TWI495246B - 諧振直流轉換器 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種諧振直流轉換器，尤指涉及一種同時整合柔切技術與高電壓轉換比之直流轉換器，特別係指整合一變壓器並於其一次側結合全橋式或半橋式諧振直流轉換電路與電壓型自動電荷抽放電路（Auto Charge Pump Circuit），透過電路參數設計與LC共振電路作用，具有可變電路結構特性及主動開關柔切特性，並能透過調整電路參數而可控制電路操作於升壓與降壓工作模式者。
一般來說，半橋式諧振直流轉換器通常使用於降壓應用場合，如第９圖所示之半橋式諧振直流轉換器電路，其主要係由兩個主動開關以50%之責任週期互補式驅動，盲時區域則被引入至兩開關元件轉態區間，而零電壓切換機制則係在此區間完成。諧振電路則係由電感L1
、電容C1
、變壓器之激磁電感Lm
以及由變壓器二次側反射之負載所構成，電容C1
負責阻擋直流電流以及諧振作用，並與電感L1
產生較高之諧振頻率，而與電感L1
及激磁電感Lm
產生較低之諧振頻率。
目前半橋式諧振直流轉換器為了降低零件成本與減少轉換器體積，常利用提高切換頻率來減少電容值與磁性元件之體積大小，以增加直流轉換器之功率密度，然而，在提升轉換電路之切換頻率之際，相對也增加開關元件之切換損失，同時亦增加電磁干擾（Electric Magnetic Interruption, EMI）問題。故，ㄧ般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。
目前半橋式諧振直流轉換器為了降低零件成本與減少轉換器體積，常利用提高切換頻率來減少電容值與磁性元件之體積大小，以增加直流轉換器之功率密度，然而，在提升轉換電路之切換頻率之際，相對也增加開關元件之切換損失，同時亦增加電磁干擾（Electric Magnetic Interruption, EMI）問題。故，ㄧ般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。
本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種同時整合柔切技術與高電壓轉換比之直流轉換器，係整合一變壓器並於其一次側結合全橋式或半橋式諧振直流轉換電路與電壓型自動電荷抽放電路，透過電路參數設計與LC共振電路作用，具有可變電路結構特性及主動開關柔切特性，並能透過調整電路參數而可控制電路之工作模式為升壓模式或降壓模式之轉換器電路。
本發明之次要目的係在於，提供一種於變壓器二次側結合倍壓整流電路，以進一步提升輸出電壓轉換比及降低輸出電壓漣波，並進一步整合轉換器電路之開關元件與利用自動改變電路結構特性，以降低開關切換損失與提升電路轉換效率之轉換器電路。
本發明之另一目的係在於，提供一種具有低輸出電壓漣波，可避免使用大容值之電解電容而得以延長轉換器之使用壽命，以達到具有高功率密度、高電壓轉換比、低成本、低EMI干擾、低輸出電壓漣波、長壽命以及高轉換效率等目的之轉換器電路。
為達以上之目的，本發明係一種諧振直流轉換器，用於將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓，以為一負載供電。於一具體實施例中，本發明所提之半橋式諧振直流轉換器，其包括：
一前端轉換電路，係由一半橋式諧振直流轉換電路及一電壓型自動電荷抽放電路（Auto Charge Pump Circuit）所構成，其中，該半橋式諧振直流轉換電路設有自輸入側正電壓端與負電壓端分別連接第一主動開關元件與第二主動開關元件到第一電感之正電壓端，該第一電感之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件與該第二主動開關元件之間之一共同節點，而該第一電感之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路之半共振電路，該半共振電路包含第二電感以及與該第二電感並聯耦接之第一電容，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容串聯耦接至該半共振電路；以及
一變壓器，該變壓器之一次側係耦接至該前端轉換電路，並與該第二電容並聯耦接，該變壓器之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路之間係透過該變壓器電性耦接。
於一較佳實施例中，上述變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與一個電容構成之全橋整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與二個電容構成之二倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與與一個電容構成之整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與三個電容構成之三倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與四個電容構成之四倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與五個電容構成之五倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與六個電容構成之六倍壓整流電路。
於另一具體實施例中，本發明所提之全橋式諧振直流轉換器，其包括：
一前端轉換電路，係由一全橋式諧振直流轉換電路及一電壓型自動電荷抽放電路所構成，其中，該全橋式諧振直流轉換電路設有分別自輸入側正電壓端並聯耦接第一主動開關元件及第二主動開關元件，與自輸入側負電壓端並聯耦接第三主動開關元件及第四主動開關元件，其中第一主動開關元件與其串聯耦接至第三主動開關元件係串聯耦接至第一電感之正電壓端，該第一電感之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件與該第三主動開關元件之間之一共同節點，而該第一電感之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路之半共振電路，該半共振電路包含第二電感以及與該第二電感並聯耦接之第一電容，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容串聯耦接至該半共振電路，該第二電容並耦接至該第二主動開關元件與該第四主動開關元件之間之一共同節點；以及
一變壓器，該變壓器之一次側係耦接至該前端轉換電路，並與該第二電容並聯耦接，該變壓器之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路之間係透過該變壓器電性耦接。
