TWI499179B - 電壓轉換器及不斷電電源供應器 - Google Patents

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Description

電壓轉換器及不斷電電源供應器
本發明的至少一實施例一般而言係有關於轉換器的控制，特別是有關於連接於直流電源供應器、交流電源供應器、或頻率轉換器之至少一者上的轉換器的控制。
可用以組成不斷電電源供應器(UPS)、頻率轉換器、或濾波器之至少一部份的轉換器係用以供給可靠電力至許多不同型式的電子設備。通常此電子設備需要有自一轉換器輸入的特定電壓及/或電流。轉換器內有害的電壓及電流暫態會縮短轉換器組件的壽命，或是通過至轉換器輸出端而施加至電子設備上。這會造成效能不良之作動、組件尺寸過大、電磁干擾(EMI)，且需要對電子組件做昂貴的修理或更換。
本發明的這些觀點及實施例係有關於作電壓轉換器的系統及方法。為增進效率及降低成本，轉換器的非耗能式箝位電路可限制跨越輸出整流器而可在轉換器之輸出電感器的輸入端看到的最大電壓。暫態電壓可被轉送至該箝位電路的一電容器上，而一開關則被控制成能將與此電壓相關的能量自該箝位電容器移轉至一回復電感器。此開關可被進一步控制成讓此能量自動地移轉至該轉換器的輸出電容器。因此之故，可以捕捉到來自暫態電壓或其他電壓尖波的能量，並加以供應至轉換器的輸出端。
至少一觀點是有關於一電壓轉換器，其包含一整流器電路、一輸出電感器、以及一輸出電容器，耦接至該整流器電路。該電壓轉換器亦可包含一箝位電路，具有一箝位二極體及一箝位電容器，耦接成一串聯組合，該串聯組合係並聯耦接至該輸出電感器。該箝位電路亦可包含一回復電感器，耦接至該輸出電容器，以及一開關，組構成可選擇性地將該回復電感器並聯耦接至該箝位電容器及加以解耦。
至少一另一觀點是有關於一種用以在具有整流器電路之電壓轉換器中箝制一暫態電壓的方法。該方法包含偵測該電壓轉換器的一暫態電壓、控制一開關來將由該暫態電壓加以充電的一箝位電容器並聯連接於一回復電感器、以及將能量自該回復電感器移轉至該電壓轉換器的一輸出電容器。
至少一另一觀點是有關於一不斷電電源供應器，其包含一交流電力輸入端，一電池，一輸出端，組構成可將來自該交流電力輸入端及該電池之中至少一者的電力供給至一不斷電電源供應器輸出端，以及一直流/直流轉換器，耦接至該電池。該直流/直流轉換器可包含一整流器電路、一輸出電感器及一輸出電容器，耦接至該整流器電路、以及一箝位電路。該箝位電路可包含一箝位二極體及一箝位電容器，係耦接成一串聯組合，該串聯組合係並聯耦接至該輸出電感器，一回復電感器，係耦接至該輸出電容器，以及一開關，係組構成可選擇性地將該回復電感器並聯耦接至該箝位電容器及加以解耦。
至少一另一觀點是有關於一電壓轉換器。該電壓轉換器可包含一整流器電路，一輸出電感器，耦接至該整流器電路，以及一箝位電路。該箝位電路可包含一箝位二極體及一箝位電容器，係耦接成一串聯組合，該串聯組合係並聯耦接至該輸出電感器。該箝位電路亦可包含一回復電感器，係耦接至該輸出電容器，以及一種裝置，用以將該回復電感器反向耦接至該箝位電容器，以提供能量給該輸出電容器。
在某些實施例中，該整流器電路包含一全波整流器電路，具有一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體、以及一第四二極體，以及一緩衝器電路。該緩衝器電路可包含一電阻器及一電容器，其中該緩衝器電路的一第一端係耦接至該第一二極體的一陽極及該第二二極體的一陰極，以及其中該緩衝器電路的一第二端係耦接至該第三二極體的一陽極及該第四二極體的一陰極。該箝位二極體係組構成可在該輸出電感器的電壓實質上等於一預定電壓時導通一電流。該箝位二極體亦可組構成可在該等第一、第二、第三、以及第四二極體之至少一者的電壓實質上等於與一暫態電壓相關之一預定臨限電壓時導通一電流。
在某些實施例中，該轉換器係組構成使該輸出電感器的電壓小於一暫態電壓的峰值。該轉換器的一控制器可組構成可在該箝位電容器的電壓是依據該暫態電壓時，將該開關的狀態自一斷開位置改變成一閉合位置。該控制器亦可組構成可在該回復電感器的電壓是依據該暫態電壓時，將該開關自一閉合位置改變成一斷開位置。
在至少一實施例中，該箝位電路包含一回復二極體，其中該回復二極體的一陰極係耦接至該回復電感器及該開關，以及其中該回復二極體的一陽極係耦接至該輸出電容器。該回復二極體可組構成可在該回復電感器的電壓是依據該暫態電壓且該開關是位於一斷開位置時導通一電流。該回復電感器及該回復二極體亦可組構成可在該開關位在一斷開位置時，在該轉換器的作動中將能量移轉至該輸出電容器。
