TWI587618B - High buck converter - Google Patents

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zhao-ming Huang
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Description

高降壓轉換器
本發明是有關於一種轉換器，特別是指一種高降壓轉換器。
參閱圖1，一種現有的降壓式轉換器，其降壓比由其開關的導通責任比決定 ，其中參數V O、D、V in分別為輸出電壓、導通責任比、輸入電壓，但有以下缺點：
1.降壓比低且受限於開關的導通責任比，若要增加降壓比，需使開關操作於極小的責任導通比。
2.開關與二極體需承受高電壓與高電流應力。
因此，本發明之目的，即在提供一種高降壓轉換器。
於是，本發明高降壓轉換器包含一個第一輸入電容、一個第二輸入電容、一個第一開關、一個第二開關、一個第一輸入二極體、一個第二輸入二極體、一個第一變壓器及一個第二變壓器、一個第一整流二極體、一個第二整流二極體、一個第一飛輪二極體、一個第二飛輪二極體、一個第一降壓電感、一個第二降壓電感、一個第一輸出電感、一個第二輸出電感，及一個輸出電容。
第一輸入電容具有一接收一輸入電壓的正極的第一端，及一第二端。
第二輸入電容具有一電連接該第一輸入電容的第二端的第一端，及一接收該輸入電壓的負極的第二端。
第一開關具有一電連接於該第一輸入電容之第一端的第一端，及一第二端，且該第一開關受控制以切換於導通狀態和不導通狀態間。
第二開關具有一第一端，及一電連接於該第二輸入電容之第二端的第二端，且該第二開關受控制以切換於導通狀態和不導通狀態間。
第一輸入二極體具有一電連接該第一開關的第二端的陰極，及一電連接該第二輸入電容的第二端的陽極。
第二輸入二極體具有一電連接該第一開關的第一端的陰極，及一電連接該第二開關的第一端的陽極。
每一變壓器具有一個初級側繞組和一個次級側繞組，且每一側繞組皆具有一第一端及一第二端，其中，該第一變壓器的初級側繞組的第一端電連接於該第一開關之第二端，該第二變壓器的初級側繞組的第一端電連接於該第一變壓器的初級側繞組的第二端，該第二變壓器的初級側繞組的第二端電連接於該第二開關的第一端。
第一整流二極體具有一電連接該第一變壓器的次級側繞組的第一端的陽極，及一陰極。
第二整流二極體具有一電連接該第二變壓器的次級側繞組的第一端的陽極，及一陰極。
第一飛輪二極體具有一電連接該第一變壓器的次級側繞組的第二端的陽極，及一陰極。
第二飛輪二極體具有一電連接該第二變壓器的次級側繞組的第二端的陽極，及一陰極。
第一降壓電感具有一個電連接該第一整流二極體的陰極的第一端，及一電連接該第一飛輪二極體的陰極的第二端。
第二降壓電感具有一個電連接該第二整流二極體的陰極的第一端，及一電連接該第二飛輪二極體的陰極的第二端。
第一輸出電感具有一個電連接該第一降壓電感的第二端的第一端，及一第二端。
第二輸出電感具有一個電連接該第二降壓電感的第二端的第一端，及一電連接於該第一輸出電感的第二端的第二端。
輸出電容電連接於該第一輸出電感的第二端與該第一變壓器的次級側繞組的第二端間，用來提供一輸出電壓。
