源電路12 產生，出電壓V。之電墨值為_伏特的額定電壓值，電源 控制單元14的第-級控制電路141與第二級控制電路142 會分別藉由調整第-級電源電路^㈣—開關電路⑴ 與第二級電源電路12的第二開關電路121，使第—級電壓 增益值Gl與第二級電壓增益值&乘積為3，以滿足輸入電 厘與輸出電壓V。之關係式v〇= Gi · G2. Vin。 由於第-級電源電路u的第—開關電路ln與第二 級電源電路12的第二開關電路121運作可以更具彈性， 因此’本案之雙級錢式電轉換電路丨能触電壓 2較大的輸入電壓Vin，更因為此特性，當輸入電壓_ 地發生異常時’輸出電屋v。不會受到輸入電麗^影響 ^即發生異*。舉例而言，若藉由電源控制單元Η的^ -級控制電路141與第二級控制電路142分別控制第一級 201034367

電源電路11的第-開關電路U1與第二級電源電路12的 第二開關電路m，而可以調整第—級㈣增益值⑴與第 -級電>1增益值（ϊ2的最大值為1G，且可以調整第一級電 壓增益值6!與第二級電料益值⑽最小值為卜由輸入 電壓Vin與輸出電壓v。之關係式Vc^G! . G2 . Vin可知，本案 ^雙級交換式電源轉換電路1為了產生300伏特額定r 剧出電麗V。’本案之雙級交換式電源轉換電路1可以接收 之輪亡電壓vin為3〜300伏特’即輸入電壓L為非1〇〇伏 特額疋值時，輸出電壓v。一樣會維持3〇〇伏特額定值。 於本實施财，本案之雙級交換式電源轉換電路ι更 匯排电各Cbus，連接於第一級電源電路11的電源輸 、一級電源電路12的電源輸入端與電源匯流排匕， 、遽除ilw排電壓Vbus的高頻雜訊，且於輸人電壓未中 、:儲存電能。因此，當輸入電壓Vin短暫地中斷時，可 匯机排電容Cbus提供電能產生輸出電壓v。，使輸出 埜V。不會受到輸入電壓Vin影響而立即中斷。 —此外，更因為本案之雙級交換式電源轉換電路丨之第 j電源電路11不用產生固定電壓值之匯流排電壓vbus， ^動態調整第—級電源電路11的第-級電壓增益值Gl ;、t級電源電路12的第二級電壓增益值G2使輸出電壓 二别出電机I。維持在額定值，因此，在輸入電壓Vin中 則，由於第一級電源電路u的第一級電壓增益值Gi盥 電源電路12的第二級電壓增錄G2為動態調整Ϊ ;机排電容cbus的匯流排電壓u降的速度較慢，進 12 201034367 而使輸入電壓γ. 〜 持時間較長。舉例而言V41 電電Γ;維Γ定值時的維 壓V。還是會維持額、1輸電壓Vin中斷後，輸出電 持時間後，铪Φ垂疋值不會立即中斷，在經過0.5秒的維 出電壓v。才會中斷或低於額定值。換十之唯 U 中斷的時間小於〇.5秒的維持時間，即輸 入電壓vin^暫的中斷時， ’ ❹ ❹ 月匕產輸出電壓v。’使輸出電壓V。不會受到輸入電壓 影響而立即中斷或降低電壓值至低於額定值電壓Vln 由上述可知，電源控制單元14的第—級控制電路⑷ 級控制電4 U2會依據輸出檢軌號 動態地調整第一級電源電路u 主刀利错由 电赝包路U運作的弟一責任週期Dt丨盥 第一級電源電路12的第二運作頻率f2，即改變第關 電路ill運作的責任週期與第二關電路121的運二頻 率’使第-級電源電路U的第—級電M增益值&與第二 級電源電路12的第二級電壓增該62隨著輸出檢測訊=

Vf改變，進而使輸出電壓v。或輸出電流丨。維持在額定值。 為達此目的，以下將舉例說明第一責任週期Dtl、第二運作 頻率h與輸出檢測訊號7{的對應變化關係。 請參閱第二圖A且對應配合參閱第一圖，其中第二圖 A係為第一責任週期與第二運作頻率對應輸出檢測訊號之 對應變化關係示意圖。如第二圖A所示，橫軸為輪出檢測 訊號vf’縱軸分別為第一責任週期Dtl與第二運作頻率f2， 其中’包含第一責任週期Du對應輸出檢測訊號vf之第— 對應變化關係線A!，以及第二運作頻率fz對應輸出檢測訊 13 201034367 號Vi之第二對應變化關係線a2。第一對應變化關係線Al(粗 虛線）係表示輸出檢測訊號Vf由小至大變化時，輸出檢測 訊號Vf與第一責任週期Dtl之對應變化關係，第二對應變 化關係線A2(另一粗線型）係表示輸出檢測訊號Vf由小至大 變化時’輸出檢測訊號Vf與第二運作頻率f2之對應變化 關’而第一對應變化關係線Al與第二對應變化關係線a2 兩線重疊處則以實線表示，其中，第一責任週期Dtl的標 示疋由下方的最大第一責任週期Dtlmax遞減至上方的最小 ❿ 第一貝任週期Chimin，第二運作頻率匕的標示是由下方的最 小第二運作頻率遞增至上方的最大第二運作頻率 ，而輸出檢測訊號Vf的標示是由左邊向右邊遞增。於 本實施例中，第一訊號值區間VfA相較於第二訊號值區間 位於較低數值處，換言之，第二圖A中第一輸出檢測訊 號值Vn小於第三輸出檢測訊號值Vf3。 由第一對應變化關係線I可知，第一責任週期〜係 ❹依據輸出檢測訊號Vf大小而改變。當輸出檢測訊號Vf大小 介於第一輸出檢測訊號值Vfl與第二輸出檢測訊號值^之 第一訊號值區間Vu時，電源控制單元14的第一級控制電 路141會依據輸出檢測訊號Vf調整第一級電源電路u運 作的第-責任週期Dtl。由於第—級電源電路U的第一級 電璧增益值Gl與第一責任週期Du成正比，因此，當輸出 檢測訊號％大小介於第—輸出檢龍難Vfi 檢測訊號值Vf2之第一訊浐值巴門v拄φ s ” 一輸出 a Λ现值區間時，電源控制單元14 的第-級控制電路141會依據輸出檢測訊號Vf調整第一級 14 201034367 第一責任週期D"達到調整第-級 a皿值G1，使輸出電壓v。或輸出電流J。維持在額定值。

