TW201308854A - 升壓轉換裝置及升壓轉換電路 - Google Patents

Abstract

一種升壓轉換電路，包含第一電感、第一開關、第二電感、第二開關、第一箝位二極體及第一儲能元件。第一電感與第二電感的一端皆接收一電源電力，另一端分別耦接第一開關及第二開關；第一箝位二極體的陽極耦接第一電感與第一開關的耦接處，其陰極耦接於一負載；第一儲能元件耦接在第二電感與第二開關的耦接處與第一箝位二極體的陰極之間。當第一開關與第二開關皆為導通時，電源電力對第一電感及第二電感儲能。當第一開關為非導通且第二開關為導通時，第一電感對第一儲能元件釋能。當第一開關為導通且第二開關為非導通時，第一儲能元件與第二電感會釋能並輸出至一輸出電容與負載。

Description

升壓轉換裝置及升壓轉換電路

本發明是有關於一種升壓轉換裝置，特別是指一種具有高電壓增益的升壓轉換裝置。

近年來隨著油價高漲與環保議題受到關注，使得世界各國均積極推動分散式發電系統的開發。由於分散式發電裝置具有低電壓輸出的特性，因此常被應用於光伏電池、燃料電池、蓄電池、風力渦輪機等儲能裝置上。

然而，隨著不同的應用，為了使分散式發電裝置能夠達到高升壓比的要求，現有作法是採用升壓型轉換器(Voltage-Boosting Device)兩級或多級串接以得到較佳的升壓效果，但其需要經過多次的電能轉換，因此轉換器的轉換效率不佳，並不符合實際需求。

參閱圖1，為現有兩相交錯式(Interleaved)升壓轉換電路，雖然此交錯式升壓型轉換器具有降低輸入電流與輸出電壓漣波等優點，但隨著輸入電壓越低，現有升壓轉換電路中二功率開關S₁、S₂的占空比(Duty Cycle)也越接近於滿開(即占空比為100%)的臨界情況，因此，不僅造成效率損失之外，也導致二功率開關S₁、S₂的切換頻率無法大幅提升以達輕薄短小化。

因此，本發明之目的，即在提供一種針對低壓分散式能源而提出的一種具有高電壓增益的升壓轉換電路。

於是，本發明升壓轉換電路，用以接收一電源電力，並將該電源電力升壓後供應至一負載，該升壓轉換電路包含一第一電感、一第一開關、一第二電感、一第二開關、一第一箝位二極體及一第一儲能元件。

第一電感的其中一端接收電源電力，其中另一端則耦接於第一開關；第二電感的其中一端接收電源電力，其中另一端則耦接於第二開關；第一開關與第二開關可在一導通狀態與一非導通狀態之間切換；第一箝位二極體的陽極耦接於第一電感與第一開關的耦接處，其陰極耦接於一輸出二極體的陽極與第一儲能元件之間；而第一儲能元件的其中一端耦接於第二電感與第二開關的耦接處，其中另一端耦接於箝位二極體的陰極；輸出二極體的陽極耦接第一箝位二極體陰極與第一儲能元件的耦接處，其陰極耦接一輸出電容與負載。

其中，當第一開關與第二開關皆為導通時，第一電感與第一開關會形成一第一迴路，第二電感與第二開關則形成一第二迴路，使得電源電力對第一電感及第二電感儲能。當第一開關為非導通且第二開關為導通時，第一電感、第一箝位二極體、第一儲能元件及第二開關形成一第三迴路，第一電感將其能量釋放至第一儲能元件。而當第一開關為導通且第二開關為非導通時，第二電感、第一儲能元件、輸出二極體及輸出電容形成一第四迴路，第一儲能元件的能量會連同第二電感中所儲存的能量一併輸出至負載，以達到將輸入電源電力升壓之目的。

為了使第一開關與第二開關的導通時間相互重疊(overlap)以持續供應電力，第一開關與第二開關的占空比皆需要超過50%，即0.5<D<1。

為了更加提升輸入電源之電力，本升壓轉換電路還可包含一感應升壓電路，該感應升壓電路包括一第一整流二極體、一第二整流二極體、一第一濾波電容、一第二濾波電容、一第一耦合電感及一第二耦合電感。

第一整流二極體及第二整流二極體耦接於輸出二極體與負載之間，第一整流二極體的陰極耦接於負載，第二整流二極體的陽極耦接於輸出二極體的陰極，其陰極耦接於第一整流二極體的陽極；第一濾波電容的一端耦接第一整流二極體的陰極，另一端耦接於第二濾波電容的一端，第二濾波電容的另一端耦接於第二整流二極體的陽極；第一耦合電感與第一電感形成一變壓器，且其中一端耦接於第二整流二極體的陰極；第二耦合電感與第二電感形成另一變壓器，且其中一端耦接於第一耦合電感的另一端，第二耦合電感的另一端耦接於第一濾波電容與第二濾波電容的耦接處，其中，於第一開關為導通時，第一耦合電感釋能至第一濾波電容，於第二開關為導通時，第二耦合電感釋能至第二濾波電容，且於第一開關為導通且第二開關為非導通時，第一濾波電容及第二濾波電容會連同第二電感及第一儲能元件一併釋能至負載。