於一較佳實施例中，上述變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與一個電容構成之全橋整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與二個電容構成之二倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與一個電容構成之整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與三個電容構成之三倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與四個電容構成之四倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與五個電容構成之五倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與六個電容構成之六倍壓整流電路。
本發明之次要目的係在於，提供一種於變壓器二次側結合倍壓整流電路，以進一步提升輸出電壓轉換比及降低輸出電壓漣波，並進一步整合轉換器電路之開關元件與利用自動改變電路結構特性，以降低開關切換損失與提升電路轉換效率之轉換器電路。
本發明之另一目的係在於，提供一種具有低輸出電壓漣波，可避免使用大容值之電解電容而得以延長轉換器之使用壽命，以達到具有高功率密度、高電壓轉換比、低成本、低EMI干擾、低輸出電壓漣波、長壽命以及高轉換效率等目的之轉換器電路。
為達以上之目的，本發明係一種諧振直流轉換器，用於將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓，以為一負載供電。於一具體實施例中，本發明所提之半橋式諧振直流轉換器，其包括：
一前端轉換電路，係由一半橋式諧振直流轉換電路及一電壓型自動電荷抽放電路（Auto Charge Pump Circuit）所構成，其中，該半橋式諧振直流轉換電路設有自輸入側正電壓端與負電壓端分別連接第一主動開關元件與第二主動開關元件到第一電感之正電壓端，該第一電感之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件與該第二主動開關元件之間之一共同節點，而該第一電感之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路之半共振電路，該半共振電路包含第二電感以及與該第二電感並聯耦接之第一電容，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容串聯耦接至該半共振電路；以及
一變壓器，該變壓器之一次側係耦接至該前端轉換電路，並與該第二電容並聯耦接，該變壓器之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路之間係透過該變壓器電性耦接。
於一較佳實施例中，上述變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與一個電容構成之全橋整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與二個電容構成之二倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與與一個電容構成之整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與三個電容構成之三倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與四個電容構成之四倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與五個電容構成之五倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與六個電容構成之六倍壓整流電路。
於另一具體實施例中，本發明所提之全橋式諧振直流轉換器，其包括：
一前端轉換電路，係由一全橋式諧振直流轉換電路及一電壓型自動電荷抽放電路所構成，其中，該全橋式諧振直流轉換電路設有分別自輸入側正電壓端並聯耦接第一主動開關元件及第二主動開關元件，與自輸入側負電壓端並聯耦接第三主動開關元件及第四主動開關元件，其中第一主動開關元件與其串聯耦接至第三主動開關元件係串聯耦接至第一電感之正電壓端，該第一電感之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件與該第三主動開關元件之間之一共同節點，而該第一電感之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路之半共振電路，該半共振電路包含第二電感以及與該第二電感並聯耦接之第一電容，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容串聯耦接至該半共振電路，該第二電容並耦接至該第二主動開關元件與該第四主動開關元件之間之一共同節點；以及
一變壓器，該變壓器之一次側係耦接至該前端轉換電路，並與該第二電容並聯耦接，該變壓器之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路之間係透過該變壓器電性耦接。
於一較佳實施例中，上述變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與一個電容構成之全橋整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與二個電容構成之二倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與一個電容構成之整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與三個電容構成之三倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與四個電容構成之四倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與五個電容構成之五倍壓整流電路。
於一較佳實施例中，上述變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與六個電容構成之六倍壓整流電路。
