TWI569566B - 高電壓增益電源轉換裝置 - Google Patents

高電壓增益電源轉換裝置 Download PDF

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TWI569566B
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林家慶
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Description

高電壓增益電源轉換裝置
本發明係有關於一種高電壓增益電源轉換裝置，特別是指一種利用一輸入單元輸入一低電壓之直流電至一具高電壓增益之直流-直流轉換電路進行轉換，以得一高電壓之直流電，且得一電壓增益為(1+D)2/(1-D)，D為責任週期，之高電壓增益電源轉換裝置。
升壓轉換器(Boost Converter)係廣泛應用於各種電器。而目前為了響應環保皆會利用綠色能源，如太陽能、風力能、地熱能、水力能、潮汐能、海洋能及生質能等，而綠色能源所產生的電力之電壓係為低電壓，因此，在使用上，需將綠色能源所產生的電力，經直流-直流轉換器進行升壓，方可進入換流器轉換成正弦電壓併入市電。
參閱第十四圖所示，係為一種傳統升壓型電源轉換裝置(A)，包含有一輸入端(A1)、一電感器(A2)、一切換開關(A3)、一輸出二極體(A4)、一輸出電容(A5)及一負載(A6)。其中，該輸入端(A1)之一端係電性連接該電感器(A2)之一端。該輸入端(A1)之另一端係電性連接該切換開關(A3)之一端。該切換開關(A3)之另一端係電性連接該電感器(A2)之另一端與該輸出二極體(A4)之陽極端。而該輸出二極體(A4)之陰極端係電性連接該輸出電容(A5)之一端與該負載(A6)之一端。該輸出電容(A5)之另一端與該負載(A6)之另一端係電性連接該輸入端(A1)之另一端。其電壓增益比為：1/(1-D)，D為責任週期，且D介於0至1之間。
然而，為盡量提高電壓增益，該傳統升壓型電源轉換裝置需操作於較高的責任週期，但在較高的責任週期操作下，受到功率元件及電感器的串聯等效電阻等寄生(parasitic)元件的影響，造成能量損失增加，反而限制了電壓增益。因此，進一步有一改善傳統升壓型電源轉換裝置(A)之切換電感式升壓型電源轉換裝置(B)，如第十五圖所示，該切換電感式升壓型電源轉換裝置(B)包含有一輸入端(B1)、一第一二極體(B2)、一第二二極體(B3)、一第三二極體(B4)、一切換開關(B5)、一第一電感器(B6)、一第二電感器(B7)、一輸出二極體(B8)、一輸出電容(B9)及一負載(B0)。其中，該輸入端(B1)之一端係電性連接該第一電感器(B6)之一端與該第三二極體(B4)之陽極端。該第一電感器(B6)之另一端係電性連接該第二二極體(B3)之陽極端與該第一二極體(B2)之陽極端。該第二二極體(B3)之陰極端係電性連接該第三二極體(B4)之陰極端與該第二電感器(B7)之一端。該第二電感器(B7)之另一端係電性連接該第一二極體(B2)之陰極端、該切換開關(B5)之一端及該輸出二極體(B8)之陽極端。該輸出二極體(B8)之陰極端係電性連接該輸出電容(B9)之一端與該負載(B0)之一端。該輸出電容(B9)之另一端、該負載(B0)之另一端與該切換開關(B5)之另一端係電性連接該輸入端(B1)之另一端。其電壓增益比為：(1+D)/(1-D)，D為責任週期，且D介於0至1之間，然而，其電壓增益比仍有再提高的空間。
再者，有一高升壓比電源轉換裝置之專利前案，如中華民國發明專利公告第I429176號「高升壓比直流轉換器」，係其第一、二開關受一控制晶片之控制，而依序呈現第一、二開關皆導通、第一開關導通、第二開關截止、第一、二開關皆導通、第一開關截止、第二開關導通，使一第一、二電感器與一第一、二箝位電容器對一第一、二輸出電容器釋能，令該第一、二輸出電容器儲能後對一負載釋能。如此，直流電源輸出至負載之電源電壓，因第一、二 輸出電容器之釋能而升壓，升壓比為4/(1-D)。然而，該前案係使用二個切換開關，需考慮其切換損失(Switching Loss)對於轉換效率的影響。
綜合上述，習知係具有下列缺失：
1.習知如第十四圖之傳統升壓型電源轉換器，其電壓增益比為1/(1-D)，需操作於較高的責任週期，受電路之寄生元件的能量損失，會限制其電壓增益。
2.習知如第十五圖之切換電感式升壓型電源轉換器，其電壓增益比為(1+D)/(1-D)。但，其電壓增益比仍有再提高的空間。
3.專利前案「高升壓比直流轉換器」之電壓增益比為4/(1-D)，但該專利前案使用兩個切換開關，需考慮切換損失對於轉換效率的影響。
