TWI772016B - 變壓裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種變壓裝置。變壓裝置反應於來自於外部裝置的電壓需求對輸入電壓進行升壓以產生升壓電壓。變壓裝置基於固定的增益條件對升壓電壓進行轉換以提供轉換電壓。此外，變壓裝置反應於電壓需求對轉換電壓進行轉換以提供輸出電壓。

Description

變壓裝置
本發明是有關於一種變壓裝置，且特別是有關於一種能夠兼顧增益與效率的變壓裝置。
為了滿足相關能源法規所制訂的功率因素的規範，會使用功率因素修正（power factor correction，PFC）電路來滿足功率因素的規範（如能源之星的規範）。一般而言，功率因素（或稱效率）可透過升壓轉換器來提升，並且在不同的輸入電壓下，將輸出電壓維持在固定的高電壓準位。例如在輸入電壓為90伏特至264伏特的應用範圍中，功率因素可透過升壓轉換器提升，並將輸出電壓固定在390V的電壓準位。固定的高電壓準位能夠使下一級的轉換器達到最佳效率的增益設計。
隨著電力傳輸（Power Delivery，PD）應用的普及，輸出電壓可以是變動的。然而，基於變動的輸出電壓的需求，現行功率因素修正電路以及轉換器的電路架構難以兼顧電壓的增益以及維持高效率。也就是說，上述的電路架構若要提升效率，則會導致電壓的增益不足。上述的電路架構若要達到電源的預期增益，則會使效率降低。因此，在PD應用下，如何兼顧增益與效率的設計就成了本領域技術人員的研究重點之一。
本發明提供一種變壓裝置。本發明的變壓裝置能夠在不同的輸出電壓需求下兼顧電壓的增益並維持較高的效率。
本發明的變壓裝置包括一次測電路、LLC轉換器以及二次測電路。一次測電路包括第一整流濾波電路、一次測控制器以及升壓轉換器。第一整流濾波電路對輸入電壓進行整流並濾波以提供經調整輸入電壓。一次測控制器耦接於第一整流濾波電路。一次測控制器反應於第一回授控制訊號提供升壓控制訊號。升壓轉換器耦接於第一整流濾波電路以及一次測控制器。升壓轉換器反應於升壓控制訊號對經調整輸入電壓進行升壓以產生升壓電壓。LLC轉換器耦接於升壓轉換器。二次測電路包括二次側回授控制器、第二整流濾波電路以及降壓轉換器。二次側回授控制器接收電壓需求，並反應於電壓需求提供第一回授控制訊號以及降壓控制訊號。第二整流濾波電路耦接於LLC轉換器。第二整流濾波電路與LLC轉換器共同基於固定的增益條件對升壓電壓進行轉換以提供轉換電壓。降壓轉換器耦接於第二整流濾波電路。降壓轉換器反應於降壓控制訊號對轉換電壓進行轉換以提供輸出電壓。
基於上述，變壓裝置透過升壓轉換器、LLC轉換器以及降壓轉換器來產生符合電壓需求的輸出電壓並且維持較高的效率。如此一來，本發明的變壓裝置能夠在不同的輸出電壓需求下兼顧電壓的增益並維持較高的效率。
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。
本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。
請參考圖1，圖1是依據本發明第一實施例所繪示的變壓裝置示意圖。在本實施例中，變壓裝置100能夠將輸入電壓VIN轉換為對應於來自於外部的電壓需求VREQ的輸出電壓VOUT。舉例來說，電壓需求VREQ是由與變壓裝置100連接的電子裝置所提供。
在本實施例中，變壓裝置100包括一次測電路110、LLC轉換器120以及二次測電路130。一次測電路110包括第一整流濾波電路111、一次測控制器112以及升壓轉換器113。第一整流濾波電路111對輸入電壓VIN進行整流並濾波以提供經調整輸入電壓VIN’。舉例來說，第一整流濾波電路111可以包括任意型式的整流器以及濾波器。整流器可例如是全橋式整流器或半橋式整流器。濾波器可以濾除輸入電壓VIN的雜訊。一次測控制器112耦接於第一整流濾波電路111。一次測控制器112反應於第一回授控制訊號SCFB1來提供升壓控制訊號SC1。升壓轉換器113耦接於第一整流濾波電路111以及一次測控制器112。升壓轉換器113反應於升壓控制訊號SC1對經調整輸入電壓VIN’進行升壓，以產生升壓電壓VBST。