本發明之功效在於：利用第一及第二降壓電感達到提升降壓比，而無需使第一及第二開關操作於極小的責任導通比。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2，本發明高降壓轉換器之一實施例，包含一個第一輸入電容C1、一個第二輸入電容C2、一個第一開關Q1、一個第二開關Q2、一個第一輸入二極體Dr1、一個第二輸入二極體Dr2、一個第一變壓器T1及一個第二變壓器T2、一個第一整流二極體D1、一個第二整流二極體D2、一個第一飛輪二極體Df1、一個第二飛輪二極體Df2、一個第一降壓電感Lb1、一個第二降壓電感Lb2、一個第一輸出電感L1、一個第二輸出電感L2、一個輸出電容C O，及一個控制單元2。
第一輸入電容C1具有一接收一輸入電壓V in的正極的第一端，及一第二端。第二輸入電容C2具有一電連接該第一輸入電容C1的第二端的第一端，及一接收該輸入電壓V in的負極的第二端。
第一開關Q1具有一電連接於該第一輸入電容C1之第一端的第一端，及一第二端，且該第一開關Q1受控制以切換於導通狀態和不導通狀態間。第二開關Q2具有一第一端，及一電連接於該第二輸入電容C2之第二端的第二端，且該第二開關Q2受控制以切換於導通狀態和不導通狀態間。該第一開關Q1是一N型功率半導體電晶體，且該第一開關Q1的第一端是汲極，該第一開關Q1的第二端是源極。該第二開關Q2是一N型功率半導體電晶體，且該第二開關Q2的第一端是汲極，該第二開關Q2的第二端是源極。
第一輸入二極體Dr1具有一電連接該第一開關Q1的第二端的陰極，及一電連接該第二輸入電容C2的第二端的陽極。第二輸入二極體Dr2，具有一電連接該第一開關Q1的第一端的陰極，及一電連接該第二開關Q2的第一端的陽極。
第一變壓器T1具有一個初級側繞組NP1和一個次級側繞組NS1，第二變壓器T2具有一個初級側繞組NP2和一個次級側繞組NS2，且每一側繞組NP1、NP2、NS1、NS2皆具有一第一端及一第二端，其中，該第一變壓器T1的初級側繞組NP1的第一端電連接於該第一開關Q1之第二端，該第二變壓器T2的初級側繞組NP2的第一端電連接於該第一變壓器T1的初級側繞組NP1的第二端，該第二變壓器T2的初級側繞組NP2的第二端電連接於該第二開關Q2的第一端。該第一及第二變壓器T1、T2的匝數比相等。每一個次級側繞組NS1、NS2的第一端是極性點端，每一個次級側繞組NS1、NS2的第二端是非極性點端。每一初級側繞組NP1、NP2的第一端是極性點端，每一初級側繞組NP1、NP2的第二端是非極性點端。
第一整流二極體Dr1具有一電連接該第一變壓器T1的次級側繞組NS1的第一端的陽極，及一陰極。第二整流二極體Dr2具有一電連接該第二變壓器T2的次級側繞組NS2的第一端的陽極，及一陰極。
第一飛輪二極體Df1具有一電連接該第一變壓器T1的次級側繞組NS1的第二端的陽極，及一陰極。第二飛輪二極體Df2具有一電連接該第二變壓器T2的次級側繞組NS2的第二端的陽極，及一陰極。
第一降壓電感Lb1具有一個電連接該第一整流二極體D1的陰極的第一端，及一電連接該第一飛輪二極體Df1的陰極的第二端。第二降壓電感Lb2具有一個電連接該第二整流二極體D2的陰極的第一端，及一電連接該第二飛輪二極體Df2的陰極的第二端。
第一輸出電感L1具有一個電連接該第一降壓電感Lb1的第二端的第一端，及一第二端。第二輸出電感L2具有一個電連接該第二降壓電感Lb2的第二端的第一端，及一電連接於該第一輸出電感L2的第二端的第二端。
輸出電容CO電連接於該第一輸出電感L1的第二端與該第一變壓器T1的次級側繞組NS1的第二端間，用來提供一輸出電壓VO。該第一輸入電容C1與該第二輸入電容C2的一共同接點電連接到該第一變壓器T1的初級側繞組NP1的第二端，且該共同接點提供一大小為該輸入電壓的二分之一的電壓
