TW201509093A - 具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置 - Google Patents

具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201509093A
TW201509093A TW102130593A TW102130593A TW201509093A TW 201509093 A TW201509093 A TW 201509093A TW 102130593 A TW102130593 A TW 102130593A TW 102130593 A TW102130593 A TW 102130593A TW 201509093 A TW201509093 A TW 201509093A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
diode
power conversion
electrically connected
capacitor
conversion device
Prior art date
Application number
TW102130593A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI516005B (zh
Inventor
Lung-Sheng Yang
Original Assignee
Univ Far East
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Far East filed Critical Univ Far East
Priority to TW102130593A priority Critical patent/TWI516005B/zh
Publication of TW201509093A publication Critical patent/TW201509093A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI516005B publication Critical patent/TWI516005B/zh

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一種具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，包括有一前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元及一後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元，所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元之耦合電感包含有一一次側繞組及一二次側繞組，所述一次側繞組與所述二次側繞組為相同匝數，其中，所述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元電性連接所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元，主要使用單一切換開關整合所述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元及後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元，以達到具有更低電壓轉換比之功效，採用脈波寬度調變技術控制切換開關的責任週期。

Description

具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置
本發明係有關於一種具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，尤指一種具有更低電壓轉換比之直流-直流電源轉換裝置。
目前，直流-直流電源轉換裝置如第九圖所示，係為一種傳統型直流-直流降壓電源轉換裝置之電路圖，其包含有一輸入電壓端(A1)、一切換開關(A2)、一二極體(A3)、一電感(A4)、一輸出電容(A5)及一負載(A6)，其中，所述輸入電壓端(A1)之一正電端電性連接所述切換開關(A2)一端，所述切換開關(A2)另一端電性連接所述二極體(A3)之一陰極端與所述電感(A4)一端，而所述電感(A4)另一端電性連接所述輸出電容(A5)與所述負載(A6)一端，而所述二極體(A3)之一陽極端、輸出電容(A5)另一端及所述負載(A6)另一端電性連接所述輸入電壓端(A1)之一負電端，以形成直流-直流且具降壓之電源轉換裝置，其電壓轉換比M=D，D為責任週期，但若操作在極低之責任週期時，雖可達到極低降壓比之功能，但會導致轉換效率變差。
進一步，又有如第十圖所示，係為一種二次型(quadratic)直流-直流降壓電源轉換裝置之電路圖，其包含有一輸入電壓端(B1)、一第一二極體(B2)、一第二二極體(B3)、一第一電感(B4)、一第一電容(B5)、一切換開關(B6)、一第三二極體(B7)、一第二電感(B8)、一輸出電容(B9)及一負載(B0)，其中，所述輸入電壓端(B1)之ㄧ正電端電性連接所述第一二極體(B2)之ㄧ陰極端及所述第一電感(B4)一端，所述第一電感(B4)另一端電性連接所述第一電容(B5)一端及所述切換開關(B6)一端，而所述第一二極體(B2)之一陽極端電性連接所述第一電容(B5)另一端及所述第二二極體(B3)之一陰極端，所述開關(B6)另一端電性連接所述第三二極體(B7)之一陰極端及所述第二電感(B8)一端，所述第二電感(B8)另一端電性連接所述輸出電容(B9)一端及所述負載(B0)一端，而所述負載(B0)另一端、所述輸出電容(B9)另一端、所述第三二極體(B7)之一陽極端及所述第二二極體(B3)之一陽極端係電性連接所述輸入電壓端(B1)之一負電端，以形成直流-直流且具降壓之電源轉換裝置，其電壓轉換比M=D2 ，D為責任週期，雖可改善上述傳統型直流-直流降壓電源轉換裝置，可提供較低之降壓比，但還是有轉換效率差，且降壓轉換比可再往更低之方向研究。
