TWI575861B - 單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法 - Google Patents

單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI575861B
TWI575861B TW105101270A TW105101270A TWI575861B TW I575861 B TWI575861 B TW I575861B TW 105101270 A TW105101270 A TW 105101270A TW 105101270 A TW105101270 A TW 105101270A TW I575861 B TWI575861 B TW I575861B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
output
selection circuit
winding
full bridge
Prior art date
Application number
TW105101270A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201725844A (zh
Inventor
蔣文榮
黃國芳
陳文鍾
Original Assignee
盈正豫順電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 盈正豫順電子股份有限公司 filed Critical 盈正豫順電子股份有限公司
Priority to TW105101270A priority Critical patent/TWI575861B/zh
Priority to CN201610096227.XA priority patent/CN106981990B/zh
Priority to US15/202,622 priority patent/US9825547B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI575861B publication Critical patent/TWI575861B/zh
Publication of TW201725844A publication Critical patent/TW201725844A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33538—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type
    • H02M3/33546—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type with automatic control of the output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法
本發明係關於一種單向〔unidirectional〕隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法；特別是關於一種可減少體積之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法；更特別是關於一種可降低輸出電壓及電流漣波量之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法。
一般而言，習用之隔離式直流-直流電能轉換器已廣泛應用於各種技術領域。雖然傳統隔離式直流-直流電能轉換器具有控制簡單的優點，但其在特性上具有效率較低、高漣波量、高電磁干擾及所需要使用之濾波電路容量較大之缺點。相對的，雖然習用之多階直流-直流電能轉換器具有控制較為複雜的缺點，但其在特性上卻具有效率相對較高、電磁干擾相對較小及所需要使用之濾波電路容量較小的優點。
舉例而言，第1圖揭示習用多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖，其主要包含四個方塊。請參照第1圖所示，習用多階直流-直流電能轉換裝置1包含一雙半橋型逆變器11、一雙高頻變壓器12、一全橋整流器13及一輸出濾波電路14，其適當組成該多階直流-直流電能轉換裝置1。另外，該雙半橋型逆變器11需要採用四個功率開關及四個電容器。
請再參照第1圖所示，該雙半橋型逆變器11 由兩個半橋型逆變器串聯組成，而該雙高頻變壓器12包含兩個高頻變壓器分別連接至該雙半橋型逆變器11之兩個半橋型逆變器之交流端。在電能轉換操作上藉由控制該雙半橋型逆變器11之功率開關切換方式，使該雙高頻變壓器12之一次側〔primary side〕產生三種電壓。另外，該雙高頻變壓器12之二次側〔secondary side〕再經由該全橋整流器13進行適當整流後，可輸出兩種電壓階層。
然而，在實際應用上，由於該雙半橋型逆變器11包含兩個半橋型逆變器，因此導致其控制複雜，且其需要使用四個該電容器。另外，由於四個該電容器的電容值可能不相同，因此可能導致其電壓不一致，進一步導致其控制更複雜。另外，該雙高頻變壓器12包含兩個高頻變壓器，其必須使用兩個鐵心，因此造成其成本增加及體積龐大。
顯然，習用多階直流-直流電能轉換器在架構上仍需要改善其前述特性的技術缺點。因此，習用直流-直流電能轉換器必然存在進一步提供或發展隔離式多階直流-直流電能轉換器的需求。前述技術說明僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。
有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法，其包含一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一第一全橋式整流器、一第二全橋式整流器、一選擇電路及一濾波電路，其僅採用單一個該逆變器及單一個該具三繞組之高頻變壓器，並藉由控制該選擇電路可產生一低諧波電壓之脈波電壓輸出至該濾波電路，以降低該濾波電路之容量，以改善習用多階直流-直流電能轉換裝置之技術缺點。
本發明較佳實施例之主要目的係提供一種單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法，其包含一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一第一全橋式整流器、一第二全橋式整流器、一選擇電路及一濾波電路，其僅採用單一個該逆變器及單一個該具三繞組之高頻變壓器，並藉由控制該選擇電路可產生一低諧波電壓之脈波電壓輸出至該濾波電路，以降低該濾波電路之容量，以達成減少體積、降低製造成本及提升操作效率之目的。