Vn盘ί外^輸出檢測訊號Vf小於第—輸出檢測訊號值 小於、Π 則訊號值^2之第—訊號值區間〜時，即 ❹ 級Mi垂雨出檢測訊號值Vil時，電源控制單元14的第一 週^ D路141會控制第—責任週期〜為最大第一責任 地^^ ’即調整第—級電壓增益值&為最大值。相反 二給:二、檢測訊號VfA於第—輪出檢測訊號值Vfi與第 '測訊號值Vf2之第一訊號值區間VfA時，即大於第 =出，訊號值Vf2時，電源控制單元14的第一級控制 會控制第-責任週期Dt]為最小第—責任週期 t〗min，即調整第一級電壓增益值G〗為最小值。 由第二對應變化關係線A2可知，第二運作頻 測訊號Vf大小而改變。當輸出檢測訊號心大小 =弟二輪出檢測訊號值Vf3與第四輸出檢測訊號值〜之 值區間ViB時’電源控制單元14的第二級控制電 依據輸出檢測訊號vf調整第二級電源電路12的 -運作頻率f2。由於第二級電源電路12的第二級電壓 ^值仏與第二運作頻率f2成反比，因此，當輸出檢測訊 味 1 ’丨於第二輸出檢測訊號值Vf3與第四輸出檢測訊 唬值Vh之第二訊號值區間VfB時，電源控制單元14的第二 、及控制電路142會依據輸出檢測訊號Vf調整第二級電源電 的第—運作頻率f 2，以達到調整第二級電壓增益值 G2，使輸出電壓v。或輸出電流〗。維持在額定值。 15 201034367 v 似地，當輪出檢測訊號Vf小於第三輸出檢測訊號值 /、四輪出檢測訊號值—之第二訊號值區間L時，即 小於第三輪出檢測訊號值Vf3時’電源控制單元14的第二 T控制電路142會控制第二運作頻率ί2為最小第二運作頻 =’即調整第二級電屢增益值仏為最大值。相反地， 虽輸出檢測訊號Vf大於第三輸出檢測訊號值^與第 出檢測訊號值v“之第二訊號值區間VfB時，即大於第四輸 出檢測訊號值Vf4時’電源控制單元14的第二級控制電路 142會控制第二運作頻率f2為最大第二運作頻率f2Bax，即 調整第二級電壓增益值G2為最小值。 請參閱第二圖A與第二圖B且對應配合參閱第一圖， 其中第二圖B係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應 輸出檢測訊號之對應變化關係示意圖。第二圖㈣第二圖 A不同之處在於第二㈣之第―訊號值區間l與第二 值區間^沒有重疊，也就是說，第二圖B中第二輸出^ ❿ 測訊號值vf2等於第三輸出檢測訊號值ν〇。而第二圖8之 第一訊號值區間VfA同於第二圖A位於較第二訊號值區間 V〇低數值處’即第一輸出檢測訊號值Vfi小於第三 測訊號值Vf3。 由第二圖B所示之第一對應變化關係線^與第二對 應變化關係a a2可知，當輸出檢測訊號VH、於第一輸出檢 測訊號值Vn與第三輸出檢測訊號值Vf3時，即輸出檢測訊 號Vf小於第一訊號值區間^與第二訊號值區間L時，第 一級控制電路141會控制第_責任週期Dti為最大第—責 16 201034367 任週期iw，即調整第一級電壓增益值Gi為最大值，同 時，電源控制單元14的第二級控制電路142會控制第 運作頻#為最小第二運作頻率“，即調整第二^壓 增益值G2為最大值。 當輸出檢測訊號Vf大小介於第一訊號值區間VfA，且 小於第二訊號值區間vfB時，即輪出檢測訊號心大小介於 第一訊號值區間VfA，且小於第三輸出檢測訊號值Vf3時， ❿電源控制單元14的第二級控制電路142會控制第二運作 頻率f2為最小第二運作頻率f2nin，即調整第二級電壓增益 值G2為最大值。同時，電源控制單元14的第一級控制電 路141會依據輸出檢測訊號v f調整第一級電源電路11運 作的第一貝任週期Dti ’以達到調整第一級電壓增益值A， 使輸出電壓V。或輸出電流I。維持在額定值。 當輸出檢測訊號Vf大小介於第二訊號值區間VfB，且 ，於第一訊號值區間VfA時，即輸出檢測訊號^大小介於 • 第一 5fl號值區間VfB ’且大於第二輸出檢測訊號值Vf2時， 電源控制單元14的第一級控制電路141會控制第一責任 =期D'為最小第一責任週期Dtlmin,即調整第一級電壓增 益值〇!為最小值。同時，電源控制單元14的第二級控制 電路142會依據輸出檢測訊號Vf調整第二級電源電路12 的第一運作頻率h，以達到調整第二級電壓增益值^，使 輸出電壓V。或輸出電流I。維持在額定值。 當輸出檢測訊號Vf大於第二輸出檢測訊號值Vf2與第 四輪出檢測訊號值時，即輸出檢測訊號Vf大於第一訊 17 201034367 號值區間VfA與第二訊號值區間VfB時，電源控制單元μ =-級控制電路141會控制第—責任週期〜為最小第 -責任週期D㈣’即調整第—級錢增益值&為最小值。 同時’電源控制單元14的第二級控制電路142會控制第 二運作頻率f2為最大第二運作鮮^，即浦第二級電 壓增益值G2為最小值。 凊參閱第二圖A與第二圖C且對應配合參閱第 其中第二圖C係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應 輸出檢測訊號之對應變化關係示意圖。由第—對應變化關 係線Αι與第一對應變化關係線A2可知，第二圖〔之第一訊 號值區間L不同於第二圖A位於較第二訊號值區間〜高 數值處，換言之，第二圖C中第—輪出檢測訊號值V”大 於第三輸出檢測訊號值Vf3。因此，當輸出檢測訊號I大 =介於較低數值處時，第二級電源電路12的第二運作頻 广h不會疋取小第二運作頻率“，即第二級電壓增益值 2不會是最大值。相對地，當輸出檢測訊號&大小介於較 向數值處時’第—級電源電路11運作的第-責任週期Dtl 不會是最小第一責任週期Dtlmin’即第二級電壓增益值G2 不會是最小值。 由第二圖c所示之第二對應變化關係線A2可知，當輸 出檢測喊大小介於第三輸出檢測訊號值與第四輸 出檢測訊號值vf4之第二訊號健間VfB時，電源控制單元 ^的第二級控制電路142還是會依據輸出檢測訊號^調 i第二級電源電路12的第二運作頻率f2，以達到調整第 201034367 益值G”使輪出電❹。或輪出電流!。維持在額 第四輪:=:=rnr_訊號… 第三輸出檢測訊號值^時，電源控間：二即小於 制電路142會控制第二運作頻率：為最:第二運 即調整第二級增益值仏為最大值。相反地，舍 大於第三輪出檢測訊號值〜與第四輸出 會控制第二運作頻大笛 級控制電路142 第二級電崎==:第二運作頻率一 大小八由二一對關係線Al可知，當輸出檢測则 广第t;:訊號值Vfl與第二輸出檢測訊號值 運作㈣1任週期Dtl，以達到調整第—級電壓增益 值G】’使輸出電M V。或輪出電流！。維持在額定值。當輸2 ===於第一輸出檢測訊號值〜與第二輸“測 訊遽值vf2之第-訊號值區間VfA時，即小於第—輸出 訊號值Vfl時’電源控制單元14的第一級 會 責任週期心為最大第一責任週期D_二 第-級電壓增益值匕為最大值。相反地，當輪出檢測訊 Vf大於第-輸出檢測訊號值Vfl與第二輪出檢測訊號值^ 之第-訊號值區間^時，即大於第二輪出檢測訊號值/ 201034367 的第一級控制電路141會控制第一 貝任週期Dtl-in ’即調整第一級電 其中第二 1 D且對應配合㈣第-圖， 馮另一第一責任週期與第二運作頻率對應 C 之對應變化關係示意圖。第二圖D與第二圖

q右:掌在，第一 SK號值區間VfA與第二訊號值區間VfB

等於就7^說第二圖D中第四輸出檢測訊號值V“ 號值二圖D之第-訊號值區 Μ Λ ® G位於較第二職值區間〜高數值處， 即第一輸出檢測訊號值Vfl大於第三輸出檢測訊號值L。 由第二圖D所示之第一對應變化關係線Μ與第二對 ；；變化關係線A2可知’當輸出檢測訊號V"J、於第一輸出檢 2號值Vn與第三輸出檢測訊號值時，即輸出檢測訊 ;f小於第一矾號值區間VfA與第二訊號值區間