本發明升壓轉換電路也可以包含一第一電感、一第一開關、一第二電感、一第二開關、多數箝位二極體及多數儲能元件。

第一電感的其中一端接收電源電力，其中另一端則耦接於第一開關；第二電感的其中一端接收電源電力，其中另一端則耦接於第二開關；第一開關與第二開關可在一導通狀態與一非導通狀態之間切換。多數箝位二極體相互串接，且儲能元件的數量與箝位二極體對應，該等儲能元件的一端分別對應耦接於該等箝位二極體的陰極，部分儲能元件的另一端耦接於第一電感與第一開關的耦接處，其餘部份的儲能元件的另一端則耦接於第二電感與第二開關的耦接處。

因此，當第一開關與第二開關皆為導通時，電源電力對第一電感及第二電感儲能。當第一開關為非導通且第二開關為導通時，第一電感將其能量釋放至耦接於第二電感與第二開關的耦接處的儲能元件，且耦接於第一電感與第一開關的耦接處的儲能元件釋能至負載。當第一開關為導通且第二開關為非導通時，第一電感將其能量釋放至耦接於第一電感與第一開關的耦接處的儲能元件，第二電感及耦接於第二電感與第二開關的耦接處的儲能元件會釋能至輸出電容及負載。

同樣地，在包含多數箝位二極體及多數儲能元件的升壓轉換電路中，也可以再包含上述的感應升壓電路，以獲得更高的升壓比。

再者，本發明升壓轉換電路可應用於一升壓轉換裝置中，該升壓轉換裝置可包含一控制電路及上述的升壓轉換電路。其中，第一開關可為一N型金氧半場效電晶體，其具有一耦接於該第一電感的另一端的汲極(D)、一耦接於控制電路的閘極(G)及一接地的源極(S)；第二開關可為一N型金氧半場效電晶體，其具有一耦接於第二電感的另一端的汲極(D)、一耦接於該控制電路的閘極(G)及一接地的源極(S)。

本發明之功效在於，升壓轉換裝置可提供低壓/大電流能源輸入，並實現了單級整合型電能轉換(Integrated Single-Stage Power Conversion)，僅需單一次電能處理即可達到高電壓增益需求，且具有高轉換效率。此外，升壓轉換電路的第一開關、第二開關及箝位二極體之電壓遠低於現有升壓轉換電路，因此電路元件的導通與切換損失、逆向回復損失問題都得以減少，以更加提升轉換效率。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之六個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，相同元件所組成的電流迴路是以相同的編號來表示。

參閱圖2，為本發明升壓(Voltage Boosting)轉換裝置之第一實施例，該升壓轉換裝置100是一交錯式/多相(Interleaved/Multiphase)架構的升壓轉換器，可應用於混合動力車輛之電池能量充放電系統、家用直流微電網發電系統、功因校正器(Power Factor Corrector)、車用高壓氣體放電(High Intensity Discharge，HID)頭燈之高壓驅動器、以太陽能/風力/燃料電池為基礎之替代能源發電系統、醫療電子儀器，例如：X-光機、臭氧產生機(Ozone generator)等。

在本實施例中，升壓轉換裝置100可接收一低電壓且高電流(Low Voltage/High Current)的電源電力V_IN，並將該電源電力V_IN升壓後，供應給後端用電設備(即負載R_L)使用。升壓轉換裝置100包含一升壓轉換電路10及一控制電路20。升壓轉換電路10包括一第一電感L₁、一第一開關S₁、一第二電感L₂、一第二開關S₂、一輔助升壓單元(Auxiliary Step-Up Unit)30、一輸出二極體D_O及一輸出電容C_O。

第一電感L₁的一端接收電源電力V_IN，第一開關S₁係為一N型金氧半場效電晶體，其具有一耦接於第一電感L₁的另一端的汲極(D)、一耦接於控制電路20的閘極(G)及一接地的源極(S)，第一開關S₁受控制電路20的控制而在一導通(ON)與一非導通(OFF)狀態切換。第二電感L₂的一端接收電源電力V_IN，第二開關S₂同樣為一N型金氧半場效電晶體，其具有一耦接於第二電感L₂的另一端的汲極(D)、一耦接於控制電路20的閘極(G)及一接地的源極(S)，第二開關S₂受控制電路20的控制而在一導通與一非導通狀態切換。

輔助升壓單元30包括一箝位二極體D₁及一儲能元件C_b1。箝位二極體D₁的陽極耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處(即第一開關S₁的汲極)，其陰極則耦接於輸出二極體D_O。儲能元件C_b1係以一儲能電容為例說明，其一端耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處(即第二開關S₂的汲極)，儲能元件C_b1的另一端則耦接於箝位二極體D₁的陰極。輸出二極體D_O的陽極耦接於箝位二極體D₁的陰極，其陰極耦接於負載R_L。輸出電容C_O耦接於輸出二極體D_O的陰極與地之間。