其他的觀點、實施例、以及這些例示性觀點及實施例的優點，可自下面的詳細說明配合所附圖式而得知，這些圖式係以例示方式顯示出本發明的原則。可以理解，前述的資訊及下面的詳細說明中包含有各種觀點及實施例的例示性範例，係用以提供整體概念及架構，以供瞭解本案所主張之觀點及實施例的本質及特點。這些圖式及本說明書的其餘部份，係用以說明及解釋本案所主張的觀點及實施例。
下附的圖式並非依比例繪製。在這些圖式中，各圖中所顯示出之相同或幾乎相的組件是以相同的編號來加以標示。為清楚起見，並非每一圖中的每一組件均會加以標號。
本文中所描述的系統及方法並不僅限於在本說明中所提出及圖式中所示之組件架構及配置的細節上的應用。本發明可用於其他的實施例，並可以多種方式加以實施及施行。另外，本文中所用的遣詞用字係為說明之用而已，不應視為具有限制作用。本文中所用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”、“涵蓋”等詞、以及其等的變化，是指涵蓋其後所列出的物件及其等效者，以及其他另外的物件。
至少一部份的觀點及實施例是有關於一電壓轉換器，其包含一箝位電路。該箝位電路可包含至少一箝位二極體、一箝位電容器、一回復電感器、一回復二極體、一開關、以及一控制器。該箝位電路可防止該轉換器二次電路內的暫態電壓超過一臨限值。例如說，該轉換器之一整流器二極體的電壓可在整流器二極體的反向回復期間後突增。在此例中，電壓尖波(例如說一暫態電壓)的前緣會使得箝位二極體導通電流通過該箝位電路，而對該箝位電容器加以充電。該開關可在該箝位電容器至少部份充電時，因應於來自該控制器的一信號來將該箝位電容器耦接至該回復電感器。此電耦接會使能量自該箝位電容器移轉至該回復電感器，而後移轉至一輸出電容器及/或負載。在此例中，與該整流器二極體之該暫態電壓尖波相關之能量至少有一部份會被回收並施加至轉換器輸出端，不會經由電阻器消耗掉或以其他方式浪費掉。
第1圖是根據一實施例的在線互動式不斷電電源供應器(UPS)105的功能方塊圖，用以提供交流電力至一負載。在一實施例中，UPS 105包含一輸入端110，用以自一交流電源接收交流電力，一輸出端130，提供交流電力，一電池120，耦接至直流對直流轉換器100，一換流器115在作動上耦接至轉換器100，以接收直流電力並提供交流電力，一轉換繼電器135，選擇性地耦接至輸入端110及換流器115，一電磁干擾/突波過濾器140，一電池充電器145及一自動電壓調整(AVR)變壓器150耦接至該轉換繼電器135，以及至少一AVR繼電器155。不斷電電源供應器105進一步包含至少一控制器125，其可監測及控制UPS 105的運作。在一實施例中，AVR變壓器150及其相關的繼電器可以讓UPS 105在較大範圍的輸入電壓內運作。
在一實施例中，UPS 105經由輸入端110自一交流電源接收輸入交流電力，將該輸入交流電力加以過濾並提供過濾過的交流電力給轉換繼電器135，其可接收過濾過的電力及來自換流器115的電力。控制器125可控制轉換繼電器135在例如說控制器125確認可取得的輸入交流電力是在可接受的範圍內時，將來自該交流電源的電力供應至輸出端130。當輸入交流電力不在可接受範圍內，或是因為電力突波、電壓不足或停電情形之故而高於或低於一臨限值時，控制器125可控制轉換繼電器135來提供來自換流器115的電力。
換流器115可接收來自轉換器100的直流電力，將該直流電力轉換成交流電力，以及根據預定的規範來調節該交流電力。例如說，根據電池120容量及耦接至輸出端130上之負載的功率需求，UPS 105可以在短時期電源衰退或長時期斷電時，提供電力至該負載。
透過使用儲存於一相連記憶體內的資料，控制器125可執行一或多個指令來監測及控制UPS 105的運作。例如說，控制器125可包含有至少一處理器或其他型式的控制器。在一實施例中，控制器125包含至少一可商業取得的處理器。控制器125也可以包含至少一特定功能積體電路(ASIC)，以執行本文中所揭示之作業的至少一部份。可以理解，控制器125可包含硬體及軟體部件的多種組合。
與控制器125相連之記憶體包含有資料儲存部，其可儲存與UPS 105之運作有關而可為電腦讀取及寫入的資訊。此資訊可包含例如說要由控制器125加以操作及處理的資料及可由控制器125加以執行的指令。與控制器125相連的資料儲存部包含有相當高性能之揮發性隨機存取記憶體，例如動態隨機存取記憶體(DRAM)或靜態記憶體(SRAM)，或者可以是諸如磁碟或快閃記憶裝置之類的非揮發性儲存媒體。可供控制器125取用的資料儲存裝置及所儲存的資料可以組構成特定的結構，在某些情形下亦可成為獨一無二的特有結構，以供進行本文中所揭示的觀點及實施例。這些資料結構可以組構成例如說能節省儲存空間或增加資料交換性能。
