TWI737128B - 電壓轉換裝置及其電壓轉換方法 - Google Patents

電壓轉換裝置及其電壓轉換方法 Download PDF

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Abstract

一種電壓轉換裝置及其電壓轉換方法。轉換電路轉換多 個二次側線圈的輸出，以產生對應的轉換電壓或轉換電流至回授電路的電阻網路，而改變電阻網路的阻抗特性。回授電路反應電阻網路的阻抗特性變化調整回授電壓，而使控制電路依據回授電壓控制變壓器電路的輸出。

Description

電壓轉換裝置及其電壓轉換方法
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種電壓轉換裝置及其電壓轉換方法。
電源轉換裝置(power conversion apparatus)可將電力公司所提供之高壓且低穩定性的輸入電壓(input voltage)轉換成適合各種電子裝置(electronic device)使用的直流輸出電壓(DC output voltage)。因此，電源轉換裝置廣泛地應用在顯示裝置(例如液晶螢幕、LED、電視、電子看板、照明裝置...等)的光源模組、車用電子、電腦、辦公室自動化設備、工業控制設備以及通訊設備等電子裝置中。
一般來說，為了提供電子裝置中不同電路運作所需的操作電壓，會透過電源轉換裝置先將交流電壓轉換為低電壓的直流電壓，然後再藉由直流-直流電壓轉換裝置將此直流電壓升壓至所需的電壓。如此雖可獲得所需的操作電壓，但設置直流-直流電壓轉換裝置將會提高電路的複雜度，且在直流-直流電壓轉換裝置的 電壓轉換過程中也會有功率損耗的情形，而造成電子裝置的能源效率降低。
本發明提供一種電壓轉換裝置及其電壓轉換方法，可將交流電壓轉換為具有不同電壓值的多個直流電壓，而不需額外設置直流-直流電壓轉換裝置，進而減少功率損耗。
本發明的電壓轉換裝置包括變壓器電路、回授電路、第一轉換電路、開關以及控制電路。變壓器電路包括一次側線圈和多個二次側線圈。回授電路耦接變壓器電路，依據各二次側線圈的輸出產生回授電壓，其中回授電路包括電阻網路。第一轉換電路耦接變壓器電路以及回授電路，轉換上述多個二次側線圈的輸出，以產生對應的轉換電壓或轉換電流至電阻網路，而改變電阻網路的阻抗特性，回授電路反應電阻網路的阻抗特性變化調整回授電壓。控制電路耦接開關與回授電路，依據回授電壓控制開關的導通狀態，以控制變壓器電路的輸出。
在本發明的一實施例中，上述的電阻網路包括多個第一電阻元件，各第一電阻元件的第一端耦接對應的二次側線圈，各第一電阻元件的第二端耦接第一轉換電路的輸出端。第二電阻元件耦接於第一轉換電路的輸出端與接地之間，回授電路依據上述多個第一電阻元件與第二電阻元件的共同接點上的電壓調整回授電壓。
在本發明的一實施例中，上述的第一轉換電路包括多個轉換器，耦接對應的上述多個二次側線圈，各轉換器將其對應的二次側線圈的輸出電壓或輸出電流轉換為對應的轉換電壓或轉換電流至電阻網路。
在本發明的一實施例中，上述的多個轉換器包括電壓轉換器、電壓電流轉換器、電流轉換器以及電流電壓轉換器至少之其一。
在本發明的一實施例中，上述的回授電路還包括光電耦合器，耦接上述多個第一電阻元件之其一的第一端。穩壓器的第一端與第二端分別耦接光電耦合器與接地，穩壓器的控制端耦接上述多個第一電阻元件與第二電阻元件的共同接點，穩壓器依據上述多個第一電阻元件與第二電阻元件的共同接點上的電壓產生穩壓電流，光電耦合器依據穩壓電流產生回授電壓。
在本發明的一實施例中，上述的電壓轉換裝置還包括第二轉換電路，耦接變壓器電路以及穩壓器的第二端，轉換上述多個二次側線圈的輸出，而產生調整電流，以調整穩壓電流。
在本發明的一實施例中，上述的第二轉換電路轉換各二次側線圈的輸出電壓或輸出電流而產生調整電流。
本發明還提供一種電壓轉換裝置的電壓轉換方法，電壓轉換裝置包括變壓器電路，變壓器電路包括一次側線圈和多個二次側線圈，電壓轉換方法包括下列步驟。轉換上述多個二次側線圈的輸出以產生對應的轉換電壓或轉換電流至回授電路中的電阻 網路，以改變電阻網路的阻抗特性。依據電阻網路的阻抗特性變化調整回授電壓。依據回授電壓控制變壓器電路的輸出。