在本實施例中，LLC轉換器120耦接於升壓轉換器113。在本實施例中，一次測控制器112反應於第一回授控制訊號SCFB1來提供轉換控制訊號SC2。LLC轉換器120基於轉換控制訊號SC2進行操作。
在本實施例中，二次測電路130包括二次側回授控制器131、第二整流濾波電路132以及降壓轉換器133。在本實施例中，二次側回授控制器131接收來自於外部的電壓需求VREQ，並反應於電壓需求VREQ提供第一回授控制訊號SCFB1以及降壓控制訊號SC3。也就是說，二次側回授控制器131會利用第一回授控制訊號SCFB1來控制一次測控制器112以及LLC轉換器120。第二整流濾波電路132耦接於LLC轉換器120。舉例來說，第二整流濾波電路132可以包括任意型式的整流器以及濾波器。整流器可例如是半橋式整流器。濾波器可以濾除LLC轉換器120所提供的電壓訊號的雜訊。此外，第二整流濾波電路132與LLC轉換器120會共同基於固定的增益條件來對升壓電壓VBST進行轉換以提供轉換電壓VT。
舉例來說，二次側回授控制器131會基於增益條件提供第一回授控制訊號SCFB1。基於第一回授控制訊號SCFB1，LLC轉換器120與第二整流濾波電路132能夠共同提供轉換電壓VT。升壓電壓VBST相較於轉換電壓VT具有固定的增益。應注意的是，上述固定的增益會使變壓裝置100維持較高的效率。如此一來，變壓裝置100能夠基於升壓轉換器113、LLC轉換器120以及第二整流濾波電路132的協同操作維持高效率。在一些實施例中，上述固定的增益可以由LLC轉換器120單獨來產生。也就是說，第二整流濾波電路132可以不參與任何的升降壓操作。
進一步舉例來說，LLC轉換器120包括一次側線圈以及二次側線圈。一次側線圈的圈數與二次側線圈的圈數的N倍。增益條件會符合以下公式：
Figure 02_image001
其中M為增益條件。V1為輸入端的電壓值（即，升壓電壓VBST的電壓值）。V2為輸出端的電壓值（即，轉換電壓VT的電壓值）。N為一次側線圈的圈數與二次側線圈的圈數的圈數比。增益條件例如被設計為等於1（本發明並不以此為限）可維持較佳的效率。因此，當一次側線圈的圈數是二次側線圈的圈數的10倍時，輸入端的電壓值則會被控制為輸出端的電壓值的20倍。因此，在本例中，為維持較佳的效率，轉換電壓VT的電壓值會被控制為升壓電壓VBST的電壓值的0.05倍。
在本實施例中，降壓轉換器133耦接於第二整流濾波電路132。降壓轉換器133反應於降壓控制訊號SC3對轉換電壓VT進行轉換以提供輸出電壓VOUT。如此一來，變壓裝置100能夠基於電壓需求VREQ產生對應於電壓需求VREQ的輸出電壓VOUT。此外，基於增益條件，不論輸出電壓VOUT為何，變壓裝置100的高效率都可以被維持。
順帶一提，基於一次測電路110、LLC轉換器120以及二次測電路130的協同操作，變壓裝置100能夠提供符合PD應用的任意電壓需求VREQ的輸出電壓VOUT。相較於現行的架構，變壓裝置100不需要利用多個變壓器元件來滿足PD應用的多種輸出電壓VOUT。因此，相較於現行的架構，變壓裝置100的體積也較小。
請同時參考圖1以及圖2，圖2是依據本發明一實施例所繪示的需求電壓值區間示意圖。在本實施例中，二次側回授控制器131會基於電壓需求VREQ判斷輸出電壓VOUT的電壓值位於需求電壓值區間VR1~VR3的其中之一以獲得判斷結果。二次側回授控制器131還會依據判斷結果來提供第一回授控制訊號SCFB1以及降壓控制訊號SC3。
在本實施例中，需求電壓值區間VR1低於需求電壓值區間VR2。需求電壓值區間VR1高於需求電壓值區間VR2。在本實施例中，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值被維持在需求電壓值區間VR1時，二次側回授控制器131會提供對應的第一回授控制訊號SCFB1。一次測電路110會反應於第一回授控制訊號SCFB1來維持住升壓電壓VBST的電壓值。也就是說，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值被維持在需求電壓值區間VR1時，升壓轉換器113會反應於升壓控制訊號SC1來維持升壓電壓VBST的電壓值。
