TWI579570B - Step - down power conversion circuit - Google Patents

Description

升降壓型電力轉換電路

本發明涉及一種升降壓型電力轉換電路，尤指一種建置有中心抽頭比流元件以感知電感電流的升降壓型電力轉換電路。

隨著電子產業的發展，諸多電路除訴求原有功能之外更講求電路能否穩定地控制，其中就以升降壓型電力轉換電路來說，就如圖1，現今業者為了確認該升降壓型電力轉換電路300中所屬一電感301的電流，遂利用霍爾元件302進行量測，將該霍爾元件302與該電感301串接以取得電感電流，但該霍爾元件302普遍體積較大而會佔據較多的佈線空間，並不利於現今電子設備訴求的微型化，再者，該霍爾元件302的成本較高，將會使整體電路的成本上揚。

除上述實施方式之外，中華民國公開第201621505號專利案所揭，該專利案揭露了一種電源供應控制電路包括一仿真器電路。仿真器電路包括一第一輸入端以及一第二輸入端，該第一輸入端用於接收第一輸入值，第一輸入值指示由一電源供應電路使用之輸入電壓的大小，以產生輸出電壓供電於各負載，該第二輸入端用於接收第二輸入值，第二輸入值指示由電源供應電路產生之輸出電壓的大小。該專利透過該電流仿真器電路使用輸入電壓的大小及輸出電壓的大小模仿流過電源供應電路之電感器的電流。然，該專利雖能取得該電感器的電流，但其所揭電路十分繁瑣，不利於應用。

本發明的主要目的，在於解決習用實施方案所存在的問題。

為達上述目的，本發明提供一種升降壓型電力轉換電路，連接一電力輸入源，接受該電力輸入源提供的電力。該升降壓型電力轉換電路包含一第一有源開關、一第二有源開關、一電感、一中心抽頭比流元件以及一訊號整流單元。該第一有源開關串接於該第二有源開關而形成一支路，該支路併聯於該電力輸入源，該電感與一電容連接，該中心抽頭比流元件包含一初級繞組以及一次級繞組，該初級繞組兩端分別連接該第一有源開關與該第二有源開關，該初級繞組具有一連接該電感的抽頭端，該初級繞組於該第一有源開關或該第二有源開關導通時經該抽頭端向該電感供應電力，該次級繞組則於同一時間產生磁感應生成一磁感訊號，該訊號整流單元連接該次級繞組，接受該磁感訊號並整流產生一相應該電感的電流的電流感知訊號。

於一實施例，該中心抽頭比流元件包含一分別與該第一有源開關及該抽頭端連接的第一子繞組，以及一分別與該第二有源開關及該抽頭端連接的第二子繞組。

於一實施例，該訊號整流單元包含一併聯於該次級繞組的轉換電阻，以及一併聯於該轉換電阻的整流電路。

於一實施例，該整流電路為一全波整流電路或一半波整流電路。

於一實施例，該訊號整流單元包含一併聯於該整流電路的調壓單元。

於一實施例，該升降壓型電力轉換電路包含一連接該第一有源開關與該第二有源開關的啟閉控制單元。

於一實施例，該第二有源開關為一電晶體、一金屬氧化物半導體場效電晶體或一絕緣閘雙極電晶體。

透過本發明所揭實施方式，相較於習用具有以下特點：本發明無論該第一有源開關及該第二有源開關的導通與否，均可透過該中心抽頭比流元件產生該磁感訊號，而可對該磁感訊號進行整流後取得相應該電感的電流的該電流感知訊號，而使工程人員可透過該電流感知訊號了解該電感的電流變化。除此之外，本發明所揭解決的習用元件體積過大、成本上揚以及電路複雜等問題。