在本發明的一實施例中，上述的電阻網路包括多個第一電阻元件以及第二電阻元件，其中各第一電阻元件的第一端耦接對應的二次側線圈的輸出端，第二電阻元件耦接於上述多個第一電阻元件的第二端與接地之間，依據電阻網路的阻抗特性變化調整回授電壓的步驟包括，依據上述多個第一電阻元件與第二電阻元件的共同接點上的電壓調整回授電壓。
在本發明的一實施例中，上述的回授電路包括一光電耦合器，電壓轉換方法包括，依據上述多個第一電阻元件與第二電阻元件的共同接點上的電壓產生穩壓電流至光電耦合器，以使光電耦合器依據穩壓電流產生回授電壓。
在本發明的一實施例中，上述的電壓轉換方法還包括，轉換上述多個二次側線圈的輸出，而產生調整電流至光電耦合器，以使光電耦合器依據穩壓電流與調整電流產生回授電壓。
基於上述，本發明實施例的第一轉換電路可轉換多個二次側線圈的輸出，以產生對應的轉換電壓或轉換電流至回授電路的電阻網路，而改變電阻網路的阻抗特性。回授電路可反應電阻網路的阻抗特性變化調整回授電壓，而使控制電路依據回授電壓控制開關的導通狀態，以控制變壓器電路的輸出。如此藉由第一轉換電路產生的轉換電壓或轉換電流來改變電阻網路的阻抗特性，可動態地調整各個二次側線圈的輸出的回授權重，而使控制 電路即時地反應電阻網路的阻抗特性變化來控制變壓器電路的輸出，以確保各個二次側線圈所對應的負載可獲得所需的電壓。由於電壓轉換裝置具有多個二次側線圈，可直接將交流輸入電壓轉換成多個具有不同電壓值的直流電壓，而不需額外設置直流-直流電壓轉換裝置，因此可有效降低電路複雜度，提高電壓轉換裝置的轉換效率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
102:變壓器電路
104:回授電路
106:轉換電路
108:控制電路
110:電阻網路
202:穩壓器
302:轉換電路
M1:開關
Vin:輸入電壓
Rcs:電阻
W1:一次側線圈
W2、W3:二次側線圈
D1、D2:二極體
C1~C3、Cm:電容
Va、Vb:輸出電壓
Vfb:回授電壓
V1:轉換電壓
I1:轉換電流
Ia、Ib:輸出電流
Ta、Tb:轉換器
Ra、Rb、R1~R3:電阻元件
OPTO:光電耦合器
NC:共同接點
S402~S406:電壓轉換裝置的電壓轉換方法步驟
圖1是依照本發明的實施例的一種電壓轉換裝置的示意圖。
圖2是依照本發明的另一實施例的一種電壓轉換裝置的示意圖。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種電壓轉換裝置的示意圖。
圖4是依照本發明的實施例的一種電壓轉換裝置的電壓轉換方法的示流程圖。
圖1是依照本發明實施例的一種電壓轉換裝置的示意圖，請參照圖1。電壓轉換裝置可例如為返馳式轉換器，其包括變壓器電路102、回授電路104、轉換電路106、開關M1以及控制電路108，其中變壓器電路102的輸入端用以接收整流交流電壓而 得到的直流輸入電壓Vin，變壓器電路102的輸出端耦接至回授電路104，轉換電路106耦接變壓器電路102以及回授電路104，回授電路104耦接控制電路108，開關M1耦接變壓器電路102以及控制電路108，並透過電阻Rcs耦接至接地。
進一步來說，變壓器電路102可例如包括一次側線圈W1、二次側線圈W2、二次側線圈W3、二極體D1、二極體D2、電容C1、電容C2，變壓器電路102的輸入端耦接電容Cm的一端，電容Cm的一端耦接接地。其中，二極體D1耦接於二次側線圈W2與回授電路104之間，二極體D2耦接於二次側線圈W3與回授電路104之間，電容C1耦接於二極體D1與接地之間，電容C2耦接於二極體D2與接地之間。變壓器電路102可用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Va、Vb。舉例來說，輸出電壓Va可例如為用以驅動背光模組的電壓，其電壓值可例如為12伏特，而輸出電壓Vb可例如為用以供應顯示器的系統電路運作所需的電壓，其電壓值可例如為5伏特，然不以此為限，在其它實施例中輸出電壓Va、Vb的電壓值及用途也可不同。