為了達成上述目的，本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置包含：一逆變器，其用以連接至一輸入電壓源，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓，且該逆變器包含一交流輸出端；一具三繞組之高頻變壓器，其包含一次側及二次側，該高頻變壓器之一次側具有一第一繞組，並將該高頻變壓器之一次側之第一繞組連接於該逆變器之交流輸出端，而該高頻變壓器之二次側具有一第二繞組及一第三繞組；一第一全橋式整流器，其輸入連接於該高頻變壓器之二次側之第二繞組，而該第一全橋式整流器具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器而形成一第一輸出直流電壓；一第二全橋式整流器，其輸入連接於該高頻變壓器之二次側之第三繞組，而該第二全橋式整流器具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全橋式整流器之第二直流正輸出端連接至該第一全橋式整流器之第一直流負輸出 端；一選擇電路，其具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，而該第一輸入端連接於該第一全橋式整流器之第一直流正輸出端，且該第二輸入端連接於該第二全橋式整流器之第二直流正輸出端；及一濾波電路，其連接於該選擇電路之輸出端及第二全橋式整流器之第二直流負輸出端。
本發明較佳實施例之該逆變器選自一半橋式逆變器或一全橋式逆變器。
本發明較佳實施例利用操作該選擇電路，控制該選擇電路之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
本發明較佳實施例之該壓降電壓為一二極體之壓降電壓。
本發明較佳實施例之該選擇電路包含一電力電子開關及一二極體，而該電力電子開關連接於該選擇電路之第一輸入端與該選擇電路之輸出端之間。
本發明較佳實施例之該二極體之陽極連接至該選擇電路之第二輸入端，且該二極體之陰極連接至該選擇電路之輸出端。
本發明較佳實施例利用操作控制該選擇電路之電力電子開關，使該選擇電路之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
本發明較佳實施例之該濾波電路包含一電感器及一電容器。
為了達成上述目的，本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法包含：提供一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一第一全橋式整流器、一第二全橋式整流器、一選擇電路及一濾波電路，且該選擇電路具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端；將該逆變器連接至一輸入直流電壓源，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓；該具三繞組之高頻變壓器之一次側具有一第一繞組，將該具三繞組之高頻變壓器之一次側之第一繞組連接於該逆變器之一交流輸出端，且該高頻變壓器之二次側具有一第二繞組及一第三繞組；將該第一全橋式整流器之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器之二次側之第二繞組，而該第一全橋式整流器具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器而形成一第一輸出直流電壓；將該第二全橋式整流器之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器之二次側之第三繞組，且該第二全橋式整流器具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全橋式整流器之第二直流正輸出端連接至該第一全橋式整流器之第一直流負輸出端；將該選擇電路之第一輸入端連接於該第一全橋式整流器之第一直流正輸出端，且將該選擇電路之第二輸入端連接於該第二全橋式整流器之第二直流正輸出端；及將該濾波電路連接於該選擇電路之輸出端及 第二全橋式整流器之第二直流負輸出端；其中利用操作控制該選擇電路，使該選擇電路之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
本發明較佳實施例之該壓降電壓為一二極體之壓降電壓。
本發明較佳實施例之該逆變器選自一半橋式逆變器或一全橋式逆變器。
本發明較佳實施例之該選擇電路包含一電力電子開關及一二極體，而該電力電子開關連接於該選擇電路之第一輸入端與該選擇電路之輸出端之間。
本發明較佳實施例之該二極體之陽極連接至該選擇電路之第二輸入端，且該二極體之陰極連接至該選擇電路之輸出端。
本發明較佳實施例利用操作控制該選擇電路之電力電子開關，使該選擇電路之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
本發明較佳實施例之該濾波電路包含一電感器及一電容器。
1‧‧‧多階直流-直流電能轉換裝置
11‧‧‧雙半橋型逆變器
12‧‧‧雙高頻變壓器
13‧‧‧全橋整流器
14‧‧‧輸出濾波電路
2‧‧‧單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置
21‧‧‧逆變器
S 1 ‧‧‧上電力電子開關
S 2 ‧‧‧下電力電子開關
C 1 ‧‧‧電容
C 2 ‧‧‧電容
22‧‧‧具三繞組之高頻變壓器
220‧‧‧第一繞組
221‧‧‧第二繞組
222‧‧‧第三繞組
23‧‧‧第一全橋式整流器
24‧‧‧第二全橋式整流器
D 1 ‧‧‧二極體
D 2 ‧‧‧二極體
D 3 ‧‧‧二極體
D 4 ‧‧‧二極體
D 5 ‧‧‧二極體
D 6 ‧‧‧二極體
D 7 ‧‧‧二極體
D 8 ‧‧‧二極體
25‧‧‧選擇電路
251‧‧‧電力電子開關
252‧‧‧二極體
261‧‧‧第一電容器
262‧‧‧第二電容器
27‧‧‧濾波電路
271‧‧‧電感
272‧‧‧電容
28‧‧‧輸入直流電壓源
29‧‧‧輸出端
V out ‧‧‧直流電壓
第1圖：習用多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。
第2圖：本發明第一較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。
第3(A)及3(B)圖：本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置採用半橋式逆變器及全橋式逆變器之架構示意圖。
第4圖：本發明第二較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。
第5(A)至5(C)圖：本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之控制方法之波形示意圖。
為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。
本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置、其操作及控制方法適用於各種多階電能轉換裝置或其類似功能裝置，但其並非用以限定本發明之範圍。