該控制單元2產生一切換該第一開關Q1的第一脈波調變信號及一切換該第二開關Q2的第二脈波調變信號，該第一脈波調變信號與該第二脈波調變信號具有相同的周期時間。該第一及第二脈波調變信號的相位差為周期時間的二分之一。以下將以十階段進一步說明開關Q1、Q2的切換時序圖。
參閱圖3，為本實施例的操作時序圖，其中，參數Vgs1、Vgs2分別代表控制該第一及第二開關Q1、Q2是否導通的第一及第二脈波調變信號的電壓，參數VQ1、VQ2分別代表該第一及第二開關Q1、Q2的二端跨壓，參數TS為第一脈波調變信號的週期時間，其中，參數iDr1~iDr2分別代表流過第一至第二輸入二極體Dr1~Dr2的電流，參數iDr1~iDr2分別代表流過第一至第二輸入二極體Dr1~Dr2的電流，參數iLb1~iLb2分別代表流過第一至第二降壓電感Lb1、Lb2的電流，參數iL1~iL2分別代表流過第一至第二輸出電感L1、L2的電流，參數iLo代表流過第一至第二輸出電感L1、L2的電流的加總，參數io代表由輸出電容CO提供的輸出電流。
以下為本實施例操作於十階段的各電路圖，其中，導通的元件以實線表示，不導通的元件以虛線表示，且更說明該二變壓器T1、T2的初級側繞組NP1、NP2的非理想等效電路中的磁化電感Lm1、Lm2，參數iLm1~iLm2分別代表流過磁化電感Lm1、Lm2的電流，參數Vp1、Vs1分別代表該第一變壓器T1的初級側繞組NP1與次級側繞組NS1的二端跨壓，參數vp2、vs2分別代表該第二變壓器T2的初級側繞組NP2與次級側繞組NS2的二端跨壓，參數VLb1、VLb2分別代表該第一及第二降壓電感Lb1、Lb2的二端跨壓，參數VL1、VL2分別代表該第一及第二輸出電感L1、L2的二端跨壓，以下分別針對每一階段進行說明。
第一階段(時間：t0~t1)：
參閱圖3及圖4，第一開關Q1導通，第二開關Q2不導通，第一輸入二極體Dr1不導通，第二輸入二極體Dr2導通，第一整流二極體D1導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2不導通，第二飛輪二極體Df2導通。
第一輸入電容C1的電壓vC1=Vin/2跨於第一變壓器T1的初級側繞組NP1，即vP1=Vin/2，流經磁化電感Lm1的電流iLm1以斜率Vin/2Lm1線性上升，而第一變壓器T1的次級側繞組NS1的電壓vS1=Vin/2n1>0，參數n1為第一變壓器T1的匝數比，則第一整流二極體D1與第一飛輪二極體Df1同時導通，流經該第一降壓電感Lb1的電流iLb1從0以斜率Vin/2n1Lb1線性上升，又第一輸出電 感L1的跨壓為vL1=-Vo，故流經第一輸出電感的電流iL1以斜率-VO/L1線性下降。第二變壓器T2的初級側繞組的跨壓為vP2 -Vin/2，流經磁化電感Lm2的電流iLm2以斜率-Vin/2Lm2線性下降，使第二整流二極體D2持續為不導通，第二飛輪二極體Df2為導通，則第二輸出電感L2的電壓vL2=-Vo，故流經第二輸出電感L2的電流iL2以斜率-VO/L2線性下降。當t=t1時，流經磁化電感Lm2的電流iLm2下降至0，即第二變壓器T2完成磁通重置，第二輸入二極體Dr2變為不導通，第一階段結束。
第二階段(時間：t1~t2)：
參閱圖3及圖5，第一開關Q1導通，第二開關Q2不導通，第一輸入二極體Dr1不導通，第二輸入二極體Dr2不導通，第一整流二極體D1導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2不導通，第二飛輪二極體Df2導通。