當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要被下降並且維持在相同的需求電壓值區間VR1時，升壓轉換器113會反應於升壓控制訊號SC1以維持升壓電壓VBST的電壓值。此外，降壓轉換器133會反應於降壓控制訊號SC3對轉換電壓VT進行降壓。因此，輸出電壓VOUT的電壓值會被維持在需求電壓值區間VR1，並且被下降以符合電壓需求VREQ。
當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值是在相同的需求電壓值區間VR1的最大值VR1max時，升壓轉換器113會反應於升壓控制訊號SC1以維持升壓電壓VBST的電壓值。此外，降壓轉換器133反應於降壓控制訊號SC3不對轉換電壓VT進行降壓。因此，輸出電壓VOUT的電壓值會被控制在需求電壓值區間VR1的最大值VR1max。
也就是說，轉換電壓VT大致上會等於需求電壓值區間VR1~VR3的其中一者的最大值。
在本實施例中，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要從需求電壓值區間VR1被抬升到需求電壓值區間VR2時，二次側回授控制器131會提供對應的第一回授控制訊號SCFB1以及降壓控制訊號SC3。一次測電路110會反應於第一回授控制訊號SCFB1以抬升升壓電壓VBST的電壓值。因此，升壓轉換器113會反應於升壓控制訊號SC1以將升壓電壓VBST的電壓值自需求電壓值區間VR1抬升到需求電壓值區間VR2。
進一步地，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要從需求電壓值區間VR1被抬升到需求電壓值區間VR2的最大值VR2max時，降壓轉換器133反應於降壓控制訊號SC3不對轉換電壓VT進行降壓。在另一方面，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要被抬升到需求電壓值區間VR2並且低於需求電壓值區間VR2的最大值VR2max時，降壓轉換器133則會反應於降壓控制訊號SC3對轉換電壓VT進行降壓。
在本實施例中，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要從需求電壓值區間VR1被下拉到需求電壓值區間VR3時，升壓轉換器113會反應於升壓控制訊號SC1下拉升壓電壓VBST的電壓值。因此，升壓電壓VBST的電壓值自需求電壓值區間VR1被下降到需求電壓值區間VR3。
進一步地，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要從需求電壓值區間VR1被下降到需求電壓值區間VR3的最大值VR3max時，降壓轉換器133會反應於降壓控制訊號SC3不對轉換電壓VT進行降壓。在另一方面，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要被下降到需求電壓值區間VR3並且低於需求電壓值區間VR3的最大值VR3max時，降壓轉換器133則會反應於降壓控制訊號SC3對轉換電壓VT進行降壓。
請同時參考圖2以及圖3，圖3是依據本發明第一實施例所繪示的另一變壓裝置示意圖。圖3示例出升壓轉換器113、LLC轉換器120以及降壓轉換器133的電路配置。在本實施例中，升壓轉換器113包括升壓電感器LB1、升壓二極體DB1、升壓電容器CB1以及升壓控制開關SWB1。升壓電感器LB1的第一端耦接於第一整流濾波電路111以接收經調整輸入電壓VIN’。升壓二極體DB1的陽極耦接於升壓電感器LB1的第二端。升壓電容器CB1的第一端耦接於升壓二極體DB1的陰極。升壓電容器CB1的第二端耦接於參考電源（例如是接地）。升壓控制開關SWB1的第一端耦接於升壓電感器LB1的第二端。升壓控制開關SWB1的第二端耦接於參考電源。升壓控制開關SWB1的控制端耦接於一次測控制器112以接收升壓控制訊號SC1。