第2圖是一示意圖，顯示出根據一實施例的轉換器100的一部份。轉換器100顯示在第2圖中的該部份基本上包含二次側的轉換器電路組件。在一實施例中，轉換器100是一直流/直流轉換器，其可穩定直流電壓，並將其輸出電壓相對於其輸入電壓升高或降低，因之而能將直流電壓自一位準轉換至另一位準。在一實施例中，轉換器100包含至少一變壓器205，其將轉換器100的一次側(未顯示在第2圖)連接至二次側。在一實施例中，變壓器205是一具有鐵心的高頻變壓器，但是其他的變壓器(例如說低頻變壓器)也可以使用。可以理解，轉換器100並不一定要包含有變壓器205。例如說，轉換器100可以構成一無變壓器降壓調整電路的一部份。
如第2圖所示，漏電感係至少部份地以漏電感器210來加以代表，而寄生電容則是至少部份地以電容器215加以代表。緩衝器電路220可以衰減可能會存在於轉換器100二次側的寄生振盪(例如說漣波電流)。如第2圖所示，緩衝器電路220可包含至少一電阻器225，串聯耦接至至少一電容器230，但是其他的架構及濾波電路也是可行的。
在一實施例中，轉換器100於一全波電橋架構中包含複數個整流器二極體235，如第2圖所示。例如說，變壓器205二次繞組的第一端可耦接至第一整流器二極體235a的陽極及第二整流器二極體235c的陰極，而變壓器205二次繞組的第二端則耦接至第三整流器二極體235b的陽極及第四整流器二極體235d的陰極，如第2圖所示。此全波電橋架構亦可配合於緩衝器電路220或其他轉換器100組件來加以說明。例如說，亦如第2圖所示，緩衝器電路220的第一端可耦接第一整流器二極體235a的陽極及第二整流器二極體235c的陰極，而緩衝器電路220的第二端則耦接至第三整流器二極體235b的陽極及第四整流器二極體235d的陰極。可以理解，這些轉換器100組件間的耦接可以是直接連接，但並不一定要如此，也可以中介電路組件來構成該連接。其他的架構也是可行的。例如說，轉換器100可在半波整流器或全波中心分接架構內具有整流器二極體235。
在一實施例中，暫態電壓會出現在一個或多個整流器二極體235a-d中。這些電壓尖波會造成裝置擊穿並縮短轉換器100組件的壽命。例如說，當整流器二極體235的正向偏壓轉變成負向偏壓時，就會發生整流器二極體235反向回復期間。這會使得整流器二極體235在一段時間內導通自陰極至陽極的電流。
在一實施例中，轉換器100包含至少一箝位電路250。在一實施例中，箝位電路250包含至少一箝位二極體255以及至少一箝位電容器260。例如說，箝位二極體255及箝位電容器260可以組構成與輸出電感器240並聯，如第2圖所示。箝位電路250也可以包含至少一回復電感器265及至少一回復二極體270，以及至少一控制器275及至少一開關280。在一實施例中，開關280包含至少一電晶體，例如金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、其他的場效電晶體、絕緣閘雙極性電晶體、或雙極接面電晶體。控制器275可以是專用處理器或是一用來控制包含轉換器100之電源供應系統的處理器的一部份，例如第1圖中所示的控制器125。在一實施例中，控制器275包含一比較器電路及一單發脈波產生器。
在一實施例中，該箝位二極體255可箝制輸出電感器240的電壓，以使其不超過一臨限電壓。此臨限電壓可代表一暫態電壓(例如說大於正常作業輸出電感器電壓及小於一暫態電壓的峰值)。在一實施例中，當輸出電感器240電壓達到該臨限電壓時，箝位二極體255就會變成正向偏壓而導通電流，對箝位電容器260加以充電並箝制輸出電感器240的電壓為該預定的臨限電壓。在此例中，開關280是位於斷開位置，如第2圖所示。箝位二極體255亦可在整流器二極體235之至少一者的電壓達到一與該暫態電壓有關的預定臨限電壓時導通電流。例如說，該預定臨限電壓可以代表一暫態電壓尖波開始。在一實施例中，當變壓器205的二次繞組中的電流降低至約等於輸出電感器240內之電流的位準時，箝位二極體255會停止導通電流。