當控制電路20控制第一開關S₁與第二開關S₂同時為導通時，第一電感L₁與第一開關S₁會形成一第一迴路I，第二電感L₂與第二開關S₂則形成一第二迴路II，如圖3所示，電源電力V_IN會對第一電感L₁及第二電感L₂進行儲能。

參閱圖2及圖4，當控制電路20控制第一開關S₁為非導通且第二開關S₂為導通時，第一電感L₁、箝位二極體D₁、儲能元件C_b1及第二開關S₂形成一第三迴路III，第一電感L₁會釋放其所儲存的能量，並透過箝位二極體D₁而儲存於儲能元件C_b1，此時，第二電感L₂與第二開關S₂仍形成第二迴路II，電源電力V_IN繼續對第二電感L₂儲能。

參閱圖2及圖5，當控制電路20控制第一開關S₁為導通且第二開關S₂為非導通時，第二電感L₂、儲能元件C_b1、輸出二極體D_O及輸出電容C_O形成一第四迴路IV，電源電力V_IN、第二電感L₂與儲能元件C_b1將能量釋放至輸出電容C_O，以供應給後端用電設備(即負載R_L)使用，且同時，第一電感L₁與第一開關S₁仍形成第一迴路I，電源電力V_IN繼續對第一電感L₁儲能。

換言之，升壓轉換電路10透過在第一開關S₁為非導通且第二開關S₂為導通時，第一電感L₁將能量儲存於輔助升壓單元30的儲能元件C_b1中，並且在第一開關S₁為導通且第二開關S₂為非導通時，儲能元件C_b1的能量會連同第二電感L₂中所儲存的能量一併輸出至負載R_L，以達到將輸入電源電力V_IN升壓之目的，其電壓增益如下：

其中，D為第一開關S₁與第二開關S₂的占空比(duty cycle)。因此，升壓轉換電路10相較於現有兩相交錯式升壓轉換電路，可透過較低的第一開關S₁與第二開關S₂的占空比達到相同的升壓比，不僅可大幅減小開關的導通損失及切換損失，同時也降低了輸出二極體D_O逆向回復所造成的損耗，使得整體轉換效率獲得提升。此外，第一開關S₁、第二開關S₂與箝位二極體D₁具低電壓應力特性(Low Switch Voltage Stress)，可有更高可靠度與高電能轉換效率，且輔助升壓單元30不需要透過任何主動電路控制，可更節省升壓轉換裝置100的製作成本。

參閱圖6，為本發明升壓轉換裝置之第二實施例，本實施例大致與第一實施例相同，其不同之處在於輔助升壓單元30還多包括另一箝位二極體D₂及另一儲能元件C_b2。為了方便說明，以下將二箝位二極體D₁、D₂分別定義為第一箝位二極體D₁及第二箝位二極體D₂；二儲能元件C_b1、C_b2分別定義為第一儲能元件C_b1及第二儲能元件C_b2。

在本實施例中，第一箝位二極體D₁的陽極耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處，其陰極則耦接於第二箝位二極體D₂的陽極；第一儲能元件C_b1的一端耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處，另一端則耦接於第一箝位二極體D₁的陰極；第二箝位二極體D₂的陰極耦接於輸出二極體D_O的陽極；第二儲能元件C_b2的一端耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處，另一端則耦接於第二箝位二極體D₂的陰極。

同樣的，當第一開關S₁與第二開關S₂同時為導通時，各元件狀態會如同第一實施例，第一電感L₁與第一開關S₁會形成第一迴路I，第二電感L₂與第二開關S₂則形成第二迴路II，電源電力V_IN會對第一電感L₁及第二電感L₂進行儲能。

當第一開關S₁為非導通且第二開關S₂為導通時，第一電感L₁、第一箝位二極體D₁、第一儲能元件C_b1及第二開關S₂形成一第五迴路V，第一箝位二極體D₁會被導通，使第一電感L₁對第一儲能元件C_b1儲能，且第二儲能元件C_b2會將能量釋放至輸出電容C_O。另外，第二電感L₂與第二開關S₂仍形成第二迴路II，電源電力V_IN繼續對第二電感L₂儲能。

當第一開關S₁為導通且第二開關S₂為非導通時，第二電感L₂、第一第一儲能元件C_b1、第二箝位二極體D₂、輸出二極體D_O及輸出電容C_O形成一第六迴路VI，電源電力V_IN、第二電感L₂與第一儲能元件C_b1將能量釋放至輸出電容C_O，且第一電感L₁會釋放能量並儲存於第二儲能元件C_b2中。另外，第一電感L₁與第一開關S₁仍形成第一迴路I，電源電力V_IN繼續對第一電感L₁儲能。

同樣地，第一電感L₁會在第一開關S₁為非導通且第二開關S₂為導通時，先將其能量儲存於輔助升壓單元30的第一儲能元件C_b1中，此時，第二儲能元件C_b2會釋能以供應至負載R_L，且當第一開關S₁為導通且第二開關S₂為非導通時，第二儲能元件C_b2會接收第一電感L₁所釋放的能量，第一儲能元件C_b1的能量則與第二電感L₂中所儲存的能量一併輸出至負載R_L，如此仍能達到升壓之目的，而本實施例之升壓轉換電路10的電壓增益如下：