第2圖揭示本發明第一較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。請參照第2圖所示，本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置2包含一逆變器21、一具三繞組之高頻變壓器22、一第一全橋式整流器23、一第二全橋式整流器24、一選擇電路25及一濾波電路27，且該選擇電路25具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端。
請再參照第2圖所示，舉例而言，該逆變器21選自一半橋式逆變器或一全橋式逆變器。第3(A)及3(B)圖揭示本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置採用半橋式逆變器及全橋式逆變器之架構示意圖。如第3(A)圖所示，該半橋式逆變器包含二電力電子開關及二電容。如第3(B)圖所示，該全橋式逆變器包含四電力電子開關及一電容。該逆變器21之輸入端並聯連接一輸入直流電壓源28。另外，該逆變器21包含一交流輸出端。
請再參照第2圖所示，舉例而言，該具三繞組之高頻變壓器22包含一次側及二次側，而該一次側具有一第一繞組220，且該二次側具有一第二繞組221及第三繞組222。將該具三繞組之高頻變壓器22之第一繞組220適當連接至該逆變器21之交流輸出端。另外，該濾波電路27包含一電感271及一電容272。
請再參照第2圖所示，舉例而言，該第一全橋式整流器23包含四個二極體D 1 、D 2 、D 3 、D 4 。將該第一全橋式整流器23之交流輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器22之第二繞組221，且該第一全橋式整流器23具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器261而形成一第一輸出直流電壓。
請再參照第2圖所示，舉例而言，該第二全橋式整流器24包含四個二極體D 5 、D 6 、D 7 、D 8 。將該第二全橋式整流器24之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器22之第三繞組222，而該第二全橋式整流器24具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器262而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全橋式整流器24之第二直流正輸出端連接至該第一全橋式整流器23之第一直流負輸出端。
請再參照第2圖所示，舉例而言，該選擇電路25包含一電力電子開關251及一二極體252。將該電力電子開關251連接至該第一全橋式整流器23之第一直流正輸出端形成為該選擇電路25之第一輸入端，且該二極體252之陽極連接至該第二全橋式整流器24之第二直流正輸出端，並形成為該選擇電路25之第二輸入端，且該二極體252之陰極連接至該電力電子開關251之另一端形成為該 選擇電路25之輸出端。
請再參照第2圖所示，舉例而言，利用操作控制該選擇電路25之電力電子開關251，使該選擇電路25之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該二極體252之壓降電壓〔或其它壓降電壓〕之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路27於一輸出端29輸出一直流電壓V out 。
第3(A)圖揭示本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置採用半橋式逆變器之架構示意圖。相對的，第3(B)圖揭示本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置採用半橋式逆變器及全橋式逆變器之架構示意圖。
第4圖揭示本發明第二較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖，其對應於第2圖之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置。請參照第4圖所示，相對於第一實施例，本發明第二較佳實施例之該逆變器21包含一上電力電子開關S 1 、一下電力電子開關S 2 及二電容C 1 、C 2 。
第5(A)至5(C)圖揭示本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之控制方法之波形示意圖，其對應於第4圖之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置。請參照第4及5(A)圖所示，該逆變器21之上電力電子開關S 1 及下電力電子開關S 2 均採用固定責任週期為0.5之切換。因此，該逆變器21將輸出一固定寬度之高頻方波電壓，將該固定寬度之高頻方波電壓連接至該具三繞組之高頻變壓器22之第一繞組220，而在該具三繞組之高頻變壓器22之第二繞組221及第三繞組222感應出相同波形之高頻方波電壓，分別經該第一全橋式整流器23及該第 二全橋式整流器24產生該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓。假設輸入電壓為V in ，該具三繞組之高頻變壓器22之第一繞組220、第二繞組221及第三繞組222之匝數比為n1：n2：n3，則該第一輸出直流電壓為Vin*n2/n1，該第二輸出直流電壓為Vin*n3/n1，該第一輸出直流電壓可小於或等於該第二輸出直流電壓與該二極體252之壓降電壓之相減。該選擇電路25之該電力電子開關251之切換訊號揭示於第5(B)圖。舉例而言，該電力電子開關251之切換訊號之切換頻率選擇為該逆變器21之高頻方波電壓之頻率的兩倍或其它任意倍數，如第5(A)及5(B)圖所示。
請參照第4及5(A)至5(C)圖所示，由於在當該電力電子開關251導通時，該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓形成串聯供應電力，因此該選擇電路25輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和(Vin*n2/n1+Vin*n3/n1)。反之，當該電力電子開關251截止時，該第二輸出直流電壓將經由該二極體252供應電力，因此該選擇電路25輸出電壓為該第二直流流電壓(Vin*n3/n1)，因此該選擇電路25將輸出(Vin*n2/n1+Vin*n3/n1)及(Vin*n3/n1)兩種電壓階層之輸出電壓至該濾波電路27，如第5(C)圖所示。最後，該選擇電路25之輸出電壓經由該濾波電路27產生一直流電壓供給一負載〔未繪示〕，該選擇電路25輸出之兩種電壓階層中(Vin*n2/n1+Vin*n3/n1)必須高於該供給負載之直流電壓，而(Vin*n3/n1)必須低於〔即不高於〕該供給負載之直流電壓。
傳統隔離式直流-直流電能轉換裝置供給濾波電路之電壓為零與高於該供給負載之直流電壓兩個電壓階層，由於本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置中供給該濾波電路27之電壓相較於傳統隔離式直流-直流電能轉換裝置供給濾波電路之電壓具有較小 之電壓諧波，因此本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置可降低該濾波電路27之容量，以達成減少體積、降低製造成本及操升效率之目的。