回授電路104包括電阻網路110，電阻網路110可分壓變壓器電路102的輸出電壓，而使回授電路104依據電阻網路110的分壓電壓產生回授電壓Vfb。此外，轉換電路106可轉換二次側線圈W2與二次側線圈W3的輸出，而產生對應的轉換電壓V1或轉換電流I1給電阻網路110，進而改變電阻網路110的阻抗特性，使回授電路104除了依據二次側線圈W2與二次側線圈W3的輸出 以及產生回授電壓Vfb給控制電路108外，也使回授電路104反應電阻網路110的阻抗特性變化調整回授電壓Vfb。另外，電阻Rcs可感測一次側線圈W1的電流而產生感測電壓給控制電路108。
控制電路108則可依據感測電壓以及回授電壓Vfb控制開關M1(在本實施例其以電晶體來實施)的導通狀態，進而控制變壓器電路102的輸出。其中，轉換電路106轉換二次側線圈W2與二次側線圈W3的輸出的方式可例如為將二次側線圈W2與二次側線圈W3的輸出電壓Va、Vb轉換為轉換電壓V1或轉換電流I1，然不以此為限，也可透過轉換二次側線圈W2與二次側線圈W3的輸出電流Ia、Ib來得到轉換電壓V1或轉換電流I1，又或者是，轉換部份二次側線圈(例如二次側線圈W2)的輸出電流，同時並轉換其餘部份的二次側線圈(例如二次側線圈W3)的輸出電壓來獲得轉換電壓V1或轉換電流I1。
如此藉由轉換電路106產生的轉換電壓V1或轉換電流I1來改變電阻網路110的阻抗特性，可動態地調整二次側線圈W2、W3的輸出的回授權重，而使控制電路108即時地反應電阻網路110的阻抗特性變化來控制變壓器電路102的輸出。例如當二次側線圈W2、W3其中任一的輸出電壓因負載變化而下降時，控制電路108可立即地反應電阻網路110的阻抗特性變化來控制變壓器電路102提高其輸出電壓，以確保二次側線圈W2、W3所對應的負載可獲得所需的電壓。由於電壓轉換裝置具有多個二次側線 圈，可直接將輸入電壓Vin轉換成多個具有不同電壓值的直流電壓Va、Vb，而不需額外設置直流-直流電壓轉換裝置，因此可有效降低電路複雜度，同時並提高電壓轉換裝置的轉換效率。
圖2是依照本發明的另一實施例的一種電壓轉換裝置的示意圖。請參照圖2，在本實施例中，轉換電路106可包括轉換器Ta與轉換器Tb，其中轉換器Ta用以將二次側線圈W2的輸出電壓或輸出電流轉換為電流，轉換器Tb用以將二次側線圈W3的輸出電壓或輸出電流轉換為電流，也就是說，轉換器Ta與轉換器Tb視應用需求可為電壓轉換器或電壓電流轉換器。轉換器Ta與轉換器Tb轉換輸出的電流可形成轉換電壓V1或轉換電流I1而被傳送至電阻網路110。
在本實施例中，電阻網路110可包括電阻元件Ra、Rb以及R1，此外回授電路除了電阻網路110外還可包括電阻元件R2、R3、電容C3、光電耦合器OPTO以及穩壓器202，其中電阻元件Ra、Rb、R1~R3可例如以電阻、MOS電晶體或BJT電晶體來實施，然不以此為限，此外穩壓器202可例如為TL431並聯穩壓器，然亦不以此為限。電阻元件Ra與Rb的第一端分別耦接二次側線圈W2與W3的輸出，電阻元件R1耦接於電阻元件Ra與Rb的第二端與接地之間。光電耦合器OPTO透過電阻元件R2耦接電阻元件Rb的第一端並耦接至穩壓器202的第一端與控制電路108，穩壓器202的第二端耦接接地，穩壓器202的控制端耦接共同接點NC。電容C3與電阻元件R3串聯於光電耦合器OPTO與穩壓器 202的共同接點以及電阻元件Ra、Rb與R1的共同接點NC之間。
電阻元件Ra、Rb以及R1可對輸出電壓Va與Vb進行分壓而於共同接點NC產生分壓電壓，穩壓器202可產生與分壓電壓和內部參考電壓之差值呈正比的穩壓電流。穩壓電流藉由光電耦合器OPTO轉換為回授電壓Vfb。此外，轉換器Ta與轉換器Tb可分別轉換二次側線圈W2與W3的輸出，而輸出轉換電壓V1或轉換電流I1給電阻網路110，以改變共同接點NC處的阻抗特性，動態地調整二次側線圈W2、W3的輸出的回授權重。共同接點NC處的阻抗特性的變化將影響穩壓器202所輸出的穩壓電流，而影響光電耦合器OPTO轉換所輸出的回授電壓Vfb，而控制電路108可依據回授電壓Vfb調整變壓器102的輸出。