參閱圖7，為本發明升壓轉換裝置之第三實施例，本實施例大致與第一實施例相同，其不同之處在於輔助升壓單元30可包括多數個箝位二極體及多數個儲能元件(儲能電容)，本實施例將以三個為例，且為了方便說明，以下將三個箝位二極體D₁、D₂、D₃分別定義為第一箝位二極體D₁、第二箝位二極體D₂及第三箝位二極體D₃；三個儲能元件C_b1、C_b2、C_b3分別定義為第一儲能元件C_b1、第二儲能元件C_b2及第三儲能元件C_b3。

第一箝位二極體D₁的陽極耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處，其陰極則耦接於第二箝位二極體D₂的陽極；第一儲能元件C_b1的一端耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處，另一端則耦接於第一箝位二極體D₁的陰極；第二箝位二極體D₂的陰極耦接於第三箝位二極體D₃的陽極；第二儲能元件C_b2的一端耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處，另一端則耦接於第二箝位二極體D₂的陰極；第三箝位二極體D₃的陰極耦接於輸出二極體D_O的陽極；第三儲能元件C_b3的一端耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處，另一端則耦接於第三箝位二極體D₃的陰極。

也就是說，三個箝位二極體D₁、D₂、D₃是相互串接，第一儲能元件C_b1、第二儲能元件C_b2及第三儲能元件C_b3的一端分別對應耦接於第一箝位二極體D₁、第二箝位二極體D₂及第三箝位二極體D₃的陰極，且部份儲能元件(第二儲能元件C_b2)的另一端耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處，其餘部份的儲能元件(第一儲能元件C_b1及第三儲能元件C_b3)的另一端耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處。

同樣地，當第一開關S₁與第二開關S₂同時為導通時，電源電力V_IN會對第一電感L₁及第二電感L₂進行儲能。當第一開關S₁為非導通且第二開關S₂為導通時，第一電感L₁的能量會釋放至耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處的儲能元件(第一儲能元件C_b1及第三儲能元件C_b3)，且耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處的儲能元件(第二儲能元件C_b2)會將其能量釋放至輸出電容C_O。

當第一開關S₁為導通且第二開關S₂為非導通時，耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處的儲能元件(第一儲能元件C_b1及第三儲能元件C_b3)會將其能量釋放至輸出電容C_O，且第一電感L₁則會釋放能量並儲存於耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處的儲能元件(第二儲能元件C_b2)。如此仍能達到升壓之目的，而本實施例之升壓轉換電路10的電壓增益如下：

參閱圖8，為本發明升壓轉換電路10的三個實施例與現有兩相交錯式升壓轉換電路的電壓增益的特性曲線圖，其中，橫軸為第一開關S₁與第二開關S₂的占空比，縱軸為電壓增益(Voltage Gain)，L1為現有兩相交錯式升壓轉換電路的特性曲線，L2~L4分別為第一至第三實施例所述的升壓轉換電路10的特性曲線。由各曲線可知，不管第一開關S₁與第二開關S₂的占空比為何，本發明各實施例所述之升壓轉換電路10的電壓增益皆會大於現有的升壓轉換電路，故本發明升壓轉換裝置100確實可提升整體轉換效率，提供更高電壓的輸出電力。而上述本發明升壓轉換電路10的三個實施例與現有兩相交錯式升壓轉換電路之性能比較如下表一：

表一

特別說明的是，上述三個實施例中，第一開關S₁與第二開關S₂的占空比皆需要超過50%(即0.5<D<1)，第一開關S₁與第二開關S₂的導通時間相互重疊(overlap)，以持續供應電力。且在各實施例的設定中，電源電力V_IN的電壓為20V，第一電感L₁與第二電感L₂的感值皆為200μH，儲能元件C_b1(=C_b2=C_b3)的容值為3.3μF，輸出電容C_O的容值為200μF，第一開關S₁與第二開關S₂的占空比(duty cycle)皆設定為75%。因此，在上述的設定下，以第三實施例(如圖7)來說，升壓轉換裝置100將可提供320V(=20×4/(1-0.75))的輸出電壓，如圖9所示。

參閱圖10，為本發明升壓轉換裝置之第四實施例，其中包含一升壓轉換電路10、一控制電路20及一感應升壓電路40。升壓轉換電路10包括一第一電感L₁、一第一開關S₁、一第二電感L₂、一第二開關S₂、一輔助升壓單元30、一輸出二極體D_O及一輸出電容C_O。其中，輔助升壓單元30及升壓轉換電路10中各元件的連接、功能與作動皆與第一實施例所述相同，故不多加贅述。

感應升壓電路40包含一第一整流二極體D_O1、一第二整流二極體D_O2、一第一耦合電感L_1C、一第二耦合電感L_2C、一第一濾波電容C_O1及一第二濾波電容C_O2。