第二開關跨壓箝位於vQ2=Vin/2，第二變壓器T2的初級側繞組NS2的跨壓vP2箝位在0。流經第一降壓電感Lb1的電流iLb1持續以斜率Vin/2n1Lb1線性上升。當t=t2時，流經第一降壓電感Lb1的電流iLb1上升至與流經第一輸出電感L1的電流iL1相等時，流經第一飛輪二極體Df1的電流iDf1為0，第一飛輪二極體Df1切換為不導通時，第二階段結束。
第三階段(時間：t2~t3)：
參閱圖3及圖6，第一開關Q1導通，第二開關Q2不導通，第一輸入二極體Dr1不導通，第二輸入二極體Dr2不導通，第 一整流二極體D1導通，第一飛輪二極體Df1不導通，第二整流二極體D2不導通，第二飛輪二極體Df2導通。
由於第一降壓電感Lb1與第一輸出電感L1串聯等效為一個電感，跨於串聯的兩電感Lb1、L1的電壓為Vin/2n1-VO，流經串聯的兩電感Lb1、L1的電流同時以斜率(Vin/2n1-Vo)/(Lb1+L1)線性上升。當t=t3時，第一開關Q1切換至不導通，第三階段結束。
第四階段(時間：t3~t4)：
參閱圖3及圖7，第一開關Q1不導通，第二開關Q2不導通，第一輸入二極體Dr1導通，第二輸入二極體Dr2不導通，第一整流二極體D1導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2不導通，第二飛輪二極體Df2導通。
此時，第一變壓器T1的初級側繞組NP1的電壓vP1=-Vin/2，流經磁化電感Lm1的電流iLm1以斜率-Vin/2Lm1線性下降，第一變壓器T1的初級側繞組NP1藉由第一輸入極體Dr1與第二輸入電容C2路徑，開始磁通重置。此時，第一變壓器T1的次級側跨壓vS1=-Vin/2n1<0，第一整流二極體D1與第一飛輪二極體Df1同時為導通，則流經第一降壓電感Lb1的電流iLb1開始由其最大值以斜率-Vin/2n1Lb1線性下降，而流經第一輸出電感L1的電流iL1以斜率-VO/L1線性下降。當t=t4時，流經第一降壓電感Lb1的電流iLb1下降至0，即流經第一整流二極體D1的電流iD1=0，且第一整流二極體D1為不導通時，第四階段結束。
第五階段(時間：t4~t5)：
參閱圖3及圖8，第一開關Q1不導通，第二開關Q2不導通，第一輸入二極體Dr1導通，第二輸入二極體Dr2不導通，第一整流二極體D1不導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2不導通，第二飛輪二極體Df2導通。
流經磁化電感Lm1、第一輸出電感L1及第二輸出電感L1的電流iLm1、iL1及iL2持續線性下降。當t=t5時，第二開關Q2為導通，第五階段結束。
第六階段(時間：t5~t6)：
參閱圖3及圖9，第一開關Q1不導通，第二開關Q2導通，第一輸入二極體Dr1導通，第二輸入二極體Dr2不導通，第一整流二極體D1不導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2導通，第二飛輪二極體Df2導通。
第二輸入電容C2的電壓vC2=Vin/2跨於第二變壓器T2的初級側繞組NP2，即vP2=Vin/2，流經磁化電感Lm2的電流iLm2以斜率Vin/2Lm2線性上升，而第二變壓器T2的次級側繞組NS2的電壓vS2=Vin/2n2>0，則第二整流二極體D2與第二飛輪二極體Df2同時為導通，流經第二降壓電感Lb2的電流iLb2從0以斜率Vin/2n2Lb2線性上升，又第二輸出電感L2跨壓為vL2=-Vo，故流經第二輸出電感L2的電流iL2以斜率-VO/L2線性下降。第一變壓器T1的初級側繞組NP1跨壓為vP1 -Vin/2，流經磁化電感Lm1的電流iLm1以斜率-Vin/2Lm1線性下降，其第一整流二極體D1持續為不導通，第一飛輪二極體Df1為導通，則第一輸出電感L1的電壓vL1=-Vo，故流經第一輸出電感L1的電流iL1以斜率-VO/L1 線性下降。當t=t6時，流經磁化電感Lm1的電流iLm1下降至0，即第一變壓器T1完成磁通重置，第一輸入極體Dr1變為不導通，第六階段結束。