請參閱『第１Ａ圖～第１Ｇ圖』所示，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配全橋整流電路示意圖、本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配二倍壓整流電路示意圖、本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配整流電路示意圖、本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配三倍壓整流電路示意圖、本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配四倍壓整流電路示意圖、本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配五倍壓整流電路示意圖、及本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配六倍壓整流電路示意圖。如圖所示：本發明係一種半橋式諧振直流轉換器，用於將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓，以為一負載供電，其至少包括一前端轉換電路１以及一變壓器２或２ａ所構成。
該前端轉換電路１係由一半橋式諧振直流轉換電路１１及一電壓型自動電荷抽放電路（Auto Charge Pump Circuit）１２所構成，其中，該半橋式諧振直流轉換電路１１設有自輸入側正電壓端與負電壓端分別連接第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 到第一電感L1 之正電壓端，該第一電感L1 之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件S1 與該第二主動開關元件S2 之間之一共同節點，而該第一電感L1 之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路１２之半共振電路，該半共振電路包含第二電感L2 以及與該第二電感L2 並聯耦接之第一電容C1 ，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容C2 串聯耦接至該半共振電路。
該變壓器２或２ａ之一次側係耦接至該前端轉換電路１，並與該第二電容C2 並聯耦接，該變壓器２或２ａ之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路１之間係透過該變壓器２或２ａ電性耦接。藉此，構成一全新之半橋式諧振直流轉換器。
上述所提之變壓器２，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與一個電容CO 構成之全橋整流電路３ａ，如第１Ａ圖所示。
上述所提之變壓器２，其二次側耦接之後端轉換電路，係由二個二極體D1 及D2 與二個電容C3 及C4 構成之二倍壓整流電路３ｂ，如第１Ｂ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由二個二極體D1 及D2 與一個電容CO 構成之整流電路３ｃ，如第１Ｃ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與三個電容CO1 、CO2 及CO3 構成之三倍壓整流電路３ｄ，如第１Ｄ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與四個電容CO1 、CO2 、CO3 及CO4 構成之四倍壓整流電路３ｅ，如第１Ｅ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由六個二極體D1 、D2 、D3 、D4 、D5 及D6 與五個電容CA 、CO1 、CO2 、CO3 及CB 構成之五倍壓整流電路３ｆ，如第１Ｆ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由六個二極體D1 、D2 、D3 、D4 、D5 及D6 與六個電容CA 、CO1 、CO2 、CO3 、CO4 及CB 構成之六倍壓整流電路３ｇ，如第１Ｇ圖所示。
請參閱『第２Ａ圖～第２Ｇ圖』所示，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配全橋整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配二倍壓整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配三倍壓整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配四倍壓整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配五倍壓整流電路示意圖、及本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配六倍壓整流電路示意圖。如圖所示：本發明係一種全橋式諧振直流轉換器，用於將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓，以為一負載供電，其至少包括一前端轉換電路１ａ以及一變壓器２或２ａ所構成。
該前端轉換電路１ａ係由一全橋式諧振直流轉換電路１１ａ及一電壓型自動電荷抽放電路１２ａ所構成，其中，該全橋式諧振直流轉換電路１１ａ設有分別自輸入側正電壓端並聯耦接第一主動開關元件S1 及第二主動開關元件S2 ，與自輸入側負電壓端並聯耦接第三主動開關元件S3 及第四主動開關元件S4 ，其中第一主動開關元件S1 與其串聯耦接至第三主動開關元件S3 係串聯耦接至第一電感L1 之正電壓端，該第一電感L1 之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件S1 與該第三主動開關元件S3 之間之一共同節點，而該第一電感L1 之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路１２ａ之半共振電路，該半共振電路包含第二電感L2 以及與該第二電感L2 並聯耦接之第一電容C1 ，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容C2 串聯耦接至該半共振電路，該第二電容C2 並耦接至該第二主動開關元件S2 與該第四主動開關元件S4 之間之一共同節點。
該變壓器２或２ａ之一次側係耦接至該前端轉換電路１ａ，並與該第二電容C2 並聯耦接，該變壓器２或２ａ之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路１ａ之間係透過該變壓器２或２ａ電性耦接。藉此，構成一全新之全橋式諧振直流轉換器。
上述所提之變壓器２，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與一個電容CO 構成之全橋整流電路３ａ，如第２Ａ圖所示。