第一整流二極體D_O1的陽極耦接於第二整流二極體D_O2的陰極，其陰極則耦接於第一濾波電容C_O1的一端及負載R_L(後端用電設備)。第二整流二極體D_O2的陽極耦接於輸出二極體D_O的陰極及輸出電容C_O。第一濾波電容C_O1的另一端耦接於第二濾波電容C_O2的一端，第二濾波電容C_O2的另一端耦接於第二整流二極體D_O2與輸出電容C_O的耦接處(第二整流二極體D_O2的陽極)。第一耦合電感L_1C與第一電感L₁形成一變壓器結構，第二耦合電感L_2C與第二電感L₂形成另一變壓器結構，第一耦合電感L_1C及第二耦合電感L_2C相互串接，且第一耦合電感L_1C的一端耦接於第一整流二極體D_O1與第二整流二極體D_O2的耦接處(第二整流二極體D_O2的陰極)，第二耦合電感L_2C的一端耦接於第一濾波電容C_O1與第二濾波電容C_O2的耦接處。

參閱圖10及圖11，當控制電路20控制第一開關S₁與第二開關S₂同時為導通時，第一電感L₁及第二電感L₂的電流路徑會與上述實施例相同，第一電感L₁與第一開關S₁同樣形成第一迴路I，第二電感L₂與第二開關S₂形成第二迴路II，電源電力V_IN會對第一電感L₁及第二電感L₂進行儲能。不同的是，此時，第一耦合電感L_1C藉由第一電感L₁的儲能而感應電流並釋能，第一耦合電感L_1C、第一整流二極體D_O1、第一濾波電容C_O1及第二耦合電感L_2C形成一第七迴路VII，第一濾波電容C_O1會進行儲能；同樣地，第二耦合電感L_2C藉由第二電感L₂的儲能而感應電流，並沿著由第二耦合電感L_2C、第二濾波電容C_O2、第二整流二極體D_O2及第一耦合電感L_1C所形成的一第八迴路VIII釋能，第二濾波電容C_O2會進行儲能。

參閱圖10及圖12，當控制電路20控制第一開關S₁為非導通且第二開關S₂為導通時，第一電感L₁、箝位二極體D₁、儲能元件C_b1及第二開關S₂會形成第三迴路III，第一電感L₁會釋放其所儲存的能量，並透過箝位二極體D₁而儲存於儲能元件C_b1。此時，第二電感L₂與第二開關S₂仍形成第二迴路II，第二耦合電感L_2C、第二濾波電容C_O2、第二整流二極體D_O2及第一耦合電感L_1C仍形成第八迴路VIII，使得第二電感L₂持續儲能，第二耦合電感L_2C持續釋能。

參閱圖10及圖13，當控制電路20控制第一開關S₁為導通且第二開關S₂為非導通時，第二電感L₂、儲能元件C_b1、輸出二極體D_O及輸出電容C_O形成第四迴路IV，電源電力V_IN、第二電感L₂與儲能元件C_b1將能量釋放至輸出電容C_O，且同時，第一電感L₁與第一開關S₁仍形成第一迴路I，第一耦合電感L_1C、第一整流二極體D_O1、第一濾波電容C_O1及第二耦合電感L_2C仍形成第七迴路VII，使得第一電感L₁持續儲能，第一耦合電感L_1C持續釋能。

特別說明的是，在本實施例中，輸出電容C_O以及第一濾波電容C_O1與第二濾波電容C_O2會同時釋放能量至負載R_L，將更加提升輸入電源電力V_IN之電壓，其電壓增益如下：

其中，D為第一開關S₁與第二開關S₂的占空比，N₁為第一電感L₁與第一耦合電感L_1C的匝數比，N₂為第二電感L₂與第二耦合電感L_2C的匝數比。實務上，第一電感L₁與第一耦合電感L_1C之間的匝數比會與第二電感L₂與第二耦合電感L_2C之間的匝數比相同(即N₁=N₂=N)，以便於控制。因此，電壓增益可簡化為

因此，升壓轉換電路10可透過較低的第一開關S₁與第二開關S₂的占空比達到更高的升壓比，不僅可大幅減小開關的導通損失及切換損失，同時也降低了輸出二極體D_O逆向回復所造成的損耗，使得整體轉換效率獲得提升。此外，第一開關S₁、第二開關S₂與箝位二極體D₁具低電壓應力特性，可有更高可靠度與高電能轉換效率，且輔助升壓單元30及感應升壓電路40皆不需要透過任何主動電路控制，可更節省升壓轉換裝置100的製作成本。

參閱圖14，為本發明升壓轉換裝置之第五實施例，其中包含一升壓轉換電路10、一控制電路20及一感應升壓電路40。在本實施例中，升壓轉換電路10及控制電路20中各元件及其連接關係與功能如同第二實施例，感應升壓電路40中各元件及其連接關係與功能如同第四實施例，故不多加贅述。

同樣的，當第一開關S₁與第二開關S₂同時為導通時，各元件狀態會如同第四實施例，第一電感L₁與第一開關S₁形成第一迴路I，第二電感L₂與第二開關S₂形成第二迴路II，第一耦合電感L_1C、第一整流二極體D_O1、第一濾波電容C_O1及第二耦合電感L_2C形成第七迴路VII，第二耦合電感L_2C、第二濾波電容C_O2、第二整流二極體D_O2及第一耦合電感L_1C形成第八迴路VIII，電源電力V_IN會對第一電感L₁及第二電感L₂進行儲能，且第一耦合電感L_1C會對第一濾波電容C_O1進行儲能，第二耦合電感L_2C會對第二濾波電容C_O2進行儲能。

