TWI361548B

TWI361548B - Dc-dc converter

Info

Publication number: TWI361548B
Application number: TW097114566A
Authority: TW
Inventors: Shinji Aso
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2012-04-01
Also published as: CN101309049A; US20080285311A1; JP4935499B2; JP2008289295A; TW200903964A; US7589980B2; CN101309049B; KR20080101674A

Description

1361548 九、發明說明： ' 【發明所屬之技術領域】本發明涉及一種高效率、小尺寸、低成本的直流對直流轉換器。【先前技術】圖1是作為說明傳統的多輸出直流對直流轉換器的基礎電路的單輸出直流對直流轉換器的電路圖。在曰本專利申請No. 2003-3 19650中公開了如圖i所鲁不的直流對直流轉換器，並且該直流對直流轉換器具有半橋電路的形式。在此電路中，直流電源供應器Vin的兩端連接至由金屬氧化物半導體場效應電晶體（M〇SFet )構成的開關元件Q1與MOSFET構成的開關元件Q2串聯連接的串聯電路。開關元件Q2的汲極連接至直流電源供應益Vln的正極，並且開關元件Q1的源極連接至直流電源供應器Vin的負極。在開關元件Q1的汲極與源極之間，並聯連接有二極 n 和電壓諳振電容器Crv，並且電抗器Lri、變壓器τι 的初級線圈P卜以及電流諧振電容器Cri連接成串聯電路。電抗器Lrl被配置為變壓器T1的初級線圈與次級線圈之間的漏電感。在初級線圈P1上還等效地連接有激發電感 •作為電抗器Lpl。在開關元件Q2的沒極與源極之間並聯 ··' 連接有二極體D2。 _通過點（·）來標記變壓器τι的每個線圈的起始點。二極體D3的陽極連接至變壓器T1的次級線圈的一端 6 (•側）。變f益Τ1的次級線圈s ^的另的次級線圈S2的一端（•側） ^ 11 逆得至平流電容器Col的端。變塵器T!的次級線圈s :㈤的- 的陽極。二極體D3的斤極H $連接至二極體D4 體〇4的陰極連接至電容的另1。負載R。1連接至電容器⑸的兩端。基於來自電容器㈤的輸出電塵V。，通過交替地導通和關閉開關元件Q1 "2,控制電路10執行脈衝·頻率· 調變（PFM)控制（頻率控制）以便保持電容胃㈤出電壓Vo恒定。接下來通過參考@ 2所示㈣㈣來詳細描述具有上述配置的傳統的直流對直流轉換器的操作。在圖2巾’ VQ1表示開關元件Q1的沒極與源極之間的電壓’ IQ1表示開關元件Q!的汲極電流；Vq2表示開關元件Q2的汲極與源極之間的電壓；IQ2表示開關元件Q2 的汲極電流；VCri表示電流諧振電容器Cri兩端之間的電壓，VD3表示二極體D3兩端之間的電壓；id3表示二極體D3的電流；VD4表示二極體D4兩端之間的電壓；並且 ID4表示二極體D4的電流。值得注意的是：開關元件Q1和Q2均具有其中開關元件為斷開（off)的空檔時間；並且開關元件Q1和Q2交替地導通（on )和斷開。首先，在時刻tO至tl的期間内，在時刻tO將開關元件Q2從導通切換至斷開。當開關元件Q2導通時，在變壓器T1的初級線圈側，電流流經Vin、Q2、Lrl、Lpl、Cri 7 1361548 至Vin。在變壓器T1的次級線圈側，電流流經Col、R〇l 至 Co 1 〇备開關兀件Q2斷開時，流經變壓器T1的初級線圈側的電流從開關元件Q2換向至電壓諧振電容器W，並且因此流經 Crv、Lrl、Lpl、Cri 至 Crv。結果’儘管當開關元件Q2導通時電壓諧振電容器Crv 的電壓幾乎等於直流電源供應器Vin的電壓，電壓諧振電容器Crv仍被放電降至零伏特。在下文中，直流電源供應 is Vin的電壓也用參考標記Vin表示。相應地’由於電壓諧振電容器Crv的電壓等於開關元件Q1的電壓VQ1，因此開關元件Q1的電壓VQ1會從vin 降至零伏特。此外，由於開關元件q2的電壓Vq2表示為 (Vin—VQl) ’因此電壓VQ2會從零伏特升至vine 在時刻11至t2的期間内，在時刻t丨當電壓諧振電容器Crv的電壓降至零伏特時，二極體di變為導通，並且因此電流流經Dl、Lrl、Lpl ( PI ) 、Cri至D1。此外，變壓器T1的次級線圈S2的電壓達到輸出電壓v〇，並且在變壓器T1的次級線圈側’電流流經S2、D4、Col至S2，與此相反，電流還流經Col、R〇l至Col。進一步，在時刻tl至t2的期間内當導通開關元件qi的閘極信號時，開關元件Q1進入零電壓開關（ZVS )操作和零電流開關 (ZCS )操作。在時刻t2至t3的期間内，由於在時刻t2導通開關元件 Q1 ’ 因此電流流經 Cri、Lpl ( PI ) 、Lrl、qi 至 Cri， 8 1361548 並且電流諧振電容器Cri的電壓Vcri降低。此外，在變壓器Τ1的次級線圈側，電流流經S2、D4、Col至S2，反之電流還流經Co 1、R〇 1至c〇 1。輸出電壓v〇的電壓係箝位次級線圈S2的電壓，與此相反，通過輸出電壓v〇乘以匝數比獲得的電壓來箝位初級線圈pi的電壓。結果，在變壓器T1的初級側流過由電抗器Lr〗和電流諧振電容器cri 所生成的諧振電流》在時刻t3至t4的期間内，次級線圈S2的電壓下降至输出電壓Vo之下，並且在變壓器71的次級線圈側沒有流過電流。在變壓器T!的次級線圈侧，電流流經e〇1、R〇1 至Col ^此外，在變壓器T1的初級線圈側，電流流經cH、