上述所提之變壓器２，其二次側耦接之後端轉換電路，係由二個二極體D1 及D2 與二個電容C3 及C4 構成之二倍壓整流電路３ｂ，如第２Ｂ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由二個二極體D1 及D2 與一個電容CO 構成之整流電路３ｃ，如第２Ｃ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與三個電容CO1 、CO2 及CO3 構成之三倍壓整流電路３ｄ，如第２Ｄ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與四個電容CO1 、CO2 、CO3 及CO4 構成之四倍壓整流電路３ｅ，如第２Ｅ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由六個二極體D1 、D2 、D3 、D4 、D5 及D6 與五個電容CA 、CO1 、CO2 、CO3 及CB 構成之五倍壓整流電路３ｆ，如第２Ｆ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由六個二極體D1 、D2 、D3 、D4 、D5 及D6 與六個電容CA 、CO1 、CO2 、CO3 、CO4 及CB 構成之六倍壓整流電路３ｇ，如第２Ｇ圖所示。
當運用時，以第１Ｂ圖所示之半橋式諧振直流轉換器電路為例。本發明電路係以四個電容、二個電感、二個二極體以及一個變壓器所構成，當輸入端為半橋式電路架構時，其動作原理為：首先利用第一電感L1 來抑制湧浪電流，接下來透過第二電感L2 並聯第一電容C1 構成半共振電路，再以半共振電路串聯第二電容C2 ，構成串聯諧振並聯負載電路以實現高電壓轉換比之效果。當第二電容C2 之容值與第一電容C1 之容值相近時，電源輸入之能量會分別儲存於第一電容C1 與第二電感L2 構成之半共振電路以及第二電容C2 ，隨著第一電容C1 跨壓快速上升，經由第二電感L2 與第一電容C1 共振，而將第一電容C1 之儲能，轉換成電感電流iL2 ，同時將第一電容C1 跨壓極性反轉，配合第一電感L1 透過諧振作用將輸入能量傳送至第二電容C2 ，進一步提升第二電容C2 上跨壓後，透過變壓器將能量傳送至倍壓電路，當第一電容C1 上反向跨壓大於第二電容C2 與第一電感L1 跨壓之和時將使得開路主動開關元件之飛輪二極體導通後實現柔切技術，同時改變轉換器電路結構。當輸入端為全橋式電路架構時，本發明電路之動作原理與上述原理相似，僅輸出電壓為兩倍於上述電路。第１Ｂ圖電路中之變壓器二次側電路，雖以二倍壓整流電路為例，惟本發明電路並不侷限搭配此二倍壓電路，亦可搭配如第１圖式系列與第２圖式系列所示之其他倍壓整流電路。
本發明電路可透過調整電路參數以控制電路之操作模式，以下說明為以前述第１Ｂ圖所示之半橋式諧振直流轉換器電路工作於升壓模式，且為使本發明電路能工作於最佳操作形式，以下僅就第一、二電感L1 、L2 均操作於電流連續導通模式為例。為方便清楚說明本發明所提出之半橋式諧振直流轉換器電路之工作原理，以下假設所有電路元件均為理想，同時假設其負載為純電阻R。半橋式諧振直流轉換器電路之工作模式敘述如下：
[工作模式一]
請參閱『第３圖』所示，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式一之等效電路示意圖。如圖所示：當第一主動開關元件S1 導通而第二主動開關元件S2 截止時，輸入電源Vin 經由第一主動開關元件S1 對儲能電感L1 充電，同時將能量經過L2 C1 共振電路後，傳送至第二電容C2 ，接下來透過變壓器與第二二極體D2 對第三電容C3 與第四電容C4 充電並提供能量至負載，其等效電路如第３圖所示。當第一主動開關元件S1 截止以及第二主動開關元件S2 之飛輪二極體導通時，此時本發明電路即進入工作模式二。
[工作模式二]
請參閱『第４圖』所示，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式二之等效電路示意圖。如圖所示：當第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 同時截止時，第二電感L2 與第一電容C1 共振，將第一電容C1 之儲能轉換成電感電流iL2 ，並將第一電容C1 跨壓極性反轉，將第二主動開關元件S2 之飛輪二極體導通以改變電路結構。電路中第一電感L1 、第二電容C2 、L2 C1 共振電路與第二主動開關元件S2 之飛輪二極體構成迴路，配合變壓器將儲存能量傳送至二次側，並經過第二二極體D2 對第三電容C3 充電，而第四電容C4 則持續提供能量至負載，其等效電路如第４圖所示，當第二主動開關元件S2 導通時，本發明電路即進入工作模式三。
[工作模式三]
請參閱『第５圖』所示，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式三之等效電路示意圖。如圖所示：當第二主動開關元件S2 導通而第一主動開關元件S1 截止時，第一電感L1 、第二電容C2 與L2 C1 共振電路透過變壓器經過第一二極體D1 對第三電容C3 充電，同時第四電容C4 提供能量至負載，其等效電路如第５圖所示。當第二主動開關元件S2 截止以及第一主動開關元件S1 之飛輪二極體導通時，此時本發明電路即進入工作模式四。
[工作模式四]
請參閱『第６圖』所示，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式四之等效電路示意圖。如圖所示：當第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 同時截止時，第二電感L2 與第一電容C1 共振，將第一電容C1 之儲能轉換成電感電流iL2 ，並將第一電容C1 跨壓極性反轉，將第一主動開關元件S1 之飛輪二極體導通以改變電路結構。電路中第一電感L1 、第二電容C2 、L2 C1 共振電路與第一主動開關元件S1 之飛輪二極體構成迴路，配合變壓器將儲存能量傳送至二次側，經過第一二極體D1 對第三電容C3 充電，同時第四電容C4 提供能量至負載，其等效電路如第６圖所示，當第一主動開關元件S1 導通時，此時本發明電路即進入工作模式一，電路即完成一週期動作。
請參閱『第７圖及第８圖』所示，係分別為本發明諧振直流轉換器之vC1 、vC2 、vO 、iM1 、iM2 、PWM1與PWM2信號之模擬波形一示意圖、及本發明諧振直流轉換器之vC1 、vC2 、vO 、iM1 、iM2 、PWM1與PWM2信號之模擬波形二示意圖。如圖所示：為驗證本發明所提出之諧振直流轉換器之可行性與進步性，使用電路模擬軟體分別模擬轉換器電路工作於升壓與降壓模式時之動作情形，其電路參數則分別如表一與表二所示，其中表一為工作於升壓模式之電路參數，表二為工作於降壓模式之電路參數。如第７、８圖模擬結果所示之vC1 與vC2 為本發明電路中第一電容C1 與第二電容C2 之電容電壓，iM1 ~iM2 為本發明電路中第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 之電流，PWM1與PWM2為本發明電路中第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 之控制信號，vO 為本發明電路之輸出電壓。