第七階段(時間：t6~t7)：
參閱圖3及圖10，第一開關Q1不導通，第二開關Q2導通，第一輸入二極體Dr1不導通，第二輸入二極體Dr2不導通，第一整流二極體D1不導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2導通，第二飛輪二極體Df2導通。
第一開關Q1跨壓箝位於vQ1=Vin/2，第一變壓器T1的初級側繞組NP1的跨壓vP1箝位在0。流經第二降壓電感Lb2的電流iLb2持續以斜率Vin/2n2Lb2線性上升。當t=t7時，流經第二降壓電感Lb2的電流iLb2上升至與流經第二輸出電感L2的電流iL2相等時，流經第二飛輪二極體Df2的電流iDf2為0，第二飛輪二極體Df2切換為不導通時，第七階段結束。
第八階段(時間：t7~t8)：
參閱圖3及圖11，第一開關Q1不導通，第二開關Q2導通，第一輸入二極體Dr1不導通，第二輸入二極體Dr2不導通，第一整流二極體D1不導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2導通，第二飛輪二極體Df2不導通。
由於第二降壓電感Lb2與第二輸出電感L2串聯等效為一顆電感，二電感Lb2、L2跨壓為Vin/2n2-VO，流經二電感Lb2、L2的電流同時以斜率 (Vin/2n2-Vo)/(Lb2+L2)線性上升。當t=t8時，第二開關Q2切換至不導通，第八階段結束。
第九階段(時間：t8~t9)：
參閱圖3及圖12，第一開關Q1不導通，第二開關Q2不導通，第一輸入二極體Dr1不導通，第二輸入二極體Dr2導通，第一整流二極體D1不導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2導通，第二飛輪二極體Df2導通。
此時，第二變壓器T2的初級側繞組NP2的電壓vP2=-Vin/2，流經磁化電感Lm2的電流iLm2以斜率-Vin/2Lm2線性下降，第二變壓器T2的初級側繞組NP2藉由第二輸入極體Dr2與第一輸入電容C1的路徑，開始磁通重置。此時，第二變壓器T2的次級側繞組NS2的跨壓vS2=-Vin/2n2<0，第二整流二極體D2與第二飛輪二極體Df2同時為導通，則流經第二降壓電感Lb2的電流iLb2從其最大值以斜率-Vin/2n2Lb2線性下降，而流經第二輸出電感L2的電流iL2以斜率-VO/L2線性下降。當t=t9時，流經第二降壓電感Lb2的電流iLb2下降至0，即流經第二整流二極體D2的電流iD2=0，且當第二整流二極體D2為不導通時，第九階段結束。
第十階段(時間：t9~t10)：
參閱圖3及圖13，第一開關Q1不導通，第二開關Q2不導通，第一輸入二極體Dr1不導通，第二輸入二極體Dr2導通，第 一整流二極體D1不導通，第一飛輪二極體Df1導通，第二整流二極體D2不導通，第二飛輪二極體Df2導通。
本階段中流經磁化電感Lm2、第一輸出電感L1及第二輸出電感L2的電流iLm2、iL1及iL2持續線性下降，當t=t0+TS，第一開關Q1由不導通轉為導通時，回到第一階段。