爰此，為改善上述缺失，本發明人致力於研究，提出本發明之一種高電壓增益電源轉換裝置，包括：一輸入單元，係輸入一直流電；一具高電壓增益之直流-直流轉換電路，該具高電壓增益之直流-直流轉換電路之一側係電性連接前述輸入單元，其中，該具高升壓比之直流-直流轉換電路包括一第一電感、一第二電感、一第三電感、一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體、一第四二極體、一第一電容、一第二電容以及一切換開關；其中，該第一電感及該第二電感之電感值係相同，該第一二極體之陽極端係電性連接該輸入單元之一端與該第二電感之一端，該第一二極體之陰極端係電性連接該第一電感之一端與該第二二極體之陰極端，該第二二極體之陽極端係電性連接該第二電感之另一端與該第三二極體之陽極端，該第三二極體之陰極端係電性連接該第一電感之另一端、該第二電容之一端、該第四二極體之陽極端與該切換開關之一端，該第二電容之另一端係電性連接該第三電感之一端，該第三電感之另一端係電性連接該第 四二極體之陰極端與該第一電容之一端，該第一電容之另一端係電性連接該切換開關之另一端與該輸入單元之另一端；以及一輸出單元，該輸出單元係電性連接前述具高電壓增益之直流-直流轉換電路之另一側，該輸出單元包括一輸出二極體、一輸出電容以及一負載，其中，該輸出二極體之陽極端係電性連接前述第二電容之另一端，該輸出二極體之陰極端係電性連接該輸出電容之一端與該負載之一端，該輸出電容之另一端與該負載之另一端係電性連接前述切換開關之另一端與前述輸入單元之另一端。藉由該輸入單元輸入該直流電至該具高電壓增益之直流-直流轉換電路，當該切換開關導通時，該輸入單元藉該直流電儲存能量於該第一電感及該第二電感，該第一電容並釋放能量至該第三電感及該第二電容儲存，且該輸出電容釋放能量至該負載，當該切換開關截止時，該輸入單元、該第一電感、該第二電感、該第二電容、該第一電容及該第三電感係釋放能量至該輸出電容及該負載，其中，該輸出單元與該輸入單元的電壓增益比為(1+D)2/(1-D)，其中，D為責任週期，且D介於0至1之間。
進一步，係利用一脈波寬度調變技術控制該切換開關之導通與截止。
進一步，該輸入單元輸入之直流電為一太陽能電池或一燃料電池其中之一。
進一步，該切換開關係為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
綜合上述技術特徵，能達成的功效有：
1.藉由一高電壓增益電源轉換裝置之一輸入單元輸入一低直流電至一具高電壓增益之直流-直流轉換電路，而由該高電壓增益電源轉換裝置之一輸出單元得一高直流電。其中，當該具高電壓增益之直流-直流轉換電路之一切換開關導通時，該輸入單元藉該直流電儲存能量於該第一電感及該第二電感，該第一電容並釋放能量至該第三電感及該第二電容儲存，且該輸出電容釋 放能量至該負載；當該切換開關截止時，該輸入單元、該第一電感、該第二電感、該第二電容、該第一電容及該第三電感係釋放能量至該輸出電容及該負載。而該輸出單元的電壓與該輸入單元的電壓之比值為(1+D)2/(1-D)，其中，D為責任週期，D介於0至1之間，相較於傳統升壓型電源轉換裝置及切換電感式升壓型電源轉換裝置，本發明具有更高的電壓增益比。
2.本發明之高電壓增益電源轉換裝置僅使用一個切換開關，可減少切換開關帶來的切換損失。
3.本發明供一低電壓直流電輸入至該具高電壓增益之直流-直流轉換電路轉換而得一高電壓直流電，具高電壓增益比之功效，適用對綠色能源之電力進行升壓。
(1)‧‧‧高電壓增益電源轉換裝置
(11)‧‧‧輸入單元
(12)‧‧‧具高電壓增益之直流-直流轉換電路
(121)‧‧‧第一電感
(122)‧‧‧第二電感
(123)‧‧‧第三電感
(124)‧‧‧第一二極體
(125)‧‧‧第二二極體
(126)‧‧‧第三二極體
(127)‧‧‧第四二極體
(128)‧‧‧第一電容
(129)‧‧‧第二電容
(120)‧‧‧切換開關
(13)‧‧‧輸出單元
(131)‧‧‧輸出二極體
(132)‧‧‧輸出電容
(133)‧‧‧負載
(A)‧‧‧傳統升壓型電源轉換裝置
(A1)‧‧‧輸入端
(A2)‧‧‧電感器
(A3)‧‧‧切換開關
(A4)‧‧‧輸出二極體
(A5)‧‧‧輸出電容
(A6)‧‧‧負載
(B)‧‧‧切換電感式升壓型電源轉換裝置
(B1)‧‧‧輸入端
(B2)‧‧‧第一二極體
(B3)‧‧‧第二二極體
(B4)‧‧‧第三二極體
(B5)‧‧‧切換開關
(B6)‧‧‧第一電感器
(B7)‧‧‧第二電感器
(B8)‧‧‧輸出二極體
(B9)‧‧‧輸出電容
(B0)‧‧‧負載