VfB時，第

時，電源控制單元14 貝任週期Dti為最小第 壓增益值Gi為最小值。 一級控制電路141會控制第—責任職D4最大第一責 任週期DtlBax ’即調整第一級電壓增益值Gi為最大值，同 時’電源控制單元Η的第二級控制電路142會控制第二 運作頻率f2為最小第二運作頻率“，即調整第二級電壓 增益值G2為最大值。 虽輸出檢測訊號Vf大小介於第二訊號值區間，且 ^於第一訊號值區間VfA時，即輸出檢測訊號％大小介於 第二訊號值區間vfB，且小於第一輸出檢測訊號值Vn時， 電源控制單元14的第-級控制電路141會控制第—責任 20 201034367 迥』〜為最大第一責任週期 益“為最大值。同時，電_二：二級電屢增 雷踗"… 明電源控制早兀Η的第二級控制

、θ依據輸出檢測訊號Vf調整第二級電源電路U 於山带運作頻率f2 ’以達到調整第二級電屢增益值G”使 輸出電H或輸出電流I。維持在額定值。

當輪出檢测訊號Vi大小介於第一訊號值區㈤^，且 於第「訊號值區間VfB時’即輸出檢測訊號^大小介於 2號值區間ViA’ ^大於第四輸出檢測訊號值^時，、 /玄'控制單it 14的第二級控制電路142會控制第二運作 頻率h為最大第二運作頻率f2Bax，即調整第二級電壓辦兴 小值。同時，電源控制單元㈣第-級控： ★曰依據輸出檢測訊號心調整第一級電源電路^運 第貝任週期Dtl，以達到調整第一級電屢增益值Gi， 使輸出電壓V。或輸出電流I。維持在額定值。 當輸出檢測訊號Vf大於第二輸出檢測訊號值^ 四輸出檢龍號值Vf4時，即輸出檢_號[大於第一訊 號，區間vfA與第二訊號值區間VfB時，電源控制單元μ =-級控制電路141會控制第—責任週期〜為最小第 了責任週期Dtlain，即調整第—級電壓增益值&為最小值。 同時’電源控制單元14的第二級控制電路142會控制第 二運作頻率f2為最大第二運作頻率f2…即調整第二級電 壓增益值G2為最小值。 由上述之第一圖A~第二圖D中第—對應變化關係線 Αι與第二對應變化關係線八2可知，當輸出檢測訊號^大小 21 201034367 介於第-訊號值區間vfA時，第_貴任週期心是隨著輸出 檢測訊號VW加而減少’當輪出檢測訊號Vf大小介於第二 訊號值區間νίΒ時’第二運作頻率f2是隨著輸出檢測訊號 V,增加而增加。因此，當輸出檢測訊號VfA小介於第一訊 號值區間VfA時，第-級電壓增益值Gi是隨著輸出檢測訊 號％增加而減少，當輸出檢測訊號1大小介於第二訊號值 區間vfB時，第二級電壓增益值G2是隨著輸出檢測訊號Vf 增加而減少。 ❿ 請再參閱第一圖，其中輸出檢測電路13所產生之輸 出檢測訊號Vf-般會與輸出電壓v。或/及輸出電流（。成正 比關係，換言之，當輸出電壓v。或/及輸出電流工。增加時， 輸出檢測訊號Vf會對應增加。而上述之第二圖A〜 中所表示之第-責任週期與第二運作頻率對應輸出檢測 訊號之對應變化關係，是使用於輸出檢測訊號〜與輸出電 壓V。或/及輸出電流I。成正比關係時。 • 然而，於一些實施例中，輸出檢測電路13所產生之 輸出檢測訊號Vf會與輸出電壓V。或/及輸出電流J。成反比 關係，換言之’當輸出電壓v。或/及輸出電流丨。增加時， 輸出檢測訊號Vf反而會對應減少。此時，第一責任週期與 第二運作頻率對應輸出檢測訊號之對應變化關係，會相2 於第一圖A〜第二圖D中所表示之第一責任週期與第二運作 頻率對應輸出檢測訊號之對應變化關係，換言之，當輸出 檢測訊號Vf大小介於第一訊號值區間VfA時，第一 週 期Dtl係隨著輸出檢測訊號Vf增加而增加，當輪出二測訊 22 201034367 號Vf大小介於第二訊號值區間yfB時，第二運作頻率匕係 隨著輸出檢測訊號Vi增加而減少。因此，當輸出檢測訊號

Vf大小介於第一訊號值區間VfA時，第一級電壓增益值Gi 是隨著輸出檢測訊號Vf增加而增加，當輸出檢測訊號Vf 大小介於第二訊號值區間vfB時，第二級電壓增益值G2是 隨著輸出檢測訊號vf增加而增加。以下將以此輸出檢測訊 號Vf之特性加以說明。 晴參閱第三圖A與第二圖A且對應配合參閱第一圖， 其中第三圖A係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應 輸出檢測訊號之對應變化關係示意圖。第三圖A與第二圖 A之第一對應變化關係線^與第二對應變化關係線^相 反，而第一訊號值區間VfA相較於第二訊號值區間VfB同樣 位於較低數值處，即第一輸出檢測訊號值Vfl小於第三輸 出檢測訊號值Vf3。由第一對應變化關係線Αι可知，當輸 出檢測訊號Vf大小介於第一輸出檢測訊號值^與第二輸 出檢測訊號值VfZ之第一訊號值區間VfA時，電源控制單元 ^的第一級控制電路141會依據輸出檢測訊號％調整第 一級電源電路11運作的第一責任週期Dti，以達到調整第 :級電壓增益值Gi，使輸出電壓V。或輸出電流J。維持在額 定值。當輸出檢測訊號Vf小於第一訊號值區間時，即 小於第一輸出檢測訊號值Vn時，電源控制單元Η的第一 級控制電路141會控制第一責任週期Dti為最小第一責任 週期Dtlmin，即調整第一級電壓增益值Gi為最小值。相反 地，當輸出檢測訊號Vf大於第一訊號值區間v“時，即大 23 201034367 於第-輪出檢測訊號值Vf2時，電源控制單元 控制電路⑷會控制第一責任週期D 、一、、及 期^，即調整第一級電朗益值仏為最最/值第一貝任週 由第二對應變化關係線A2可知，當輸出檢 大小介於第二訊號值區間VfB時，電源控制單元檢/= ^ 電路142會依據輸出檢測訊號Vf調整第二級電_ ❿ 使輸：m::2，以達到調整第二級電麼增益值 測^ v於笛 電流κ維持在額定值。當輸出檢 測减Vf小於第二訊號值區間VfB時，即小於第三輸 值〜時，電源控制單元14的第二級控制電路^ t控制第二運作頻率f2為最大第二運作頻率f2Bax，即調整 v :二:壓增益值G2為最小值。相反地’當輸出檢測訊號 H於紅職值_卩斗即切第四輸缝測訊號值 L時’電源控制單幻4的第二級控制電路142會控制第 2作頻率f2為最小第二運作頻率f2min，即調整第二級電 麗增盈值G2為最大值。 請參閱第三圖B與第二圖B且對應配合參閱第一圖， 2第三圖B係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應 輸出檢測訊號之對應變化關係示意圖。第三圖㈣第二圖 B之第-對應變化關係線I與第二對應變化關係線^相 反。如第三圖B所示’第一訊號值區間與第二訊號值 區間VfB沒有重疊，即第二輸出檢測訊號值^等於第三輸 出檢測訊號值Vf3，且第―訊號值區間VfA相較於第二訊號 值區間vfB位於較低數值處，即第一輸出檢測訊號值小 24 201034367 於第三輸出檢測訊號值Vi3。