Lpl、Lrl、Q1至Cri，而在變壓器τι的初級線圈側，流過由兩個電抗器Lrl和Lpl之和（Lrl + Lpl)以及電流譜振電容器Cri所生成的譜振電流。在時刻t4至t5的期間内，在時刻Μ當斷開開關元件 Q1時’正在變壓Is T1的初級線圈側流過的電流從開關元件Q1換向至電壓諧振電容器Crv，並且電流流經0卜[Η、 Crv、Lp 1。 •結果，對當開關元件Q1導通時幾乎等於零伏特的電 f諧振電容器〜的電壓充電至Vin。由於電壓諧振電容益Crv的電麼等於開關元件qi的電壓輝因此開關元件Q1的電壓VQ1從零伏特增大至。此外，由於開關疋件電厂堅VQ2等於（Vin—VQ1)，因此開關元的電壓VQ2從Vin下降至零伏 9 1361548 在時刻t5至t6的期間内，在時刻t5當電壓證振電容器Crv的電壓增長至Vin時，二極體變為導通，並且電流流經 Lp 1 ( P1 ) 、Lr 1、D2、Vin、Cri 至 Lp 1。此外，變壓器T1的次級線圈si的電壓達到輸出電壓v〇,並且在變壓器T1的次級線圈側，電流流經c〇 1、r〇 1至c〇 1，與此相反’電流流經SI、D3、Col至S1。進一步，在從時刻t5至時刻t6的期間内導通開關元件Q2的閘極信號時，開關元件Q2進入零電壓開關操作和零電流開關操作。在時刻t6至t7的期間内，由於在時刻t6導通開關元件 Q2 ’ 電流流經 Vin、Q2、Lrl、Lpl ( Pi ) 、Cri 至 Vin，並且電流諧振電容器Cri的電壓Vcri升高。此外，在變壓器T1的次級線圈側，電流流經s 1、D3、Col至S1，與此相反，電流流經Col ' R〇l至Col。輸出電壓Vo係箝位次級線圈S1的電壓，與此相反，通過輸出電壓v〇乘以匝數比而獲得的電壓係箝位初級線圈p 1的電壓。結果，在變壓器T1的初級線圈側，流過由電抗器Lri和電流諧振電容器Cri所生成的諧振電流。在時刻t7至t8的期間内，在時刻t7，次級線圈S1的電壓下降至輸出電壓Vo之下。電流流經c〇i、R〇l至Col。此外，在變壓器T1的初級線圈側，電流流經vin、Q2、Lrl、 Lpl、Cri至Vin，而在變壓器T1的初級線圈側，流過由兩個電抗器Lrl和Lpl之和（Lrl + Lpl)以及電流諧振電容器Cri所生成的諧振電流。如上所述’通過使用具有大致為5〇%工作的脈衝信丄邛1548 件u Μ不的傳統的直流對直流轉換器分別控制開關元拖關M Q2的開關頻率。因此，傳統的直流對直容。。/改變由電抗器Lrl、電抗器Lpl以及電流諧振電每“所生成的諧振電流.，從而控制輸出電壓v〇。結果，田開關頻率增大時，輸出電壓Vo隨之減小。

進-步’如圖丨所示，採用電容器輸入系統作為這個的輸出平流裝置。正因如此’如果變壓器T1的次級線圈：被配置為多輸出’則多輸出電壓源電路可輕易地配置為精由：在如圖3所示地變壓胃Tla中提供除了現有次級^圈Sii和S12之外的次級線圈su、si4 ;並且整流和平机在次級線圈S13和S14中生成的電壓。此外，由於次圈S 1 1和s 12以及次級線圈§ 13和s 14均彼此之間緊密耦合，因此多輸出的多輸出電壓均與匝數比成比例，實現交叉調節的優良性能。如上所述，由於變壓器T1的次級線圈側的輸出電壓 V〇與變壓器T1的次級線圈側的匝數比成比例，因此隨著在變壓Is T 1的次級線圈側的線圈匝數的增大，可以更加精細地設定輸出電壓。在傳統電路的例子中，然而，由於諧振電容器Cri和電抗器Lrl生成的諳振電流，在變壓器T1的次級線圈側分別流過二極體D3和D4的電流ID3和ID4均呈正弦曲線的形狀°這些正弦曲線電流如同漣波電流一樣流入平流電谷器Co 1中。結果，當出現大輸出電流時，大漣波電流也會流入平流電容器Co 1中。例如，如果在次級線圈側的兩 11 1361548 個輸出電壓分別為輸出電容50瓦特的 iv » 0/1 ^ ^^乘以 1 0 安培以及24伏特乘以21安培，則流入且琴的：逢咕雪t I/、有5伏特輸出的電容态的漣波電〜大約是流入具有2 波電流的5倍大。伙特輸出的電容器的漣區數級㈣輕數均增切，初級線圈的增大。結果，為構成諧振電路的電抗器W 變壓器T1 &初級線圈與次級線圈之間導致如下的問題。 ^ w