[第一圖]係為本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置之電路圖。
[第二圖]係為本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置於單一切換週期之波形圖。
[第三圖]係為本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置操作於模式1之電流路徑圖。
[第四圖]係為本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置操作於模式2之電流路徑圖。
[第五圖]係為本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置操作於模式3之電流路徑圖。
[第六圖]係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，輸入單元之輸入電壓Vin、第一電容之電 壓Vc1、第二電容之電壓Vc2及輸出單元之輸出電壓Vo之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：Vin/Vc1/Vc2/Vo：50V/div，時間：10ms/div。
[第七圖]係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，跨於第一電感之電壓VL1、第二電感之電壓VL2及第三電感之電壓VL3之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：VL1/VL2/VL3：50V/div，時間：10μ s/div。
[第八圖]係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，跨於第一二極體之電壓VD1、第二二極體之電壓VD2及第三二極體之電壓VD3之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：VD1/VD2/VD3：50V/div，時間：10μ s/div。
[第九圖]係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，跨於切換開關之電壓VS1、第四二極體之電壓VD4及輸出二極體之電壓VDo之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：VS1/VD4/VDo：100V/div，時間：10μ s/div。
[第十圖]係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，流經第一電感之電流iL1、第二電感之電流iL2及第三電感之電流iL3之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：iL1/iL2/iL3：5A/div，時間：10μ s/div。
[第十一圖]係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，流經第一二極體之電流iD1、第二二極體之電流iD2及第三二極體之電流iD3之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：iD1/iD2/iD3：5A/div，時間：10μ s/div。
[第十二圖]係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，流經切換開關之電流iS1、第四二極體 之電流iD4及輸出二極體之電流iDo之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：iS1/iD4/iDo：5A/div，時間：10μ s/div。
[第十三圖]係為本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置之電壓增益曲線圖。
[第十四圖]係為習知傳統升壓型電源轉換裝置之電路圖。
[第十五圖]係為切換電感式升壓型電源轉換器之電路圖。
綜合上述技術特徵，本發明之高電壓增益電源轉換裝置的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
參閱第一圖所示，係本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置(1)之電路圖，該高電壓增益電源轉換裝置(1)包括一輸入單元(11)、一具高電壓增益之直流-直流轉換電路(12)以及一輸出單元(13)，其中： 該輸入單元(11)係用以輸入一直流電，而在本實施例中，該輸入單元(11)所輸入之直流電係為一太陽能電池、一燃料電池及其他綠色能源之任一所提供，皆為低電壓之直流電。