前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。
2‧‧‧單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置
21‧‧‧逆變器
210‧‧‧多階輸出電壓
22‧‧‧具三繞組之高頻變壓器
220‧‧‧第一繞組
221‧‧‧第二繞組
222‧‧‧第三繞組
23‧‧‧第一全橋式整流器
24‧‧‧第二全橋式整流器
D 1 ‧‧‧二極體
D 2 ‧‧‧二極體
D 3 ‧‧‧二極體
D 4 ‧‧‧二極體
D 5 ‧‧‧二極體
D 6 ‧‧‧二極體
D 7 ‧‧‧二極體
D 8 ‧‧‧二極體
25‧‧‧選擇電路
251‧‧‧電力電子開關
252‧‧‧二極體
261‧‧‧第一電容器
262‧‧‧第二電容器
27‧‧‧濾波電路
271‧‧‧電感
272‧‧‧電容
28‧‧‧輸入直流電壓源
29‧‧‧輸出電壓
V out ‧‧‧直流電壓

Claims (15)

  1. 一種單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其包含：一逆變器，其用以連接至一輸入電壓源，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓，且該逆變器包含一交流輸出端；一具三繞組之高頻變壓器，其包含一次側及二次側，該高頻變壓器之一次側具有一第一繞組，並將該高頻變壓器之一次側之第一繞組連接於該逆變器之交流輸出端，而該高頻變壓器之二次側具有一第二繞組及一第三繞組；一第一全橋式整流器，其輸入連接於該高頻變壓器之二次側之第二繞組，而該第一全橋式整流器具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器而形成一第一輸出直流電壓；一第二全橋式整流器，其輸入連接於該高頻變壓器之二次側之第三繞組，而該第二全橋式整流器具有一第二直流王輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全橋式整流器之第二直流正輸出端連接至該第一全橋式整流器之第一直流負輸出端；一選擇電路，其具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，而該第一輸入端連接於該第一全橋式整流器之第一直流正輸出端，且該第二輸入端連接於該第二全橋式整流器之第二直流正輸出端；及一濾波電路，其連接於該選擇電路之輸出端及第二全橋式整流器之第二直流負輸出端。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該逆變器選自一半橋式逆變器或一全橋式逆變器。
  3. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中利用操作該選擇電路，控制該選擇 電路之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
  4. 依申請專利範圍第3項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該壓降電壓為一二極體之壓降電壓。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該選擇電路包含一電力電子開關及一二極體，而該電力電子開關連接於該選擇電路之第一輸入端與該選擇電路之輸出端之間。
  6. 依申請專利範圍第5項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該二極體之陽極連接至該選擇電路之第二輸入端，且該二極體之陰極連接至該選擇電路之輸出端。
  7. 依申請專利範圍第5項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中利用操作控制該選擇電路之電力電子開關，使該選擇電路之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
  8. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該濾波電路包含一電感器及一電容器。
  9. 一種單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其包含：提供一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一第一全橋式整流器、一第二全橋式整流器、一選擇電路及一濾波電路，且該選擇電路具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端；將該逆變器連接至一輸入直流電壓源，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓； 該具三繞組之高頻變壓器之一次側具有一第一繞組，將該具三繞組之高頻變壓器之一次側之第一繞組連接於該逆變器之一交流輸出端，且該高頻變壓器之二次側具有一第二繞組及一第三繞組；將該第一全橋式整流器之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器之二次側之第二繞組，而該第一全橋式整流器具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器而形成一第一輸出直流電壓；將該第二全橋式整流器之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器之二次側之第三繞組，且該第二全橋式整流器具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全橋式整流器之第二直流正輸出端連接至該第一全橋式整流器之第一直流負輸出端；將該選擇電路之第一輸入端連接於該第一全橋式整流器之第一直流正輸出端，且將該選擇電路之第二輸入端連接於該第二全橋式整流器之第二直流正輸出端；及將該濾波電路連接於該選擇電路之輸出端及第二全橋式整流器之第二直流負輸出端；其中利用操作控制該選擇電路，使該選擇電路之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
  10. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該壓降電壓為一二極體之壓降電壓。
  11. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該逆變器選自一半橋式逆變器或一 全橋式逆變器。
  12. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該選擇電路包含一電力電子開關及一二極體，而該電力電子開關連接於該選擇電路之第一輸入端與該選擇電路之輸出端之間。
