TW201543794A - 脈衝電流漣波消除電路與轉換系統 - Google Patents

脈衝電流漣波消除電路與轉換系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種脈衝電流漣波消除電路，包含：一第一變壓器，其具有一一次側與一二次側；一第二變壓器，其具有一一次側與一二次側，該第二變壓器之該一次側串接於該第一變壓器之該一次側；一第一二極體，其串接於該第一變壓器之該二次側；一第一等效電容器組合，其串接於該第一變壓器之該一次側；以及一第二等效電容器組合，其串接於該第二變壓器之該二次側。

Description

脈衝電流漣波消除電路與轉換系統
本發明係關於一種脈衝電流漣波消除電路，特別係關於一種消除具有脈衝電流之切換式電力轉換器的電流漣波之脈衝電流漣波消除電路。
切換式電力轉換器具有高效率、高密度、體積小及重量輕等眾多優點，所以廣泛應用於電腦通訊、自動化以及工業產品。但由於切換式電力轉換器採用主動開關或通或斷之控制策略，與生俱來存在著高頻電流漣波。在實際應用上，其衍生出如電磁干擾(EMI)、影響輸出電壓品質、暫態響應控制、降低轉換效率與濾波元件壽命等等許多問題。而電流漣波可分為連續電流漣波及脈衝電流漣波，其區分方式係取決於電流在轉換器主動開關之一切換週期內是否會降至零電流，若是在一切換週期內電流會降至零則稱為脈衝電流漣波。以往改善連續高頻電流漣波最簡單的方法，即是提高切換頻率或加大濾波電感或電容值以減輕其影響。但提高切換頻率將使得轉換效率降低、加大濾波電感或電容則易造成體積過大、不利於轉換器功率密度提升。另一方面，對於輸入端或輸出端具有脈衝電流漣波之轉換器，如返馳式(Flyback)、順向式(Forward)、升降壓型(Buckboost)、降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、Sepic型、Zeta型等切換式電力轉換器，改善其 脈衝電流漣波最簡單的方法即是在轉換器輸入端或輸出端並接大容質之電解電容器，但此方法會造成轉換器體積增加及使用壽命降低等缺點。
目前現有的漣波消除技術主要可概分為被動式及主動式兩種。被動式漣波消除電路主要是由電感、電容等被動元件所組成的濾波電路，其不需外加任何控制訊號。習用技術中探討之耦合電感(Coupling Inductor)方式與漣波濾波器(Ripple Filter)即屬被動式漣波消除技術。耦合電感常被使用於非隔離型邱克型(Cuk)轉換器，其主要概念是利用共用磁性元件組成耦合電感，再經由調整電感值及其耦合係數來達到輸出與輸入零漣波電流。可惜此方法並不適用於如降壓、升壓及升降壓型等僅含單一電感的基本轉換器，而其漣波消除的效果是經由調整耦合係數來達成，需要精密製程技術，因此不易達成零電流漣波消除。此外，耦合電感繞製所產生的漏感能量，亦必須妥善地解決以避免影響轉換器效率。另外一種電流漣波濾波器(Current Ripple Filter)；則是由耦合電感及濾波電容所組成，此方法可應用於僅單一電感之轉換器，但效果仍然容易受到電感耦合係數的影響。
相較於上述被動式消除技術，主動式漣波消除電路則由被動元件及主動式功率開關所組成，因此需要外加驅動訊號以控制輔助電路。文獻上所提之主動式漣波消除電路，最常見的即為交錯式控制(Interleaving Control)之並聯轉換器。雖然交錯式控制的開關切換策略具有減少轉換器電流漣波、可達負載分享等優點，但此法也存在著一些限制。除了控制迴路較複雜、成本較高之外，此方式亦不適用於單組轉換器的電流漣波消除，亦不適用於脈衝電流漣波消除。此外，交錯式控制的漣波消除效果因受限 於開關之工作週期變化的情形，當工作週期離開設計工作點時即無法完全消除轉換器所產生的電流漣波。
針對上述缺點，習用技術中進一步提出一種被動式電流漣波消除技術，該電路不需外接任何主動式功率開關，因此不會增加主動開關及其驅動電路成本。此外，該被動式電流漣波消除技術之電流連波消除效果不受限於原轉換器所設定之輸入電壓或輸出電壓規格以及開關工作週期大小，亦可適用於單組轉換器。然而，此被動式電流漣波消除技術係針對連續電流漣波所提之技術，其並不適用於具有脈衝電流漣波輸入或輸出之切換式電力轉換器。
因此，本發明之目的即針對改進上述既有方法的缺點並進一步提供一種脈衝電流漣波消除電路(Pulsating Current Ripple Cancelling Circuit)，可用於消除具有脈衝電流漣波之切換式電力轉換器於輸入端或輸出端的高頻電流漣波，使其達到零輸入或零輸出電流漣波。
本發明之另一目的即是在於提供一種脈衝電流漣波消除電路，此電路不需要外接任何主動式功率開關，因此不會增加主動開關及其驅動電路成本。此外，此電路可取代習用切換式電力轉換器以電解電容器消除電流漣波之方式，將有助於轉換器使用壽命之提升。
本發明之又一目的即是在於提供一種脈衝電流漣波消除電路，此電路不需要額外的控制與迴授電路，因此不影響原切換式電力轉換器之穩定性。此外，此電路之電流漣波消除效果不受限於原切換式轉換器所設定之輸出電壓或輸入電壓規格以及開關工作週期大小，因此可得到廣 泛的應用。
本發明之再一目的即是在於提供一種脈衝電流漣波消除電路，此電路不同於習用交錯式控制之並聯轉換器，本發明可適用於單組轉換器，且能夠讓原切換式電力轉換器使用較小的儲能電感或變壓器等效激磁電感，進而有效減少因繞線銅損及漣波所造成之功率損失。
根據上述，本發明提出一種脈衝電流漣波消除電路，其包含一第一變壓器、一第二變壓器、一第一二極體、一第一電容器與一第二電容器。第一變壓器之一次側與第二變壓器之一次側串接。第一二極體與第一變壓器之二次側串接。第一電容器與第一變壓器之一次側串接。第二電容器與第二變壓器之二次側串接。
本發明更提出一種轉換系統，其包含一轉換器與一脈衝電流漣波消除電路，其中轉換器與脈衝電流漣波消除電路並接。脈衝電流漣波消除電路包含一第一變壓器、一第二變壓器、一第一二極體、一第一電容器與一第二電容器。第一變壓器之一次側與第二變壓器之一次側串接。第一二極體與第一變壓器之二次側串接。第一電容器與第一變壓器之一次側串接。第二電容器與第二變壓器之二次側串接。
第一變壓器可為一漣波消除變壓器，並且第二變壓器可為一高頻變壓器。轉換器可為一切換式電力轉換器。漣波消除變壓器與高頻變壓器之一次側串聯相接並搭配直流阻隔電容器(第一電容器、第二電容器)以提供一高頻脈衝漣波電流，此高頻脈衝漣波電流之充放電波形、斜率與原切換式電力轉換器之輸入脈衝電流恰相反，使得轉換器於輸入端所觀察到的合成電流具有零漣波特性。其中，直流阻隔電容器是用以阻絕直流成 份進入電流漣波消除電路，使得此電路僅含交流漣波成份，所以不會造成過多的能量損耗，且不需要額外施加主動功率開關控制即可輕易地達到電流漣波消除效果。
100‧‧‧轉換系統
110‧‧‧脈衝電流漣波消除電路
120‧‧‧轉換器
Cr1‧‧‧第一電容器/一次側直流阻隔電容器
Cr2‧‧‧第二電容器/二次側直流阻隔電容器
Dr‧‧‧第一二極體/漣波消除二極體
D‧‧‧第二二極體
D1‧‧‧第三二極體
D2‧‧‧第四二極體
Tr1‧‧‧第一變壓器/漣波消除變壓器
Tr2‧‧‧第二變壓器/高頻變壓器
Tf‧‧‧第三變壓器/返馳式變壓器
i s ‧‧‧第一電流/輸入電流
i Tr ‧‧‧第二電流/脈衝電流漣波消除電流
i Tf ‧‧‧第三電流/返馳式變壓器輸入電流
IP1‧‧‧第一輸入端
IP2‧‧‧第二輸入端
OP1‧‧‧第一輸出端
OP2‧‧‧第二輸出端