特別地，當變壓器T1的初級線圈㈣數增大時，漏電感會隨著㈣數的平方之比例而增^此外傳送至變壓器th欠級線圈側的電能肖Cd/Ul的平方根成比例，並且工作頻率與CrixLrl成比例。二果’如果JL作頻率為恒定時，輸出電能與電流错振電谷器Cri的電i VCn成比例。如果配置電壓供應電路具有大輸出電容，則電流諧振電容器CH需要增大。如果工頻率為良疋，則電抗器Lrl需要隨著電流諳振電容器〇Γί 的增大而減小。為了減小電抗器Lrl，需要減少初級線圈的線圈匝數。如果配置電壓供應電路具有大輸出電能，則線圈匝數需要減少，因此很難準確地選擇在次級線圈側的匝數比。為了解決這個問題，在傳統的電路配置中，通過使用零電壓開關（ZVS )和零電流開關（ZCS )來配置高效率且低雜訊的電壓供應器。此外，以相同方式，可配置在次級線圈側具有多輸出電壓源的電壓供應電路。 12 1361548 然而，如果通過使用變壓器T1的初級線圈與次級線圈之間的漏電感作為電抗器Lrl來配置在次級線圈側的具有大的總電能的多輸出電壓供應電路，則由於流入平流電谷器Col的電流的形狀為正弦曲線，因此這種配置會生成流入平流電容器Col的大漣波電流。此外，由於平流電容器Col的ESR(等效串聯電阻），輸出電流的大輸出還會產生熱量並且增大漣波電壓，為了解決這個問題，增大平流電容器Col的電容，或是增大平流電容器c〇1的個數。可疋，這些解決方法也帶來成本增大並且次級線圈的匝數的減少使得不能準確地設定匝數比等問題。結果，仍存在任何當前解決方案不能應對具有較小輸出電壓的多輪出的電壓供應電路的問題。【發明内容】本發明的目的在於提供一種較小尺寸、較低成本以及較高效率的直流對直流轉換器，包括具有較低輸出電墨之多路輸出電壓供應電路。 —本發明的第-方面是一種直流對直流轉肖器，包括：第-變壓#，包括初級線圈和次級線圈；第一串聯電路，在該第一串聯電路中，帛一變壓器的初級線圈、第一電抗态、以及電流諧振電容器彼此之間串聯連接；轉換電路，用來將從直流f源供應器所輸出的直流電壓轉換為交流電壓’並且輸出交流電壓至第—争聯電路；帛二變壓器，至夕包括彼此相互緊密耦合的初級線圈和次級線圈；第三變壓器’至少包括彼此相互緊密輕合的初級線圈和次級線 13 圏丄封閉迴路，在該封閉迴路中，第二變廢器的初級線圈、第:變虔器的初級線圈、以及第二電抗器構成封閉迴路；聯電路’在該第二串聯電路中’第二㈣器的次級 /圈與第三變麼器的次級線圏串聯連接至第一變麼器的次級線圏的兩端：第一整流/平流電路，用來整流和平流在第二㈣器的次級線圈中生成的電屬，並且因此生成第一直 2出；以及第二整流/平流電路，用來整流㈣流在第三 =器的次級線圈中生成的„，並且因此生成第二直流本發明的第二方面是直户蚪古疋1/,,L對直流轉換器，在該直流對 2轉換器中’第-電抗器是由第一變壓器的初級線圈與人、及線圈之間的漏電感構成的。 =明的第三方面是一種直流對直流轉換器，包括：在Π餘包括初級線圏和次級線圈；第-㈣電路， Γ第電路中，第-變壓器的初級線圈、第一電抗态、以及電〜諧振電容器彼此 ^ ^ ^ ^ 攸此之間串聯連接；轉換電路，用來將直流電源供應器所輸厂堅，並且輸出所得到的交流電壓的至直第1壓轉換為交流電膝哭至第—串聯電路；第二變益，包括至>、一個緊密耦合和至少-個緊構成的第一次級線圈該第二變壓器中，第的第二次級線圈，並且在家散輕人圈㈣二錢線圈彼此之間 =輛合，！-串聯電路，在該第二串聯電路中，第二變垩态的第一次級線圈和第二變壓器變壓器的次級線圈兩端彼此串聯:次級線圈在第- 迷接’第一整流/平流電丄·期M8 路，用來整流和平流在第二變壓器的第一次級線圈中生成的電壓，並且生成第一直流輸出；以及第二整流/平流電路，用來整流和平流在第二變壓器的第二次級線圈中生成的電壓’並且生成第二直流輸出。本發明的第四方面是直流對直流轉換器，在該直流對直流轉換器中’轉換電路包括：第一開關元件，該第一開 γ牛的端連接至直流電源供應器的負極；以及第二開關:件，該第二開關元件的一端連接至第一開關元件的另 ^ ’並且該第二開關元件的另—端連接至直流電源供應器的正極，並且在该直流對直流轉換器中，通過交替地導、1斷開第—開關70件和第二開關^件來將從直流電源供應益所輸出的直流電壓轉換為交流電壓，並且輸出交流電壓至與第-開關元件和第二開關元件其中之一的兩端相連的第一串聯電路。本發明的第五方面是直流對直流轉換器，在該直流對直流轉換器中，轉換電路包括：第一開關元件，該第一開關7L件的一端連接至直流電源供應器的負& ;第二開關元 ^ ’該第三開關元件的一端連接至第1關元件的另一 2 ’並且該第二開關元件的另—端連接至直流電源供應器 6正極，第二開關元件，該第三開關元件的—端連接至直 2電源供應器的負極；以及第四開關元件該第四開關元一 ’端連接至第二開關元件的另一端，並且該第四開關 2件的另一端連接至直流電源供應器的正極，並且在該直 L對直流轉換器中，通過交替地導通和斷開第-開關元件 15 丄9◦丄345 和第四開關元件的組以及第_ 植來將從畫… &第-開關几件和第三開關元件的壓，並且輸出所得到的交产、為父抓電 …卜丄電壓至與第一開關元件和第二计奇兀件之間的連接點以及第三之門认$处L L j _几彳千和第四開關元件 β 、連接點相連的第一串聯電路。本發明的第六方面是一種直流對直流轉換器，還包括：控制電路，在該控制電路中， ^ τ 從第一整流/平流出的第-直流輸出來改變㈣頻率：電路輸開坌一 μ Μ & 從而交替地導通及斷 ]第開關兀•件和第二開關元件。本發：包括：由第二變壓器的緊密賴合的初級線圈、二變壓器的緊密耦合的初級線圈、以及第二電抗器構成