當箝位電容器260充電時，控制器275可將開關280的狀態切換至閉合位置，例如說透過施加一單發脈波控制信號至開關280。這可在例如說偵測到箝位二極體255之暫態電壓、反向回復期間、正向偏壓或是偵測到代表輸出電感器240之暫態電壓尖波的臨限電壓之後一段預定期間內發生。此預定時間基本上包括有足供該暫態電壓至少一部份施加至該箝位電容器上的時間。開關280在閉合位置上時，可形成箝位電容器260與回復電感器265間的電路連接，因此來自被充電的箝位電容器260內的能量可移轉至回復電感器265。在一實施例中，在此移轉之後，開關280在控制器275的控制下，可再次切換回斷開位置，這會使得電流沿著自回復電感器265經由回復二極體270至轉換器輸出電容器245的路徑流動。
因此，在一實施例中，輸出電感器240的電壓會保持於或低於一臨限電壓，而高於此臨限值的暫態電壓尖波會偏壓箝位二極體255來對箝位電容器260加以充電。當箝位電容器260充電時(例如說在一個啟始於偵測到或產生出暫態電壓之時段結束之後)，開關280會自斷開位置變換成閉合位置。這代表箝位電容器260與回復電感器265之間連接起來，而來自箝位電容器260的能量則移轉至回復電感器265。繼續此例示性實施例，在此移轉之後，開關280會自閉合位置回復至斷開位置，使得來自回復電感器265的能量移轉至輸出電容器245，經由該處可施加至負載285上。
可以理解，箝位二極體255可將輸出電感器240的電壓箝制於一最大位準上，例如說在輸出電感器240的製造公差範圍內。當輸出電感器240的電壓小於箝制電壓或最大電壓時，一實施例中的箝位二極體255基本上不會導通電流，而來自整流器二極體235的電流輸出則經由輸出電感器240對輸出電容器245加以充電。另外，使用與暫態電壓有關的能量來對箝位電容器260充電、使用受控制的箝位電路250切換動作來將能量自箝位電容器260移轉至回復電感器265、以及使用另外被控制的切換動作來以來自回復電感器265的能量對輸出電容器245加以充電，可提供一種實質上無損耗的系統，其中與暫態電壓有關的能量會施加至轉換器100輸出端(例如說輸出電容器245或負載285，其如第1圖所示可以是換流器115的輸入)，而不會浪費掉，例如說以熱的形式經由一個或多個電阻器發散掉。
第3圖是一示意圖，顯示出根據一實施例的轉換器100。具體地說，第3圖顯示出開關280位於斷開位置且箝位二極體255導通電流對箝位電容器260充電時的轉換器100的一部份。另外，當開關280斷路時，如第3圖所示，回復電感器265係電耦接至輸出電容器245，因此存在於回復電感器265內的能量可被移轉至輸出電容器245。在一實施例中，回復電感器265的電流在箝位電容器260經由箝位二極體255充電之時間的每一半周的開始之時可能是零，或實質上為零。
在一實施例中，在整流器二極體235(未顯示於第3圖中)的反向回復期間之後或是在高於輸出電感器240之臨限電壓的暫態電壓尖波的期間內，轉換器100具有如第3圖所示的架構。在此例示性實施例中，超過臨限量的暫態電壓尖波會被施加至箝位電容器260，而非施加至輸出電感器240。在一實施例中，箝位二極體255會在與一暫態電壓相關的時段內導通對箝位電容器260充電的電流。例如說，箝位電容器260的電壓在一暫態電壓期間充電時可以是360V。其他的電壓，大於及小於360V，亦屬可行。
在一實施例中，控制器275包含一計時電路，用以決定偵測到暫態電壓尖波之後的時間延遲期間。在一實施例中，此時間延遲期間是大約0.8μs。例如說，控制器275可以監測輸出電感器240電壓來暫態電壓尖波。箝位二極體255開始導通，而一依據該暫態電壓的電壓施加至箝位電容器260。控制器275亦可在例如說，輸出電感器240的電壓達到一個小於峰值暫態電壓尖波之臨限值時，確認轉換器100有一暫態電壓存在。
此暫態電壓尖波可在一依據轉換器100組件之特性的時段內對箝位電容器260加以充電，例如說在偵測到該暫態電壓的約1μs內。其他的時段亦屬可行，而控制器275可如第3圖所示將開關280維持在斷開位置一段足以對電容器260加以充電的時段。在一實施例中，控制器275可依據電壓變換(例如說增加)在輸出電感器240處偵測到暫態電壓。控制器275也可以偵測輸出電感器240之電壓達到一臨限值、箝位二極體255開始導通、或箝位電容器允電至一臨限位準時的暫態電壓。在一實施例中，控制器 275可在一旦箝位二極體開始導通電流或是一旦產生或偵測到一暫態電壓時，決定出一足供箝位電容器260改變的時段。在一實施例中，此一時段是在例如說轉換器100設計階段中所預定的一固定時段。