爰此，本發明人不斷創新研發，進而提出一種具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，包括有：一前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元，包含有一輸入電壓端、一第一二極體、一第二二極體、一輸入電感、一第一電容及一切換開關，其中，所述輸入電壓端之一正端係電性連接所述第一二極體之一陰極端及所述輸入電感一端，所述第一二極體之一陽極端電性連接所述第二二極體之一陰極端，所述第二二極體之陰極端電性連接所述第一電容一端，所述第一電容另一端電性連接所述輸入電感另一端及所述切換開關一端，所述第二二極體之一陽極端係電性連接所述輸入電壓端之一負端；一後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元，所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元係連接前述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元，包含有一第三二極體、一第四二極體、一耦合電感、一輸出電容及一輸出負載，其中，所述耦合電感包含有一一次側繞組及一二次側繞組，所述一次側繞組一端電性連接所述第四二極體之一陰極端及前述切換開關另一端，所述一次側繞組另一端電性連接所述第三二極體之一陰極端，所述第三二極體之一陽極端電性連接所述二次側繞組一端及前述輸入電壓端之負端及前述第二二極體之陽極端，所述第三二極體之陰極端電性連接所述輸出電容一端及所述輸出負載一端，所述輸出電容另一端及所述輸出負載另一端相連接並連接所述第四二極體之陽極端與所述二次側繞組另一端。
其中，所述具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置係操作在連續導通模式，其電壓轉換比M=D2 /(2-D)。
進一步，在單一切換週期，所述切換開關係為導通或者所述切換開關係為截止其中之一。
其中，所述一次側繞組與所述二次側繞組為相同匝數。
又，本發明係為一種具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，包括有：一前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元；一後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元，所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元係連接前述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元；藉由後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元包含之一耦合電感，使電壓轉換比降低。
本發明之功效在於：
1.本發明之電源轉換裝置之前半級為傳統型直流-直流降壓電源轉換裝置，而後半級為具有耦合電感之直流-直流降壓電源轉換裝置，可藉由一切換開關整合前半級與後半級直流-直流降壓電源轉換電路。
2.本發明藉由後半級包含一耦合電感，使電壓轉換比降低。
3.本發明不用操作在極低的責任週期，即可達到高降壓比之功效。
綜合上述技術特徵，本發明主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
請先參閱第一圖所示，本發明具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置（１），其係包含：
一前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元（１０），所述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元（１０）包含有一輸入電壓端（１０１）、一第一二極體（１０２）、一第二二極體（１０３）、一輸入電感（１０４）、一第一電容（１０５）及一切換開關（１０６），其中，所述輸入電壓端（１０１）之一正端係電性連接所述第一二極體（１０２）之一陰極端及所述輸入電感（１０４）一端，所述第一二極體（１０２）之一陽極端電性連接所述第二二極體（１０３）之一陰極端，所述第二二極體（１０３）之陰極端電性連接所述第一電容（１０５）一端，所述第一電容（１０５）另一端電性連接所述輸入電感（１０４）另一端及所述切換開關（１０６）一端，所述第二二極體（１０３）之一陽極端係電性連接所述輸入電壓端（１０１）     之一負端。
一後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元（１１），所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元（１１）係連接前述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元（１０），所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元（１１）包含有一第三二極體（１１１）、一第四二極體（１１２）、一耦合電感（１１３）、一輸出電容（１１４）及一輸出負載（１１５），其中，所述耦合電感（１１３）包含有一一次側繞組（１１３１）及一二次側繞組（１１３２），所述一次側繞組（１１３１）一端電性連接所述第四二極體（１１２）之一陰極端及前述切換開關（１０６）另一端，所述一次側繞組（１１３１）另一端電性連接所述第三二極體（１１１）之一陰極端，所述第三二極體（１１１）之一陽極端電性連接所述二次側繞組（１１３２）一端及前述輸入電壓端（１０１） 之負端及前述第二二極體（１０３）之陽極端，所述第三二極體（１１１）之陰極端電性連接所述輸出電容（１１４）一端及所述輸出負載（１１５）       一端，所述輸出電容（１１４）另一端及所述輸出負載（１１５）另一端相連接並連接所述第四二極體（１１２）之陽極端與所述二次側繞組（１１３２）另一端。