的封閉迴路；以及第-φ D 及第一串聯電路’在該第二串聯電路中，第二變塵器的次級線圈和第三變壓器的次級線圈串聯連接至第一變Mil的次級線圈的兩端。因此，本發明可以獲得：使得流過每個平流電容器的電流均呈矩形波形狀；降低流亡每個平流電容器的波紋電流；減小每個平流電容器的電容；並且減少平流電容器的個數。此外，與傳統的電路相比，可以改善在第一變壓器的各個人級線圈中分別生成的電壓與輸出電壓之間的關係。結果，可以使用第一變|器的初級線圈與次級線圈之間的漏電感作為電流諧振電抗器。因此，當直流對直流轉換器包括具有較低輸出電壓的多路輸出的電壓供應電路時本發明可提供一種較小尺寸、較低成本、以及較高效率的直流對直流轉換器。 16 和S22以及變壓器丁 3的變壓器線圈S31和S32。變壓器丁2 的耦合線圈S20、變壓器T3的耦合線圈S3〇、以及電抗器 Lc構成了封閉迴路。在直流對直流轉換器中提供有包括變壓器Tlb.的初級線圈pi、電抗器（第一電抗器）Lrl、以及電流諧振電容态Cri的第一串聯電路。在由M〇SFET (金屬氧化物半導體場效應電晶體）製成的開關元件Q1 (第一開關元件）的及極與源極之間連接有第一串聯電路和電壓諧振電容器

Crv。由MOSFET製成的另一開關元件Q2 (第二開關元件）與開關元件Q1彼此之間串聯連接。由此連接的開關元件 Q1和開關元件Q2連接至直流電源供應器vin的兩端。在開關元件Q1的汲極與源極之間連接有二極體Dl，另一方面在開關元件Q2的汲極與源極之間連接有二極體D2。值得注意的是在開關元件Q2的汲極與源極之間也可連接有第一串聯電路和電壓諧振電容器Crv。此外，在開關元件Q 1的汲極與源極之間的寄生電容可代替二極體 1另方面在開關元件Q2的没極與源極之間的寄生電谷可代替二極體D2。進一步，在開關元件Q1或開關元件 Q2的汲極與源極之間的寄生電容還可代替電壓諧振電容器 Crv。變壓器Tib的初級線圈與次級線圈之間的漏電感構成電抗器Lrl。作為激發電感的電抗器Lpl同樣連接至初級 .線圈P1。開關元件Q1和Q2構成轉換電路。通過交替地導通和 1361548 斷開第-開關元件qi #第m件Q2,轉換電路將從直流電源供應器Vin輸出的直流電壓轉換為交流電壓，並且因此通過連接至開關元件Q1的源極的電流諧振電容器 Cri來提供交流電壓至初級線圈ρι。值得注意的是電流諧振電容器Cri還可連接至開關元件Q1的汲極。