表一
該前端轉換電路１係由一半橋式諧振直流轉換電路１１及一電壓型自動電荷抽放電路（Auto Charge Pump Circuit）１２所構成，其中，該半橋式諧振直流轉換電路１１設有自輸入側正電壓端與負電壓端分別連接第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 到第一電感L1 之正電壓端，該第一電感L1 之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件S1 與該第二主動開關元件S2 之間之一共同節點，而該第一電感L1 之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路１２之半共振電路，該半共振電路包含第二電感L2 以及與該第二電感L2 並聯耦接之第一電容C1 ，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容C2 串聯耦接至該半共振電路。
該變壓器２或２ａ之一次側係耦接至該前端轉換電路１，並與該第二電容C2 並聯耦接，該變壓器２或２ａ之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路１之間係透過該變壓器２或２ａ電性耦接。藉此，構成一全新之半橋式諧振直流轉換器。
上述所提之變壓器２，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與一個電容CO 構成之全橋整流電路３ａ，如第１Ａ圖所示。
上述所提之變壓器２，其二次側耦接之後端轉換電路，係由二個二極體D1 及D2 與二個電容C3 及C4 構成之二倍壓整流電路３ｂ，如第１Ｂ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由二個二極體D1 及D2 與一個電容CO 構成之整流電路３ｃ，如第１Ｃ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與三個電容CO1 、CO2 及CO3 構成之三倍壓整流電路３ｄ，如第１Ｄ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與四個電容CO1 、CO2 、CO3 及CO4 構成之四倍壓整流電路３ｅ，如第１Ｅ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由六個二極體D1 、D2 、D3 、D4 、D5 及D6 與五個電容CA 、CO1 、CO2 、CO3 及CB 構成之五倍壓整流電路３ｆ，如第１Ｆ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由六個二極體D1 、D2 、D3 、D4 、D5 及D6 與六個電容CA 、CO1 、CO2 、CO3 、CO4 及CB 構成之六倍壓整流電路３ｇ，如第１Ｇ圖所示。
請參閱『第２Ａ圖～第２Ｇ圖』所示，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配全橋整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配二倍壓整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配三倍壓整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配四倍壓整流電路示意圖、本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配五倍壓整流電路示意圖、及本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配六倍壓整流電路示意圖。如圖所示：本發明係一種全橋式諧振直流轉換器，用於將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓，以為一負載供電，其至少包括一前端轉換電路１ａ以及一變壓器２或２ａ所構成。
該前端轉換電路１ａ係由一全橋式諧振直流轉換電路１１ａ及一電壓型自動電荷抽放電路１２ａ所構成，其中，該全橋式諧振直流轉換電路１１ａ設有分別自輸入側正電壓端並聯耦接第一主動開關元件S1 及第二主動開關元件S2 ，與自輸入側負電壓端並聯耦接第三主動開關元件S3 及第四主動開關元件S4 ，其中第一主動開關元件S1 與其串聯耦接至第三主動開關元件S3 係串聯耦接至第一電感L1 之正電壓端，該第一電感L1 之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件S1 與該第三主動開關元件S3 之間之一共同節點，而該第一電感L1 之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路１２ａ之半共振電路，該半共振電路包含第二電感L2 以及與該第二電感L2 並聯耦接之第一電容C1 ，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容C2 串聯耦接至該半共振電路，該第二電容C2 並耦接至該第二主動開關元件S2 與該第四主動開關元件S4 之間之一共同節點。
該變壓器２或２ａ之一次側係耦接至該前端轉換電路１ａ，並與該第二電容C2 並聯耦接，該變壓器２或２ａ之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路１ａ之間係透過該變壓器２或２ａ電性耦接。藉此，構成一全新之全橋式諧振直流轉換器。
上述所提之變壓器２，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與一個電容CO 構成之全橋整流電路３ａ，如第２Ａ圖所示。
上述所提之變壓器２，其二次側耦接之後端轉換電路，係由二個二極體D1 及D2 與二個電容C3 及C4 構成之二倍壓整流電路３ｂ，如第２Ｂ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由二個二極體D1 及D2 與一個電容CO 構成之整流電路３ｃ，如第２Ｃ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與三個電容CO1 、CO2 及CO3 構成之三倍壓整流電路３ｄ，如第２Ｄ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由四個二極體D1 、D2 、D3 及D4 與四個電容CO1 、CO2 、CO3 及CO4 構成之四倍壓整流電路３ｅ，如第２Ｅ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由六個二極體D1 、D2 、D3 、D4 、D5 及D6 與五個電容CA 、CO1 、CO2 、CO3 及CB 構成之五倍壓整流電路３ｆ，如第２Ｆ圖所示。