第4圖顯示出在開關280位於閉合位置且能量自箝位電容器260移轉至回復電感器265時的轉換器100的一部份。在一實施例中，當箝位電容器260被充電至例如說360V時，控制器275可提供一信號給開關280，以從第3圖的斷開位置變換至第4圖的閉合位置。此信號因暫態電壓的存在，可在一預定時段結束後提供(例如說箝位電容器260進行充電的時段)。在一實施例中，開關280會在箝位電容器260電壓是最大值、峰值、或預定電壓時閉合。
在一實施例中，第4圖所示的轉換器100架構是跟隨於第3圖所示之轉換器100架構之後。例如說，針對於第3圖，箝位電容器260是在轉換器100之一暫態電壓狀態下進行充電。當箝位電容器260充電後，控制器275可提供一脈波信號給開關280，其會將開關280的狀態自第3圖的斷開位置改變成第4圖的閉合位置。當開關280閉合時，箝位電容器260與回復電感器265間的電連接會讓電流流經第4圖中所示的路徑。這會將能量自箝位電容器260移轉至回復電感器265。雖然此段能量移轉的時間是可以改變，但在一範例中，大致上所有的能量均是在1.8μs內自箝位電容器260放電至回復電感器265。在一實施例中，當箝位電容器260具有大致上為360V的電壓時，開關280會閉合，將能量移轉至回復電感器265，例如說直到回復電感器265具有300V的電壓。一般而言，電流是自零沿著斜線上升至設計階段所決定而與開關280之額定電流(例如說峰值電流為0.8A)相配合的位準，而箝位電容器260放電的時間則是配合於箝位電容器260的電容值(例如說4700pF)、回復電感器265的電感值(例如說500μH)、以及轉換器100的負載循環及頻率。可以理解，其他的電流值、電感值、及電容值也是可行的。
在一實施例中，在能量自箝位電容器260移轉至回復電感器265之後，開關280會自第4圖所示之閉合位置改變成如第5圖所示的斷開位置，該第5圖中顯示出當開關280位於斷開位置且能量自回復電感器265移轉至輸出電容器245時的轉換器100的一部份。如第5圖中所示，在開關280斷開時，電流沿著一通過回復電感器265、回復二極體270、及輸出電容器245之路徑移動，將能量自回復電感器265移轉至輸出電容器245。例如說控制器275可包含一計時電路，其會在能量自箝位電容器260移轉至回復電感器265的時段之後或結束時，讓開關280斷開。在一實施例中，此一時段包含一段依據或由偵測到暫態電壓尖波所觸發的延遲時間。此一如第4圖所示之開關280閉合的時段也可以依據偵測到輸出電感器電壓、箝位電容器電壓、或回復電感器電壓。
如第5圖所示，箝位電容器260係放電至某一較低電壓值，係先前已將能量移轉至回復電感器265。參閱第3圖及第5圖，當開關280斷開而箝位電容器260放電至一較低電壓位準時，箝位電容器260係可組構成能在箝位電路250箝制到下一個暫態電壓尖波時，例如說在另一暫態電壓期間電流導通過箝位二極體255，接受充電。在一實施例中，箝位電容器260的此種交互充電(例如說第3圖中所示的電流路徑)係與輸出電容器245由回復電感器265加以進行的充電(例如說第5圖所示的電流)同時進行的。換言之，在箝位電容器260由來自一第二暫態電壓之能量加以充電的同時，回復電感器265可移轉來自一第一暫態電壓的能量(至轉換器100的輸出端)。這些動作可以同時進行，但並不必要如此。例如說，回復電感器265可以完全充電後才開始一個新的循環及後續箝位電容器260的充電。
在一實施例中，針對第2圖至第5圖，控制器275確認一電壓尖波已啟動於轉換器100內，例如說一暫態電壓尖波在至少一整流器二極體235的反向回復期間之後產生。因應於該暫態電壓的確認，開關280係可組構成能在由控制器275之計時電路所控制的一延遲時段內位於斷開位置。在此延遲時段中，輸出電感器會增高，直至其在箝位二極體255開始導電電流時被箝位電路250加以箝制住。這可在該延遲時段內以相關於該暫態電壓尖波的電壓對箝位電容器加以充電。在該延遲時段結束時，控制器275會傳送一脈波信號給開關280，其可於另一個時段中(或該延遲時段的另一部份內)將開關280的狀態自斷開改變成閉合。當開關280閉合時，來自暫態電壓尖波的能量會自箝位電容器260移轉至回復電感器265。依據例如說直接(例如說測量電感器265的特性)或間接(例如說一預時段的結束)偵測到此能量的移轉，控制器275會傳送一脈波信號給開關280，其會斷開開關280。當開關280斷開且回復電感器265己儲存來自箝位電容器260的能量時，回復二極體270會開始導通，造成電流自回復電感器265流至輸出電容器245，而對輸出電容器245或負載285加以充電。在此例中，自箝位電路250供給至輸出電容器245的該能量中的至少一部份是因為該暫態電壓尖波。此種轉換器100的作業可以是疊代式的，因此複數個暫態電壓的能量可接續地施加至輸出電容器245上而不是例如說由電阻器以熱加以消耗掉。