而該具高電壓增益之直流-直流轉換電路(12)之一側係電性連接前述輸入單元(11)，該具高電壓增益之直流-直流轉換電路(12)包括一第一電感(121)、一第二電感(122)、一第三電感(123)、一第一二極體(124)、一第二二極體(125)、一第三二極體(126)、一第四二極體(127)、一第一電容(128)、一第二電容(129)以及一切換開關(120)，其中，該第一電感(121)及該第二電感(122)之電感值係相同，該第一二極體(124)之陽極端係電性連接該輸入單元(11)之一端[正電端]與該第二電感(122)之一端，該第一二極體(124)之陰極端係電性連接該第一電感(121)之一端與該第二二極體(125)之陰極端，該第二二極體(125)之陽極端係電性連接該第二電感(122)之另一端與該第三二極體(126)之陽極端，該第 三二極體(126)之陰極端係電性連接該第一電感(121)之另一端、該第二電容(129)之一端、該第四二極體(127)之陽極端與該切換開關(120)之一端，該第二電容(129)之另一端係電性連接該第三電感(123)之一端，該第三電感(123)之另一端係電性連接該第四二極體(127)之陰極端與該第一電容(128)之一端，該第一電容(128)之另一端係電性連接該切換開關(120)之另一端與該輸入單元(11)之另一端[負電端]。在本實施例中，該切換開關(120)係為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
而該輸出單元(13)係電性連接前述具高電壓增益之直流-直流轉換電路(12)之另一側，該輸出單元(13)包括一輸出二極體(131)、一輸出電容(132)以及一負載(133)，其中，該輸出二極體(131)之陽極端係電性連接前述第二電容(129)之另一端，該輸出二極體(131)之陰極端係電性連接該輸出電容(132)之一端與該負載(133)之一端，該輸出電容(132)之另一端與該負載(133)之另一端係電性連接前述第一電容(128)之另一端[負電端]。
參閱第二圖所示，係本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置於單一切換週期之波形圖，其中，係採用一脈波寬度調變技術，控制該切換開關(120)[該切換開關(120)如第一圖所示]之導通與截止，並於操作過程中，分為三個操作模式：模式1、模式2以及模式3。
模式1：參閱第二圖及第三圖所示，操作區間為[t0,t1]，在t=t0時，該切換開關(120)導通，其電流路徑如第三圖之箭頭指向所示，在此區間內，該輸入單元(11)以該直流電經由該切換開關(120)、該第一二極體(124)以及該第三二極體(126)將能量傳送至該第一電感(121)以及該第二電感(122)儲存，且該第一電容(128)經由該切換開關(120)之導通釋放能量至該第三電感(123)以及該第二電容(129)儲存，且該輸出電容(132)釋放能量至該負載(133)，此時，該第一電感(121)以及該第二電感(122)係作並聯儲存能量，且第三電感(123)亦作儲存 能量，因此，該第一電感(121)、該第二電感(122)及該第三電感(123)上之電流係呈線性增加(所述之線性增加請參閱如第二圖之[t0,t1]區間所示)，並且，在模式1下，該第二二極體(125)、該第四二極體(127)以及該輸出二極體(131)承受的電壓應力係分為Vin、Vc1以及Vo-Vc2，其值均小於輸出電壓Vo。而該模式1在t=t1時結束，此時該切換開關(120)截止。
模式2：參閱第二圖及第四圖所示，操作區間為[t1,t2]，在t=t1時，該切換開關(120)截止，此時Vc1>Vo-Vc2，其電流路徑如第四圖之箭頭指向所示，在此區間內，該輸入單元(11)、該第一電感(121)、該第二電感(122)以及該第二電容(129)作串聯釋放能量，將能量經由該第二二極體(125)以及該輸出二極體(131)傳送至該輸出電容(132)以及該負載(133)，同時，該第一電容(128)以及該第三電感(123)亦作串聯釋放能量，將能量經由該輸出二極體(131)傳送至該輸出電容(132)以及該負載(133)。而該模式2在t=t2時結束，此時Vc1=Vo-Vc2。