OP3‧‧‧第三輸出端
OP4‧‧‧第四輸出端
Q‧‧‧主動開關
R‧‧‧電阻
Vs‧‧‧輸入端電壓
Vo‧‧‧輸出端電壓
L‧‧‧第一電感
La‧‧‧第二電感
L1‧‧‧第三電感
L2‧‧‧第四電感
Lm‧‧‧激磁電感
Lmr‧‧‧激磁電感
Lpr‧‧‧激磁電感
Lk‧‧‧漏電感
Lkr‧‧‧漏電感
1410-1440‧‧‧步驟
1510-1550‧‧‧步驟
1610-1650‧‧‧步驟
第1(A)圖為本發明之脈衝電流漣波消除電路架構圖。
第1(B)圖為加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸入電流漣波返馳式(Flyback)切換式電力轉換器之電路架構圖。
第2圖為第1B圖之實施例中，轉換器主動開關驅動電壓vGS、返馳式變壓器輸入電流iTf、脈衝電流漣波消除電流iTr及補償後之合成零輸入電流漣波電流波形is示意圖。
第3(A)圖為第1(B)圖之實施例中，轉換器於主動開關導通(工作模式一)之等效電路。
第3(B)圖為第1(B)圖之實施例中，轉換器於主動開關截止(工作模式二)時之等效電路。
第4圖為加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸入電流漣波順向式(Forward)切換式電力轉換器之電路架構圖。
第5圖為加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸入電流漣波升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器之電路架構圖。
第6圖為加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸入電流漣波降壓型(Buck)切換式電力轉換器之電路架構圖。
第7圖為加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸入電流漣波Zeta型切換式電力轉換器之電路架構圖。
第8圖為加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸出電流漣波返馳式(Flyback)切換式電力轉換器之電路架構圖。
第9圖為加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸出電流漣波升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器之電路架構圖。
第10圖：表示加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸出電流漣波升壓型(Boost)切換式電力轉換器之電路架構圖。
第11圖為加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸出電流漣波Sepic型切換式電力轉換器之電路架構圖。
第12圖為本案實作零輸入電流漣波返馳式(Flyback)切換式電力轉換器，量測所得到的返馳式變壓器輸入電流iTf、脈衝電流漣波消除電流iTr以及合成後之輸入電流漣波△is實測波形。
第13圖為本案實作零輸入電流漣波返馳式(Flyback)切換式電力轉換器，量測所得到的輸出電壓vo與輸入電流is實測波形。
第14圖為本案脈衝電流漣波消除電路之電路構成流程圖。
第15圖為使用本案脈衝電流漣波消除電路構成零輸入電流漣波電力轉換系統之電路連接方式。
第16圖為使用本案脈衝電流漣波消除電路構成零輸出電流漣波電力轉換系統之電路連接方式。
本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非可由下列實施案例而被限制其實施型態。
本文中用語“較佳”是非排他性的，應理解成“較佳為但不限於”，任何說明書或請求項中所描述或者記載的任何步驟可按任何順序執行，而不限於請求項中所述的順序，本發明的範圍應僅由所附請求項及其均等方案確定，不應由實施方式示例的實施例確定。
用語“包含”及其變化出現在說明書和請求項中時，是一個開放式的用語，不具有限制性含義，並不排除其他特徵或步驟。實施方式部分可藉由加入本發明脈衝電流漣波消除電路後，所衍生具有零輸入電流漣波返馳式(Flyback)切換式電力轉換器作說明，當更容易瞭解本發明之技術內容及原理。
請參閱第1(A)圖，為本發明之脈衝電流漣波消除電路。此脈衝電流漣波消除電路電路110係由漣波消除變壓器Tr1、高頻變壓器Tr2、漣波消除二極體Dr與兩個直流阻隔用電容器Cr1,Cr2所組成，其中，漣波消除變壓器Tr1具有1：Nr1的匝數比，高頻變壓器Tr2具有1：Nr2的匝數比，漣波消除變壓器Tr1與高頻變壓器Tr2彼此的一次側係相互串接，再串接一直流阻隔用電容器Cr1；相互串接的漣波消除變壓器Tr1與高頻變壓器Tr2之一次側、第一輸入端IP1與第一輸入端IP2形成第一串聯迴路，直流阻隔用電容器Cr1係串接於第一串聯迴路上，本實施例中，直流阻隔用電容器Cr1係串接於靠近第一輸入端IP1之側，但亦可串接於靠近電流輸入點IP2之側。
而漣波消除變壓器Tr1二次側需串接漣波消除二極體Dr；串接的漣波消除變壓器Tr1二次側與漣波消除二極體Dr、第一輸出端OP1與第二輸出端OP2形成第二串聯迴路，本實施例中，漣波消除二極體Dr係串接於靠近第一輸出端OP1之側，但亦可串接於靠近第二輸出端OP2之側。
而高頻變壓器Tr2二次側需串接另一直流阻隔用電容器Cr2；串接的高頻變壓器Tr2二次側與直流阻隔用電容器Cr2、第三輸出端OP3與第四輸出端OP4形成第三串聯迴路，本實施例中，直流阻隔用電容器Cr2係串接於靠近第三輸出端OP3之側，但亦可串接於靠近第四輸出端OP4之側。組合第一串聯迴路、第二串聯迴路與第三串聯迴路，而形成本發明之脈衝電流漣波消除電路110。
請參閱第1(B)圖，為本發明之脈衝電流漣波消除電路應用於返馳式(Flyback)切換式電力轉換器以消除輸入脈衝電流漣波之電路架構示意圖。將本發明電路之漣波消除變壓器Tr1一次側與高頻變壓器Tr2一次側先行串接後，在漣波消除變壓器Tr1之一次側以及高頻變壓器Tr2之二次側再各自串接一直流阻隔用電容器Cr1,Cr2，再分別並接到擬消除脈衝電流漣波所流經之返馳式變壓器Tf兩端，而漣波消除變壓器Tr1之二次側先串接一漣波消除二極體Dr後再並接至返馳式切換式電力轉換器之輸出端，即完成與返馳式切換式電力轉換器間的串接。透過上述連接方式即可將本發明電路用以消除返馳式切換式電力轉換器之脈衝輸入電流漣波。
請同時參閱第1(B)圖與第2圖，其表示第1(B)圖中，轉換器主動開關驅動電壓v GS 、返馳式變壓器輸入電流i Tf 、脈衝電流漣波消除電流i Tr 及補償後之合成零輸入電流漣波電流波形i s 示意圖。
觀察第2圖可得知，脈衝電流漣波消除電流i Tr 之波形與返馳式變壓器輸入電流i Tf 漣波成分之波形相反，故可用以補償返馳式變壓器之輸入脈衝電流漣波。當原返馳式轉換器主動開關導通時，返馳式變壓器Tf一次側跨壓為正的定值電壓時，流進返馳式變壓器電流i Tf 呈線性上升；此時漣波 消除變壓器Tr1之一次側跨壓為一負的定值電壓，因此電流i Tr 呈線性下降。當原返馳式轉換器主動開關截止時，流進返馳式變壓器電流i Tf 與電流i Tr 之斜率亦可相互補償。