另外，在一實施例中，由於箝位電路250會箝制住暫態電壓尖波，因此可以減低電阻器225及電容器230的功率額定值，因為緩衝器電路220可減低來自變壓器205二次繞組的漣波電壓，而不會暴露於由箝位電路250加以箝制或防阻的可能的高暫態電壓。
第6圖是一流程圖，顯示出操作諸如第1圖至第5圖所示之轉換器100之類的轉換器的方法600。在一實施例中，方法600包含偵測一轉換器之至少一輸出電感器電壓的動作(動作605)。轉換器輸出電感器電壓可由與一控制器相關的電壓偵測器或感應器加以偵測(動作605)。方法600亦可包含偵測至少一暫態電壓的動作(動作610)。例如說，偵測出的輸出電感器電壓(動作605)可代表有一電壓尖波存在，例如說在一個或多個轉換器二極體之反向回復期間之後所產生的暫態電壓。一轉換器控制器可對有關於該偵測出(動作605)之輸出電感器電壓有關的資訊加以處理，並識別出該轉換器內的一暫態電壓(動作610)。
在一實施例中，識別暫態電壓(動作610)可包含確認偵測(動作605)出的輸出電感器電壓是位在或高於一個代表有一暫態電壓存在之電壓或是位在一預定的最大輸出電感器電壓。識別一暫態電壓(動作610)也可以包含確認偵測(動作605)出之輸出電感器電壓隨著時間的改變速率，其中高於一臨限速率的改變速率代表有一暫態電壓存在。偵測一暫態電壓(動作610)也可以包含偵測轉換器二極體反向回復期間、偵測與轉換器相關或構成其一部份之一箝位電路的一個或多個箝位二極體的電流導通、或是偵測箝位電路之箝位電容器的充電。在一實施例中，識別一暫態電壓(動作610)包含確認該輸出電感器電壓是依據該轉換器之至少一整流器二極體的反向回復期間內所產生的一暫態電壓。
方法600在一實施例中包含有辨識至少一延遲時段的動作(動作615)。辨識一延遲時段(動作615)可包含辨識出該暫態電壓可在其間對於該箝位電路之該箝位電容器至少部份地加以充電的時間。例如說，該轉換器之整流器二極體間的電流切換會產生一暫態電壓，其會使得該箝位電路的該箝位二極體導通，對於電連接至該箝位二極體的該箝位電容器加以充電。在一實施例中，辨識一延遲時段(動作615)包含辨識該暫態電壓對該箝位電容器加以充電所需的時間。另外，可以辨識切換目的的時段，其代表將能量自箝位電容器移轉至回復電感器及自回復電感器移轉至轉換器輸出端所需的時間。
方法600可包含至少一控制一開關來將至少一箝位電容器連接至至少一回復電感器的動作(動作620)。在一實施例中，控制該開關(動作620)可依據偵測出的輸出電感器電壓(動作605)或暫態電壓(動作610)。例如說，因應於一偵測出的輸出電感器電壓(動作605)或暫態電壓(動作610)，方法600可控制箝位電路開關將箝位電容器連接至回復電感器(動作620)。在此例中，來自箝位電容器的能量可移轉至回復電感器。
在一實施例中，控制該開關來將箝位電容器連接至回復電感器(動作620)是在該辨識(動作615)出之時段結束之後發生的。例如說，該暫態電壓可以被決定在其產生或偵測到的時段內對箝位電容器加以充電。在此時段結束之後，箝位電容器至少會被部份地充電，而方法600則控制該開關(動作620)來將箝位電容器連接至回復電感器。
在一實施例中，控制該開關來將箝位電容器連接至回復電感器(動作620)可將與暫態電壓相關之能量的至少一部份移轉至箝位電容器。箝位電容器的電壓可小於或等於該暫態電壓，且輸出電感器電壓可小於或等於該暫態電壓的峰值。
在某些實施例中，控制該開關來將箝位電容器連接至回復電感器(動作620)包含在箝位電容器電壓實質上等於(例如說在10%以內)與該暫態電壓相關之臨限電壓時，將箝位電容器電連接至回復電感器。
方法600亦可包含至少一將能量移轉至回復電感器的動作(動作625)。在一實施例中，控制該開關來連接箝位電容器及回復電感器(動作620)會使得能量自箝位電容器移轉至回復電感器(動作625)，並可在一預定的時段結束之後發生。將能量自箝位電容器移轉至回復電感器(動作625)基本上包含在箝位電容器至少被部份充電時，形成箝位電容器與回復電感器之間的一電迴路。在此例中，箝位電容器可以放電，將能量移轉至回復電感器。除了箝位電容器及回復電感器以外，如此形成的電迴路可以具有一個或多個中介元件，例如一個或多個開關、控制器、或二極體。