本發明詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請參閱圖2及圖3，本發明提供一種升降壓型電力轉換電路1，該升降壓型電力轉換電路1連接於一電力輸入源2，接受該電力輸入源2提供的電力，轉換為一工作電力。進一步地，該電力輸入源2可為一直流電力源或一交流電力源。再者，當該電力輸入源2為該交流電力源時，該升降壓型電力轉換電路1與該交流電力源之間便需設置一轉換器，以將為交流的該工作電力轉換為直流。承上，該升降壓型電力轉換電路1包含一第一有源開關11、一第二有源開關12、一電感13、一中心抽頭比流元件14以及一訊號整流單元15。其中，該第一有源開關11串接於該第二有源開關12並形成一支路16，該支路16併聯於該電力輸入源2。進一步地，該第一有源開關11可為一電晶體、一金屬氧化物半導體場效電晶體或一絕緣閘雙極電晶體，而該第二有源開關12亦可為該電晶體、該金屬氧化物半導體場效電晶體或該絕緣閘雙極電晶體。再者，本發明該第一有源開關11與該第二有源開關12是以相同開關元件實施，也就是說，該第一有源開關11為該電晶體時，該第二有源開關12亦為該電晶體。又，該升降壓型電力轉換電路1更包含一連接該第一有源開關11與該第二有源開關12的啟閉控制單元18，該啟閉控制單元18得經啟動後，分別向該第一有源開關11及該第二有源開關12輸出一控制訊號，令該第一有源開關11及該第二有源開關12根據該控制訊號導通或關閉。進一步地，本發明若欲對該電力輸入源2提供的電力進行升壓電能反饋時，即可透過反轉該控制訊號所輸出的脈波令該第一有源開關11晚於該第二有源開關12進入導通狀態，並兩者交替啟閉，而讓本發明電路實施升壓動作。另一方面，若欲對該電力輸入源2提供的電力進行降壓，即可透過該控制訊號所輸出的脈波令該第一有源開關11早於該第二有源開關12進入導通狀態，並使兩者交替啟閉，而使本發明電路實施降壓動作。

承上，該電感13與一電容17連接，而該電容17兩端則可作為本發明該升降壓型電力轉換電路1的輸出端。又，該中心抽頭比流元件14包含一初級繞組141以及一次級繞組142，該初級繞組141與該次級繞組142的匝數比得根據實施需求作調整。進一步地，該初級繞組141兩端分別連接該第一有源開關11與該第二有源開關12，該初級繞組141具有一連接該電感13的抽頭端143，更具體來說，該初級繞組141具有一分別與該第一有源開關11及該抽頭端143連接的第一子繞組144，以及一分別與該第二有源開關12及該抽頭端143連接的第二子繞組145。另一方面，該次級繞組142於該初級繞組141接受電力而流有電流時，該次級繞組142將與該初級繞組141產生磁感應，產生一磁感訊號146。

復請參閱圖2及圖3，該訊號整流單元15連接該次級繞組142，以自該次級繞組142接受該磁感訊號146並對該磁感訊號146進行整流產生一電流感知訊號151，而該電流感知訊號151即相應該電感13的一電流131，表徵該電感13的該電流131變化。更進一步地，該訊號整流單元15包含一併聯於該次級繞組142的轉換電阻152，以及一併聯於該轉換電阻152的整流電路153。其中，該轉換電阻152改變該磁感訊號146的特性，令其電流特性得以明顯而利於該整流電路153的工作。再者，該整流電路153可為一半波整流電路或一全波整流電路，其中該整流電路153以半波整流電路實施的架構就如圖2所示，以全波整流電路實施的架構就如圖3所示。於一實施例中，該訊號整流單元15更包含一併聯於該整流電路153的調壓單元154，該調壓單元154的後級可連接一訊號處理單元(本圖未示)，該訊號處理單元得接受該電流感知訊號151以進行該訊號處理單元所設定的預訂處理。進一步地，該調壓單元154實際上為一分壓電路，該調壓單元154可根據該訊號處理單元所能允許的訊號電壓值進行相應的阻值配比。

承上，本發明於通電實施過程中，該第一有源開關11與該第二有源開關12將分別受該啟閉控制單元18的控制而產生相應啟閉動作，當該第一有源開關11導通，該第二有源開關12截止時，該第一子繞組144將流過電流而與該次級繞組142產生磁感應，令該次級繞組142產生該磁感訊號146。另一方面，當該第二有源開關12導通，該第一有源開關11截止時，該第二子繞組145將流過電流而與該次級繞組142產生磁感應，令該次級繞組142產生該磁感訊號146。由此，本發明該中心抽頭比流元件14無論該第一有源開關11及該第二有源開關12的導通與否，均可接受流至該電感13的該電流131，而能具體產生該磁感訊號146，令該磁感訊號146可以完整呈現該電感13的該電流131變化。

再者，本發明遂以圖2所揭電路以連續導通模式(CCM)、臨界導通模式(CRM)以及不連續導通模式(DCM)進行電路模擬，而該電感13的該電流131、該磁感訊號146與該電流感知訊號151就如圖4至圖6所揭。然，由圖4至圖6所揭波形可無歧異了解該電流感知訊號151的波形相當於該電感13的該電流131波形。如此，可證本發明所揭結構確實得用於感知該電感13的該電流131上。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