❹ 由第-對應變化關係線八！與第二對應變化關係線A2 可知’當輸出檢測訊號W於第—輪出檢測訊號值Vfi盘 第三輸出檢職號值Vf3時，即輸出檢測訊號W於第一 訊號值區間vfA與第二訊號值㈣VfB時，第—級控制電路 141會控制第一責任週期Dtl為最小第一責任週期^ η，即 調整第-級電壓增益值Gl為最錢，㈣，電雜制單元 W的第二級控制電路142會控制第二運作頻率η為最大 第二運作解fw即調整第二級電>1增益值G2為最小值。 當輸出檢測訊號Vf大小介於第一訊號值區間viA，且 小於第二訊號值區間vfB時，即輪出檢測訊號％大小介於 第-訊號值區間vfA，且小於第三輸出檢測訊號值Vf3時， 電源控制單元14的第二級控制電路142會控制第二運作 頻率f2為最大第—運作頻率^，即調整第二級電壓增益 值仏為最小值。同時’電源控制單元14的第-級控制電 路141會依據輸出檢測喊Vf調整第一級電源電路"運 作的第-責任週期Dtl，以達到調整第一級電壓增益值仏， 使輸出電壓V。或輸出電流Ϊ。維持在額定值。 當輸出檢測訊號Vf大小介於第二訊號值區間vfB，且 0於第「訊號值區間vfA時，即輪出檢測訊號vfA小介於 ▲號值區間VfB，且大於第二輸出檢測訊號值^時， 電源控制單元14的第—纫地座丨+ 千υ μ町弟級控制電路141會控制第一責任 週期Du為最大第一眚杯调地η 币貝仕 週肩DtlmaX，即調整第一級電壓增 為最大值。同時，電源控制單元14的第二級㈣ 25 201034367 電路142會依據輪出檢測 的第二運作頻土 月正弟一級电源電路12 輪出雷達到調整第二級電輸值。，使 輸出電I V°或輪出電流I。維持在額定值。 當，檢測訊號VfA於第二輸出檢 =出檢測訊號值Vf4時，即輸出檢測訊號U於第j =間V“與第二訊號值區間^時，電源控制單元14 =一級控制電路141會控制第_責任週期〜為最大第 貝任週期Dtlmax，即調整第一級電壓增益值Gi為最大值。 5時，電源控制單元14的第二級控制電路142會控制第 =運作頻率f2為最小第二運作頻率^，即調整第二級電 壓增益值G2為最大值。 請參閱第三圖C與第二圖C且對應配合參閱第一圖， 其中第三圖C係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應 輸出檢測訊號之對應變化關係示意圖。第三圖c與第二^ C之第一對應變化關係線^與第二對應變化關係線心相 • 反。如第三圖c所示，第一訊號值區間VfA相較於第二訊 號值區間VfB位於較高數值處，即第一輸出檢測訊號值Vfi 大於第三輸出檢測訊號值VfS。因此，當輪出檢測訊號Vf 大小介於較低數值處時，第二級電源電路12的第二運作 頻率f2不會是最大第二運作頻率f2„ax，即第二級電屢增益 值G2不會是最小值。相對地，當輸出檢測訊號％大小介於 較高數值處時，第一級電源電路11運作的第一責任週期 Dti不會是最大第一責任週期Dtimax’即第二級電壓增益值 G2不會是最大值。 26 201034367 由第二對應變化關係、線A,可知，當輪出檢測訊號^ 大小介於第二訊號值區間ViB時，電源控制單元14的第二 級控制電路142會依據輸出檢測訊號Vf調整第二級電源電 路12的第二運作頻率fz’以達到調整第二級電壓增益值 G2 ’使輸出電壓V。或輸出電流I。維持在額定值。當輸出檢 測訊號於第二訊號值區間VfB時，即小於第:輸出檢 測訊號值L時，電源控鮮元14的第二級控制電路142 會控制第二運作頻率f2為最大第二運作頻率f〜，即調整 第二級電壓增益值G2為最彳、值。相反地，當輪出檢測訊號 Vf大於第二訊號值區間VfB時’即大於第四輸出檢測訊號值 時，電源控制單元14的第二級控制電路142會控制第 二運作頻率f2為最小第二運作頻率f2min，即調整第二 壓增益值G2為最大值。 由第-對應變化關係線Al可知，當輸出檢測訊號Vf 大小介於第一訊號值區間VfA時，電源控制單元14的第一 鮝級控制電路141會依據輸出檢測訊號Vf調整第一級電源電 ，11運作的第一責任週期Dti，以達到調整第一級電壓增 益值，使輸出電麗V。或輸出電流J。維持在額定值。當ς 出檢測訊號vf小於第一訊號值區間VfA時，即小於第二^ 出檢測訊號值¥„時，電源控制單元14的第一級控制電路 ⑷會控制第-責任週期Dtl為最小第—責純期^，即 調整第-級電壓增益值仏為最小值。相反地，當輸出檢測 成號vf大於第-訊號值區間VfA時，即大於第二輸 訊號值Vf2時，電源控制單元14的第一級控制電路⑷: 27 201034367 控制第一責任週期Dtl為最大第一責任週期Dtinax，即調整 第一級電壓增益值G,為最大值。 请參閱第三圖D與第二圖D且對應配合參閱第一圖， 其中第二圖D係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應 輸出檢測訊號之對應變化關係示意圖。第三圖1)與第二圖 D之第一對應變化關係線心與第二對應變化關係線^相 ，。如第三圖D所示，第一訊號值區間VfA與第二訊號值 區間VfB沒有重疊，即第四輸出檢測訊號值v“等於第一輸 出檢測訊號值V„ ’且第一訊號值區間VfA相較於第二訊號 值區間VfB位於較高數值處，即第一輸出檢測訊號值^大 於第三輸出檢測訊號值Vf3。 由第一對應變化關係線Al與第二對應變化關係線a2 可知’當輸出檢測訊號Vf小於第一輪出檢測訊號值