在一實施例中，方法600包含控制該開關來將回復電感器連接至轉換器輸出端的動作(動作630)。控制該開關來將回復電感器連接至轉換器輸出端(動作630)可包含將回復電感器連接至轉換器的一輸出電容器或一負載。在一實施例中，控制該開關來將回復電感器連接至轉換器輸出端(動作630)是接續於控制該開關來將箝位電容器連接至回復電感器(動作620)之後或接續於將能量移轉至回復電感器(動作625)之後。例如說，控制動作(動作630)可於一預定時段後接續控制動作(動作620)之後。此時段可依據暫態電壓的偵測，或諸如轉換器元件被偵測出的狀態之類的其他因素，例如說箝位電容器電壓、箝位二極體導通、或輸出電感器電壓。
方法600亦可包含至少一將能量移轉至轉換器輸出端的動作(動作635)。移轉此能量(動作635)可接續於做為控制該開關將回復電感器連接至轉換器輸出端之動作(動作630)的一部份的開關變換狀態之後發生。例如說，能量可經由一個包含至少一個二極體的電迴路來自回復電感器移轉至轉換器的輸出電容器。
應注意到，在第1圖至第6圖中，所顯示出的物件是顯示為個別的元件。但是在本文所述的系統及方法的實際實施中，他們或許是諸如數位電腦之類其他電子裝置中不可分離的組件。因此，上文中所描述的動作至少有部份能以軟體來實施之，其可實施於一包含有程式儲存媒體的製造物內。該程式儲存媒體包含有實施成一個或多個載波的資料信號、電腦碟片(磁碟或光碟(例如說CD或DVD，或是二者))、非發揮性記憶體、磁帶、系統記憶體、電腦硬碟機。
由前面所述，可以理解到，本文中所描述的系統及方法所提供的觀點及實施例可提供一種有效的方法來控制構成一不斷電電源供應器之一部份的轉換器。根據不同實施例的系統及方法可以捕捉到與暫態電壓相關的能量，並將此能量供給至轉換器的輸出端。這可增加效率、節省能量、防止轉換器組件及電阻器因能量消散(例如說熱損耗)而致的劣化、以及降低成本。
任何對於前與後、左與右、頂與底、或上與下、以及類似者的使用均係供描述的方便而已，並非用以將本系統及方法或其等的組件限制於任一方位及空間方向上。
任何對於在本文中以單數形式表現的本系統及方法之實施例或動作的參照均亦涵蓋複數個的這些元件，且對於本文中以複數表現之實施例或元件或動作的任何參照亦涵蓋僅包含單一元件的實施例。單數或複數形式的表現並不欲用以限制本文所揭露之系統或方法、他們的組件、動作、或元件為單數或複數架構。
本文中所描述的任何實施例均可與其他的實施例合併，而對於“一實施例”、“某些實施例”、“另一實施例”、“各種實施例”、“一個實施例”或類似者的引用並不必要是互相排除的，且係欲用以表示與該實施例相關特定特點、結構、或特徵可包含於至少一實施例內。本文中所用的這些詞彙並不一定是全部都引用於同一實施例。任何實施例均可以任何與本文所揭示之觀點及實施例相配合的方式結合於任何其他的實施例。
對於“或”的引用可解讀為包含，因此任何以“或”來加以描述的物品可代表所描述之物品中的一個、多於一個、及全部。
在圖式、詳細說明、或任何申請專利範圍內的技術點特徵後若附有參考符號，則該等參考符號係單純用於增加圖式、詳細說明、及申請專利範圍的可讀性。因此，該等參考符號是否存在或不存在並不不對於任何申請專利範圍元件有任何的限制作用。
熟知此技藝之人士當可瞭解到，在不脫離其精神及基本特性的前提下，本文中所描述的系統及方法可以其他特定的形式來加以實施例。例如說，前文顯示或描述成直接耦接的組件亦可透過其他的組件間接地耦接。另外，控制器125及控制器275可以是相同或不同的控制器，而換流器115及轉換器100可以是個別的電路或同一電路的部件。另外，在轉換器組件之間移轉的能量可以是電功率、或電壓或電流移轉的形式。
因此前述的實施例在各觀點上均是做為例示性而非對於所述之系統及方法的限制。因此，本文中所述之系統及方法的範圍是由下附申請專利範圍來加以表示，而不是由前面的說明來加以表示，而所有屬於申請專利範圍等效之意義及範圍的變化均因之是意欲涵蓋於其內的。
100．．．轉換器
105．．．不斷電電源供應器
110．．．輸入端
115．．．換流器
120．．．電池
125．．．控制器
130．．．輸出端
135．．．轉換繼電器
140．．．電磁干擾/突波過濾器
145．．．電池充電器
150．．．自動電壓調整變壓器
155．．．AVR繼電器
205．．．變壓器
210．．．漏電感器
215．．．電容器
220．．．緩衝器電路
225．．．電阻器
230．．．電容器
235．．．整流器二極體
235a．．．第一整流器二極體
235b．．．第三整流器二極體
235c．．．第二整流器二極體
235d．．．第四整流器二極體
240．．．輸出電感器
245．．．輸出電容器
250．．．箝位電路
255．．．箝位二極體