根據上述原理，如第2圖所示波形，當電流i Tf 之斜率與電流i Tr 之斜率互為相反數時，則脈衝電流漣波消除電流i Tr 可以完全補償原轉換器電流i Tf 之脈衝電流漣波，其補償後之合成輸入電流i s 將是一個具有零漣波之純直流電流。本發明就是根據上述原理，提出一個適用於具有脈衝電流漣波之切換式電力轉換器的脈衝電流漣波消除電路。
為方便進一步說明，以下將第1(B)圖具有零輸入電流漣波返馳式切換式電力轉換器，在主動開關導通時或稱工作模式一，以及在主動開關截止時或稱工作模式二之等效電路繪出，並考慮變壓器等效漏電感及等效激磁電感。
請參閱第3(A)圖與第3(B)圖，其分別表示第1(B)圖中轉換器於工作模式一以及工作模式二時之等效電路。為方便清楚說明本電路之工作原理起見，以下假設主動開關與二極體元件均為理想，同時假設其負載為純電阻R。其中V s 為轉換器輸入電壓；V o 為轉換器輸出電壓；Lk為返馳式變壓器Tf之等效一次側漏電感；Lm為返馳式變壓器Tf之等效一次側激磁電感；Lkr為漣波消除變壓器Tr1之等效一次側漏電感；Lmr為漣波消除變壓器Tr1之等效一次側激磁電感；Lpr為高頻變壓器Tr2之等效一次側激磁電感。其電路工作原理說明如下：
工作模式一
請參閱第3(A)圖，此時轉換器主動開關Q導通、二極體D以及漣波消除二極 體Dr逆偏截止。此時輸入電源V s 對漏電感Lk及激磁電感Lm儲能，Lk及Lm上跨壓為正的電壓，流經返馳式變壓器Tf)電流i Tf 等於漏電感Lk之電流i Lk ，亦等於流經激磁電感Lm之電流i Lm ，電流i Tf 呈正斜率上升。另一方面，二次側直流阻隔電容器Cr2)上所建立之電壓v Cr2 透過高頻變壓器Tr2)耦合至一次側，因此漏電感Lkr及激磁電感Lmr上跨壓為負的電壓(v Lkr +v Lmr =V s -v Cr1 -(1/N r2 )v Cr2 )，脈衝電流漣波消除電流i Tr 等於漏電感Lkr之電流i Lkr ，亦等於流經激磁電感Lmr之電流i Lmr ，電流i Tr 呈負斜率下降，因此電流i Tr 可用以補償電流i Tf 之漣波成分。由克希荷夫電壓定律(Kirchhoff's voltage law,KVL)可列出下列狀態方程式：
工作模式二
請參閱第3(B)圖，此時轉換器主動開關Q截止、二極體D以及漣波消除二極體Dr順偏導通。此時激磁電感Lm上跨壓為一負值電壓(v Lm =-(1/N f )V o )，電流i Lm 呈負斜率下降，激磁電感Lm將能量送至負載端。而激磁電感Lmr上跨壓為一正值電壓(v Lmr =-(1/N r1 )V o )，電流i Lm 呈正斜率上升，激磁電感Lmr亦將能量 送至負載端。此時流經返馳式變壓器Tf)電流i Tf 等於漏電感Lk之電流i Lk ，脈衝電流漣波消除電流i Tr 等於漏電感Lkr之電流i Lkr ，且電流i Tr 之斜率與電流i Lk 之斜率正負號相反，因此電流i Tr 可用以補償電流i Tf 之漣波成分。透過上述原理，當電流i Tf 之斜率與電流i Tr 之斜率在工作模式一與工作模式二皆互為相反時，則脈衝電流漣波消除電流i Tr 可以完全補償原轉換器電流i Tf 之脈衝電流漣波，其補償後之合成輸入電流i s 將是一個具有零漣波之純直流電流。值得一提的是，在此工作模式下漏感Lk之能量可釋放至二次側直流組隔電容Cr2)，相較於傳統返馳式切換式電力轉換器，可大幅降低主動開關截止時之開關電壓突波(voltage spike)，進而使得加入本發明電路後所衍生具有零輸入電流漣波返馳式切換式電力轉換器可選用較低開關跨壓之主動開關元件，可降低主動開關導通損失以提升轉換器效率。由克希荷夫電壓定律(Kirchhoff's voltage law,KVL)可列出下列狀態方程式：
轉換器電壓增益比
根據轉換器於工作模式一以及工作模式二之等效電路可得知輸出電容平均電壓等於轉換器輸出電壓，如下所示： V Co =V o (10)由式(2)、式(6)及式(10)，可根據穩態時激磁電感Lm充放電情況以電感伏特-秒平衡(Inductor volt-second balance)定理列出式(11)。其中D為主動開關於一切換週期內之工作週期比(duty ratio)。
由式(11)可進一步推導得到加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸入電流漣波返馳式切換式電力轉換器之電壓增益比，如式(12)所示。由式(12)可得到本發明脈衝電流漣波消除電路並不會影響原轉換器之電壓增益比。
穩態下電容電壓平均值
由於變壓器漏電感一般遠小於激磁電感，意即漏電感Lk遠小於激磁電感Lm，且漏電感Lkr遠小於激磁電感Lmr，且電感於一切換週期之平均電壓為零，因此以下推導電容電壓平均值時可以將漏電感之壓降忽略，由式(12)可得加入本發明電路後所衍生具有零輸入電流漣波返馳式切換式電力轉換器之近似電壓增益比： 同理，忽略漏電感Lk及Lkr之壓降，由式(3)及式(8)，可根據穩態時激磁電感Lpr充放電情況以電感伏特-秒平衡(Inductor volt-second balance)定理列出 以下式子： 將式(13)代入式(14)可得： 由式(15)可進一步求得穩態下二次側直流阻隔電容Cr2之電容電壓平均值V Cr2 ：V Cr2 =V s (16)
同理，忽略漏電感Lk及Lkr之壓降，由式(5)及式(7)，可根據穩態時激磁電感Lmr充放電情況以電感伏特-秒平衡(Inductor volt-second balance)定理列出以下式子： 將式(13)及式(16)代入式(17)可得： 由上式可進一步求得穩態下一次側直流阻隔電容Cr1之電容電壓平均值V Cr1 ：
零輸入電流漣波之設計條件 加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸入電流漣波返馳式切換式電力轉換器之輸入電流可由下式表示：i s =i Tf +i Tr =i Lk +i Lkr (20)假設合成後之轉換器輸入電流變化率為零，可得式(21)： 首先，當轉換器工作於模式一時，漏電感電流與激磁電感電流之關係式可由式(22)及式(23)表示。
i Tf =i Lk =i Lm (22)
i Tr =i Lkr =i Lmr (23)由式(22)及式(23)，並且根據加入本發明電路後所衍生具有零輸入電流漣波返馳式切換式電力轉換器於工作模式一時之等效電路可列出下列狀態方程式： 假設轉換器工作於模式一及模式二時所有電容器電壓均為定值，則可將式(16)及式(19)所求得之電容平均電壓代入式(25)，可得： 將式(24)及式(26)代入式(21)： 整理式(27)可得：
接著，由式(5)、式(7)及式(10)，可根據穩態時激磁電感Lmr充放電情況以電感伏特-秒平衡(Inductor volt-second balance)定理列出以下式子： 將式(12)、式(16)及式(19)代入上式可得： 將式(28)代入式(30)，整理後可得： 由式(31)及式(28)可得當轉換器工作於模式一時，若輸入電流漣波為零，則電感之關係式：
另一方面，當轉換器工作於模式二時，同樣假設所有電容器電壓為定值，則可將式(16)及式(19)所求得之電容平均電壓代入式(8)及式(9)所示之狀態方程式： 同樣假設合成後之轉換器輸入電流變化率為零，則可將式(34)及式(35)代入式(21)： 將式(33)所求得之漏電感Lk與Lkr之關係式代入式(36)可得： 整理上式可得： 由式(38)可進一步推導變壓器匝數比之關係式，如式(39)所示。