當第一開關S₁為非導通且第二開關S₂為導通時，第一電感L₁、第一箝位二極體D₁、第一儲能元件C_b1及第二開關S₂會如同第二實施例形成第五迴路V，第一箝位二極體D₁會被導通，使第一電感L₁對第一儲能元件C_b1儲能，且第二儲能元件C_b2會將能量釋放至輸出電容C_O。另外，第二電感L₂與第二開關S₂仍形成第二迴路II，第二耦合電感L_2C、第二濾波電容C_O2、第二整流二極體D_O2及第一耦合電感L_1C仍形成第八迴路VIII，使得第二電感L₂持續儲能，第二耦合電感L_2C持續釋能。

當第一開關S₁為導通且第二開關S₂為非導通時，第二電感L₂、第一儲能元件C_b1、第二箝位二極體D₂、輸出二極體D_O及輸出電容C_O會如同第二實施例形成第六迴路VI，電源電力V_IN、第二電感L₂與第一儲能元件C_b1將能量釋放至輸出電容C_O，且第一電感L₁會釋放能量並儲存於第二儲能元件C_b2中。另外，第一電感L₁與第一開關S₁仍形成第一迴路I，且第一電感L₁與第一開關S₁仍形成第一迴路I，第一耦合電感L_1C、第一整流二極體D_O1、第一濾波電容C_O1及第二耦合電感L_2C仍形成第七迴路VII，使得第一電感L₁持續儲能，第一耦合電感L_1C持續釋能。

同樣地，本實施例之輸出電容C_O以及第一濾波電容C_O1與第二濾波電容C_O2也會同時釋放能量至負載R_L，以更加提升輸入電源電力V_IN之電壓，其電壓增益如下：

其中，第一電感L₁與第一耦合電感L_1C之間，以及第二電感L₂與第二耦合電感L_2C之間具有相同的匝數比，即N₁=N₂=N。

參閱圖15，為本發明升壓轉換裝置之第六實施例，其中包含一升壓轉換電路10、一控制電路20及一感應升壓電路40。在本實施例中，升壓轉換電路10及控制電路20中各元件及其連接關係與功能如同第三實施例，感應升壓電路40中各元件及其連接關係與功能如同第四實施例，故不多加贅述。

因此，當第一開關S₁與第二開關S₂同時為導通時，電源電力V_IN會對第一電感L₁及第二電感L₂進行儲能，且第一耦合電感L_1C會對第一濾波電容C_O1進行儲能，第二耦合電感L_2C會對第二濾波電容C_O2進行儲能。

當第一開關S₁為非導通且第二開關S₂為導通時，第一電感L₁的能量會釋放至耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處的儲能元件(第一儲能元件C_b1及第三儲能元件C_b3)，且耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處的儲能元件(第二儲能元件C_b2)會將其能量釋放至輸出電容C_O。同時，第二耦合電感L_2C持續釋能至第二濾波電容C_O2。

當第一開關S₁為導通且第二開關S₂為非導通時，耦接於第二電感L₂與第二開關S₂的耦接處的儲能元件(第一儲能元件C_b1及第三儲能元件C_b3)會將其能量釋放至輸出電容C_O，且第一電感L₁則會釋放能量並儲存於耦接於第一電感L₁與第一開關S₁的耦接處的儲能元件(第二儲能元件C_b2)。同時，第一耦合電感L_1C持續釋能至第一濾波電容C_O1。如此仍能達到升壓之目的，而本實施例之升壓轉換電路10的電壓增益如下：

參閱圖16，為本發明升壓轉換電路10的第四至第六實施例與現有兩相交錯式升壓轉換電路的電壓增益的特性曲線圖，其中，橫軸為第一開關S₁與第二開關S₂的占空比，縱軸為電壓增益，L1為現有兩相交錯式升壓轉換電路的特性曲線，L5~L7分別為第四至第六實施例所述的升壓轉換電路10的特性曲線。由各曲線可知，不管第一開關S₁與第二開關S₂的占空比為何，本發明各實施例所述之升壓轉換電路10的電壓增益皆會大於現有的升壓轉換電路，故本發明升壓轉換裝置100確實可提升整體轉換效率，提供更高電壓的輸出電力。而上述升壓轉換電路10的第四、第五及第六實施例與現有兩相交錯式升壓轉換電路之性能比較如下表二：

表二

綜上所述，本發明升壓轉換裝置100藉由輔助升壓單元30以實現單級整合型電能轉換(Integrated Single-Stage Power Conversion)，不僅需單一次電能處理即可達到高電壓增益需求，並兼具高轉換效率。且輔助升壓單元30不需要透過任何主動電路控制，可更節省升壓轉換裝置100的製作成本。此外，升壓轉換電路10的第一開關S₁、第二開關S₂及箝位二極體D₁之電壓遠低於現有升壓轉換電路，因此電路元件的導通與切換損失、逆向回復損失問題都得以減少，以更加提升轉換效率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．升壓轉換裝置