模式3：參閱第二圖及第五圖所示，操作區間為[t2,t3]，在t=t2時，該切換開關(120)持續截止，且Vc1=Vo-Vc2，其電流路徑如第五圖之箭頭指向所示，在此區間內，該輸入單元(11)、該第一電感(121)、該第二電感(122)以及該第二電容(129)作串聯釋放能量，並將能量經由該第二二極體(125)以及該輸出二極體(131)傳送至該輸出電容(132)以及該負載(133)，同時，該輸入單元(11)、該第一電感(121)、該第二電感(122)以及該第三電感(123)亦作串聯釋放能量，且將能量經由該第二二極體(125)、該第四二極體(127)以及該輸出二極體(131)傳送至該輸出電容(132)以及該負載(133)，並且，該輸入單元(11)、該第一電感(121)以及該第二電感(122)串聯，經由該第二二極體(125)以及該第四二極體(127)，將能量釋放至該第一電容(128)儲存，而在模式3下，該切換開關(120)、該第一二極體(124)以及該第三二極體(126)承受的電壓應力係分別為Vc1、(Vc1- Vin)/2以及(Vc1-Vin)/2，其值均小於輸出電壓Vo。而模式3在t=t3時結束，此時該切換開關(120)導通，換下一切換週期開始。
其中，於上述操作過程中，當該切換開關(120)導通時，跨於該第一電感(121)、該第二電感(122)以及該第三電感(123)之電壓(即vL1、vL2以及vL3)分別為v L1=v L2=V in ，以及v L3=V c1-V c2；而當該切換開關(120)截止時，跨於該第一電感(121)、該第二電感(122)以及該第三電感(123)之電壓(即vL1、vL2以及vL3) 分別為，以及v L3=-V c2。利用伏秒平衡原理於該第一 電感(121)以及該第三電感(123)，可得下列式子：， ，，亦即，本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置(1)之電壓增益M=(1+D)2/(1-D)，其中，D為責任週期，D介於0至1之間，具有高電壓增益比之功效。
配合參閱第六圖所示，係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，該輸入單元(11)之輸入電壓Vin、該第一電容(128)之電壓Vc1、第二電容(129)之電壓Vc2以及該輸出單元(13)之輸出電壓Vo之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：Vin/Vc1/Vc2/Vo：50V/div，時間：10ms/div，且責任週期D約為0.66，由第六圖可看出，本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置(1)具有高電壓增益之功效，且其中，該第一電容(128)之電壓Vc1約為120V、該第二電容(129)之電壓Vc2約為80V，與前述式子相符合。
配合參閱第七圖所示，係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，跨於該第一電感(121)、該第二電感(122)及該第三電感(123)之電壓(即vL1、vL2及vL3)之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：vL1/vL2/vL3：50V/div，時間：10μ s/div，且責任週期D約為0.66，其中，於該切換開關(120)導通時，vL1=vL2=Vin=25V，vL3=Vc1-Vc2 =40V；於切換開關(120)截止時，vL1=vL2=(Vin-Vc1)/2=-47.5V，vL3=-Vc2=-80V。
配合參閱第八圖所示，係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，跨於該第一二極體(124)、該第二二極體(125)以及該第三二極體(126)之電壓(即vD1、vD2以及vD3)之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：vD1/vD2/vD3：50V/div，時間：10μ s/div，且責任週期D約為0.66，由第八圖可看出，電壓應力vD1=vD3=(Vc1-Vin)/2=47.5V，以及vD2=Vin=25V。
配合參閱第九圖所示，係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，跨於該切換開關(10)、該第四二極體(127)以及該輸出二極體(131)之電壓(即vS1、vD4以及vDo)之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：vS1/vD4/vDo：100V/div，時間：10μ s/div，且責任週期D約為0.66，由第九圖可看出，電壓應力vS1=vD4=Vc1=120V，以及vDo=Vo-Vc2=120V。