Vfl與

第三輸出檢測訊號值Vfa時，即輸出檢測訊號1小於第一 訊號值區間vfA與第二訊號值區間vfB時，第—級控制電路 141會控制第-責任週期_最小第一責任週，即 調整第-㈣壓增益值Gl為最錢，同時，電源控制單元 14的第二級控制電路142會控制第二運作頻率匕為最大 第一運作頻率f2nax’即調整第二級電壓增益值。為最小值。 當輸出檢測訊號Vf大小介於第二訊號值區間^，且 ^於第-訊號值區間VfA時，即輸出檢測訊號[大小介於 f二訊號值區間VfB，且小於第—輸出檢測訊號值V"時， 電源控制早幻4的第一級控制電路141會控制第一責任 週期Dtl為最小第—責任週期ι，即調整第—級電塵增 28 201034367 ==:。同時，電源控制單元14的第二級控制 的第二^4 f輸出檢測訊號Vf調整第二級電源電路12 幹出電壓v:f2’以達到調整第二級電壓增益值G2,使 輪出電I v。或輸出電流I。維持在額定值。

讀出檢測訊號Vi A小介於第—訊號值區間〜，且 ^訊號值區間VfB時，即輸出檢測訊號％大小介於 間VfA’且大於第四輸出檢測訊號值V4, =制早兀U的第二級控制電路142會控制第二運作 祐r ^ t最小第—運作頻率f2nin，即調整第三級電壓增益 牧1 /最大值@時，電源控制單元14的第一級控制電 /會依據輸出檢測訊號Vf調整第—級電源電路u運 的第胃S週期Dtl，以達到調整第一級電壓增益值， 使輸出電壓V。或輸出電流I。維持在額定值。 當輸出檢測訊號Vf大於第二輸出檢測訊號值^與第 =輸出檢測訊號值Vf4時，即輸出檢測訊號Vf大於第一訊 '值區間VfA與第二訊號值區間VfB時，電源控制單元14 3-級控制電路141會控制第—責任週期〜為最大第 y責任週期Dtlnax，即調整第一級電壓增益值&為最大值。 同時’電源控制單元丨4的第二級控制電路142會控制第 -運作頻率f2為最小第二運作頻率f2_，即調整第二級電 壓增益值G2為最大值。 一请參閱第四圖A與第一圖，其中第四圖a係為第一圖 =示之雙級交換式電源轉換電路之較佳實施例之電路示 思圖。如第四圖A所示，第一級電源電路u包含：第一 29 201034367 開關電路111、第一級整流電路112、 電感與第一二極體Dl，於本實 1、第一 奉貫施例中，第一開關電路 111係由第-開關元料實現，其中第—開關元 一端Ql1連接於第—電感Li的—端與第—二極體Dl的陽極 端/-開關元件_第二端Ql2連接於第一共接端， 而第-_元件_控制端連接於電源控制單元Η的第 -級控制電路m，且由第—級控制電路141 關元件Q!導通或截止。