10．．．升壓轉換電路

20．．．控制電路

30．．．輔助升壓單元

40．．．感應升壓電路

V_IN．．．電源電力

L₁．．．第一電感

L₂．．．第二電感

S₁．．．第一開關

S₂．．．第二開關

D₁．．．箝位二極體

D₁．．．第一箝位二極體

D₂．．．第二箝位二極體

D₃．．．第三箝位二極體

C_b1．．．儲能元件

C_b1．．．第一儲能元件

C_b2．．．第二儲能元件

C_b3．．．第三儲能元件

D_O．．．輸出二極體

C_O．．．輸出電容

R_L．．．負載

D_O1．．．第一整流二極體

D_O2．．．第二整流二極體

L_1C．．．第一耦合電感

L_2C．．．第二耦合電感

C_O1．．．第一濾波電容

C_O2．．．第二濾波電容

圖1是說明現有兩相交錯式升壓轉換電路的電路圖；

圖2是說明本發明升壓轉換裝置之第一實施例的電路圖；

圖3是說明升壓轉換電路中第一開關與第二開關同時為導通時，第一迴路與第二迴路的電流流向；

圖4是說明升壓轉換電路中第一開關為非導通且第二開關為導通時，第二迴路與第三迴路的電流流向；

圖5是說明升壓轉換電路中第一開關為導通且第二開關為非導通時，第一迴路與第四迴路的電流流向；

圖6是說明本發明升壓轉換裝置之第二實施例的電路圖；

圖7是說明本發明升壓轉換裝置之第三實施例的電路圖；

圖8是說明本發明升壓轉換裝置之第一至第三實施例與現有兩相交錯式升壓轉換電路的電壓增益的特性曲線圖；

圖9是說明第三實施例的輸入電源電力、輸出電壓及輸出二極體跨壓的波形圖；

圖10是說明本發明升壓轉換裝置之第四實施例的電路圖；

圖11是說明升壓轉換電路中第一開關與第二開關同時為導通時，第一迴路、第二迴路、第七迴路及第八迴路的電流流向；

圖12是說明升壓轉換電路中第一開關為非導通且第二開關為導通時，第二迴路、第三迴路及第八迴路的電流流向；

圖13是說明升壓轉換電路中第一開關為導通且第二開關為非導通時，第一迴路、第四迴路及第七迴路的電流流向；

圖14是說明本發明升壓轉換裝置之第五實施例的電路圖；

圖15是說明本發明升壓轉換裝置之第六實施例的電路圖；及

圖16是說明本發明升壓轉換裝置之第四至第六實施例與現有兩相交錯式升壓轉換電路的電壓增益的特性曲線圖。

100．．．升壓轉換裝置

10．．．升壓轉換電路

20．．．控制電路

30．．．輔助升壓單元

V_IN．．．電源電力

L₁．．．第一電感

L₂．．．第二電感

S₁．．．第一開關

S₂．．．第二開關

D₁．．．箝位二極體

C_b1．．．儲能元件

D_O．．．輸出二極體

C_O．．．輸出電容

R_L．．．負載

Claims (10)