  13. 依申請專利範圍第12項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該二極體之陽極連接至該選擇電路之第二輸入端，且該二極體之陰極連接至該選擇電路之輸出端。
  14. 依申請專利範圍第12項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中利用操作控制該選擇電路之電力電子開關，使該選擇電路之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
  15. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該濾波電路包含一電感器及一電容器。
TW105101270A 2016-01-15 2016-01-15 單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法 TWI575861B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105101270A TWI575861B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法
CN201610096227.XA CN106981990B (zh) 2016-01-15 2016-02-22 单向隔离式多阶直流-直流电能转换装置及其方法
US15/202,622 US9825547B2 (en) 2016-01-15 2016-07-06 Unidirectional isolated multi-level DC-DC converter and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105101270A TWI575861B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI575861B true TWI575861B (zh) 2017-03-21
TW201725844A TW201725844A (zh) 2017-07-16

Family

ID=58766389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105101270A TWI575861B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9825547B2 (zh)
CN (1) CN106981990B (zh)
TW (1) TWI575861B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI752360B (zh) * 2019-10-09 2022-01-11 盈正豫順電子股份有限公司 具寬電壓範圍之雙向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104753369B (zh) * 2015-03-18 2017-06-06 深圳市保益新能电气有限公司 一种高频隔离交直流变换电路及其控制方法
TW201947862A (zh) * 2018-05-17 2019-12-16 盈正豫順電子股份有限公司 簡化單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法
CN109104108B (zh) * 2018-09-19 2024-06-28 南京航空航天大学 一种带有有源箝位的软开关型单级式高频隔离整流器
CN110086349B (zh) * 2019-05-27 2024-02-13 佛山科学技术学院 一种全桥隔离dc-dc电路
EP3934084A1 (en) * 2020-06-30 2022-01-05 Delta Electronics, Inc. Dc-dc resonant converter and control method thereof
CN111800015B (zh) * 2020-07-13 2024-04-05 中南大学 新能源直流并网用直流变压器及其控制方法
CN111884523B (zh) * 2020-08-07 2021-11-19 浙江鲲悟科技有限公司 功率转换系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW463461B (en) * 1997-10-31 2001-11-11 Ericsson Telefon Ab L M Double ended isolated D.C.-D.C. converter
TW561672B (en) * 2000-11-30 2003-11-11 Delta Electronics Inc DC/DC conversion method and the converter thereof
US8885366B2 (en) * 2011-12-06 2014-11-11 Industrial Technology Research Institute DC-to-DC voltage regulator and its operating method thereof
US20150098250A1 (en) * 2013-10-04 2015-04-09 Chicony Power Technology Co., Ltd. Method of controlling phase-shift full-bridge converter in light load operation
US9124190B2 (en) * 2010-09-02 2015-09-01 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Isolated switched mode power supply

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6664762B2 (en) * 2001-08-21 2003-12-16 Power Designers, Llc High voltage battery charger
US20050207180A1 (en) * 2002-04-23 2005-09-22 Frans Pansier Llc half-bridge converter
TWI320626B (en) * 2006-09-12 2010-02-11 Ablerex Electronics Co Ltd Bidirectional active power conditioner
US8693213B2 (en) * 2008-05-21 2014-04-08 Flextronics Ap, Llc Resonant power factor correction converter