也就是說，控制電路108可即時地反應電阻網路110的阻抗特性變化來控制變壓器電路102的輸出，進而確保二次側線圈W2、W3所對應的負載可獲得所需的電壓。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種電壓轉換裝置的示意圖。請參照圖3，本實施例的電壓轉換裝置與圖2實施力的電壓轉換裝置的不同之處在於，本實施例的電壓轉換裝置還包括轉換電路302，轉換電路302可耦接變壓器電路102與穩壓器202的第二端。轉換電路302可轉換二次側線圈W2與W3的輸出(例如輸出電壓、輸出電流或輸出電壓與輸出電流的組合)，而產生調整電流，而調整穩壓器202提供給光電耦合器OPTO的穩壓電流。相較於圖2實施例，本案實施例的轉換電路302使回授電路104 更快速地反應二次側線圈W2與W3的輸出變化，而調整變壓器電路102的輸出電壓，使二次側線圈W2、W3所對應的負載可獲得所需的電壓。其中轉換電路302的實施方式類似於圖2實施例的轉換電路106，因此在此不再贅述。
值得注意的是，上述實施例雖以兩個二次側線圈W2、W3為例進行電壓轉換裝置的說明，然二次側線圈的數量並不以上述實施例為限，在其它實施例中，變壓器電路102也可包括更多個二次側線圈。
圖4是依照本發明的實施例的一種電壓轉換裝置的電壓轉換方法的示流程圖。由上述實施例可知，電壓轉換裝置的電壓轉換方法可包括下列步驟。首先，轉換多個二次側線圈的輸出以產生對應的轉換電壓或轉換電流至回授電路中的電阻網路，以改變電阻網路的阻抗特性(步驟S402)。其中電阻網路可包括與多個二次側線圈對應的多個第一電阻元件，多個第一電阻元件與第二電阻元件串接於多個二次側線圈與接地之間，多個第一電阻元件與第二電阻元件的共同接點可產生對二次側線圈的輸出電壓進行分壓產生的分壓電壓。接著，依據電阻網路的阻抗特性變化調整回授電壓(步驟S404)，例如可依據多個第一電阻元件與第二電阻元件的共同接點上的電壓來調整回授電壓。例如，可依據多個第一電阻元件與第二電阻元件的共同接點上的電壓產生穩壓電流給光電耦合器，而使光電耦合器依據穩壓電流產生回授電壓。在部份實施例中，還可轉換多個二次側線圈的輸出而產生調整電流至 光電耦合器，以使光電耦合器依據穩壓電流與調整電流產生回授電壓。最後再依據回授電壓控制該變壓器電路的輸出(步驟S406)。
綜上所述，本發明實施例的轉換電路可轉換多個二次側線圈的輸出，以產生對應的轉換電壓或轉換電流至回授電路的電阻網路，而改變電阻網路的阻抗特性。回授電路可反應電阻網路的阻抗特性變化調整回授電壓，而使控制電路依據回授電壓控制開關的導通狀態，以控制變壓器電路的輸出。如此藉由轉換電路產生的轉換電壓或轉換電流來改變電阻網路的阻抗特性，可動態地調整各個二次側線圈的輸出的回授權重，而使控制電路即時地反應電阻網路的阻抗特性變化來控制變壓器電路的輸出，以確保各個二次側線圈所對應的負載可獲得所需的電壓。由於電壓轉換裝置具有多個二次側線圈，可直接將交流輸入電壓轉換成多個具有不同電壓值的直流電壓，而不需額外設置直流-直流電壓轉換裝置，因此可有效降低電路複雜度，提高電壓轉換裝置的轉換效率。在部份實施例中，可轉換多個二次側線圈的輸出而產生調整電流至光電耦合器，使回授電路可更快速地反應二次側線圈的輸出變化，而調整變壓器電路的輸出電壓。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
102:變壓器電路
104:回授電路
106:轉換電路
108:控制電路
110:電阻網路
M1:開關
Vin:輸入電壓
Rcs:電阻
W1:一次側線圈
W2、W3:二次側線圈
D1、D2:二極體
C1、C2、Cm:電容
Va、Vb:輸出電壓
Vfb:回授電壓
V1:轉換電壓
I1:轉換電流
Ia、Ib:輸出電流

Claims (10)