260．．．箝位電容器
265．．．回復電感器
270．．．回復二極體
275．．．控制器
280．．．開關
285．．．負載
600．．．方法
605．．．動作
610．．．動作
615．．．動作
620．．．動作
625．．．動作
630．．．動作
635．．．動作
第1圖是一功能方塊圖，顯示出根據一實施例之用以構成不斷電電源供應器之一部份的轉換器。
第2圖是一示意圖，顯示出根據一實施例的轉換器。
第3圖是一示意圖，顯示出根據一實施例當一箝位二極體導通電流時的轉換器。
第4圖是一示意圖，顯示出根據一實施例當充電過的箝位電容器將能量移轉至回復電感器時的轉換器。
第5圖是一示意圖，顯示出根據一實施例當回復電感器將能量移轉至轉換器輸出端時的轉換器。
第6圖是一流程圖，顯示出根據一實施例操作一轉換器的方法。
100．．．轉換器
205．．．變壓器
210．．．漏電感器
215．．．電容器
220．．．緩衝器電路
225．．．電阻器
230．．．電容器
235a．．．第一整流器二極體
235b．．．第三整流器二極體
235c．．．第二整流器二極體
235d．．．第四整流器二極體
240．．．輸出電感器
245．．．輸出電容器
250．．．箝位電路
255．．．箝位二極體
260．．．箝位電容器
265．．．回復電感器
270．．．回復二極體
275．．．控制器
280．．．開關
285．．．負載

Claims (11)

  1. 一種電壓轉換器，包含：一整流器電路；一輸出電感器及一輸出電容器，耦接至該整流器電路；一箝位電路，具有：一箝位二極體及一箝位電容器，耦接成一串聯組合，該串聯組合係並聯耦接至該輸出電感器；一回復電感器，耦接至該輸出電容器；以及一開關，組構成可選擇性地將該回復電感器並聯耦接至該箝位電容器及加以解耦；其中該回復電感器組構成經由旁路該開關之電流路徑放電至該輸出電容器。
  2. 如申請專利範圍第1項的轉換器，其中該整流器電路包含：一全波整流器電路，具有一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體、以及一第四二極體；以及一緩衝器電路，具有一電阻器及一電容器，該緩衝器電路的一第一端係耦接至該第一二極體的一陽極及該第二二極體的一陰極，該緩衝器電路的一第二端係耦接至該第三二極體的一陽極及該第四二極體的一陰極。
  3. 如申請專利範圍第2項的轉換器，其中該箝位二極體係組構成可在該輸出電感器的電壓實質上等於一預定電壓時導通一電流。
  4. 如申請專利範圍第2項的轉換器，其中該箝位二極體係組構成可在該第一二極體、該第二二極體、該第三二極體、以及該第四二極體之中至少一者的電壓實質上等於與一暫態電壓相關之一預定臨限電壓時導通一電流。
  5. 如申請專利範圍第1項的轉換器，其中該轉換器係組構成使該輸出電感器的電壓小於一暫態電壓的峰值。
  6. 如申請專利範圍第4項的轉換器，包含：一控制器，組構成可在該箝位電容器的電壓是依據該暫態電壓時，將該開關的狀態自一斷開位置改變成一閉合位置。
  7. 如申請專利範圍第6項的轉換器，其中該控制器係組構成可在該回復電感器的電壓是依據該暫態電壓時，將該開關的狀態自一閉合位置改變成一斷開位置。
  8. 如申請專利範圍第1項的轉換器，其中該箝位電路另外包含一回復二極體，該回復二極體的一陰極係耦接至該回復電感器及該開關，該回復二極體的一陽極係耦接至該輸出電容器。
  9. 如申請專利範圍第8項的轉換器，其中該回復二極體係組構成可在該回復電感器的電壓是依據該暫態電壓且該開關是位於一斷開位置時導通一電流。
  10. 如申請專利範圍第8項的轉換器，其中該回復電感器及該回復二極體係組構成可在該開關位在一斷開位置時，在該轉換器的操作中將能量移轉至該輸出電容器。
  11. 一種不斷電電源供應器，包含： 一交流電力輸入端；一電池；一輸出端，組構成可將來自該交流電力輸入端及該電池之中至少一者的電力供給至一不斷電電源供應器輸出端；一直流/直流轉換器，耦接至該電池，其中該直流/直流轉換器包含：一整流器電路；一輸出電感器及一輸出電容器，耦接至該整流器電路；以及一箝位電路，具有：一箝位二極體及一箝位電容器，耦接成一串聯組合，該串聯組合係並聯耦接至該輸出電感器；一回復電感器，耦接至該輸出電容器；以及一開關，組構成可選擇性地將該回復電感器並聯耦接至該箝位電容器及加以解耦；其中該回復電感器組構成經由旁路該開關之電流路徑放電至該輸出電容器。
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