US8817494B2 (en) * 2010-08-09 2014-08-26 Sanken Electric Co., Ltd. PFC AC/DC converter reducing harmonics, switching loss, and switching noise
TWI422136B (zh) * 2010-10-08 2014-01-01 Ind Tech Res Inst 應用於太陽光電交流模組直流轉交流換器之電路模組
CN102810912B (zh) * 2011-05-30 2015-12-09 西门子公司 电子设备中的供电装置及其供电方法和电子设备
US9748864B2 (en) * 2014-06-30 2017-08-29 Mks Instruments, Inc. Power supply circuits incorporating transformers for combining of power amplifier outputs and isolation of load voltage clamping circuits
US9520798B2 (en) * 2014-08-26 2016-12-13 General Electric Company Multi-level DC-DC converter with galvanic isolation and adaptive conversion ratio

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW463461B (en) * 1997-10-31 2001-11-11 Ericsson Telefon Ab L M Double ended isolated D.C.-D.C. converter
TW561672B (en) * 2000-11-30 2003-11-11 Delta Electronics Inc DC/DC conversion method and the converter thereof
US9124190B2 (en) * 2010-09-02 2015-09-01 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Isolated switched mode power supply
US8885366B2 (en) * 2011-12-06 2014-11-11 Industrial Technology Research Institute DC-to-DC voltage regulator and its operating method thereof
US20150098250A1 (en) * 2013-10-04 2015-04-09 Chicony Power Technology Co., Ltd. Method of controlling phase-shift full-bridge converter in light load operation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI752360B (zh) * 2019-10-09 2022-01-11 盈正豫順電子股份有限公司 具寬電壓範圍之雙向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106981990A (zh) 2017-07-25
US20170207712A1 (en) 2017-07-20
CN106981990B (zh) 2019-08-16
US9825547B2 (en) 2017-11-21
TW201725844A (zh) 2017-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI575861B (zh) 單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法
TWI542127B (zh) 降壓型主動式功因修正裝置
CN108173299A (zh) 无线受电装置及使用其的无线电力传送装置以及整流器
WO2014054787A1 (ja) コンバータ及び双方向コンバータ
JP6388154B2 (ja) 共振型ｄｃ−ｄｃコンバータ
US20130250637A1 (en) Single-Stage Single-Switch Voltage Converter
US20150085535A1 (en) LLC single stage power factor correction converter
CN107276393B (zh) 一种高压电源电路
TWI551024B (zh) 交流－直流電力轉換裝置及其控制方法
TWI452811B (zh) Single - stage single - switch power conversion device
TWI398088B (zh) 單相功率因數修正交流-直流電源轉換器
WO2010139187A1 (zh) 直流电压转换成交流电压的电路
Kim et al. A digital controlled DC-DC converter for electric vehicle applications
JP2014075944A (ja) 双方向コンバータ
Sree et al. Hybrid modulated extended secondary universal current-fed ZVS converter for wide voltage range: Analysis, design, and experimental results
RU176540U1 (ru) Источник питания светодиодного светильника с повышенным ресурсом
WO2018148932A1 (en) Dc to dc converter
TW201947862A (zh) 簡化單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法
TWI521849B (zh) High Power Factor Isolated Power Supply
CN202153713U (zh) 一种电子式升压电力变压器
TWI577123B (zh) 隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法
TWI752360B (zh) 具寬電壓範圍之雙向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法
US20180198382A1 (en) Passive boost network and dc-dc boost converter applying the same
JP6333699B2 (ja) 直列共振電力転送装置
Ramesh et al. Single phase AC-DC power factor corrected converter with high frequency isolation using buck converter