第-電“的一端連接於第一二極體D1的陽極端與 第-開關元件Q,的第一端Qll ’第一電感Li的另一端連接 於第-電容端與電源匯流排Βι的負端。第一電容 Ci的-端連接於電源匯流排Bl的負端與第一電感匕的一 端。第-電容G的另-端連接於第—級整流電路ιΐ2的輸 出端、第-二極體Dl的陰極端以及電源匯流排&的正端。 第-級整流電路112的輸出端連接於第—電容Ci的另一 端 '第-二極體Dl的陰極端以及電源匯流排&的正端，用 以將輸入電壓Vin整流而產生整流輸入電壓vr，其中，第 -級整流電路112可以是但不限定為橋式錢電路。第一 二極體D,的陰極端連接於電源匯流排Βι的正端，第一二極 體m的陽極端連接於第一電感Li的一端，於第一開關元件 Q!截止時’使第一電感Ll的電能可經由第一二極體Di與電 源匯流排B丨傳送至第二級電源電路12的電源輸入端。 —第二級電源電路12包含第二開關電路121、第二電 合（：2與變壓器TV，於本實施例中，變壓器Tr包含初級繞組 30 201034367 ^(primary winding)與第一次級繞組 winding)，而第二開關電路121係由第二開關元件^與第 三開關元件q3實現。其中，變壓n Tr的初級燒组Np的一 端連接於第二電容G的一端，變屢器Tr的初級繞組仏的 另一端連接於電源匯流排B,的負端與第三開關元件^的 第一端Q32’而第二電容G的另一端連接於第二開關元件 Q2的第二端Q22與第三開關元件Q3的第一端如。 第一開關元件Q2的第一端如連接於電源匯流排队的 正鈿第一開關元件Q2的第二端Q22連接於第三開關元件 Q3的第一端Q31與第二電容C2的另-端。第三開關元件q3 的第一端如連接於第二電容C2的另一端與第二開關元件 Q2的第二端Q22，第三開關元件Q3的第二端如連接於電源 匯流排队的負端與變壓器Tr的初級繞組Np的另一端。 第二開關元件①與第三關元件㈣控制端分別連 接於電源控制單元14的第二級控制電路142，且由第二級 φ控制電路142控制第二開關元件q2與第三開關元件仏導通 或截止，進而使匯流排電壓Vbus的電能藉由變壓器L的初 級繞組NP傳送至變壓n Tr的第一次級繞组l而產生輸出 電壓。 於本實施例中，雙級交換式電源轉換電路1更包含輸 出電流檢測電路15，串聯連接於輸出電流J。的迴路上， 用以檢測輸出電流I。且依據輸出電流1。產生對應的輸出 電流檢測訊號Vl。。輸出電流檢測電路15可以是但不限定 為輸出檢測電阻Rs’其中輸出檢測電阻匕的一端連接於第 31 201034367 久級繞組Nsl的—滅盘势—u Μ :1的另-端連接於輸出檢:「電 串聯連接於輸出電流h的迴路上，所以: t訊找。於一些實施例中，輸出檢測電路 机器（current transformer，CT)。 源電m輪出檢測電路13的輸入端連接於第二級電 ❹15的於屮*電源輸出端外，更連接於輸出電流檢測電路 1出k ’而輸出檢測電路13的輸出端連接於電源控 用k 14的第-級控制電路141與第二級控 =因應輸出電壓V。以及相對於輸出電流1。變1= !，_號Vl。產生對應的輸出檢測訊號Vf，由於輸： 流檢測訊號Vl。係依據輸出電流1。而變化，所以，輸 ^測訊號Μ因應輸出電麗v。以及輸出 於，第一開關電路出與第二開關電路= φ 作方式同上所述，在此不再贅述。 :青參閱第一圖、第四圖人與第四_，其中第四圖B 係^第一圖所示之雙級交換式電源轉換電路之另一較佳 之電路示意圖。如第四圖㈣示之第—級電源電路 ，、第一開關電路121相似於第四圖A之第一級電源電路 第二開關電路121，第四圖B與第四圖A不同之二 於第四圖B所示之第一級電源電路u除了包含：第： 關電路111、第一級整流電路112、第一電容&、第—汗 感L與第一二極體〇1外，更包含充電電流檢測電路 32 201034367 且第電感L1更包含電流感應繞組Nc。第四圖β與第四圖 Α另一個不同之處在於，第四圖β所示之第二級電源電路 12除了包含：第二開關電路121、第二電容（^與變壓器 Tr外，更包含第二級整流電路122與輸出電容C。，且變壓 器Tr更包含第二次級繞組NS2。 如第四圖B所示，第一級電源電路u的充電電流檢 測電路113係串聯連接於第一電感l的充電迴路上，用以 依據第一電感Li的充電電流產生對應的充電電流檢測訊 響號％。於本實施例中，充電電流檢測電路113為充電檢測 電阻Rt，其中，充電檢測電阻RT的一端連接於第一開關元 件Qi的第二端Q!2 ’充電檢測電阻的另一端連接於第一 共接端COMi。當第一開關電路111的第一開關元件α導通 時’第一電感Li的充電電流會依序流經第一級整流電路 112、第一電容Ci、第一電感Li、第一開關電路hi的第 一開關元件Q!與充電電流檢測電路113的充電檢測電阻 Rt而對第一電感Ll充電’此時’充電電流檢測電路113的 充電檢測電阻Rt會依據第一電感Li的充電電流產生對應 的充電電流檢測訊號Vt。 於本實施例中’第一電感1^的電流感應繞組Nc會感 應第一電感Li的電流’且依據第一電感Li的電流產生對應 的第一電感電流感應訊號Vu。當第一開關電路111的第一 開關元件Q!導通時，第一電感的電流會依序流經第一級 整流電路112、第一電容C〗、第一電感L!、第一開關電路 111的第一開關元件Qi與充電電流檢測電路113的充電檢 33 201034367 測電阻Rt而對第-電感Ll充電，此時，第—電感L的電 流感應繞組队是依據第一電感Li的充電電流產生第一電 感電流感應讯號VL1。當第一開關電路丨〗j的第一開關元件 Q〗截止時，第一電感1^的電流會依序流經第一二極體仏、 第-電容G與第-電感Ll而放電，此時，第—電感^的 電流感應繞組Nc是依據第一電感Li的放電電流產生第一 電感電流感應訊號Vu。 請參閱第四圖B與第五圖，其中第五圖係為第四圖β 之電流及電壓之時序示意圖。第四圖B中，電源控制單元 14的第一級控制電路14ι除了連接於輸出檢測電路13的 輸出端與第一開關電路ln之第一開關元件⑦之的控制端 外，更分別連接於電流感應繞組Nc與充電電流檢測電路 113的充電檢測電阻Rt，且電源控制單元14的第一級控制 電路141不會只依據輸出檢測訊號Vf調整第一開關電路 111的第一開關元件q!的運作，例如第一開關元件Qi運作 的貝任週期’第一級控制電路141更會依據充電電流檢測 訊號Vt與第一電感電流感應訊號Vli調整第一開關元件仏 的運作’使輪入電流Iin的包絡曲線（envel〇pe curve)相 似於輸入電壓Vin的波形’以防止輸入電流Iin的電流分佈 過於集中’造成功率因數過低。 請再參閱第四圖B’如第四圖B所示，第二級整流電 路122連接於變壓器Tr的次級侧與第二級電源電路12的 電源輸出端之間，用以整流。於本實施例中，第二級整流 電路122包含第二二極體j)2與第三二極體仇，其中，第二 34 201034367 二極體_陽極端連接於第—次級繞組Nsi的—端 二極體d2的陰極端連接於輸出電容G。的―端*第 = =電路12之電源輸出端。第三二極體〜的陽極料接於 =次級繞組ns2的-端，第三二極體_陰極端連接於 輸出電谷C。的-端與第二級電源電路12之電源輸出端。 於本實施例中，變壓器Tr的次級側包含第一次

Nsl與第二次級繞組Ns2’其中，第—次級繞組I與第二次 級繞組Ns2的-端共同連接於第二共接端佩與輸出電ς c。的另-端’且分別於第二_電路121的第二開關元件 Q2與第三開關元件q3交替導通時，會將匯流排電壓L的 電能藉由變壓器Tr的初級繞組^分別傳送到第一次級繞 組NS1或第二次級繞組Nsz，再經由第二級整流電路122 = 流而產生輸出電壓V。。 正 舉例而言，當第二開關元件Q2導通而第三開關元件 Q3截止時，匯流排電壓Vbus的電能會藉由變壓器L的初級 _ 繞組心傳送到第一次級繞組NS1，再經由第二級整流電路 122整流而產生輸出電壓v。。相反地，當第二開關元件^ 截止而第三開關元件Q3導通時，匯流排電壓^^的電能會 藉由變壓器Tr的初級繞組Np傳送到第二次級繞組Ns2，再 經由第二級整流電路122整流而產生輸出電壓V。。 本案之雙級交換式電源轉換電路丨之第一級電源電 路11與第二級電源電路12具有多種實施態樣，例如，第 級電源電路11可以是升壓式（g〇〇st)、降壓式（Buck)或

升降壓式（Buck-boost )，而第二級電源電路12可以是LLC 35 201034367 諧振電路或LCC諧振電路，並不以上述例舉之實施態樣為 限。 本案之電源控制單元14之第一級控制電路141與第 二級控制電路142可以是但不限定為脈衝寬度調變控制器 (pulse width modulation controller, PWM control ler)、脈衝頻率調變控制器（pUise freqUenCy modulation controller, PFM controller)或數位訊號處 理器（digital signal processor, DSP)。於一些實施例 中，第一級控制電路141與第二級控制電路142更可以整 合為單一晶片之脈衝寬度調變控制器、脈衝頻率調變控制 器或數位訊號處理器。