二極體D3的陽極連接至變壓器T2的輸出變壓器線圈 S21的一端（•侧）。變壓器Τ2的變壓器線圈s2i的另一端和變壓器T3的變壓器線圈S31的一端（•側）均連接至平流電容器Col的一端和平流電容器c〇2的一端。變壓器 T3的變壓器線圈S31的另一端和變壓器τ3的變壓器線圈 S32的一端均連接至二極體D4的陽極。二極體的陰極和二極體D4的陰極均連接至電容器c〇1的另一端。負載 Rol連接至電容器c〇1的兩端。二極體D3、二極體D4以及電合Θ CgI構成了配置用於整流並且平流在變壓器線圈 ⑵和S31中生成的電壓（第一電壓）的第一整流/平流電路，並且因此生成第一直流輸出v〇 1。二極體D5的陽極連接至變壓器T2的輸出變壓器線圈 S22的一$ (·侧）。變壓器丁2的變壓器線圈s22的另一端連接至二極體D3的陽極。變壓器Τ3的變壓器線圈S32的另一端連接至二極體 D6的陽極。一極體D5的陰極和二極體μ的陰極均連接至電容器Co2的另_破。各杏端負载R〇2連接至電容器C〇2的兩端。二極體D5、二極體D6以及電容器c〇2構成了配置用於整流並且平流在變壓器線圈S22和s32中生成的電壓（第 19 1361548 統例子的電流的有效值與根據實施例丨的電流的有效值之間的比值為ι/VJ ’因此可大幅度地降低損耗。此外’例如在圖5所示的時刻t7至t8期間内，如果搞合線圈S20的線圈匝數與變壓器線圈S21和S22的總線圈阻數的比值為n20 : ( n2i + n22 ) = 1 : 1，則開關元件 Q2處於導通（ON)狀態’與此相反，開關元件qi處於斷開（OFF)狀態。在這種狀態下，將描述在次級線圈si中流過的電流INs與在二極體中流過的電流ID3之間的關係以及在次級線圈S 1中生成的電壓VNs與輸出電壓Vo2 之間的關係。在時刻t7至t8期間内，在次級線圈S1的起始點（•側）處生成正電壓VNs。此時，在變壓器Tib的次級線圈側，電流流經S 1、D5、 Co2、S31、S32至S1。結果，變壓器線圈S31的兩端之間的電壓與變壓器線圈S32的兩端之間的電壓之和的總電壓 VT3可以表達為 VT3= VNs- Vo2 通過使耦合線圈S20和S30彼此連接並且在這兩個輕合線圈之間插入電抗器Lc，使得變壓器T2與變壓器T3彼此連接。正因如此，在變壓器T3的變壓器線圈S3 1和S32 中流過的電流通過變壓器T3的耦合線圈S30而流入變壓器T2的耦合線圈S20，並且隨後流入變壓器T2的變壓器線圈S21和S22。結果，電流流經S3 0、S20、Lc至S3〇， 21 1361548 與此相反，另一電流流經S21、S22、D5、Co2至S21。正因如此，在二極體D5中流過是在次級線圈s丨中流過電流的兩倍的電流。此外’在變壓器T2的變壓器線圈S21和S22中生成的電壓VT2等於輸出電壓Vo2。結果，施加至電抗器Lc 上的電壓VLc可以表達為 VLc=VT3-VT2= (VNs-V〇2) - Vo2 = VNs - 2 · V〇2 因此’在次級線圈SI (線圈匝數：Ns)中生成的電壓與輸出電壓V〇2之間的關係可以表達為 VNs = 2*Vo2 + VLc 正因如此，在次級線圈S1中生成的電壓比次級線圈側的輸出電壓V〇2的兩倍還要大。因此，與傳統的例子相比，次級線圈S1藉由獲得是傳統線圈阻數兩倍還要多的線圈匝數而可生成一低電壓輸出。在時刻t2至t3的期間内，在時刻t3至t4的期間内，在時刻t6至t7的期間内，以及在時刻t7至t8的期間内，施加至電抗器Lc上的電壓可以表達為 VLc= VNs— 2·ν〇2 當受到電抗值的限制時在電抗器Lc中流過電流ILc。此外，分別在二極體D3至D0中流過的電流均受到電抗器 22 1361548

Lc的限制，並且相應地這些電流沒有尖峰的近似矩形波。的形狀均呈如圖 5所示的這樣大大地降低了流入兩個伞、-^ + ― 啕個千流電容器Col和C〇2的漣波電流。因此這種降低使得在付在大電流輸出電路中降低各個平流電容器的電容以及平流雷 τ机电令益的個數變為可能。換句話說，在上述時間翻pg # , V间期間内，由於電流諧振電容器

Cri以及通過組合電抗器Lrl和今寻效於電抗器Lc之初級線圈側所獲得的總電抗器而流過諧振電流。此外，由於多路輸出之間的交叉調節依賴於緊密耦合的變壓器線圈s2i、

S22、S31和S32，在多路輸出電壓中的每個之間的交又調節都表現出非常好的性能。接下來，參考圖5所示的時序圖，來描述如何操作根據實施例1配置的直流對直流轉換器。在時刻to至tl期間内，在時刻t0將開關元件Q2從導通變為斷開。當開關元件Q2導通時，在變壓器Tlb的初級線圈侧’電流流經Vin、Q2、Lr 1、Lpl、Cri至Vin。在變壓器T1 b的次級線圈側，電流流經Co 1、R〇 1至Co 1，並且另一電流流經Co2、Ro2至Co2。此外’另有一電流流經S卜D5、Co2、S3 1、S32至S 1。在變壓器T3的變壓器線圈S31和S32中流過的電流量等於在經過S30、S20、Lc至S30的路徑上之耦合線圈S30 中流過的電流量。結果，流過受限於電抗器Lc的電流ILc。通過電流流經S30、S20、Lc至S30而在變壓器T2的變壓器線圈S21和S22中又還流過另一電流。特別地’電 23 1361548 流流經 S21、S22、D5、Co2 至 S21。進一步，施加至變壓器線圈S21和S22上的電壓VT2 在變壓器Τ2的變壓器線圈S21中生成的電壓可以表達為 VT2*n21/ ( n22+ n21 ) 這引起電流流經S21、D3、Col至S21。當開關元件Q2斷開時，在變壓器T1的初級線圈侧流過的電流從開關元件Q2換向至電壓諧振電容器Crv。結果，電流流經 Crv、Lrl、Lpl、Cri 至 Crv。結果’對當開關元件Q2導通時幾乎與直流電源供應器Vin相等的電壓諧振電容器crv的電壓放電至零伏特。在下文中，元件符號Vin還表示直流電源供應器的電壓。由於電壓諧振電容器Crv的電壓等於開關元件Q1的電壓VQ1 ’開關元件qi的電壓vqi相應地從vin降至零伏特。此外’由於通過（Vin — Vq 1 )來表達開關元件q2 的電壓VQ2，因此電壓VQ2從零伏特升至Vin。在時刻tl至t2的期間内，在時刻tl，當電壓諧振電谷益Crv的電壓降至零伏特時，二極體di變為導通，並且因此電流流經Dl、Lrl、Lpl、Cri至D1 »進一步，在時刻tl至t2的期間内，一個電流處於從s卜D5、Co2 ' S31、 Ο λ _ 至S1的路徑換向到SI、D6、Co2、S21、S22至S1的路從的換向過程中，另外，另一電流處於從S21、S22、D5、 C〇2至S21的路徑換向到S31、S32、D6、Co2至S3 1的路 24 1361548 徑的換向過程中。換句話說，在時刻tl至t2的期間内，流過二極體D5的電流ID5處於被流過二極體D6的電流m6 所替代的過程中。結果，由於流出二極體D5的電流ID5 和流出二極體D6的電流ID6均流入次級線圈S1，因此在次級線圈S1的兩端之間的電壓變為等於零伏特。在時刻t2，流過二極體D5的電流ID5被流過二極體 D6的電流ID6完全替代。此外，流經S2 1、D3、Co 1至S2 1 的電流ID3同樣被流過二極體D4的電流所替代。在時刻t2至t3的期間内，在變壓器Tib的初級線圈側，電流流經Lrl、Lpl、Cri、D1至Lrl。在變壓器Tib 的次級線圈側，一個電流流經S 1、D 6、C 〇 2、S 2 1、S 2 2至 S 1，另外，另一電流流經S3 1、S32、D6、Co2至S3 1。此外，流過變壓器T2的變壓器線圈S21和S22的電流與在S20、Lc ' S30至S20的路徑上的搞合線圈S20中流過的電流一樣大。結果，受限於電抗器Lc的電流ILc流過變壓器線圈S21和S22。進一步，與流經S20、Lc、S30至S20的電流一樣大的電流還流過變壓器T3的變壓器線圈S3 1和S32。正因如此’與在S20、Lc、S30至S20的路徑上流過的電流一樣大的另一電流則流經S3 1、S32、D6、Co2至S3 1。此外，施加至變壓器T3的變壓器線圈S31和S32上的電壓VT3 在變壓器T3的變壓器線圈S3 1上生成的電壓可以表達為 VT3*n31/ ( n32+ n31 ) 25 1361548 這引起電流流經S31、D4、Col至S31。此外’在時刻tO至t2的期間内，當導通開關元件Q1 的閘極信號時’開關元件Q1進入零電壓開關（ZVS )操作和零電流開關（ZCS )操作。在時刻t3至t4的期間内，由於導通開關元件Q1，在變壓器Tib的初級線圈側，電流流經Cri、Lpl、Lrl、Q1 至Cri。在變壓器Tib的次級線圈側，在時刻t3至t4的期間内電流流動方式與在時刻t2至t3的期間内的電流流動方式相同。在時刻t4至t5的期間内，當斷開開關元件Q1時，在變壓器Tib的初級線圈側流過的電流從開關元件qi換向至電壓諧振電容器Crv，並且電流流經Lrl、Crv、Cri、Lpl 至 Lrl。結果’當導通開關元件Q1時，電壓幾乎等於零伏特的電壓諧振電容器Crv充電至Vin。由於電壓諧振電容器 Crv的電壓等於開關元件qi的電壓VQ1，因此開關元件Q1 的電壓VQ1從零伏特升至vin。此外，由於開關元件Q2 的電壓VQ2可以表達為Vin — VQ1，因此開關元件Q2的電壓VQ2從Vin降至零伏特。在時刻t5至t6的期間内，在時刻t5，當電壓諧振電容器Crv的電壓升至Vin時，二極體D2變為導通，並且因此電流流經Lrl、D2、Vin、Cri、Lpl至Lrl。此外，在同一期間内’一個電流處於從SI、D6、Co2、S21、S22至 S1的路徑換向到Sl、D5、c〇2、S31、S32至S1的路徑的 26 1361548 換向過程中’另外，另一電流處於從S31、S32、D6、Co2 至S31的路徑換向到S21、S22、D5、C〇2至S21的路徑的換向過程中。換句話說，流過二極體ϋό的電流ID0處於被流過二極體D5的電流ID5所替代的過程中。由於二極體D6的電流ID6和二極體D5的電流ID5均机入次級線圈S丨，因此在次級線圈s丨的兩端之間的電壓逢為等於零伏特。在時刻t6，流過二極體D6的電流ID6 被流過二極體D5的電流ID5完全替代。此外，流經S31、 D4、Col至S31的電流ID4同樣被流過二極體D3的電流所替代。在時刻t6至t7的期間内，在變壓器τ 1 b的初級線圈側’電流流經 Lrl、D2 ( Q2 ) 、Vin、Cri、Lpl 至 Lrl。在變壓器Τ1 b的次級線圈側’ 一個電流流經§ 1、D5、Co2 ' S3 1、S32 至 SI ’ 另外，另一電流流經 S21、S22、D5、Co2 至 S21。此外’流過變壓器T3的變壓器線圈S31和S32的電流與在經過S30、S20、Lc至S30的路徑上的耦合線圈S30 中流過的電流一樣大。結果，受限於電抗器Lc的電流iLc 流過變壓器線圈S31和S32。進一步，與流經S30、S20、Lc至S30的電流一樣大的電流還流過變壓器T2的變壓器線圈S2l和S22。正因如此，與在S30、S20、Lc至S30的路徑上流過的電流一樣大的另一電流則流經S21、S22、D5、Co2至S21。此外，施加至變壓器T2的變壓器線圈S21和S22上的電壓VT2 27 1361548 合的變壓器線圈S3 1和S32為鬆散耦合，環繞變壓器Τ4 來纏繞緊密耦合的變壓器線圈S21和S22以及緊密耦合的變壓器線圈S31和S32。正因如此，LSI表示耦合線圈S20 與變壓器線圈S21和S22之間的漏電感，另外LS2表示耦合線圈S30與變壓器線圈S3 1和S32之間的漏電感。此外， LM表示通過組合兩個漏電感而獲得的電感。總之，電感 LM的值分別大於電感LSI和LS2的值。相應地，變壓器丁4的等效電路圖如圖7C所示。結果，圖7C所示的變壓器T4的等效電路與圖4所示的變壓器T2和變壓器T3的組合相同。換句話說，通過使用積體化變壓器T2、變壓器T3以及電抗器Lc而獲得的變壓器T4可形成圖4所示的變壓器T2、變壓器T3以及電抗器Lc。這可以大大地減少部件的個數。圖8是通過使用具有圖6所示配置的變壓器T4的根據實施例2的直流對直流轉換器的電路圖。值得注意的是：按照操作參考圖4和圖5所描述的根據實施例1的直流對直流轉換器的相同方式來操作根據實施例2的直流對直流轉換器；並且根據實施例2的直流對直流轉換器係出現與根據實施例1的直流對直流轉換器相同的效果。 (實施例3) 圖9是根據本發明實施例3的直流對直流轉換器的電路圖。圖9所示的直流對直流轉換器的特點在於通過使用全橋電路來配置直流對直流轉換器◊特別地，根據實施例的直流對直流轉換器具有除了包括在圖4所示半橋電路中 30 丄;^1548 的開關7L件Qi和Q2之外的開關元件Q3和Q4。直流電源供應It Vin的兩端串聯連接至在電路中的開關元件Q3和開關元件Q4。電壓諧振電容器Crv的一端連接至開關元件Q1與開關元件Q2之間的連接點，另外電壓諧振電容器Crv的另 —端連接至開關元件Q3與開關元件q4之間的連接點。控制電路l〇a交替地導通和斷開一組開關元件Q1和開關元件Q4以及一組開關元件Q2和開關元件Q3，並且口此將來自直流電源供應器vin的直流電壓轉換為交流電壓’從而輸出交流電壓至電壓諧振電容器Crv。根據實施例3的具有全橋配置的直流對直流轉換器係出現與根據實施例丨的直流對直流轉換器相同的效果。值知·注意的是本發明並非局限於前述的實施例。圖9 所示的實施例3描述了其中通過使用變壓器T2和變壓器τ3 而配置的全橋電路的直流對直流轉換器。例如，即使使用全橋電路來代替圖8所示之根據實施例2使用通過積體化變壓器Τ2和變壓器Τ3而得到的變壓器Τ4的直流對直流轉換器，直流對直流轉換器仍可出現與根據實施例3的直流對直流轉換器相同的效果。本發明可應用於直流對直流棘拖哭 j且机得換器類型的電壓供應電路和AC-DC轉換器類型的電壓供應電路。【圖式簡單說明】圖1是傳統單輸出直流對直流榦埴且机锊換器的電路方塊圖。圖2是顯示信號在圖1所示僂吓不得统早輸出直流對直流轉 31 換器之各個部件中的時序曲線圖表 =傳統多輸出直流對直流轉換器的電路方塊圖。是根據本發明實施例1之直流對直流轉換器的電〇圖5是顯示信號在根據本發明實施例i的直流對直流轉換器之各個部件中的時序曲線圖表。

3 6 C疋分別顯示在根據本發明實施例2的直流對直流轉換器中—變壓器之線圈結構的示意圖。圖7Α至圖7C分別是根據本發明實施例2的直流對直 ••轉換器中變壓器之電路圖和顯示該轉換器之等效電路的示意圖。圖8是根據本發明實施例2之直流對直流轉換器的電路方塊圖。圖9是根據本發明實施例3之直流對直流轉換器的電路方塊圖。

圖3 圖4 路方塊圖【主要元件符號說明】 10，10a :控制電路 30,31，32 :鐵心 30a’30b，31a，31b，31a，31b:侧柱 30c，3 lc，32c :中心柱 32d :間隔

Col，Co2 :平流電容器 Cri :電流譜振電容器 Crv :電壓諧振電容器 32 1361548 D1，D2，D3，D4，D5，D6:二極體 • IQl，IQ2，ID3,ID4，Ilc :電流

Lrl，Lp 1 ,Lc :電抗器 LM :電感 LS1，LS2 :漏電感 P1 :初級線圈 Q1,Q2，Q3，Q4 :開關元件 Rol，Ro2 :負載 # S1,S2，S11，S12 :次級線圈 S20，S30 :耦合線圈（初級線圈） S21，S22，S31，S32 :變壓器線圈（次級線圈） Tl，Tla，Tlb，T2，T3，T4:變壓器 Vcri，VQl，VQ2，VD3，VD4，VT2，VT3，VLc，：電壓 V i η :直流電源供應器 V〇，V〇1，V〇2,：輸出電壓

33

Claims

丄州丄548 十、申請專利範圓： 1 種直流對直流轉換器，包括：第一變壓器，包括一初級線圈和一次級線圈；。。第串聯電路，在該.第一串聯電路中，該第一蠻益的初級结^ _ 戈哩線圈、一弟一電抗器、以及—電流諧振此之間係串聯連接；益彼一：轉換電路，配置為將從一直流電源供應器所輸出的直流對直流電壓轉換為一交流電壓，並且以輸出該電壓至該第一串聯電路； -第二變壓器，至少包括彼此相互緊密耦合的—初級線圈和一次級線圈； -第三變壓器’至少包括彼此相互緊密耦合的—初級線圈和一次級線圈；一封閉迴路電路，在該封閉迴路電路中，該第二變壓器的初級線圈、該第三變壓器的初級線圈、以及一第二電抗器係構成一封閉迴路；一第二串聯電路，在該第二_聯電路中，該第二變壓器的次級線圈與該第三變壓器的次級線圈係串聯連接至該第一變壓器之次級線圈的兩端；一第一整流/平流電路，配置為整流和平流一在該第二變壓器的次級線圈中所生成的電壓，並且生成一第一直流輸出；以及一第二整流/平流電路，配置為整流和平流一在該第三變壓器的次級線圈中所生成的電壓，並且生成一第二直流 34 1361548 輸出。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的直流對直流轉換器，其中該第一電抗器是由該第一變壓器的初級線圈與次級線圈之間的—漏電感形成的。 3.如申請專利範圍第1項所述的直流對直流轉換器，其中該轉換電珞包括：一第一開關元件，該第一開關元件的一端連接至該直流電源供應器的一負極；以及

第一開關元件，該第二開關元件的.一端連接至該第一開關元件的另一端，並且該第二開關元件的另一端連接至該直流電源供應器的一正極，並且其中藉由交替地導通和斷開該第一開關元件和該第二 ==我來將自該直流電源供應器所輸出的直流對直流電堡轉換為該交流電壓，並且輸出該交流開關元件和該第二開關元件中：第串聯電路。個的兩柒相連接的第一

4.如申請專利範圍第其中該轉換電路包括：一第一開關元件，該流電源供應器的一負極；項所述的直流對直流轉換器，第—開關元件的-端連接至該直一第二開關元件一開關元件的另一端至該直流電源供應器叫關兀件的—端連接至，並且該第_ pq 一開關疋件的另一端的一正極；一第三開關元件該第三開關元件的一端連接至該直 35