由式(16)、式(19)及式(36)可進一步求得零輸入電流漣波之設計條件下轉換器電容平均電壓：
V Cr2=V s (41)綜合上述，轉換器零輸入電流漣波之設計條件可整理如下所示：
根據上述推導，加入本發明脈衝電流漣波消除電路後所衍生具有零輸入電流漣波返馳式切換式電力轉換器可依照式(42)至式(43)設計漣波消除變壓器Tr1之等效漏電感值與等效激磁電感值，以及漣波消除變壓器Tr1與高頻變壓器Tr2之匝數比以達到零輸入電流漣波的效果，而直流阻隔電容器Cr1,Cr2之平均電壓值則由式(40)及式(41)決定。
根據上述內容，進一步揭露更多實施例。請再參考第1(B)圖，在某實施例中，脈衝電流漣波消除電路110可進一步並聯至轉換器120，以消除存在於轉換器120輸入端或者輸出端之脈衝電流漣波，脈衝電流漣波消除電路110包含一第一變壓器Tr1(即為上述漣波消除變壓器)、一第二變壓器Tr2(即為上述高頻變壓器)、一第一二極體Dr(即為上述漣波消除二極體)、一第一電容器Cr1(即為上述一次側直流阻隔電容器)與一第二電容器Cr2(即為上述二次側直流阻隔電容器)。
上述之第一電容器Cr1與第二變壓器Tr2之一次側分別串接於第一變壓器Tr1一次側，其中第一電容器Cr1位於脈衝電流漣波消除電路110之一第一輸入端IP1與第一變壓器Tr1之一次側之間，並且第二變壓器Tr2之一次側位於脈衝電流漣波消除電路110之一第二輸入端IP2與第一變壓器Tr1之一次側之間。第一二極體Dr串接第一變壓器Tr1之二次側，其中第一二極體 Dr位於脈衝電流漣波消除電路110之一第一輸出端OP1與第一變壓器Tr1之二次側之間，並且第一變壓器Tr1之二次側位於脈衝電流漣波消除電路110之一第二輸出端OP2與第一二極體Dr之間。第二電容器Cr2串接第二變壓器Tr2之二次側，其中第二電容器Cr2位於脈衝電流漣波消除電路110之一第三輸出端OP3與第二變壓器Tr2之二次側之間，並且第二變壓器Tr2之二次側位於脈衝電流漣波消除電路110之一第四輸出端OP4與第二電容器Cr2之間。
在某實施例中，本發明提出一種轉換系統100，此一轉換系統100包含前述脈衝電流漣波消除電路110與一轉換器120，藉由將脈衝電流漣波消除電路110並聯至轉換器120，進而消除轉換器120之輸入端或輸出端脈衝電流漣波，如第1(A)圖與第1(B)圖所示者。當前述轉換器120為返馳式(Flyback)切換式電力轉換器、順向式(Forward)切換式電力轉換器、升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器、降壓型(Buck)切換式電力轉換器、Zeta型切換式電力轉換器及其組合其中之一、或者其它在輸入端具有脈衝電流漣波之轉換器時，脈衝電流漣波消除電路110可消除轉換器120之輸入端脈衝電流漣波；當前述轉換器120為返馳式(Flyback)切換式電力轉換器、升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器、升壓型(Boost)切換式電力轉換器、Sepic型切換式電力轉換器及其組合其中之一、或者其它在輸出端具有脈衝電流漣波之轉換器時，脈衝電流漣波消除電路110可消除轉換器120之輸出端脈衝電流漣波。
以返馳式(Flyback)切換式電力轉換器為例，前述轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第三變壓器Tf(即為上述返馳式變壓器)、一第二二極體D與一第三電容Co，其中第三變壓器Tf之二次側、第三電容Co與 一電阻R並聯。電源提供一輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1連接至第三變壓器Tf之一次側與電源之一端，並且第二輸入端IP2連接至電源之另一端，亦即電源位於第一輸入端IP1與第二輸入端IP2之間。脈衝電流漣波消除電路110之第一輸出端OP1連接至第三變壓器Tf之二次側，因此第一二極體Dr位於第一變壓器Tr1之二次側與第三變壓器Tf之二次側之間。第二輸出端OP2連接至第二二極體D，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第一二極體Dr與第二二極體D之間。第三輸出端OP3連接至第三變壓器Tf之一次側與主動開關Q之一端，其中第二電容器Cr2位於主動開關Q與第二變壓器Tr2的二次側之間。第四輸出端OP4連接至主動開關Q之另一端，因此，第二變壓器Tr2之二次側位於主動開關Q與第二電容器Cr2之間。
再者，第一電容器Cr1與第二電容器Cr2可為電解電容或非電解電容，並且第一電容器Cr1與第二電容器Cr2之容值可相同或不同。第一電容器Cr1阻隔第一變壓器Tr1之一次側的直流電流，並且第二電容器Cr2阻隔第二變壓器Tr2之二次側的直流電流，其中第一電容器Cr1與第二電容器Cr2分別連接至第三變壓器Tf之一次側兩端。
根據上述轉換系統100，電源提供一第一電流i s ，第一變壓器Tr1之一次側的一第二電流i Tr (亦即前述之脈衝電流漣波消除電流i Tr )與第三變壓器Tf之一次側的一第三電流i Tf (亦即前述之返馳式變壓器輸入電流i Tf )的波型相反，以合成第一電流i s ，如式(20)所示。合成後之第一電流i s 電流變化率為零之直流電流，如式(21)所示。
請參考第1(B)圖、第3(A)圖及第2圖，當轉換器120為返馳式(Flyback)切換式電力轉換器時且處於工作模式一(介於DTs時段內)時，主動 開關Q導通，使第一二極體Dr與第二二極體D逆偏截止，並且第二電流i Tr 自第一變壓器Tr1之一次側流向第一電容器Cr1。此時電源提供之能量儲存於第三變壓器Tf之一次側之一激磁電感Lm與一漏電感Lk。
當轉換器120為返馳式(Flyback)切換式電力轉換器時且其主動開關Q導通時，在一切換周期中的一工作周期DTs內，第二電流i Tr 與第三電流i Tf 漣波成分之波形相反，第三電流i Tf 為正斜率上升，而第二電流i Tr 為負斜率遞減。因此，第二電流i Tr 與第三電流i Tf 之斜率可互相補償，藉此合成電流變化率為零之直流第一電流i s 。
請參考第1(B)圖、第3(B)圖以及第2圖所示，當轉換器120為返馳式(Flyback)切換式電力轉換器時且其處於工作模式二(介於(1-D)Ts時段內)時，主動開關Q截止，使第一二極體Dr與第二二極體D順偏導通，並且第二電流i Tr 自第一電容器Cr1流向第一變壓器Tr1之一次側。此時第三變壓器Tf之一次側之一激磁電感Lm與一漏電感Lk儲存之能量輸出。
當轉換器120為返馳式(Flyback)切換式電力轉換器時且其主動開關Q截止時，在一切換周期中的一工作周期DTs以外之時間(1-D)Ts內，第二電流i Tr 與第三電流i Tf 漣波成分之波形仍為相反。因此，第二電流i Tr 與第三電流i Tf 之斜率仍可互相補償，藉此合成電流變化率為零之直流第一電流i s 。
根據前述二模式，當第三電流i Tf 之斜率與第二電流i Tr 之斜率在工作模式一與工作模式二皆互為相反時，則第二電流i Tr 可以完全補償原轉換器120之第三電流i Tf 之脈衝電流漣波，其補償後之合成輸入電流(第一電流i s )將是一個具有零漣波之純直流電流。再者，在工作模式二下，漏電感Lk之能量可釋放至第二變壓器Tr2之二次側的第二電容器Cr2，相較於傳統返馳 式(Flyback)切換式電力轉換器，可大幅降低主動開關Q截止時之開關電壓突波(voltage spike)，進而使得加入本發明電路後所衍生具有零輸入電流漣波返馳式(Flyback)切換式電力轉換器可選用較低開關跨壓之主動開關元件，可降低主動開關導通損失以提升轉換器效率。