實驗模擬：
參閱圖14，為二脈波調變信號、輸入電壓Vin與輸出電壓Vo之波形圖，當第一及第二開關Q1、Q2的責任導通比D=0.37時，輸出電壓Vo為48V，則根據習知的降壓轉換器之電壓轉換比公式Vo=D×N×Vin/2，在N=1、D=0.37時，習知的降壓轉換器之輸出電壓Vo為74V，明顯無法降至本案所達到輸出電壓Vo為48V。
參閱圖15為流經第一及第二輸出電感L1、L2的電流波形，當PO=400W時，時，由於電路採輸出並聯架構，由第一及第二輸出電感L1、L2分攤輸出電流，流經第一及第二輸出電感L1、L2的電流平均約為4.2A。且第一及第二開關Q1、Q2為交錯式導通，使流經第一及第二輸出電感L1、L2的電流iL1、iL2漣波相差180°，確實使輸出電流iLO=iL1+iL2的漣波△iLO降低許多(△iL1 3.4A、△iL2 3.6A→△iLO 1.8A)。
參閱圖16、17分別為流經第一降壓電感Lb1及第一輸出電感L1的電流波形、流經第二降壓電感Lb2及第二輸出電感L2的電流波形，加入第一及第二降壓電感Lb1、Lb2能達到高降壓，因為當第一 開關Q1切換為導通時，流經第一降壓電感Lb1的電流iLb1開始上升，須等到流經第一降壓電感Lb1的電流iLb1=iL1時，二極體電流換向後，能量才能傳至負載。
降壓比分析：
參閱圖18，為本實施例於各階段的電壓、電流分析圖，根據第一及第二開關Q1、Q2的責任導通比D，可推得流經第一及第二輸出電感L1、L2的電流如式一，其中參數為流經第一輸出電感L1的最小電流值，參數TX定義為第一及第二階段的時間和，參數△iL1為流經第一輸出電感L1的電流經過時間TX的變化量，參數L1是第一輸出電感L1的電感值，參數Lb1是第一降壓電感Lb1的電感值，在本實施例中，第一降壓電感Lb1的電感值等同於第二降壓電感Lb2的電感值。
將式一、二代入推得
由(1-D)TS>0可推得第一輸出電感的設計條件。
由式四可推得如圖19所示的一降壓比曲線圖，相較於現有的降壓式轉換器透過調整開關的導通比得到降壓比，本實施例利用第一及第二降壓電感Lb1、Lb2，來達到高降壓比。如圖19所示，當輸入電壓皆為400V時，由圖中降壓比的曲線可看出，本實施例的降壓比遠優於現有的降壓式轉換器，且可透過調整第一及第二降壓電感Lb1、Lb2的電感值，來達到更好的降壓比。
綜上所述，上述實施例具有以下優點：
1.具有高降壓比，利用第一及第二降壓電感Lb1、Lb2達到提升降壓比，而無需使第一及第二開關Q1、Q2操作於極小的責任導通比，也可減少第一及第二變壓器T1、T2的匝數比，而能降低第一及第二變壓器T1、T2的寄生元件，達到減少突波。
2.具有低電壓應力，由於串連的第一及第二電容C1、C2分擔輸入電壓，使第一及第二開關Q1、Q2的電壓應力只有輸入電壓Vin的二分之一，可以使用導通電阻較小的低額定耐壓電晶體，也適用於高電壓輸入應用。
3.具有低電流應力，由於並聯第一及第二輸出電感L1、L2，分擔輸出電流，可降低第一輸出電感L1、第二輸出電感L2、第一降壓電感Lb1、第二降壓電感Lb2及第一變壓器T1與第二 變壓器T2的功率損失，及第一整流二極體D1、第二整流二極體D2、第一飛輪二極體Df1與第二飛輪二極體Df2的傳導損失，適用於高功率及輸出低壓大電流應用。
4.降低輸出電流的漣波，第一及第二開關Q1、Q2相差1/2週期時間的交錯式操作，使分別流經第一及第二輸出電感L1、2的電流具漣波相消性能，降低輸出電流的漣波，因此可降低輸出電容值與其尺寸，可選用較小的輸出電容CO，而達到減小整體電路體積，提高功率密度。