1‧‧‧升降壓型電力轉換電路
11‧‧‧第一有源開關
12‧‧‧第二有源開關
13‧‧‧電感
131‧‧‧電流
14‧‧‧中心抽頭比流元件
141‧‧‧初級繞組
142‧‧‧次級繞組
143‧‧‧抽頭端
144‧‧‧第一子繞組
145‧‧‧第二子繞組
146‧‧‧磁感訊號
15‧‧‧訊號整流單元
151‧‧‧電流感知訊號
152‧‧‧轉換電阻
153‧‧‧整流電路
154‧‧‧調壓單元
16‧‧‧支路
17‧‧‧電容
18‧‧‧啟閉控制單元
2‧‧‧電力輸入源
300‧‧‧升降壓型電力轉換電路
301‧‧‧電感
302‧‧‧霍爾元件

圖1，習用電路示意圖。 圖2，本發明一實施例的電路示意圖。 圖3，本發明另一實施例的電路示意圖。 圖4，本發明一實施例以連續導通模式模擬的波形示意圖。 圖5，本發明一實施例以臨界導通模式模擬的波形示意圖。 圖6，本發明一實施例以不連續導通模式模擬的波形示意圖。

1‧‧‧升降壓型電力轉換電路

11‧‧‧第一有源開關

12‧‧‧第二有源開關

13‧‧‧電感

131‧‧‧電流

14‧‧‧中心抽頭比流元件

141‧‧‧初級繞組

142‧‧‧次級繞組

143‧‧‧抽頭端

144‧‧‧第一子繞組

145‧‧‧第二子繞組

146‧‧‧磁感訊號

15‧‧‧訊號整流單元

151‧‧‧電流感知訊號

152‧‧‧轉換電阻

153‧‧‧整流電路

154‧‧‧調壓單元

16‧‧‧支路

17‧‧‧電容

18‧‧‧啟閉控制單元

2‧‧‧電力輸入源

Claims (9)

1. 一種升降壓型電力轉換電路，連接一電力輸入源，接受該電力輸入源提供的電力，其包含： 一第一有源開關以及一第二有源開關，該第一有源開關串接於該第二有源開關而形成一支路，該支路併聯於該電力輸入源； 一電感，與一電容連接； 一中心抽頭比流元件，包含一初級繞組以及一次級繞組，該初級繞組兩端分別連接該第一有源開關與該第二有源開關，該初級繞組具有一連接該電感的抽頭端，該初級繞組於該第一有源開關或該第二有源開關導通時經該抽頭端向該電感供應電力，該次級繞組則於同一時間產生磁感應生成一磁感訊號；以及 一訊號整流單元，連接該次級繞組，接受該磁感訊號並整流產生一相應該電感的電流的電流感知訊號。
2. 如請求項1所述升降壓型電力轉換電路，其中，該中心抽頭比流元件包含一分別與該第一有源開關及該抽頭端連接的第一子繞組，以及一分別與該第二有源開關及該抽頭端連接的第二子繞組。
3. 如請求項1或2所述升降壓型電力轉換電路，其中，該訊號整流單元包含一併聯於該次級繞組的轉換電阻，以及一併聯於該轉換電阻的整流電路。
4. 如請求項3所述升降壓型電力轉換電路，其中，該整流電路為一全波整流電路或一半波整流電路。
5. 如請求項4所述升降壓型電力轉換電路，其中，該訊號整流單元包含一併聯於該整流電路的調壓單元。
6. 如請求項3所述升降壓型電力轉換電路，其中，該升降壓型電力轉換電路包含一連接該第一有源開關與該第二有源開關的啟閉控制單元。
7. 如請求項1或2所述升降壓型電力轉換電路，其中，該升降壓型電力轉換電路包含一連接該第一有源開關與該第二有源開關的啟閉控制單元。
8. 如請求項1所述升降壓型電力轉換電路，其中，該第一有源開關為一電晶體、一金屬氧化物半導體場效電晶體或一絕緣閘雙極電晶體。
9. 如請求項1所述升降壓型電力轉換電路，其中，該第二有源開關為一電晶體、一金屬氧化物半導體場效電晶體或一絕緣閘雙極電晶體。