此外，本發明之脈衝電流漣波消除電路除了可以消除返馳式切換式電力轉換器之輸入端脈衝電流漣波之外，亦可應用於消除順向式(Forward)切換式電力轉換器(如第4圖)、升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器(如第5圖)、降壓型(Buck)切換式電力轉換器(如第6圖)或者Zeta型切換式電力轉換器(如第7圖)之輸入脈衝電流漣波。
請參考第4圖所示，其係為藉由脈衝電流漣波消除電路110消除順向式(Forward)切換式電力轉換器之輸入端脈衝電流漣波之電路架構圖。轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第三變壓器Tf、一第一電感器L、一第三二極體D1、一第四二極體D2與一第三電容器Co，其中第三變壓器Tf之二次側、該第四二極體D2、第三電容器Co與一電阻R並聯；第三二極體D1位於第四二極體D2與第三變壓器Tf之二次側之間；並且第一電感器L位於第四二極體D2與第三電容器Co之間。電源提供輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1與第二輸入端IP2分別連接至電源之二端。第一輸出端OP1連接至第三變壓器Tf之二次側，因此第一二極體Dr位於第一變壓器Tr1之二次側與第三變壓器Tf之二次側之間。第二輸出端OP2連接至第一電感器L，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第一二極體Dr與第一電感器L之間。第三輸出端OP3連接至第三變壓器Tf之一次側與主動開關Q之一端，因此第二電容器Cr2位於主動開關Q與第二變壓器Tr2的二次側之間。第四輸出端OP4連接至主動 開關Q之另一端，因此，第二變壓器Tr2之二次側位於主動開關Q與第二電容器Cr2之間。
請參考第5圖所示，其係為藉由脈衝電流漣波消除電路110消除升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器之輸入端脈衝電流漣波之電路架構圖。轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第一電感L、一第二電感La、一第二二極體D與一第三電容器Co，其中第一電感L、第三電容器Co與一電阻R並聯；第二二極體D位於第一電感L與第三電容器Co之間；並且第二電感La位於第一電感L與第一電容器Cr1之間。電源提供輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1與第二輸入端IP2分別連接至電源之二端。第一輸出端OP1連接至第二二極體D，因此第一二極體Dr位於第一變壓器Tr1之二次側與第二二極體D之間。第二輸出端OP2連接至第一電感器L，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第一二極體Dr與第一電感器L之間。第三輸出端OP3連接至主動開關Q之一端，因此，第二電容器Cr2位於主動開關Q與第二變壓器Tr2之二次側之間。第四輸出端OP4連接至主動開關Q之另一端，因此，第二變壓器Tr2之二次側位於主動開關Q與第二電容器Cr2之間。
請參考第6圖所示，其係為藉由脈衝電流漣波消除電路110消除降壓型(Buck)切換式電力轉換器之輸入端脈衝電流漣波之電路架構圖。轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第一電感器L、一第二電感器La、一第二二極體D與一第三電容器Co，其中第二二極體D、第三電容器Co與一電阻R並聯；第一電感器L位於第二二極體D與第三電容器Co之間；並且第二電感器La位於第二二極體D與第一電容器Cr1之間。電源提供輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1與第二輸入端IP2分別連接至電源之二端。第一輸 出端OP1連接至第二二極體D，因此第一二極體Dr位於第一變壓器Tr1之二次側與第二二極體D之間。第二輸出端OP2連接至第一電感器L，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第一二極體Dr與第一電感器L之間。第三輸出端OP3連接至主動開關Q之一端，因此，第二電容器Cr2位於主動開關Q與第二變壓器Tr2之二次側之間。第四輸出端OP4連接至主動開關Q之另一端，因此，第二變壓器Tr2之二次側位於主動開關Q與第二電容器Cr2之間。
請參考第7圖所示，其係為藉由脈衝電流漣波消除電路110消除Zeta型切換式電力轉換器之輸入端脈衝電流漣波之電路架構圖。轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第二電感器La、一第三電感器L1、一第四電感器L2、一第二二極體D、一第三電容器Co與一第四電容器C，其中第三電感器L1、第二二極體D、第三電容器Co與一電阻R並聯；第四電感器L2位於第二二極體D與第三電容器Co之間；第四電容器C位於第三電感器L1與第二二極體D之間；並且第二電感器La位於第三電感器L1與第一電容器Cr1之間。電源提供輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1與第二輸入端IP2分別連接至電源之二端。第一輸出端OP1連接至第二二極體D，因此第一二極體Dr位於第一變壓器Tr1之二次側與第二二極體D之間。第二輸出端OP2連接至第三電感器L1，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第一二極體Dr與第三電感器L1之間。第三輸出端OP3連接至主動開關Q之一端，因此，第二電容器Cr2位於主動開關Q與第二變壓器Tr2之二次側之間。第四輸出端OP4連接至主動開關Q之另一端，因此，第二變壓器Tr2之二次側位於主動開關Q與第二電容器Cr2之間。
簡言之，欲消除某轉換器之輸入端脈衝電流漣波時，其中漣 波消除變壓器與高頻變壓器一次側串聯相接，接著再串接一直流阻隔電容器，再並接於轉換器之輸入端，而漣波消除變壓器之二次側串接漣波消除二極體後，並接於轉換器之輸出端或直流鏈電容器，高頻變壓器之二次側串接另一直流阻隔電容器後，並接於轉換器之主動開關兩端，進而達到轉換器之輸入端脈衝電流漣波消除。
此外，本發明之脈衝電流漣波消除電路還可消除下列轉換器之一或組合之輸出端脈衝電流漣波：返馳式(Flyback)切換式電力轉換器(如第8圖)、升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器(如第9圖)、升壓型(Boost)切換式電力轉換器(如第10圖)、Sepic型切換式電力轉換器(如第11圖)。