本案之第一開關元件Q!、第二開關元件Q2與第三開 關元件Q3可以是但不限定為雙載體電晶體（Bipolar Junction Transistor, BJT)或金氧半場效電晶體 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)。 綜上所述，本案之雙級交換式電源轉換電路之第一級 電源電路不會產生固定電壓值的匯流排電壓，且第一級電 源電路與第二級電源電路係因應雙級交換式電源轉換電 路的輸出電壓或輸出電流而分別調整第一級電源電路的 第一開關電路以及第二級電源電路的第二開關電路運 作，進而分別調整第一級電源電路的第一級電壓增益值與 第二級電源電路的第二級電壓增益值，因此，本案之雙級 交換式電源轉換電路可以接收電壓變化較大的輸入電 36 201034367 壓。即使是因為輸入電壓的電壓值變化造成匯流排電壓的 電壓值變化時，輸出電壓的電壓值不會隨著匯流排電壓的 電壓值而變化。當輸入電壓短暫地中斷或發生異常時，輸 出電壓不會受到輸入電壓影響立即中斷或發生異常。此 外，本案之雙級交換式電源轉換電路不需要於輸入端額外 增加功率因數校正電路，直接利用第一級電源電路就可以 使本案之雙級交換式電源轉換電路具有功率因數校正的 功能，所以不會造成整體電路複雜度提高，更不會使製造 ❹ 成本增加。 本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修 飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。 【圖式簡單說明】 第一圖：係為本案較佳實施例之雙級交換式電源轉換電路 之電路方塊示意圖。 φ 第二圖A:係為第一責任週期與第二運作頻率對應輸出檢 測訊號之對應變化關係示意圖。 第二圖B:係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應輸 出檢測訊號之對應變化關係示意圖。 第二圖C:係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應輸 出檢測訊號之對應變化關係示意圖。 第二圖D:係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應輸 出檢測訊號之對應變化關係示意圖。 第三圖A:係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應輸 37 201034367 ' 出檢測訊號之對應變化關係示意圖。 第三圖B:係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應輸 出檢測訊號之對應變化關係示意圖。 第三圖C:係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應輸 出檢測訊號之對應變化關係示意圖。 第三圖D:係為另一第一責任週期與第二運作頻率對應輸 出檢測訊號之對應變化關係示意圖。 第四圖A:係為第一圖所示之雙級交換式電源轉換電路之 ⑩ 較佳實施例之電路示意圖。 第四圖B:係為第一圖所示之雙級交換式電源轉換電路之 另一較佳實施例之電路示意圖。 第五圖：係為第四圖B之電流及電壓之時序示意圖。 【主要元件符號說明】 11:第一級電源電路 13:輸出檢測電路 15:輸出電流檢測電路 112:第一級整流電路 121:第二開關電路 141:第一級控制電路 Βι:電源匯流為有 Vin:輸入電壓 Iin:輸入電流 1:雙級交換式電源轉換電路 12:第二級電源電路 14:電源控制單元 111:第一開關電路 113:充電電流檢測電路 122:第二級整流電路 142:第二級控制電路 L:匯流排電壓 V。:輸出電壓 38 201034367

I。:輸出電流 Vf:輸出檢測訊號 Gi:第一級電壓增益值 G2:第二級電壓增益值 Ck:匯流排電容 Da:第一責任週期 f2:第二運作頻率 Αι:第一對應變化關係線 欣第二對應變化關係線 第一訊號值區間 VfB:第二訊號值區間 Vr:整流輸入電壓 Vfl、Vf2、Vf3、Vf4:第一〜第四輸出檢測訊號值 最大第一責任 _ Dtlmin:最小第一責任週期 fk:最大第β作頻率 fg最小第二運作頻率 Ci、G:第一〜第二電容 Ll:第一電感 〇!、&、以第一〜第三開關元件 Di、[^、D3:第·—第三二^體 Qll、〇21、〇31:第一端 〇12、^2、〇32:第二^ αΐι、am:第一〜第二共接端 TV:變壓器 Np:初級_且 Nsl、心:第一〜第二^欠級繞組 Rs:輸出檢測電阻 Vi。:輸出電流檢測訊號 Nc:電流感應繞組 Co:輸出電容 Vt:充電電流檢測訊號 Rr:充電檢測電阻 Vu:第一電感電流感應訊號 39

Claims (1)

1. 201034367 七 、申請專利範圍： 1. 一種雙級交換式電源 * 產生一輸出電壓，該m路^以接收一輸入電壓而 一 級父換式電源轉換電路包括： 第-級電其係包含一第一開關電路，該 電壓且藉由該第源匯流排’用以接收該輸入 壓； 哥電路導通或截止產生一匯流排電 第一級電源電路，八吐 第-铋啻、β 係包3 —第二開關電路，該 第-級電源電路連接於該 排電壓且藉由該第_ ^ 壓； 第一開關電路導通或截止產生該輸出電 輸出檢測電路，其係連接於該第二級電源電路， 用以因應該輸出電壓 ^ 訊號；以及 I及/或一輸出電流產生一輸出檢測 ❹ -門2源控制單^，連接於該第—級電源電路之該第 制二，路與該第二級電源電路之該第二開關電路之控 路血Μ以因應雜出檢測訊號分別控制該第—開關電 二開關電路運作，而分別使該第—級電源電路 雷、級㈣增益值與該第二級電源電路的—第二級 /增益值因應該輸出檢測訊號改變，俾使該輸出電廢 2輸出電流維持在—額定值，其中，該匯流排電壓係 因應該輸出檢測訊號而動態變化。 2. 如申％專鄕㈣丨項所述之雙級交換式電源轉換電 路，其中該電源控制單元包含： 201034367 —第-級控制電路’連接於該第—級電源電路之該 =開關電路之控制端與該輪出檢測電路，用以因應該 =檢測訊號控制該第—級電源電路的該第—開關電路 ^i使該第—級電源電路的該第—級電壓增益值因應 琢輸出檢測訊號動態地變化；以及 —第二級控制電路’輪於該第二級電源電路之該 =開關電路之控制端與該輸出檢測電路，用以因應該 =檢測訊號控制該第二級電源電路的該第二開關電路 料i使該第二級電源電路_第二級㈣增益值因應 頌输出檢測訊號動態地變化。 ·=申請專利範圍第2項所述之雙級交換式電源轉換電 寬产第一級控制電路與該第二級控制電路為脈衝 ^度調變㈣H、脈衝頻率調變㈣器或數位訊號處理 —:或該第一級控制電路與該第二級控制電路整合為單 . 片之脈衝九度調變控制器、脈衝頻率調變控制器或 數位訊號處理器。 Μ〆 專利範圍第1項所述之雙級交換式電源轉換電 一田，輪出檢測訊號大小介於一第一輸出檢測訊號值 /一第=輪出檢測訊號值之一第一訊號值區間時，該電 源控制單凡係依據該輸出檢測訊號動態地調整該第一 級電源電路谨於& 咕 * , . ^ 只 "運作的一第一貝任週期或該第一級電壓增 现值且當該輪出檢測訊號大小介於一第三輸出檢測訊 日，值與―、第四輪出檢測訊號值之-第二訊號值區間 、電源控制單元係依據該輸出檢測訊號動態地調整 201034367 5亥第二級電源電路的一第 增益值。 二運作頻率或該第二級電壓 5公申，專利範圍第4項所述之雙級交換式電源轉換電 /、中該輸出檢測訊號與該輪出電壓或/及該輪出雷 k成正比關係。 軸圍第5項所狀雙級交換^電源轉換電 路’當該輸出檢測訊號大小介於該第—訊號值區間時，