配合參閱第十圖所示，係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，流經該第一電感(121)、該第二電感(122)以及該第三電感(123)之電流(即iL1、iL2以及iL3)之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：iL1/iL2/iL3：5A/div，時間：10μ s/div，且責任週期D約為0.66，由第十圖可看出係操作於連續導通模式。
配合參閱第十一圖以及第十二圖所示，第十一圖係為本發明實施例操作在輸入電壓Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，流經該第一二極體(124)、第二二極體(125)及第三二極體(126)之電流(即iD1、iD2以及iD3)之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：iD1/iD2/iD3：5A/div，時間：10μ s/div，且責任週期D約為0.66。第十二圖係為本發明實施例操作在輸入電壓 Vin為25V、輸出電壓Vo為200V、滿載輸出功率為200W時，流經該切換開關(120)、該第四二極體(127)及該輸出二極體(131)之電流(即iS1、iD4及iDo)之模擬波形圖，其波形圖之刻度數值為：iS1/iD4/iD0：5A/div，時間：10μ s/div，且責任週期D約為0.66。由第十一圖以及第十二圖可看出係與前述操作模式1、模式2及模式3之分析相符。
配合參閱第十三圖所示，係為本發明實施例之高電壓增益電源轉換裝置(1)之電壓增益曲線圖，可看出具有高電壓增益比。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及創作說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(1)‧‧‧高電壓增益電源轉換裝置
(11)‧‧‧輸入單元
(12)‧‧‧具高電壓增益之直流-直流轉換電路
(121)‧‧‧第一電感
(122)‧‧‧第二電感
(123)‧‧‧第三電感
(124)‧‧‧第一二極體
(125)‧‧‧第二二極體
(126)‧‧‧第三二極體
(127)‧‧‧第四二極體
(128)‧‧‧第一電容
(129)‧‧‧第二電容
(120)‧‧‧切換開關
(13)‧‧‧輸出單元
(131)‧‧‧輸出二極體
(132)‧‧‧輸出電容
(133)‧‧‧負載

Claims (4)

  1. 一種高電壓增益電源轉換裝置，包括：一輸入單元，係輸入一直流電；一具高電壓增益之直流-直流轉換電路，該具高電壓增益之直流-直流轉換電路之一側係電性連接前述輸入單元，其中，該具高升壓比之直流-直流轉換電路包括一第一電感、一第二電感、一第三電感、一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體、一第四二極體、一第一電容、一第二電容以及一切換開關；其中，該第一電感及該第二電感之電感值係相同，該第一二極體之陽極端係電性連接該輸入單元之一端與該第二電感之一端，該第一二極體之陰極端係電性連接該第一電感之一端與該第二二極體之陰極端，該第二二極體之陽極端係電性連接該第二電感之另一端與該第三二極體之陽極端，該第三二極體之陰極端係電性連接該第一電感之另一端、該第二電容之一端、該第四二極體之陽極端與該切換開關之一端，該第二電容之另一端係電性連接該第三電感之一端，該第三電感之另一端係電性連接該第四二極體之陰極端與該第一電容之一端，該第一電容之另一端係電性連接該切換開關之另一端與該輸入單元之另一端；以及一輸出單元，該輸出單元係電性連接前述具高電壓增益之直流-直流轉換電路之另一側，該輸出單元包括一輸出二極體、一輸出電容以及一負載，其中，該輸出二極體之陽極端係電性連接前述第二電容之另一端，該輸出二極體之陰極端係電性連接該輸出電容之一端與該負載之一端，該輸出電容之另一端與該負載之另一端係電性連接前述第一電容之另一端；藉由該輸入單元輸入該直流電至該具高電壓增益之直流-直流轉換電路，當該切換開關導通時，該輸入單元藉該直流電儲存能量於該第一電感及該第二電感，該第一電容並釋放能量至該第三電感及該第二電容儲存，且該輸出電容釋放能量至該負載，當該切換開關截止時，該輸入單元、該第一電感、該第二電感、 該第二電容、該第一電容及該第三電感係釋放能量至該輸出電容及該負載，其中，該輸出單元與該輸入單元的電壓增益比為(1+D)2/(1-D)，其中，D為責任週期，且D介於0至1之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高電壓增益電源轉換裝置，其中，係利用一脈波寬度調變技術控制該切換開關之導通與截止。