再者，請參閱第二圖所示，第二圖係為本發明主要於單一切換週期之波形圖，且本發明係操作在連續導通模式。
再者，請參閱第三圖及第四圖所示，並配合第二圖，本發明係採用脈波寬度調變技術控制所述切換開關（１０６）的責任週期D，且本發明係操作在連續導通模式，其電壓轉換比M=D2 /(2-D)，其操作原理敘述如下：
(1)模式1：在區間[t0, t1][如第二圖所示]，當切換開關（１０６）導通，電流路徑如第三圖所示，輸入電源將能量傳送至輸入電感（１０４）、耦合電感（１１３）、輸出電容（１１４）及輸出負載（１１５），同時，儲存於第一電容（１０５）的能量亦被傳送至耦合電感（１１３）、輸出電容（１１４）及輸出負載（１１５），而在此區間，耦合電感（１１３）之一次側繞組（１１３１）及二次側繞組（１１３２）為串聯儲存能量，當切換開關（１０６）截止時，本操作模式結束。
(2) 模式2：在區間[t1, t2] [如第二圖所示]，當切換開關（１０６）截止，電流路徑如第四圖所示，儲存於輸入電感（１０４）的能量被傳送至第一電容（１０５），同時，儲存於耦合電感（１１３）的能量亦被傳送至輸出電容（１１４）及輸出負載（１１５），在此區間，耦合電感（１１３）之一次側繞組（１１３１）及二次側繞組（１１３２）為並聯釋放能量，當切換開關（１０６）再度導通時，本操作模式結束，下一切換週期開始。
再者，請參閱第五圖至第八圖所示，係為當輸入電壓為200伏特(V)、輸出電壓為24伏特(V)及輸出功率200瓦特(W)時之電腦模擬波形圖，其中，第五圖之波形數值為：iLin /iD1 ：0.5 A/div，is1 ：1 A/div，Time：50 μs/div；而第六圖之波形數值為：iL1 /iL2 ：1 A/div，iLL ：2 A/div，Time：50 μs/div；第七圖之波形數值為：iD2 /iD3 /iD4 ：1 A/div，Time：50 μs/div；第八圖之波形數值為：Vin ：50 V/div，Vc1 ：20 V/div，Vo ：5 V/div，Time：50μs/div，且由圖式可看出本發明高降壓比之直流-直流電源轉換裝置（１）不用操作在極低的責任週期，即可達到高降壓比之功能。
再者，請參閱第十一圖所示，係為本發明與習知其中之一種傳統型直流-直流降壓電源轉換裝置[如第九圖所示]，及習知其中之一種二次型(quadratic)直流-直流降壓電源轉換裝置[如第十圖所示]之電壓轉換比曲線圖，由圖式可看出當需要更高降壓轉換比時，本發明具有其優勢。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
（１）‧‧‧高降壓比之直流-直流電源轉換裝置
（１０）‧‧‧前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元
（１０１）‧‧‧輸入電壓端
（１０２）‧‧‧第一二極體
（１０３）‧‧‧第二二極體
（１０４）‧‧‧輸入電感
（１０５）‧‧‧第一電容
（１０６）‧‧‧切換開關
（１１）‧‧‧後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元
（１１１）‧‧‧第三二極體
（１１２）‧‧‧第四二極體
（１１３）‧‧‧耦合電感
（１１３１）‧‧‧一次側繞組
（１１３２）‧‧‧二次側繞組
（１１４）‧‧‧輸出電容
（１１５）‧‧‧輸出負載
（Ａ１）‧‧‧輸入電壓端
（Ａ２）‧‧‧切換開關
（Ａ３）‧‧‧二極體
（Ａ４）‧‧‧電感
（Ａ５）‧‧‧輸出電容
（Ａ６）‧‧‧負載
（Ｂ１）‧‧‧輸入電壓端
（Ｂ２）‧‧‧第一二極體
（Ｂ３）‧‧‧第二二極體
（Ｂ４）‧‧‧第一電感
（Ｂ５）‧‧‧第一電容
（Ｂ６）‧‧‧切換開關
（Ｂ７）‧‧‧第三二極體
（Ｂ８）‧‧‧第二電感
（Ｂ９）‧‧‧輸出電容
（Ｂ０）‧‧‧負載
[第一圖]係為本發明之電路圖。[第二圖]係為本發明於單一切換週期之波形圖。[第三圖]係為本發明操作之第一模式電流路徑示意圖。[第四圖]係為本發明操作之第二模式電流路徑示意圖。[第五圖]係為本發明其中之一電腦模擬波形圖。[第六圖]係為本發明其中之一電腦模擬波形圖。[第七圖]係為本發明其中之一電腦模擬波形圖。[第八圖]係為本發明其中之一電腦模擬波形圖。[第九圖]係為習知傳統型直流-直流降壓電源轉換裝置之電路圖。[第十圖]係為習知二次型(quadratic)直流-直流降壓電源轉換裝置之電路圖。[第十一圖]係為本發明與習知直流-直流降壓電源轉換裝置之電壓轉換比之比較圖。
(1)‧‧‧高降壓比之直流-直流電源轉換裝置
(10)‧‧‧前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元
(101)‧‧‧輸入電壓端
(102)‧‧‧第一二極體
(103)‧‧‧第二二極體
(104)‧‧‧輸入電感
(105)‧‧‧第一電容
(106)‧‧‧切換開關
(11)‧‧‧後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元
(111)‧‧‧第三二極體
(112)‧‧‧第四二極體
(113)‧‧‧耦合電感
(1131)‧‧‧一次側繞組
(1132)‧‧‧二次側繞組
(114)‧‧‧輸出電容
(115)‧‧‧輸出負載