1. 一種升壓轉換電路，用以接收一電源電力，並將該電源電力升壓後供應至一負載，該升壓轉換電路包含：一第一電感，其中一端接收該電源電力；一第一開關，耦接於該第一電感的其中另一端；一第二電感，其中一端接收該電源電力；一第二開關，耦接於該第二電感的其中另一端；一第一箝位二極體，其陽極耦接於該第一電感與該第一開關的耦接處，其陰極耦接於該負載；及一第一儲能元件，其中一端耦接於該第二電感與該第二開關的耦接處，其中另一端耦接於該第一箝位二極體的陰極，其中，於該第一開關與該第二開關皆為導通時，該電源電力對該第一電感及該第二電感儲能，於該第一開關為非導通且該第二開關為導通時，該第一電感將其能量釋放至該第一儲能元件，於該第一開關為導通且該第二開關為非導通時，該第二電感及該第一儲能元件釋能並供應至該負載。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之升壓轉換電路，還包含一耦接於該第一箝位二極體與該負載之間的輸出二極體，及一耦接於該輸出二極體的陰極的輸出電容，該輸出二極體的陽極耦接於該第一箝位二極體的陰極，該輸出二極體的陰極耦接於該負載。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之升壓轉換電路，還包含一耦接於該第一箝位二極體與該負載之間的第二箝位二極體，及一第二儲能元件，該第二箝位二極體的陽極耦接於該第一箝位二極體的陰極，陰極耦接於該負載，該第二儲能元件的其中一端耦接於該第一電感與該第一開關的耦接處，其中另一端耦接於該第二箝位二極體的陰極，於該第一開關為非導通且該第二開關為導通時，該第二儲能元件釋能至該負載，於該第一開關為導通且該第二開關為非導通時，該第一電感將其能量釋放至該的二儲能元件。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之升壓轉換電路，還包含一耦接於該第二箝位二極體與該負載之間的輸出二極體，及一耦接於該輸出二極體的陰極的輸出電容，該輸出二極體的陽極耦接於該第二箝位二極體的陰極，該輸出二極體的陰極耦接於該負載。
5. 依據申請專利範圍第2或4項所述之升壓轉換電路，還包含一感應升壓電路，該感應升壓電路包含：一第一整流二極體；一第二整流二極體，該第一整流二極體及該第二整流二極體耦接於該輸出二極體與該負載之間，該第一整流二極體的陰極耦接於該負載，該第二整流二極體的陽極耦接於該輸出二極體的陰極，其陰極耦接於該第一整流二極體的陽極；一第一濾波電容，其中一端耦接該第一整流二極體的陰極；一第二濾波電容，其中一端耦接於該第一濾波電容的另一端，該第二濾波電容的另一端耦接於該第二整流二極體的陽極；一第一耦合電感，與該第一電感形成一變壓器，且其中一端耦接於該第二整流二極體的陰極；及一第二耦合電感，與該第二電感形成另一變壓器，且其中一端耦接於該第一耦合電感的另一端，該第二耦合電感的另一端耦接於該第一濾波電容與該第二濾波電容的耦接處；其中，於該第一開關為導通時，該第一耦合電感釋能至該第一濾波電容，於該第二開關為導通時，該第二耦合電感釋能至該第二濾波電容，且於該第一開關為導通且該第二開關為非導通時，該第一濾波電容及該第二濾波電容會釋能至該負載。
6. 一種升壓轉換裝置，用以接收一電源電力，並將該電源電力升壓後供應至一負載，該升壓轉換裝置包含：一控制電路；及一升壓轉換電路，包括一第一電感，其中一端接收該電源電力；一第一開關，耦接於該第一電感的其中另一端；一第二電感，其中一端接收該電源電力；一第二開關，耦接於該第二電感的其中另一端，該第一開關與該第二開關分別受該控制電路而在導通與非導通之間切換；一第一箝位二極體，其陽極耦接於該第一電感與該第一開關的耦接處，其陰極耦接於該負載；及一第一儲能元件，其中一端耦接於該第二電感與該第二開關的耦接處，其中另一端耦接於該第一箝位二極體的陰極，其中，於該第一開關與該第二開關皆為導通時，該電源電力對該第一電感及該第二電感儲能，於該第一開關為非導通且該第二開關為導通時，該第一電感將其能量釋放至該第一儲能元件，於該第一開關為導通且該第二開關為非導通時，該第二電感及該第一儲能元件釋能並供應至該負載。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之升壓轉換裝置，其中，該升壓轉換電路還包括一耦接於該第一箝位二極體與該負載之間的輸出二極體，及一耦接於該輸出二極體的陰極的輸出電容，該輸出二極體的陽極耦接於該第一箝位二極體的陰極，該輸出二極體的陰極耦接於該負載。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之升壓轉換裝置，其中，該升壓轉換電路還包括一耦接於該第一箝位二極體與該負載之間的第二箝位二極體，及一第二儲能元件，該第二箝位二極體的陽極耦接於該第一箝位二極體的陰極，陰極耦接於該負載，該第二儲能元件的其中一端耦接於該第一電感與該第一開關的耦接處，其中另一端耦接於該第二箝位二極體的陰極，於該第一開關為非導通且該第二開關為導通時，該第二儲能元件釋能至該負載，於該第一開關為導通且該第二開關為非導通時，該第一電感將其能量釋放至該的二儲能元件。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之升壓轉換裝置，其中，該升壓轉換電路還包括一耦接於該第二箝位二極體與該負載之間的輸出二極體，及一耦接於該輸出二極體的陰極的輸出電容，該輸出二極體的陽極耦接於該第二箝位二極體的陰極，該輸出二極體的陰極耦接於該負載。
10. 依據申請專利範圍第7或9項所述之升壓轉換裝置，其中，該升壓轉換電路還包含一感應升壓電路，該感應升壓電路包含：一第一整流二極體；一第二整流二極體，該第一整流二極體及該第二整流二極體耦接於該輸出二極體與該負載之間，該第一整流二極體的陰極耦接於該負載，該第二整流二極體的陽極耦接於該輸出二極體的陰極，其陰極耦接於該第一整流二極體的陽極；一第一濾波電容，其中一端耦接該第一整流二極體的陰極；一第二濾波電容，其中一端耦接於該第一濾波電容的另一端，該第二濾波電容的另一端耦接於該第二整流二極體的陽極；一第一耦合電感，與該第一電感形成一變壓器，且其中一端耦接於該第二整流二極體的陰極；及一第二耦合電感，與該第二電感形成另一變壓器，且其中一端耦接於該第一耦合電感的另一端，該第二耦合電感的另一端耦接於該第一濾波電容與該第二濾波電容的耦接處；其中，於該第一開關為導通時，該第一耦合電感釋能至該第一濾波電容，於該第二開關為導通時，該第二耦合電感釋能至該第二濾波電容，且於該第一開關為導通且該第二開關為非導通時，該第一濾波電容及該第二濾波電容會釋能至該負載。