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高電壓增益電源轉換裝置，其中，該輸入單元輸入之直流電為一太陽能電池或一燃料電池其中之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高電壓增益電源轉換裝置，其中，該切換開關係為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114629349A (zh) * 2021-09-02 2022-06-14 浙江大有实业有限公司杭州科技发展分公司 基于开关电感的改进型高频高升压比sepic变换器
TWI800388B (zh) * 2022-05-27 2023-04-21 遠東科技大學 具升壓功能之電源轉換器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109951072A (zh) * 2019-03-26 2019-06-28 哈尔滨工业大学 基于Sepic电路的新型软开关高升压比变换器及其工作方法
TWI696349B (zh) * 2019-05-31 2020-06-11 遠東科技大學 高倍升壓電源轉換裝置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI262646B (en) * 2005-07-13 2006-09-21 Wai Zheng Zhong High-efficiency bidirectional converter for power sources with great voltage diversity
TWI414139B (zh) * 2010-01-06 2013-11-01 Univ Nat Taiwan Science Tech 高電壓增益電源轉換器
TWI451678B (zh) * 2011-08-12 2014-09-01 Lite On Electronics Guangzhou 升壓轉換裝置及升壓轉換電路
CN104779790A (zh) * 2015-03-12 2015-07-15 华南理工大学 一种开关电感型准z源dc-dc变换器电路
CN105119487A (zh) * 2015-09-23 2015-12-02 青岛理工大学 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI262646B (en) * 2005-07-13 2006-09-21 Wai Zheng Zhong High-efficiency bidirectional converter for power sources with great voltage diversity
TWI414139B (zh) * 2010-01-06 2013-11-01 Univ Nat Taiwan Science Tech 高電壓增益電源轉換器
TWI451678B (zh) * 2011-08-12 2014-09-01 Lite On Electronics Guangzhou 升壓轉換裝置及升壓轉換電路
CN104779790A (zh) * 2015-03-12 2015-07-15 华南理工大学 一种开关电感型准z源dc-dc变换器电路
CN105119487A (zh) * 2015-09-23 2015-12-02 青岛理工大学 一种带开关电感的耦合电感boost升压变换装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114629349A (zh) * 2021-09-02 2022-06-14 浙江大有实业有限公司杭州科技发展分公司 基于开关电感的改进型高频高升压比sepic变换器
CN114629349B (zh) * 2021-09-02 2023-08-18 浙江大有实业有限公司杭州科技发展分公司 基于开关电感的改进型高频高升压比sepic变换器
TWI800388B (zh) * 2022-05-27 2023-04-21 遠東科技大學 具升壓功能之電源轉換器

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