Claims (9)

  1. 一種具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，包括有：一前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元，包含有一輸入電壓端、一第一二極體、一第二二極體、一輸入電感、一第一電容及一切換開關，其中，所述輸入電壓端之一正端係電性連接所述第一二極體之一陰極端及所述輸入電感一端，所述第一二極體之一陽極端電性連接所述第二二極體之一陰極端，所述第二二極體之陰極端電性連接所述第一電容一端，所述第一電容另一端電性連接所述輸入電感另一端及所述切換開關一端，所述第二二極體之一陽極端係電性連接所述輸入電壓端之一負端；一後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元，所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元係連接前述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元，包含有一第三二極體、一第四二極體、一耦合電感、一輸出電容及一輸出負載，其中，所述耦合電感包含有一一次側繞組及一二次側繞組，所述一次側繞組一端電性連接所述第四二極體之一陰極端及前述切換開關另一端，所述一次側繞組另一端電性連接所述第三二極體之一陰極端，所述第三二極體之一陽極端電性連接所述二次側繞組一端及前述輸入電壓端之負端及前述第二二極體之陽極端，所述第三二極體之陰極端電性連接所述輸出電容一端及所述輸出負載一端，所述輸出電容另一端及所述輸出負載另一端相連接並連接所述第四二極體之陽極端與所述二次側繞組另一端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，其中，所述具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置係操作在連續導通模式，其電壓轉換比M=D2 /(2-D)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，進一步，在單一切換週期，所述切換開關係為導通或者所述切換開關係為截止其中之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，其中，所述一次側繞組與所述二次側繞組為相同匝數。
  5. 一種具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，包括有：一前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元；一後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元，所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元係連接前述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元；藉由後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元包含之一耦合電感，使電壓轉換比降低。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，其中，所述前半級傳統型直流-直流降壓電源轉換單元包含有一輸入電壓端、一第一二極體、一第二二極體、一輸入電感、一第一電容及一切換開關，其中，所述輸入電壓端之一正端係電性連接所述第一二極體之一陰極端及所述輸入電感一端，所述第一二極體之一陽極端電性連接所述第二二極體之一陰極端，所述第二二極體之陰極端電性連接所述第一電容一端，所述第一電容另一端電性連接所述輸入電感另一端及所述切換開關一端，所述第二二極體之一陽極端係電性連接所述輸入電壓端之一負端，所述後半級耦合電感型直流-直流降壓電源轉換單元包含有一第三二極體、一第四二極體、前述耦合電感、一輸出電容及一輸出負載，其中，所述耦合電感包含有一一次側繞組及一二次側繞組，所述一次側繞組一端電性連接所述第四二極體之一陰極端及前述切換開關另一端，所述一次側繞組另一端電性連接所述第三二極體之一陰極端，所述第三二極體之一陽極端電性連接所述二次側繞組一端及前述輸入電壓端之負端及前述第二二極體之陽極端，所述第三二極體之陰極端電性連接所述輸出電容一端及所述輸出負載一端，所述輸出電容另一端及所述輸出負載另一端相連接並連接所述第四二極體之陽極端與所述二次側繞組另一端。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，其中，所述具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置係操作在連續導通模式。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，進一步，在單一切換週期，所述切換開關係為導通或者所述切換開關係為截止其中之一。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之具高降壓比之直流-直流電源轉換裝置，其中，所述一次側繞組與所述二次側繞組為相同匝數。
TW102130593A 2013-08-27 2013-08-27 DC - DC power conversion device with high step - down ratio TWI516005B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102130593A TWI516005B (zh) 2013-08-27 2013-08-27 DC - DC power conversion device with high step - down ratio