   該第-責任週期隨著該輸出檢測訊號增加而減少，當該 7出檢測訊號大小介於該第二訊號值區間時，該第二運 作頻率係隨著該輸出檢測訊號增加而增加。 7 :申：專利範圍第5項所述之雙級交換式電源轉換電 *田該輪出檢測訊號大小介於該第一訊號值區間時， ^第α級電壓增益值係隨著該輸出檢測訊號增加而減 夕:當該輸出檢測訊號大小介於該第二訊號值區間時， 該第二級電壓增益值係隨著該輸出檢測訊號增加而減 .如，申^專利範圍第5項所述之雙級交換式電源轉換電 路虽該輸出檢測訊號小於該第一訊號值區間時，該電 源控制單元係控制該第一責任週期為最大值，當該輸出 檢測訊號大於該第一訊號值區間時，該電源控制單元係 控制該第—責任週期為最小值。 9.如申^專利範圍第5項所述之雙級交換式電源轉換電 路，當該輪出檢測訊號小於該第一訊號值區間時，該電 、原控制單元係控制該第一級電壓增益值為最大值，當該 輪出檢測訊號大於該第一訊號值區間時，該電源控制單 42 201034367 元係控制該第一級電壓增益值為最小值。 ίο.如申料利範圍第5項所述之雙級交換式電源轉換 電路，當該輸出檢測訊號於該第二訊號值區間時，該電 ^制單元係控制該第二運作頻率為最小值，當該輸出 員i λ號大於該第二訊號值區間時，該電源控制單元係 控制該第二運作頻率為最大值。

   U.雷如申料利範11第5項所述之雙級交換式電源轉換 :路，當該輪出檢測訊號於該第二訊號值區間時，該電 =工制單元係控制该第—級電壓增益值為最大值，當該 j出檢象K號大於該第二訊號值區間時’該電源控制單 π係控制該第二級電壓增益值為最小值。 12.如中請專利範圍第4項所述之雙級交換式電源轉換 路，其中該輸出檢測訊號與該輸出電壓或/及該輸出 電流成反比關係。 申I月專利範圍第12項所述之雙級交換式電源轉換 時當該輸出檢測訊號大小介於該第一訊號值區間 加/=第貝任週期係隨著該輸出檢測訊號增加而增 誃筮當該輪出檢測訊號大小介於該第二訊號值區間時， U 一運作頻率係隨著該輸出檢測訊號增加而減少。 電t申*Γ專利範圍第12項所述之雙級交換式電源轉換 护，當該輪出檢測訊號大小介於該第一訊號值區間 辦力δ第’及電壓增盈值係隨著該輸出檢測訊號增加而 二σ ’當該輪出檢測訊號大小介於該第二訊號值區間 時，古女笛_ ^ 一、、及電壓增益值係隨著該輸出檢測訊號增加而 43 201034367 15. 如中請專利範圍第12項所述之雙級交換式電源轉換 冤路，當該輸出檢測訊號小於該第一訊號值區間時，該 ，源控制單福控制該第—餘週期為最小值，當該 出^測訊號大於該第-訊號值區間時，該電源控制單元 係控制該第一責任週期為最大值。 16. 如申請專利範圍第12項所述之雙級交換式電源轉換 ^ ’當該輸出檢測訊號小於該第一訊號值區間時，該 2㈣單元係控職第—級電壓增益值為最小值，當 二」出檢測訊號大於該第—訊號值區間時，該電源控制 早70係控制該第一級電壓增益值為最大值。 Π雷I申請專利範圍第12項所述之雙級交換式電源轉換 ’當該輸出檢測訊號小於該第二訊號健間時該 屮^控制單％餘韻第二運作頻率為最大值，當該輸 =檢測訊號大㈣第二訊餘區間時，該電源控制單元 係控制該第二運作頻率為最小值。 φ φ如申凊專利範圍第12項所述之雙級交換式電源轉換 :路，當該輸出檢測訊號於該第二訊號值區間時= =控制单元係控制該第二級電壓增益值為最小值，當該 )出檢測訊號大於該第二訊號值區間時，該電源控^單 19疋係控制該第二級電壓增益值為最大值。 9雷申請專利範圍第1項所述之雙級交換式電源轉換 的φ、更包S ""匯流排電容，連接於該第—級電源電路 源\ =輸出端、$第二級電源電路的電源輸人端與該電 2〇 、匯机排，用以濾除該匯流排電壓的高頻雜訊。 .如中請專利範圍第1項所述之雙級交換式電源轉換 44 201034367 電路，其中該第一級電源電路更包含： 一第一電感，該第一電感的一端連接於該第一開關電 路，該第一電感的另一端連接於該電源匯流排的負端； 一第一電容，該第一電容的一端連接於該電源匯流排 的負端與該第一電感的一端，該第一電容的另一端連接 於該電源匯流排的正端； 一第一級整流電路，該第一級整流電路的輸出端連接 於該第一電容的另一端與該電源匯流排的正端，用以將 應 _ 該輸入電壓整流而產生一整流輸入電壓；以及 一第一二極體，該第一二極體的陰極端連接於該電源 匯流排的正端，該第一二極體的陽極端連接於該第一電 感的一端。 21. 如申請專利範圍第20項所述之雙級交換式電源轉換 電路，其中該第一電感更包含一電流感應繞組，用以感 應該第一電感的電流，且依據該第一電感的電流產生對 ❹ 應的一第一電感電流感應訊號，而該第一級電源電路更 包含： 一充電電流檢測電路，串聯連接於該第一電感的充電 迴路上，用以依據該第一電感的充電電流產生對應的一 充電電流檢測訊號； 其中，該電源控制單元更連接於該第一電感的該電 流感應繞組與該充電電流檢測電路，且該電源控制單元 更依據該充電電流檢測訊號與該第一電感電流感應訊號 調整該第一級電源電路的該第一開關電路的運作，使一 45 201034367 輸入電流的包絡曲線相似於該輸入電壓的波形。 22. 如申請專利範圍第21項所述之雙級交換式電源轉換 電路，其中該充電電流檢測電路為一充電檢測電阻或一 比流器。 23. 如申請專利範圍第1項所述之雙級交換式電源轉換 電路，其中該第二級電源電路更包含： 一第二電容，該第二電容的一端連接於該第二開關電 路；以及 ® —變壓器，該變壓器包含一初級繞組與一第一次級繞 組，該初級繞組的一端連接於該第二電容的另一端，該 初級繞組的另一端連接於該電源匯流排的負端與該第 二開關電路； 其中，藉由該第二級控制電路控制該第二開關電路導 通或截止，使該匯流排電壓的電能由該變壓器的該初級 繞組傳送至該變壓器的該第一次級繞組而產生該輸出 φ 電壓。 24. 如申請專利範圍第23項所述之雙級交換式電源轉換 電路，更包含一輸出電流檢測電路，串聯連接於該輸出 電流的迴路上，用以檢測該輸出電流且依據該輸出電流 產生對應的一輸出電流檢測訊號，其中，該輸出檢測電 路的輸入端更連接於該輸出電流檢測電路的輸出端，用 以因應該輸出電壓以及相對於該輸出電流變化的該輸 出電流檢測訊號產生對應的該輸出檢測訊號。 25. 如申請專利範圍第24項所述之雙級交換式電源轉換 46 201034367 電路，其中該輸出電流檢測電路為一輸出檢測電阻或一 比流器。 26. 如申請專利範圍第25項所述之雙級交換式電源轉換 電路，其中該變壓器更包含一第二次級繞組，且該第二 級電源電路更包含： 一第二級整流電路，連接於該變壓器的次級側與該第 二級電源電路的電源輸出端之間，用以整流；以及 一輸出電容，連接於該第二級電源電路的電源輸出 47