  1. 一種電壓轉換裝置，包括：一變壓器電路，包括一一次側線圈和多個二次側線圈；一回授電路，耦接該變壓器電路，依據各該二次側線圈的輸出產生一回授電壓，其中該回授電路包括一電阻網路；一第一轉換電路，耦接該變壓器電路以及該回授電路，轉換該些二次側線圈的輸出，以產生對應的轉換電壓或轉換電流至該電阻網路，而改變該電阻網路的阻抗特性，該回授電路反應該電阻網路的阻抗特性變化調整該回授電壓；一開關；以及一控制電路，耦接該開關與該回授電路，依據該回授電壓控制該開關的導通狀態，以控制該變壓器電路的輸出，其中該第一轉換電路包括：多個轉換器，耦接對應的該些二次側線圈，各該轉換器將其對應的二次側線圈的輸出電壓或輸出電流轉換為對應的轉換電壓或轉換電流至該電阻網路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換裝置，其中該電阻網路包括：多個第一電阻元件，各該第一電阻元件的第一端耦接對應的二次側線圈，各該第一電阻元件的第二端耦接該第一轉換電路的輸出端； 一第二電阻元件，耦接於該第一轉換電路的輸出端與一接地之間，該回授電路依據該些第一電阻元件與該第二電阻元件的共同接點上的電壓調整該回授電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換裝置，其中該些轉換器包括電壓轉換器與電壓電流轉換器、電流轉換器以及電流電壓轉換器至少之其一。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的電壓轉換裝置，其中該回授電路還包括：一光電耦合器，耦接該些第一電阻元件之其一的第一端；一穩壓器，其第一端與第二端分別耦接該光電耦合器與一接地，該穩壓器的控制端耦接該些第一電阻元件與該第二電阻元件的共同接點，該穩壓器依據該些第一電阻元件與該第二電阻元件的共同接點上的電壓產生一穩壓電流，該光電耦合器依據該穩壓電流產生該回授電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電壓轉換裝置，還包括：一第二轉換電路，耦接該變壓器電路以及該穩壓器的第二端，轉換該些二次側線圈的輸出，而產生一調整電流，以調整該穩壓電流。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電壓轉換裝置，其中該第二轉換電路轉換各該二次側線圈的輸出電壓或輸出電流而產生該調整電流。
  7. 一種電壓轉換裝置的電壓轉換方法，該電壓轉換裝置包括一變壓器電路與一第一轉換電路，其中該變壓器電路耦接該第一轉換電路與一回授電路，且該回授電路包括一電阻網路，該電壓轉換方法包括：使用該第一轉換電路來轉換該變壓器電路的多個二次側線圈的輸出以產生對應的轉換電壓或轉換電流至該電阻網路，以改變該電阻網路的阻抗特性；依據該電阻網路的阻抗特性變化調整該回授電路的一回授電壓，其中該回授電路依據各該二次側線圈的輸出而產生該回授電壓；以及依據該回授電壓控制該變壓器電路的輸出，其中該第一轉換電路包括：多個轉換器，分別耦接至各該二次側線圈，各該轉換器將其對應的二次側線圈的輸出電壓或輸出電流轉換為對應的轉換電壓或轉換電流至該電阻網路。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電壓轉換方法，其中該電阻網路包括多個第一電阻元件以及一第二電阻元件，其中各該第一電阻元件的第一端耦接對應的二次側線圈的輸出端，第二電阻元件耦接於該些第一電阻元件的第二端與一接地之間，依據該電阻網路的阻抗特性變化調整該回授電壓的步驟包括：依據該些第一電阻元件與該第二電阻元件的共同接點上的電壓調整該回授電壓。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的電壓轉換方法，其中該回授電路包括一光電耦合器，該電壓轉換方法包括：依據該些第一電阻元件與該第二電阻元件的共同接點上的電壓產生一穩壓電流至該光電耦合器，以使該光電耦合器依據該穩壓電流產生該回授電壓。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電壓轉換方法，還包括：轉換該些二次側線圈的輸出，而產生一調整電流至該光電耦合器，以使該光電耦合器依據該穩壓電流與該調整電流產生該回授電壓。
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