上述所提之變壓器，係為多繞組變壓器２ａ，其二次側耦接之後端轉換電路，係由六個二極體D1 、D2 、D3 、D4 、D5 及D6 與六個電容CA 、CO1 、CO2 、CO3 、CO4 及CB 構成之六倍壓整流電路３ｇ，如第２Ｇ圖所示。
當運用時，以第１Ｂ圖所示之半橋式諧振直流轉換器電路為例。本發明電路係以四個電容、二個電感、二個二極體以及一個變壓器所構成，當輸入端為半橋式電路架構時，其動作原理為：首先利用第一電感L1 來抑制湧浪電流，接下來透過第二電感L2 並聯第一電容C1 構成半共振電路，再以半共振電路串聯第二電容C2 ，構成串聯諧振並聯負載電路以實現高電壓轉換比之效果。當第二電容C2 之容值與第一電容C1 之容值相近時，電源輸入之能量會分別儲存於第一電容C1 與第二電感L2 構成之半共振電路以及第二電容C2 ，隨著第一電容C1 跨壓快速上升，經由第二電感L2 與第一電容C1 共振，而將第一電容C1 之儲能，轉換成電感電流iL2 ，同時將第一電容C1 跨壓極性反轉，配合第一電感L1 透過諧振作用將輸入能量傳送至第二電容C2 ，進一步提升第二電容C2 上跨壓後，透過變壓器將能量傳送至倍壓電路，當第一電容C1 上反向跨壓大於第二電容C2 與第一電感L1 跨壓之和時將使得開路主動開關元件之飛輪二極體導通後實現柔切技術，同時改變轉換器電路結構。當輸入端為全橋式電路架構時，本發明電路之動作原理與上述原理相似，僅輸出電壓為兩倍於上述電路。第１Ｂ圖電路中之變壓器二次側電路，雖以二倍壓整流電路為例，惟本發明電路並不侷限搭配此二倍壓電路，亦可搭配如第１圖式系列與第２圖式系列所示之其他倍壓整流電路。
本發明電路可透過調整電路參數以控制電路之操作模式，以下說明為以前述第１Ｂ圖所示之半橋式諧振直流轉換器電路工作於升壓模式，且為使本發明電路能工作於最佳操作形式，以下僅就第一、二電感L1 、L2 均操作於電流連續導通模式為例。為方便清楚說明本發明所提出之半橋式諧振直流轉換器電路之工作原理，以下假設所有電路元件均為理想，同時假設其負載為純電阻R。半橋式諧振直流轉換器電路之工作模式敘述如下：
[工作模式一]
請參閱『第３圖』所示，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式一之等效電路示意圖。如圖所示：當第一主動開關元件S1 導通而第二主動開關元件S2 截止時，輸入電源Vin 經由第一主動開關元件S1 對儲能電感L1 充電，同時將能量經過L2 C1 共振電路後，傳送至第二電容C2 ，接下來透過變壓器與第二二極體D2 對第三電容C3 與第四電容C4 充電並提供能量至負載，其等效電路如第３圖所示。當第一主動開關元件S1 截止以及第二主動開關元件S2 之飛輪二極體導通時，此時本發明電路即進入工作模式二。
[工作模式二]
請參閱『第４圖』所示，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式二之等效電路示意圖。如圖所示：當第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 同時截止時，第二電感L2 與第一電容C1 共振，將第一電容C1 之儲能轉換成電感電流iL2 ，並將第一電容C1 跨壓極性反轉，將第二主動開關元件S2 之飛輪二極體導通以改變電路結構。電路中第一電感L1 、第二電容C2 、L2 C1 共振電路與第二主動開關元件S2 之飛輪二極體構成迴路，配合變壓器將儲存能量傳送至二次側，並經過第二二極體D2 對第三電容C3 充電，而第四電容C4 則持續提供能量至負載，其等效電路如第４圖所示，當第二主動開關元件S2 導通時，本發明電路即進入工作模式三。
[工作模式三]
請參閱『第５圖』所示，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式三之等效電路示意圖。如圖所示：當第二主動開關元件S2 導通而第一主動開關元件S1 截止時，第一電感L1 、第二電容C2 與L2 C1 共振電路透過變壓器經過第一二極體D1 對第三電容C3 充電，同時第四電容C4 提供能量至負載，其等效電路如第５圖所示。當第二主動開關元件S2 截止以及第一主動開關元件S1 之飛輪二極體導通時，此時本發明電路即進入工作模式四。
[工作模式四]
請參閱『第６圖』所示，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式四之等效電路示意圖。如圖所示：當第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 同時截止時，第二電感L2 與第一電容C1 共振，將第一電容C1 之儲能轉換成電感電流iL2 ，並將第一電容C1 跨壓極性反轉，將第一主動開關元件S1 之飛輪二極體導通以改變電路結構。電路中第一電感L1 、第二電容C2 、L2 C1 共振電路與第一主動開關元件S1 之飛輪二極體構成迴路，配合變壓器將儲存能量傳送至二次側，經過第一二極體D1 對第三電容C3 充電，同時第四電容C4 提供能量至負載，其等效電路如第６圖所示，當第一主動開關元件S1 導通時，此時本發明電路即進入工作模式一，電路即完成一週期動作。
請參閱『第７圖及第８圖』所示，係分別為本發明諧振直流轉換器之vC1 、vC2 、vO 、iM1 、iM2 、PWM1與PWM2信號之模擬波形一示意圖、及本發明諧振直流轉換器之vC1 、vC2 、vO 、iM1 、iM2 、PWM1與PWM2信號之模擬波形二示意圖。如圖所示：為驗證本發明所提出之諧振直流轉換器之可行性與進步性，使用電路模擬軟體分別模擬轉換器電路工作於升壓與降壓模式時之動作情形，其電路參數則分別如表一與表二所示，其中表一為工作於升壓模式之電路參數，表二為工作於降壓模式之電路參數。如第７、８圖模擬結果所示之vC1 與vC2 為本發明電路中第一電容C1 與第二電容C2 之電容電壓，iM1 ~iM2 為本發明電路中第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 之電流，PWM1與PWM2為本發明電路中第一主動開關元件S1 與第二主動開關元件S2 之控制信號，vO 為本發明電路之輸出電壓。
表一
表二