綜上所述，本發明裝置，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
C1‧‧‧第一輸入電容
C2‧‧‧第二輸入電容
Q1‧‧‧第一開關
Q2‧‧‧第二開關
Dr1‧‧‧第一輸入二極體
Dr2‧‧‧第二輸入二極體
T1‧‧‧第一變壓器
T2‧‧‧第二變壓器
D1‧‧‧第一整流二極體
D2‧‧‧第二整流二極體
Df1‧‧‧第一飛輪二極體
Df2‧‧‧第二飛輪二極體
Lb1‧‧‧第一降壓電感
Lb2‧‧‧第二降壓電感
L1‧‧‧第一輸出電感
L2‧‧‧第二輸出電感
CO‧‧‧輸出電容
2‧‧‧控制單元
Lm1‧‧‧磁化電感
Lm2‧‧‧磁化電感
Vin‧‧‧輸入電壓
VO‧‧‧輸出電壓
iDr1‧‧‧流過第一輸入二極體的電流
iDr2‧‧‧流過第二輸入二極體的電流
iD1‧‧‧流過第一整流二極體的電流
iD2‧‧‧流過第二整流二極體的電流
iDf1‧‧‧流過第一飛輪二極體的電流
iDf2‧‧‧流過第二飛輪二極體的電流
iLb1‧‧‧流過第一降壓電感的電流
iLb2‧‧‧流過第二降壓電感的電流
iL1‧‧‧流過第一輸出電感的電流
iL2‧‧‧流過第二輸出電感的電流
iLm1‧‧‧流過第一變壓器的磁化電感的電流
iLm2‧‧‧流過第二變壓器的磁化電感的電流
iLo‧‧‧流過第一至第二輸出電感的電流的加總
io‧‧‧輸出電流
vp1‧‧‧第一變壓器的初級側繞組的跨壓
vs1‧‧‧第一變壓器的次級側繞組的跨壓
vp2‧‧‧第二變壓器的初級側繞組的跨壓
vs2‧‧‧第二變壓器的次級側繞組的跨壓
vC1‧‧‧第一電容的跨壓
vC2‧‧‧第二電容的跨壓
VLb1‧‧‧第一降壓電感的二端跨壓
VLb2‧‧‧第二降壓電感的二端跨壓
VL1‧‧‧第一輸出電感的二端跨壓
VL2‧‧‧第二輸出電感的二端跨壓
VQ1‧‧‧第一開關的二端跨壓
VQ2‧‧‧第二開關的二端跨壓
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一種現有的降壓式轉換器的一電路圖； 圖2是本發明高降壓轉換器之一實施例的一電路圖； 圖3是該實施例的操作時序圖； 圖4是該實施例操作於第一階段的一電路圖； 圖5是該實施例操作於第二階段的一電路圖； 圖6是該實施例操作於第三階段的一電路圖； 圖7是該實施例操作於第四階段的一電路圖； 圖8是該實施例操作於第五階段的一電路圖； 圖9是該實施例操作於第六階段的一電路圖； 圖10是該實施例操作於第七階段的一電路圖； 圖11是該實施例操作於第八階段的一電路圖； 圖12是該實施例操作於第九階段的一電路圖； 圖13是該實施例操作於第十階段的一電路圖； 圖14是二脈波調變信號、輸入電壓與輸出電壓的一波形圖； 圖15是流經第一及第二輸出電感的電流波形圖； 圖16是流經第一降壓電感及第一輸出電感的電流波形圖； 圖17是流經第二降壓電感及第二輸出電感的電流波形圖； 圖18為本實施例於各階段的電壓、電流分析圖；及 圖19是本實施例與現有的降壓式轉換器的一降壓比曲線圖。
C1‧‧‧第一輸入電容
C2‧‧‧第二輸入電容
Q1‧‧‧第一開關
Q2‧‧‧第二開關
Dr1‧‧‧第一輸入二極體
Dr2‧‧‧第二輸入二極體
T1‧‧‧第一變壓器
T2‧‧‧第二變壓器
D1‧‧‧第一整流二極體
D2‧‧‧第二整流二極體
Df1‧‧‧第一飛輪二極體
Df2‧‧‧第二飛輪二極體
Lb1‧‧‧第一降壓電感
Lb2‧‧‧第二降壓電感
L1‧‧‧第一輸出電感
L2‧‧‧第二輸出電感