請參考第8圖所示，其係為藉由脈衝電流漣波消除電路110消除返馳式(Flyback)切換式電力轉換器之輸出端脈衝電流漣波之電路架構圖。轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第二二極體D、一第三變壓器Tf與一第三電容器Co，其中第三電容器Co與一電阻R並聯；第二二極體D位於第二變壓器Tr2之二次側與第二電容器Cr2之間；並且第三變壓器Tf之一次側位於電源與主動開關Q之間。電源提供輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1與第二輸入端IP2分別連接至第三電容器Co之二端。第一輸出端OP1連接至電源與第三變壓器Tf之一次側。第二輸出端OP2連接至第三變壓器Tf之一次側，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第一二極體Dr與第三變壓器Tf之一次側之間。第三輸出端OP3與第四輸出端OP4分別連接至第二二極體D之二端。
請參考第9圖所示，其係為藉由脈衝電流漣波消除電路110消除升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器之輸出端脈衝電流漣波之電路 架構圖。轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第二二極體D、一第一電感器L、一第二電感器La與一第三電容器Co，其中第三電容器Co與一電阻R並聯；第二二極體D位於第二變壓器Tr2之二次側與第二電容器Cr2之間；並且第一電感器L與第二電感器La位於電源與主動開關Q之間。電源提供輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1與第二輸入端IP2分別連接至第三電容器Co之二端。第一輸出端OP1連接至電源與第二電感器La。第二輸出端OP2連接至第一電感器L，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第一電感器L與第一二極體Dr之間。第三輸出端OP3連接至第一電感器L，因此第二電容器Cr2位於第一電感L器與第二變壓器Tr2之二次側之間。第四輸出端OP4連接至第二二極體D，因此第二變壓器Tr2之二次側位於第二二極體D與第二電容器Cr2之間，其中第二二極體D連接至主動開關Q。
請參考第10圖所示，其係為藉由脈衝電流漣波消除電路110消除升壓型(Boost)切換式電力轉換器之輸出端脈衝電流漣波之電路架構圖。轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第二二極體D、一第一電感器L、一第二電感器La與一第三電容器Co，其中第三電容器Co與一電阻R並聯；第二二極體D位於第二變壓器Tr2之二次側與第二電容器Cr2之間；並且第一電感器L與第二電感器La位於電源與主動開關Q之間。電源提供輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1與第二輸入端IP2分別連接至第三電容器Co之二端。第一輸出端OP1連接至電源與第一電感器L。第二輸出端OP2連接至第二電感器La，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第二電感器La與第一二極體Dr之間。第三輸出端OP3連接至第二二極體D，因此第二電容器Cr2位於第二二極體D與第二變壓器Tr2之二次側之間。第四輸出端OP4連接至第二二極體 D，因此第二變壓器Tr2之二次側位於第二二極體D與第二電容器Cr2之間，其中第二二極體D連接至第二電感器La。
請參考第11圖所示，其係為藉由脈衝電流漣波消除電路110消除Sepic型切換式電力轉換器之輸出端脈衝電流漣波之電路架構圖。轉換器120包含一電源、一主動開關Q、一第二二極體D、一第二電感器La、一第三電感器L1、一第四電感器L2、一第三電容器Co與一第四電容器C，其中第三電容器Co與一電阻R並聯；第四電感器L2、主動開關Q與電源並聯；第三電感器L1位於電源與第四電容器C之間；第四電容器C與第二電感器La分別位於主動開關Q與第二二極體D之間。電源提供輸入端電壓Vs，其中第一輸入端IP1與第二輸入端IP2分別連接至第三電容器Co之二端。第一輸出端OP1連接至主動開關Q。第二輸出端OP2連接至第四電感器L2，因此第一變壓器Tr1之二次側位於第四電感器L2與第一二極體Dr之間。第三輸出端OP3連接至第二二極體D，因此第二電容器Cr2位於第二二極體D與第二變壓器Tr2之二次側之間。第四輸出端OP4連接至第二二極體D，因此第二變壓器Tr2之二次側位於第二二極體D與第二電容器Cr2之間，其中第二二極體D連接至第四電容器C。
簡言之，欲消除轉換器之輸出端脈衝電流漣波時，此漣波消除變壓器與高頻變壓器一次側串聯相接，接著再串接一直流阻隔電容器，再並接於轉換器之輸出端，漣波消除變壓器之二次側串接漣波消除二極體後，並接於轉換器輸入電源或直流鏈電容器與開關串聯迴路之兩端，而高頻變壓器之二次側串接直流阻隔電容器後，並接於轉換器之二極體兩端，進而達到轉換器輸出端之脈衝電流漣波消除。
根據前述理論，本案以零輸入電流漣波之返馳式直流電力轉換器為實施例進行實作與量測。其電路基本規格為輸入30Vdc、輸出70Vdc、切換頻率40kHz以及額定功率為100W。此電路實例中相關電流波形請參閱第12圖(上至下波形之縱軸標示依序為2安培/格、2安培/格、500毫安培/格，橫軸標示：10微秒/格)，由圖中可觀察得到，脈衝電流漣波消除電流i Tr 與返馳式變壓器輸入電流i Tf 漣波成分之波形相反，當轉換器開關導通時，返馳式變壓器輸入電流i Tf 為正斜率上升，而脈衝電流漣波消除電流i Tr 為負斜率遞減；當轉換器開關截止時，電流i Tf 與電流i Tr 之斜率亦可相互補償，所以脈衝電流漣波消除電流可用以補償返馳式變壓器輸入端之脈衝電流，使其合成後之輸入電流漣波△i s 幾乎為零。
而此實作電路的輸出端電壓v o 及輸入電流i s 的量測波形如第13圖所示。參閱第13圖(上至下波形之縱軸標示依序為20伏特/格、2安培/格，橫軸標示：10微秒/格)可看出，加入本發明脈衝電流漣波消除電路後，可使源返馳式電力轉換器輸入端為一穩定之直流電流。因此，上述實測波形可證明本發明之脈衝電流漣波消除電路確實具有良好的脈衝電流漣波消除效果。
經由上述實施例的實測結果可得知，輸入端具有脈衝電流漣波之切換式電力轉換器加入本發明之脈衝電流漣波消除電路後，其輸入端的電流能夠達到近乎純直流之電流。
根據上述，本發明提出一種脈衝電流漣波消除電路之電路聯接方式，請參考第14圖所示，脈衝電流漣波消除電路之電路連接方式包含下列步驟，如步驟1410所示，串接一第一變壓器之一次側與一第二變壓器 之一次側。如步驟1420所示，串接一第一二極體與第一變壓器之二次側。如步驟1430所示，串接一第一電容器與第一變壓器之一次側。如步驟1440所示，串接一第二電容器與第二變壓器之二次側。
再者，本發明更提出一種零輸入電流漣波電力轉換系統之構成方式，請參考第15圖所示。零輸入電流漣波電力轉換系統轉換系統之連接方式包含下列步驟，如步驟1510所示，提供前述之脈衝電流漣波消除電路，其中脈衝電流漣波消除電路之構成方式如前所述。如步驟1520所示，提供一輸入端具有脈衝電流漣波之轉換器。如步驟1530所示，將第一電容器與第一變壓器之一次側及第二變壓器之一次側所構成的串聯迴路並接至轉換器之輸入端。如步驟1540所示，將第一變壓器之二次側與第一二極體所構成的的串聯迴路並接至轉換器之輸出端或直流鍊電容器之兩端。如步驟1550所示，將第二變壓器之二次側與第二電容器所構成的的串聯迴路並接至轉換器之主動開關之兩端。