由第７圖模擬結果可得到，如前述第１Ｂ圖所示之諧振直流轉換器工作於升壓模式，其輸入電壓為12V，而其輸出電壓為229.25V，其升壓比為19.10，而輸出電壓漣波為0.75。此外，由第７圖模擬結果也可得到，本發明提出之諧振直流轉換器，其開關元件均有柔性切換。此外，由第８圖模擬結果可得到，如前述第１Ｂ圖所示之諧振直流轉換器工作於降壓模式，其輸入電壓為100V，其輸出電壓為2.71V，其降壓比為36.9，而輸出電壓漣波為0.068。此外，由第８圖之模擬結果也可得到，本發明提出之諧振直流轉換器，其開關元件均有柔性切換。
藉此，本發明電路提出之諧振直流轉換器，係透過提高切換頻率與縮小磁性元件體積，以提升轉換器之功率密度與降低成本，其主要電路架構為整合變壓器、倍壓整流電路與電壓型自動電荷抽放電路，搭配全橋式或半橋式諧振直流轉換電路，將電路中諧振元件之第一電感L1 之感值分離部分以作為共振電感L2 ，並將第二電感L2 並聯第一電容C1 構成L2 C1 共振電路，其電路架構如第１Ａ圖～第１Ｇ圖與第２Ａ圖～第２Ｇ圖所示，另外透過參數設計以及LC共振電路作用，使得電路具有可變電路結構特性，配合第二電容C2 構成串聯諧振並聯負載電路以實現高電壓轉換比之效果，此外透過變壓器二次側之倍壓整流電路，可進一步提升輸出電壓轉換比。再者，透過LC共振電路與主動開關元件之整合，可實現柔切技術以降低切換損失與電磁干擾（Electric Magnetic Interruption, EMI）干擾。比較傳統電路之功能、手段及效果，可見本發明電路整合直流轉換器電路之開關元件、利用電壓型自動電荷抽放電路之自動改變電路結構特性，可實現柔切效果、低輸出電壓漣波與高電壓轉換比特性，以達到具有高功率密度、高電壓轉換比、低成本、低EMI干擾、低輸出電壓漣波、長壽命以及高轉換效率之目的。
綜上所述，本發明係一種同時整合柔切技術與高電壓轉換比之諧振直流轉換器，可有效改善習用之種種缺點，本電路整合變壓器、倍壓整流電路與電壓型自動電荷抽放電路（Auto Charge Pump），以及搭配全橋式或半橋式諧振直流轉換電路，並透過電路參數設計與LC共振電路作用，使得電路具有可變電路結構特性，並同時實現柔切效果、低輸出電壓漣波與高電壓轉換比之特性，可避免使用大容值之電解電容而得以延長轉換器之使用壽命，以達到具有高功率密度、高電壓轉換比、低成本、低電磁干擾（Electric Magnetic Interruption, EMI）干擾、低輸出電壓漣波、長壽命以及高轉換效率之目的，此外透過調整電路參數係可控制本發明電路操作於升壓與降壓工作模式，進而使本發明之産生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
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；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1、1a．．．前端轉換電路
11、11a．．．半橋式諧振直流轉換電路
12、12a．．．電壓型自動電荷抽放電路
2、2a．．．變壓器
3a．．．全橋整流電路
3b．．．二倍壓整流電路
3c．．．整流電路
3d．．．三倍壓整流電路
3e．．．四倍壓整流電路
3f．．．五倍壓整流電路
3g．．．六倍壓整流電路
第１Ａ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配全橋整流電路示意圖。
第１Ｂ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配二倍壓整流電路示意圖。
第１Ｃ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配整流電路示意圖。
第１Ｄ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配三倍壓整流電路示意圖。
第１Ｅ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配四倍壓整流電路示意圖。
第１Ｆ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配五倍壓整流電路示意圖。
第１Ｇ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配六倍壓整流電路示意圖。
第２Ａ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配全橋整流電路示意圖。
第２Ｂ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配二倍壓整流電路示意圖。
第２Ｃ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配整流電路示意圖。
第２Ｄ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配三倍壓整流電路示意圖。
第２Ｅ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配四倍壓整流電路示意圖。
第２Ｆ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配五倍壓整流電路示意圖。
第２Ｇ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配六倍壓整流電路示意圖。
第３圖，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式一之等效電路示意圖。
第４圖，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式二之等效電路示意圖。
第５圖，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式三之等效電路示意圖。
第６圖，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式四之等效電路示意圖。
第７圖，係本發明諧振直流轉換器之vC1 、vC2 、vO 、iM1 、iM2 、PWM1與PWM2信號之模擬波形一示意圖。
第８圖，係本發明諧振直流轉換器之vC1 、vC2 、vO 、iM1 、iM2 、PWM1與PWM2信號之模擬波形二示意圖。
第９圖，係習用之半橋式諧振直流轉換器電路示意圖。
第１Ｂ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配二倍壓整流電路示意圖。
第１Ｃ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配整流電路示意圖。
第１Ｄ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配三倍壓整流電路示意圖。
第１Ｅ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配四倍壓整流電路示意圖。