CO‧‧‧輸出電容
2‧‧‧控制單元
Vin‧‧‧輸入電壓
VO‧‧‧輸出電壓

Claims (8)

  1. 一種高降壓轉換器，包含：一個第一輸入電容，具有一接收一輸入電壓的正極的第一端，及一第二端；一個第二輸入電容，具有一電連接該第一輸入電容的第二端的第一端，及一接收該輸入電壓的負極的第二端；一個第一開關，具有一電連接於該第一輸入電容之第一端的第一端，及一第二端，且該第一開關受控制以切換於導通狀態和不導通狀態間；一個第二開關，具有一第一端，及一電連接於該第二輸入電容之第二端的第二端，且該第二開關受控制以切換於導通狀態和不導通狀態間；一個第一輸入二極體，具有一電連接該第一開關的第二端的陰極，及一電連接該第二輸入電容的第二端的陽極；一個第二輸入二極體，具有一電連接該第一開關的第一端的陰極，及一電連接該第二開關的第一端的陽極；一個第一變壓器及一個第二變壓器，每一變壓器具有一個初級側繞組和一個次級側繞組，且每一側繞組皆具有一第一端及一第二端，其中，該第一變壓器的初級側繞組的第一端電連接於該第一開關之第二端，該第二變壓器的初級側繞組的第一端電連接於該第一變壓器的初級側繞組的第二端，該第二變壓器的初級側繞組的第二端電連接於該第二開關的第一端； 一個第一整流二極體，具有一電連接該第一變壓器的次級側繞組的第一端的陽極，及一陰極；一個第二整流二極體，具有一電連接該第二變壓器的次級側繞組的第一端的陽極，及一陰極；一個第一飛輪二極體，具有一電連接該第一變壓器的次級側繞組的第二端的陽極，及一陰極；一個第二飛輪二極體，具有一電連接該第二變壓器的次級側繞組的第二端的陽極，及一陰極；一個第一降壓電感，具有一個電連接該第一整流二極體的陰極的第一端，及一電連接該第一飛輪二極體的陰極的第二端；一個第二降壓電感，具有一個電連接該第二整流二極體的陰極的第一端，及一電連接該第二飛輪二極體的陰極的第二端；一個第一輸出電感，具有一個電連接該第一降壓電感的第二端的第一端，及一第二端；一個第二輸出電感，具有一個電連接該第二降壓電感的第二端的第一端，及一電連接於該第一輸出電感的第二端的第二端；及一個輸出電容，電連接於該第一輸出電感的第二端與該第一變壓器的次級側繞組的第二端間，用來提供一輸出電壓； 該第一輸入電容與該第二輸入電容的一共同接點電連接到該第一變壓器的初級側繞組的第二端，且該共同接點提供一大小為該輸入電壓的二分之一的電壓。
  2. 如請求項1所述的高降壓轉換器，其中，該第一及第二變壓器的匝數比相等。
  3. 如請求項1所述的高降壓轉換器，其中，每一次級側繞組的第一端是極性點端，每一次級側繞組的第二端是非極性點端。
  4. 如請求項1所述的高降壓轉換器，其中，每一初級側繞組的第一端是極性點端，每一初級側繞組的第二端是非極性點端。
  5. 如請求項1所述的高降壓轉換器，其中，該第一開關是一N型功率半導體電晶體，且該第一開關的第一端是汲極，該第一開關的第二端是源極。
  6. 如請求項1所述的高降壓轉換器，其中，該第二開關是一N型功率半導體電晶體，且該第二開關的第一端是汲極，該第二開關的第二端是源極。
  7. 如請求項1所述的高降壓轉換器，更包括一控制單元，該控制單元產生一切換該第一開關的第一脈波調變信號及一切換該第二開關的第二脈波調變信號，該第一脈波調變信號與該第二脈波調變信號具有相同的周期時間。
  8. 如請求項7所述的高降壓轉換器，其中，該第一及第二脈波調變信號的相位差為周期時間的二分之一。
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