再者，本發明更提出一種零輸出電流漣波電力轉換系統之構成方式，請參考第16圖所示。零輸出電流漣波電力轉換系統轉換系統之構成方式包含下列步驟，如步驟1610所示，提供前述之脈衝電流漣波消除電路，其中脈衝電流漣波消除電路之構成方式如前所述。如步驟1620所示，提供一輸出端具有脈衝電流漣波之轉換器。如步驟1630所示，將第一電容器與第一變壓器之一次側及第二變壓器之一次側所構成的串聯迴路並接至轉換器之輸出端。如步驟1640所示，將第一變壓器之二次側與第一二極體所構成的的串聯迴路並接至轉換器之輸入端或直流鍊電容器與主動開關所構成之串聯迴路的兩端。如步驟1650所示，將第二變壓器之二次側與第二 電容器所構成的的串聯迴路並接至轉換器之第二二極體之兩端。
據此，本發明提出一種電路連接方法，包含下列步驟。首先，並接一第一串聯迴路至一轉換器之輸入端，其中第一串聯迴路包含一第一電容器、一第一變壓器之一次側與一第二變壓器之一次側。然後，並接一第二串聯迴路至轉換器之輸出端或一直流鍊電容器之兩端，其中第二串聯迴路包含第一變壓器之二次側與一第一二極體。最後，並接一第三串聯迴路至轉換器之一主動開關之兩端，其中第三串聯迴路包含第二變壓器之二次側與一第二電容器。
本發明更提出一種電路連接方法，包含下列步驟。首先，並接一第一串聯迴路至一轉換器之輸出端，其中第一串聯迴路包含一第一電容器、一第一變壓器之一次側與一第二變壓器之一次側。然後，並接一第二串聯迴路至以下其中之一：轉換器之輸入端以及由一直流鍊電容器與與一主動開關所構成之串聯迴路之兩端其中之一，其中第二串聯迴路包含第一變壓器之二次側與一第一二極體。最後，並接一第三串聯迴路至轉換器之一第二二極體之兩端，其中第三串聯迴路包含第二變壓器之二次側與一第二電容器。
本發明脈衝電流漣波消除電路其特點為不必額外增加主動開關及其驅動電路，並且與原電力轉換器之開關工作週期、頻率、輸入電壓或輸出電壓規格無關，架構簡單且易於模組化，方便整合於具有脈衝電流漣波之直流電力轉換器。
茲提供更多本案實施例如次：
實施例1：一種脈衝電流漣波消除電路，其包含一第一變壓 器，其具有一一次側與一二次側；一第二變壓器，其具有一一次側與一二次側，該第二變壓器之該一次側串接於該第一變壓器之該一次側；一第一二極體，其串接於該第一變壓器之該二次側；一第一等效電容器組合，其串接於該第一變壓器之該一次側；以及一第二等效電容器組合，其串接於該第二變壓器之該二次側。
實施例2：如實施例1的脈衝電流漣波消除電路，其中該第一電容器、該第二電容器、該第一二極體、該第一變壓器之該二次側、該第二變壓器之該一次側與該二次側分別連接至一轉換器，其中該第一二極體位於該第一變壓器之該二次側與該轉換器之間；該第一變壓器之該二次側位於該第一二極體與該轉換器之間；該第二電容器位於該第二變壓器的該二次側與該轉換器之間；該第二變壓器的該二次側位於該第二電容器與該轉換器之間；該第一電容器位於該第一變壓器之該一次側與該轉換器之間；該第二變壓器之該一次側位於該第一變壓器之該一次側與該轉換器之間。
實施例3：如實施例1的脈衝電流漣波消除電路，其中該第一電容器、該第一變壓器之該一次側與該第二變壓器之該一次側所構成的串聯迴路並接至一轉換器之一輸入端；該第一變壓器之該二次側與該第一二極體所構成的的串聯迴路並接至該轉換器之該輸出端或一直流鍊電容器之兩端；以及該第二變壓器之該二次側與該第二電容器所構成的的串聯迴路並接至該轉換器之一主動開關之兩端。
實施例4：如實施例3的脈衝電流漣波消除電路，其中該轉換器包含一電源，以提供一第一電流，其中流經該第一變壓器之該一次側的 一第二電流與流入該轉換器的電流波型相反，以合成該第一電流，其中該第一電流為電流變化率為零之直流電流。
實施例5：如實施例3的脈衝電流漣波消除電路，其中該轉換器係選自一返馳式(Flyback)切換式電力轉換器、一順向式(Forward)切換式電力轉換器、一升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器、一降壓型(Buck)切換式電力轉換器、一Zeta型切換式電力轉換器、在輸入端具有脈衝電流漣波之轉換器及其組合其中之一。
實施例6：如實施例1的脈衝電流漣波消除電路，其中該第一電容器、該第一變壓器之該一次側與該第二變壓器之該一次側所構成的串聯迴路並接至一轉換器之一輸出端；該第一變壓器之該二次側與該第一二極體所構成的的串聯迴路並接至該轉換器之該輸入端或一直流鍊電容器與一主動開關所構成之串聯迴路的兩端；該第二變壓器之該二次側與該第二電容器所構成的的串聯迴路並接至該轉換器之一第二二極體之兩端。
實施例7：如實施例6的脈衝電流漣波消除電路，其中該轉換器提供一輸出電流，其中流經該第一變壓器之該一次側的一第二電流與流出該轉換器的電流波型相反，以合成該輸出電流，其中該輸出電流為電流變化率為零之直流電流。
實施例8：如實施例6的脈衝電流漣波消除電路，其中該轉換器係選自一返馳式(Flyback)切換式電力轉換器、一升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器、一升壓型(Boost)切換式電力轉換器、一Sepic型切換式電力轉換器、在輸出端具有脈衝電流漣波之轉換器及其組合其中之一。
實施例9：一種脈衝電流漣波消除電路，其包含一第一變壓 器，其具有一一次側與一二次側；一第二變壓器，其具有一一次側與一二次側，該第二變壓器之該一次側串接於該第一變壓器之該一次側；一第一二極體，其串接於通過該第一變壓器之該二次側之迴路上；一第一等效電容器組合，其串接於通過該第二變壓器之該一次側與該第一變壓器之該一次側之迴路上；以及一第二等效電容器組合，其串接於通過該第二變壓器之該二次側之迴路上。
實施例10：一種電力轉換系統，其包含一轉換器；以及一脈衝電流漣波消除電路，連接於該轉換器，其中該脈衝電流漣波消除電路包含：一第一變壓器；一第二變壓器，其一次側串接於該第一變壓器之一一次側；一第一二極體，串接於該第一變壓器之一二次側；一第一電容器，串接於該第一變壓器之一一次側；以及一第二電容器，串接於該第二變壓器之一二次側。
實施例11：如實施例10的轉換系統，其中該第一電容器、該第一變壓器之該一次側與該第二變壓器之該一次側所構成的串聯迴路並接至該轉換器之一輸入端；該第一變壓器之該二次側與該第一二極體所構成的串聯迴路並接至該轉換器之該輸出端或一直流鍊電容器之兩端；以及該第二變壓器之該二次側與該第二電容器所構成的串聯迴路並接至該轉換器之一主動開關之兩端。
實施例12：如實施例11的轉換系統，其中該轉換器更包含一電源，以提供一第一電流，其中該第一變壓器之該一次側的一第二電流與該第三變壓器之該一次側的一第三電流的波型相反，以合成該第一電流，其中該第一電流為電流變化率為零之直流電流。
實施例13：如實施例12的轉換系統，其中該轉換器更包含一主動開關，其中當轉換器處於一工作模式一時，該主動開關導通，使該第一二極體逆偏截止，並且該第二電流自該第一變壓器之該一次側流向該第一電容器，此時該電源提供之能量儲存至該轉換器。
實施例14：如實施例12的轉換系統，其中該轉換器更包含一主動開關，其中當轉換器處於一工作模式二時，該主動開關截止，使該第一二極體順偏導通，並且該第二電流自該第一電容器流向該第一變壓器之一次側，此時該轉換器輸出儲存之能量。
實施例15：如實施例10的轉換系統，其中該第一電容器、該第一變壓器之一次側與該第二變壓器之該一次側所構成的串聯迴路並接至該轉換器之一輸出端；該第一變壓器之該二次側與該第一二極體所構成的串聯迴路並接至該轉換器之該輸入端或一直流鍊電容器與一主動開關所構成之串聯迴路的兩端；該第二變壓器之該二次側與該第二電容器所構成的串聯迴路並接至該轉換器之一第二二極體之兩端。
實施例16：如實施例15的轉換系統，其中該轉換器提供一輸出電流，其中流經該第一變壓器之該一次側的一第二電流與流出該轉換器的電流波型相反，以合成該輸出電流，其中該輸出電流為電流變化率為零之直流電流。
實施例17：一種電路連接方法，其包含並接一第一串聯迴路至一轉換器之輸入端，其中該第一串聯迴路包含一第一電容器、一第一變壓器之一次側與一第二變壓器之一次側；並接一第二串聯迴路至該轉換器之輸出端或一直流鍊電容器之兩端，其中該第二串聯迴路包含該第一變壓 器之二次側與一第一二極體；以及並接一第三串聯迴路至該轉換器之一主動開關之兩端，其中該第三串聯迴路包含該第二變壓器之二次側與一第二電容器。
實施例18：一種電路連接方法，其包含並接一第一串聯迴路至一轉換器之輸出端，其中第一串聯迴路包含一第一電容器、一第一變壓器之一次側與一第二變壓器之一次側；並接一第二串聯迴路至以下其中之一：該轉換器之輸入端以及由一直流鍊電容器與一主動開關所構成之串聯迴路之兩端其中之一，其中該第二串聯迴路包含該第一變壓器之二次側與一第一二極體；以及並接一第三串聯迴路至該轉換器之一第二二極體之兩端，其中該第三串聯迴路包含該第二變壓器之二次側與一第二電容器。
總結而言，本發明至少具有以下三個優點：
(1)本發明之電流漣波消除電路可用以消除具有脈衝電流漣波之切換式電力轉換器之輸入端或輸出端脈衝電流漣波，其特點為不必額外增加主動開關及其驅動電路。
(2)本發明之脈衝電流漣波消除電路與原電力轉換器之開關工作週期、切換頻率、輸入電壓及輸出電壓規格無關。
(3)本發明之脈衝電流漣波消除電路架構簡單且易於模組化，方便整合於具有脈衝電流漣波之切換式電力轉換器。
綜上所述，本發明所提供之脈衝電流漣波消除技術應用於具有脈衝電流漣波之切換式電力轉換器，使得轉換器輸入端或輸出端成為零漣波電流，有效改善前述習知技藝之缺失，是故具有產業價值，進而達成發展本發明之目的。
惟以上所述實施例，僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化及修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
110‧‧‧脈衝電流漣波消除電路
Cr1‧‧‧第一電容器/一次側直流阻隔電容器
Cr2‧‧‧第二電容器/二次側直流阻隔電容器
Dr‧‧‧第一二極體/漣波消除二極體
Tr1‧‧‧第一變壓器/漣波消除變壓器
Tr2‧‧‧第二變壓器/高頻變壓器
IP1‧‧‧第一輸入端
IP2‧‧‧第二輸入端
OP1‧‧‧第一輸出端
OP2‧‧‧第二輸出端
OP3‧‧‧第三輸出端
OP4‧‧‧第四輸出端

Claims (10)

  1. 一種脈衝電流漣波消除電路，其包含：一第一變壓器，其具有一一次側與一二次側；一第二變壓器，其具有一一次側與一二次側，該第二變壓器之該一次側串接於該第一變壓器之該一次側；一第一二極體，其串接於該第一變壓器之該二次側；一第一等效電容器組合，其串接於該第一變壓器之該一次側；以及一第二等效電容器組合，其串接於該第二變壓器之該二次側。
  2. 如申請專利範圍第1項的脈衝電流漣波消除電路，其中該第一電容器、該第二電容器、該第一二極體、該第一變壓器之該二次側、該第二變壓器之該一次側與該二次側分別連接至一轉換器，其中該第一二極體位於該第一變壓器之該二次側與該轉換器之間；該第一變壓器之該二次側位於該第一二極體與該轉換器之間；該第二電容器位於該第二變壓器的該二次側與該轉換器之間；該第二變壓器的該二次側位於該第二電容器與該轉換器之間；該第一電容器位於該第一變壓器之該一次側與該轉換器之間；該第二變壓器之該一次側位於該第一變壓器之該一次側與該轉換器之間。
  3. 如申請專利範圍第1項的脈衝電流漣波消除電路，其中該第一電容器、該第一變壓器之該一次側與該第二變壓器之該一次側所構成的串聯迴路並接至一轉換器之輸入端；該第一變壓器之該二次側與該第一二極體所構成的的串聯迴路並接至該轉換器之一輸出端或一直流鍊電容器之兩端；以及該第二變壓器之該二次側與該第二電容器所構成的的串聯迴路並接至該轉換 器之一主動開關之兩端。
  4. 如申請專利範圍第3項的脈衝電流漣波消除電路，其中該轉換器包含一電源，以提供一第一電流，其中流經該第一變壓器之該一次側的一第二電流與流入該轉換器的電流波型相反，以合成該第一電流，其中該第一電流為電流變化率為零之直流電流，以及，該轉換器係選自一返馳式(Flyback)切換式電力轉換器、一順向式(Forward)切換式電力轉換器、一升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器、一降壓型(Buck)切換式電力轉換器、一Zeta型切換式電力轉換器、在輸入端具有脈衝電流漣波之轉換器及其組合其中之一。
  5. 如申請專利範圍第1項的脈衝電流漣波消除電路，其中該第一電容器、該第一變壓器之該一次側與該第二變壓器之該一次側所構成的串聯迴路並接至一轉換器之一輸出端；該第一變壓器之該二次側與該第一二極體所構成的的串聯迴路並接至該轉換器之該輸入端或一直流鍊電容器與一主動開關所構成之串聯迴路的兩端；該第二變壓器之該二次側與該第二電容器所構成的的串聯迴路並接至該轉換器之一第二二極體之兩端。
  6. 如申請專利範圍第5項的脈衝電流漣波消除電路，其中該轉換器提供一輸出電流，其中流經該第一變壓器之該一次側的一第二電流與流出該轉換器的電流波型相反，以合成該輸出電流，其中該輸出電流為電流變化率為零之直流電流，以及，該轉換器係選自一返馳式(Flyback)切換式電力轉換器、一升降壓型(Buckboost)切換式電力轉換器、一升壓型(Boost)切換式電力轉換器、一Sepic型切換式電力轉換器、在輸出端具有脈衝電流漣波之轉換器及其組合其中之一。
  7. 一種脈衝電流漣波消除電路，其包含：一第一變壓器，其具有一一次側與一二次側；一第二變壓器，其具有一一次側與一二次側，該第二變壓器之該一次側串接於該第一變壓器之該一次側；一第一二極體，其串接於通過該第一變壓器之該二次側之迴路上；一第一等效電容器組合，其串接於通過該第二變壓器之該一次側與該第一變壓器之該一次側之迴路上；以及一第二等效電容器組合，其串接於通過該第二變壓器之該二次側之迴路上。
  8. 一種轉換系統，其包含：一轉換器；以及一脈衝電流漣波消除電路，連接於該轉換器，其中該脈衝電流漣波消除電路包含：一第一變壓器；一第二變壓器，其一次側串接於該第一變壓器之一次側；一第一二極體，串接於該第一變壓器之二次側；一第一電容器，串接於該第一變壓器之一次側；以及一第二電容器，串接於該第二變壓器之二次側。
  9. 如申請專利範圍第8項的轉換系統，其中該轉換器更包含一主動開關，其中當轉換器處於一工作模式一時，該主動開關導通，使該第一二極體逆偏截止，並且使流經過該第一變壓器之該一次側的一電流從該第一變壓器之該一次側流向該第一電容器，此時該電源提供之能量儲存至該轉換器。
  10. 如申請專利範圍第8項的轉換系統，其中該轉換器更包含一主動開關，其中當轉換器處於一工作模式二時，該主動開關截止，使該第一二極體順偏導通，並且使流經過該第一變壓器之該一次側的一電流從該第一電容器流向該第一變壓器之該一次側，此時該轉換器輸出所儲存之能量。
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