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102130593A TWI516005B (zh) 2013-08-27 2013-08-27 DC - DC power conversion device with high step - down ratio

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201509093A true TW201509093A (zh) 2015-03-01
TWI516005B TWI516005B (zh) 2016-01-01

Family

ID=53186392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102130593A TWI516005B (zh) 2013-08-27 2013-08-27 DC - DC power conversion device with high step - down ratio

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI516005B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI800389B (zh) * 2022-05-27 2023-04-21 遠東科技大學 具降壓功能之電源轉換器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI614981B (zh) * 2016-08-30 2018-02-11 Univ Far East 隔離型高降壓比直流-直流轉換器
TWI594560B (zh) * 2016-08-31 2017-08-01 Univ Far East 交流-直流電源轉換器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI800389B (zh) * 2022-05-27 2023-04-21 遠東科技大學 具降壓功能之電源轉換器

Also Published As

Publication number Publication date
TWI516005B (zh) 2016-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110098740B (zh) 降压电路及电子设备
CN209948956U (zh) 降压电路及电子设备
CN109309448A (zh) 一种宽输入宽输出Cuk DC-DC变换器
WO2021093667A1 (zh) 一种正反激式开关电源电路
TW201541838A (zh) 返馳式主動箝位電源轉換器
TWI516005B (zh) DC - DC power conversion device with high step - down ratio
TW201622324A (zh) 具漏感能量回收之直流-直流返馳式轉換器
TWI528696B (zh) 單級高降壓比直流-直流轉換器
TWI569566B (zh) 高電壓增益電源轉換裝置
TW201541829A (zh) 高效率大範圍輸出電壓之直流電源昇壓電路
TWI575857B (zh) 升壓型直流轉換器
TWI554014B (zh) 高升壓比直流電源轉換器
TW201541827A (zh) 具功因修正之轉換器電路
TW201526500A (zh) 降壓型直流對直流轉換器及其操作方法
TWI693783B (zh) 具降壓及升壓功能之直流-直流轉換器
Zhu et al. Development of voltage lift technique on double-output transformerless DC-DC converter
KR102155031B1 (ko) 전원 공급 장치 및 그에 포함되는 게이트 드라이버
TWI441430B (zh) 具漏感能量回收高升壓直流－直流轉換系統
TW201807943A (zh) 隔離型高降壓比直流-直流轉換器
TWI539733B (zh) 電源轉換裝置
CN208369477U (zh) 一种基于开关电容的升压dc-dc变换器
TWI521849B (zh) High Power Factor Isolated Power Supply
TWI466423B (zh) High boost power converter
TW201534033A (zh) 具高功率因數及高降壓比之交流-直流轉換器
TWI538376B (zh) 具超高昇降壓比之創新電能轉換裝置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees