TWI440293B - 具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置 - Google Patents

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Description

具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置
本發明係關於一種錯相返馳式轉換裝置，尤指一種具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置。
一般而言，變壓器主要是做為電器隔離與電壓準位調整之用。返馳式轉換器(Flyback Converter)亦具備電性隔離特性，但其磁性元件主要功能並非用於電壓準位調整，而主要是透過耦合電感來達成能量轉換的目的。因此，返馳式轉換器主要是用於儲能與釋能。返馳式轉換器除了具有低成本、電路架構簡單等特點之外，同時還具有容易達成多組輸出之優點。
圖1所示即為習知技術中常見之一種返馳式轉換器，此一架構，具有零電壓切換、低電磁干擾、及高效率等優點，但其控制方式較為複雜。圖2所示係為習知技術中另一種返馳式轉換器，於此一電路架構中，漏感Lk能量可以有效地回收，且其運作效率高，並且僅需低電壓額定元件即可完成電路操作。然而，其缺點在於：製造成本高，因此，不利於業界大量生產。圖3所示為習知技術中又另一種返馳式轉換器，於此一電路架構中，輸出電壓Vo可具有較小的電壓波動，並且，該電路架構可運用於高功率。然而，該電路架構複雜，同樣具有成本高的缺點。
因此，如何設計一漏感能量回收之返馳式轉換器，並使其同時具有低電壓額定、低輸出電壓波動、及運用於高功率操作等優點，同時又能兼顧成本考量，將成為未來返馳式轉換器可嘗試發展的方向。
職是之故，本發明提供一種錯相返馳式轉換裝置，俾能有效地回收漏感能量，並具備成本低、高效率等優點。
為達成上述目的，本發明提供一種具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其包括：一第一返馳式轉換器，其具有一第一電容、一第一切換裝置、一第一二極體、一第一變壓器、及一第三二極體；一第二返馳式轉換器，其具有一第二電容、一第二切換裝置、一第二二極體、一第二變壓器、及一第四二極體；以及一輸入電源，其係連接至該第一返馳式轉換器之第一電容、及該第二返馳式轉換器之第二電容；其中，該第一變壓器之一次側包含有一第一磁化電感、及一第一漏感，該第二變壓器之一次側包含有一第二磁化電感、及一第二漏感，該第一切換裝置、該第一變壓器的一次側、該第二變壓器的一次側、及該第二切換裝置係串聯連接，該第一變壓器及該第二變壓器係並聯連接至一負載。
本發明利用電容分壓當作輸入電壓，二組返馳式轉換器可具有較低之電壓額定。本發明除透過回收漏電感能量 提升效率外，較低的開關耐壓亦使二組返馳式轉換器具有較低之切換損失。
請先參考圖4，其係本發明一較佳實施例之第一電路架構圖，該圖所示係為一單組輸出電壓之電路架構。如圖所示，本發明具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置包括：一第一返馳式轉換器1、一第二返馳式轉換器2、及一輸入電源Vi，該第一返馳式轉換器1及第二返馳式轉換器2係並聯接至一負載3(Co及RL )。
前述第一返馳式轉換器1包含有一第一電容C1、一第一切換裝置S1、一第一二極體D1、一第一變壓器T1、及一第三二極體D3。前述第二返馳式轉換器包含有一第二電容C2、一第二切換裝置S2、一第二二極體D2、一第二變壓器T2、及一第四二極體D4。輸入電源Vi係連接至第一返馳式轉換器1之第一電容C1、及第二返馳式轉換器2之第二電容C2。
第一變壓器T1包含有一次側Np1及二次側Ns1，第二變壓器T2包含有一次側Np2及二次側Ns2。第一變壓器T1之一次側Np1具有一第一磁化電感Lm1、及一第一漏感Lk1，第二變壓器T2之一次側Np2具有一第二磁化電感Lm2、及一第二漏感Lk2。其中，第一切換裝置S1、第一變壓器T1之一次側Np1、第二變壓器T2之一次側Np2、及第二切換裝置S2係 串聯連接，第一變壓器T1及第二變壓器T2係並聯連接至負載3(Co及RL )。
本發明具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置之電路連接方式為：第一切換裝置S1的第一端a連接至輸入電源Vi的高電位、及第一電容C1的第一端a，第一二極體D1的負端c連接至第一切換裝置S1的第二端b及第一變壓器T1一次側Np1的第一端a，第一二極體D1的正端d連接至輸入電源Vi之低電位及第二電容C2的第二端b，第一變壓器T1一次側Np1的第二端b連接至第一電容C1的第二端b、第二電容C2的第一端a、及第二變壓器T2一次側Np2的第一端a，第一變壓器T1二次側Ns1的第二端b連接至第三二極體D3的正端d，第三二極體D3的負端c、及第一變壓器T1二次側Ns1的第一端a連接至負載3(Co及RL )。
其次，第二切換裝置S2的第二端b連接至輸入電源Vi之低電位、及第二電容C2的第二端b，第二二極體D2的負端c連接至第一切換裝置S1的第一端a及第一電容C1的第一端a，第二二極體D2的正端d連接至第二變壓器T2一次側Np2的第二端b及第二切換裝置S2的第一端a，第二變壓器T2一次側Np2的第一端a連接至第一電容C1的第二端b、第二電容C2的第一端a、及該第一變壓器T1一次側Np1的第二端b，第二變壓器T2二次側Ns2的第二端b連接至第四二極體D4的正端d，第四二極體D4的負端c、及第二變壓器T2二次側Ns2的第一端a連接至負載3(Co及RL )。
於本實施例中，第一切換裝置S1及第一變壓器T1的一次側Np1係串聯連接，因此，第一電容C1之電壓為輸入電源Vi電壓值的一半。第二切換裝置S2及第二變壓器T2的一次側Np2係串連連接，因此，第二電容C2之電壓為輸入電源Vi電壓值的一半。
請繼續參照圖4。第一切換裝置S1的第三端X係接收一第一控制訊號(圖未示)，以控制該第一切換裝置S1的開啟與關閉，第二切換裝置S2的第三端Y係接收一第二控制訊號(圖未示)，以控制該第二切換裝置S2的開啟與關閉。第一控制訊號與第二控制訊號係為錯相(interleaved)，兩者相位相差180度。當第一控制訊號控制第一切換裝置S1為開啟時，第一電容C1對第一磁化電感Lm1及第一漏感Lk1進行充電；當第一控制訊號控制第一切換裝置S1為關閉時，第一漏感Lk1對第二電容C2進行充電，其充電路徑為：第一漏感Lk1→第二電容C2→第一二極體D1→第一磁化電感Lm1。其次，當第二控制訊號控制第二切換裝置S2為開啟時，第二電容C2對第二磁化電感Lm2及第二漏感Lk2進行充電；當第二控制訊號控制第二切換裝置S2為關閉時，第二漏感Lk2對第一電容C1進行充電，其充電路徑為：第二漏感Lk2→第二磁化電感Lm2→第二二極體D2→第一電容C1。
本發明以第一電容C1及第二電容C2分壓當作輸入電壓，二組返馳式轉換器1,2可具有較低之電壓額定，二極體D1,D2係以直接方式回收漏電感能量，並可對功率元件作電壓箝位。因此，本發明除透過回收漏電感能量提升效率外，較低的開關耐壓亦使二組返馳式轉換器1,2具有較低之切換損失。功率元件的電壓箝位，可降低功率元件之電壓額定規格，且二組返馳式轉換器1,2無須使用緩振電路，使其具有較佳之成本優勢。
接著，請參考圖5，其係本發明一較佳實施例之第二電路架構圖。如圖所示，本發明之第一變壓器T1之二次側係可分接為Ns1-1及Ns1-2，第二變壓器T2之二次側係可分接為Ns2-1及Ns2-2。其中，第一變壓器T1之二次側Ns1-1及第二變壓器T2之二次側Ns2-1係通過第三二極體D3、第四二極體D4並聯接至第一負載31(Co1及RL1 )；第一變壓器T1之二次側Ns1-2及第二變壓器T2之二次側Ns2-2係通過第五二極體D5、第六二極體D6並聯接至第二負載32(Co2及RL2 )。由此，本發明之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置可具有兩組輸出電壓。當然，本發明可延伸之輸出電壓並不以兩組為限，亦可擴充至三組、或四組以上。
再來，請參考圖6，其係本發明另一較佳實施例之第一電路架構圖。此一電路架構圖係圖4所示電路架構圖之簡化，亦即，減少設置第二電容C2，運用相似之操作原理，以完成二組返馳式轉換器1,2之配置，進而達成回收能量之功效。同樣地，圖6之電路架構係運用於單組輸出，其亦可擴充為兩組輸出，其電路架構則如圖7所示。當然，本發明可延伸之輸出電壓並不以兩組為限，亦可擴充至三組、或四組以上。
然而，上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
Lk．．．漏感
Vi．．．輸入電源
Vo．．．輸出電壓
1．．．第一返馳式轉換器
2．．．第二返馳式轉換器
3．．．負載
C1．．．第一電容
S1．．．第一切換裝置
D1．．．第一二極體
T1．．．第一變壓器
D3．．．第三二極體
C2．．．第二電容
S2．．．第二切換裝置
D2．．．第二二極體
T2．．．第二變壓器
D4‧‧‧第四二極體
Np1,Np2‧‧‧一次側
Lm1‧‧‧第一磁化電感
Lm2‧‧‧第二磁化電感
D5‧‧‧第五二極體
a‧‧‧第一端
c‧‧‧負端
X,Y‧‧‧第三端
31‧‧‧第一負載
Ns1,Ns2,Ns1-1,Ns1-2,Ns2-1,Ns2-2‧‧‧二次側
Lk1‧‧‧第一漏感
Lk2‧‧‧第二漏感
D6‧‧‧第六二極體
b‧‧‧第二端
d‧‧‧正端
32‧‧‧第二負載
圖1係習知技術之第一返馳式轉換器電路圖。
圖2係習知技術之第二返馳式轉換器電路圖。
圖3係習知技術之第三返馳式轉換器電路圖。
圖4係本發明一較佳實施例之第一電路架構圖。
圖5係本發明一較佳實施例之第二電路架構圖。
圖6係本發明另一較佳實施例之第一電路架構圖。
圖7係本發明另一較佳實施例之第二電路架構圖。
1‧‧‧第一返馳式轉換器
3‧‧‧負載
C1‧‧‧第一電容
D1‧‧‧第一二極體
D3‧‧‧第三二極體
C2‧‧‧第二電容
D2‧‧‧第二二極體
D4‧‧‧第四二極體
Np1,Np2‧‧‧一次側
Lm1‧‧‧第一磁化電感
Lm2‧‧‧第二磁化電感
a‧‧‧第一端
c‧‧‧負端
X,Y‧‧‧第三端
2‧‧‧第二返馳式轉換器
Vi‧‧‧輸入電源
S1‧‧‧第一切換裝置
T1‧‧‧第一變壓器
S2‧‧‧第二切換裝置
T2‧‧‧第二變壓器
Ns1,Ns2‧‧‧二次側
Lk1‧‧‧第一漏感
Lk2‧‧‧第二漏感
b‧‧‧第二端
d‧‧‧正端

Claims (10)

  1. 一種具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其包括：一第一返馳式轉換器，其具有一第一電容、一第一切換裝置、一第一二極體、一第一變壓器、及一第三二極體，該第一變壓器之一次側連接該第一切換裝置及該第一二極體，該第一切換裝置連接該第一電容，該第一變壓器之二次側連接該第三二極體；一第二返馳式轉換器，其具有一第二電容、一第二切換裝置、一第二二極體、一第二變壓器、及一第四二極體，該第二變壓器之一次側連接該第二切換裝置及該第二二極體，該第二切換裝置連接該第二電容，該第二變壓器之二次側連接該第四二極體；以及一輸入電源，其係連接至該第一返馳式轉換器之第一電容、及該第二返馳式轉換器之第二電容；其中，該第一變壓器之一次側包含有一第一磁化電感、及一第一漏感，該第二變壓器之一次側包含有一第二磁化電感、及一第二漏感，該第一切換裝置、該第一變壓器的一次側、該第二變壓器的一次側、及該第二切換裝置係串聯連接，該第一變壓器及該第二變壓器係並聯連接至一負載。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，該第一切換裝置的第一端連接至該輸入電源之一高電位、及該第一電容的第一端，該第 一二極體的負端連接至該第一切換裝置的第二端及該第一變壓器的一次側的第一端，該第一二極體的正端連接至該輸入電源之一低電位、及第二電容的第二端，該第一變壓器的一次側的第二端連接至該第一電容的第二端、第二電容的第一端、及該第二變壓器的一次側的第一端，該第一變壓器的二次側的第二端連接至該第三二極體的正端，該第三二極體的負端、及該第一變壓器的二次側的第一端連接至該負載。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，該第二切換裝置的第二端連接至該輸入電源之低電位、及該第二電容的第二端，該第二二極體的負端連接至該第一切換裝置的第一端及該第一電容的第一端，該第二二極體的正端連接至該第二變壓器的一次側的第二端、及第二切換裝置的第一端，該第二變壓器的一次側的第一端連接至該第一電容的第二端、第二電容的第一端、及該第一變壓器的一次側的第二端，該第二變壓器的二次側的第二端連接至該第四二極體的正端，該第四二極體的負端、及該第二變壓器的二次側的第一端連接至該負載。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，該第一切換裝置及該第一變壓器的一次側係串連連接，該第一電容之電壓為該輸入電源電壓值的一半。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，該第二切換裝置及該第二變壓器的一次側係串連連接，該第二電容之電壓為該輸入電源電壓值的一半。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，該第一切換裝置的第三端連接至一第一控制訊號之輸入點，以控制該第一切換裝置的開啟與關閉，該第二切換裝置的第三端連接至一第二控制訊號之輸入點，以控制該第二切換裝置的開啟與關閉，該第一控制訊號與該第二控制訊號係錯相(interleaved)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，當該第一控制訊號控制該第一切換裝置為開啟時，流經該第一變壓器一次側的該第一磁化電感之電流等於該第一漏感之電流。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，當該第一控制訊號控制該第一切換裝置為關閉時，該第一漏感對該第二電容進行充電。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，當該第二控制訊號控制該第二切換裝置為開啟時，流經該第二變壓器一次側的該第二磁化電感之電流等於該第二漏感之電流。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之具漏感能量回收之錯相返馳式轉換裝置，其中，當該第二控制訊號控制該第二切換裝置為關閉時，該第二漏感對該第一電容進行充電。
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