第１Ｆ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配五倍壓整流電路示意圖。
第１Ｇ圖，係本發明半橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配六倍壓整流電路示意圖。
第２Ａ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配全橋整流電路示意圖。
第２Ｂ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配二倍壓整流電路示意圖。
第２Ｃ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配整流電路示意圖。
第２Ｄ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配三倍壓整流電路示意圖。
第２Ｅ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配四倍壓整流電路示意圖。
第２Ｆ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配五倍壓整流電路示意圖。
第２Ｇ圖，係本發明全橋式諧振直流轉換器電路之變壓器二次側搭配六倍壓整流電路示意圖。
第３圖，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式一之等效電路示意圖。
第４圖，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式二之等效電路示意圖。
第５圖，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式三之等效電路示意圖。
第６圖，係本發明之諧振直流轉換器於工作模式四之等效電路示意圖。
第７圖，係本發明諧振直流轉換器之vC1 、vC2 、vO 、iM1 、iM2 、PWM1與PWM2信號之模擬波形一示意圖。
第８圖，係本發明諧振直流轉換器之vC1 、vC2 、vO 、iM1 、iM2 、PWM1與PWM2信號之模擬波形二示意圖。
第９圖，係習用之半橋式諧振直流轉換器電路示意圖。
1．．．前端轉換電路
11．．．半橋式諧振直流轉換電路
12．．．電壓型自動電荷抽放電路
2．．．變壓器
3a．．．全橋整流電路
Claims (10)
- 一種諧振直流轉換器，用於將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓，以為一負載供電，其包括：
一前端轉換電路，係由一半橋式諧振直流轉換電路及一電壓型自動電荷抽放電路（Auto Charge Pump）所構成，其中，該半橋式諧振直流轉換電路設有自輸入側正電壓端與負電壓端分別連接第一主動開關元件與第二主動開關元件到第一電感之正電壓端，該第一電感之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件與該第二主動開關元件之間之一共同節點，而該第一電感之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路之半共振電路，該半共振電路包含第二電感以及與該第二電感並聯耦接之第一電容，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容串聯耦接至該半共振電路；以及
一變壓器，該變壓器之一次側係耦接至該前端轉換電路，並與該第二電容並聯耦接，該變壓器之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路之間係透過該變壓器電性耦接。 - 依申請專利範圍第１項所述之諧振直流轉換器，其中，該變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與一個電容構成之全橋整流電路。
- 依申請專利範圍第１項所述之諧振直流轉換器，其中，該變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與二個電容構成之二倍壓整流電路。
- 依申請專利範圍第１項所述之諧振直流轉換器，其中，該變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由二個二極體與與一個電容構成之整流電路。
- 依申請專利範圍第１項所述之諧振直流轉換器，其中，該變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與三個電容構成之三倍壓整流電路。
- 依申請專利範圍第１項所述之諧振直流轉換器，其中，該變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與四個電容構成之四倍壓整流電路。
- 依申請專利範圍第１項所述之諧振直流轉換器，其中，該變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與五個電容構成之五倍壓整流電路。
- 依申請專利範圍第１項所述之諧振直流轉換器，其中，該變壓器係為多繞組變壓器，於其二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由六個二極體與六個電容構成之六倍壓整流電路。
- 一種諧振直流轉換器，用於將一直流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓，以為一負載供電，其包括：
一前端轉換電路，係由一全橋式諧振直流轉換電路及一電壓型自動電荷抽放電路所構成，其中，該全橋式諧振直流轉換電路設有分別自輸入側正電壓端並聯耦接第一主動開關元件及第二主動開關元件，與自輸入側負電壓端並聯耦接第三主動開關元件及第四主動開關元件，其中第一主動開關元件與其串聯耦接至第三主動開關元件係串聯耦接至第一電感之正電壓端，該第一電感之正電壓端係耦接至該第一主動開關元件與該第三主動開關元件之間之一共同節點，而該第一電感之負電壓端係串聯耦接至該電壓型自動電荷抽放電路之半共振電路，該半共振電路包含第二電感以及與該第二電感並聯耦接之第一電容，該電壓型自動電荷抽放電路還包含第二電容串聯耦接至該半共振電路，該第二電容並耦接至該第二主動開關元件與該第四主動開關元件之間之一共同節點；以及
一變壓器，該變壓器之一次側係耦接至該前端轉換電路，並與該第二電容並聯耦接，該變壓器之二次側係耦接至一後端轉換電路，該後端轉換電路與該前端轉換電路之間係透過該變壓器電性耦接。 - 依申請專利範圍第９項所述之諧振直流轉換器，其中，該變壓器之二次側係耦接至該後端轉換電路，且該後端轉換電路係由四個二極體與一個電容構成之全橋整流電路。
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