在本實施例中，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值被維持在需求電壓值區間VR1時，升壓轉換器113反應於升壓控制訊號SC1的第一工作週期以維持升壓電壓VBST的電壓值。當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要從需求電壓值區間VR1被抬升到需求電壓值區間VR2中時，升壓轉換器113反應於升壓控制訊號SC1的第二工作週期以抬升升壓電壓VBST的電壓值。在本實施例中，第二工作週期高於第一工作週期。
當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值需要從需求電壓值區間VR1被下拉到需求電壓值區間VR3中時，升壓轉換器113反應於升壓控制訊號SC1的第三工作週期以抬升升壓電壓VBST的電壓值。在本實施例中，第三工作週期低於第一工作週期。
在本實施例中，升壓轉換器113還包括電阻器R1。電阻器R1耦接於升壓控制開關SWB1的第二端與參考電源之間。電阻器R1可用以限制流經升壓控制開關SWB1的第一端與第二端的電流。因此，電阻器R1可保護升壓控制開關SWB1。
在本實施例中，LLC轉換器120包括開關SW1、SW2、諧振電容器CR、諧振電感器LR、一次側線圈CL1以及二次側線圈CL2_1、CL2_2。開關SW1的第一端耦接於升壓轉換器113。開關SW2的第一端耦接於開關SW1的第二端。開關SW1、SW2受控於一次測控制器112。在本實施例中，開關SW1、SW2的控制端分別用以接收轉換控制訊號SC2。在本實施例中，一次側線圈CL1、諧振電容器CR以及諧振電感器LR串連耦接於開關SW1的第二端與開關SW2的第二端之間。舉例來說，諧振電容器CR的第一端耦接於開關SW1的第二端。諧振電感器LR的第一端耦接於諧振電容器CR的第二端。一次側線圈CL1的第一端耦接於諧振電感器LR的第二端。一次側線圈CL1的第二端耦接於開關SW2的第二端。在本實施例中，二次側線圈CL2_2與二次側線圈CL2_1串聯連接。二次側線圈CL2_2的第一端連接到二次側線圈CL2_1的第一端。二次側線圈CL2_2與二次側線圈CL2_1耦接到第二整流濾波電路132。也就是說，二次側線圈CL2_2的第二端以及二次側線圈CL2_1的第二端會耦接到第二整流濾波電路132。在本實施例中，LLC轉換器120可反應於轉換控制訊號SC2來運行。
在本實施例中，降壓轉換器133包括降壓控制開關SWB2以及轉換電路1331。降壓控制開關SWB2的第一端耦接於第二整流濾波電路132以接收轉換電壓VT。降壓控制開關SWB2的控制端用以接收降壓控制訊號SC3。轉換電路1331耦接於降壓控制開關SWB2的第二端。轉換電路1331會依據降壓控制開關SWB2的開關狀態以產生符合電壓需求VREQ的輸出電壓VOUT。
在本實施例中，轉換電路1331包括降壓電感器LB2、降壓電容器CB2以及降壓二極體DB2。降壓電感器LB2的第一端耦接於降壓控制開關SWB2的第二端。降壓電感器LB2的第二端作為變壓裝置100的輸出端。也就是說，變壓裝置100會經由降壓電感器LB2的第二端提供輸出電壓VOUT。降壓電容器CB2的第一端耦接於降壓電感器LB2的第二端。降壓電容器CB2的第二端耦接於參考電源。降壓二極體DB2的陰極耦接於降壓控制開關SWB2的第二端。降壓二極體DB2的陽極耦接於參考電源。
在本實施例中，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT是需求電壓值區間VR1~VR3的其中一者的最大電壓值時，降壓控制開關SWB2會持續被導通。也就是說，降壓控制開關SWB2會反應於降壓控制訊號SC3的100%的工作週期而持續被導通。因此，輸出電壓VOUT的電壓值實質上會等於轉換電壓VT的電壓值。在另一方面，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT是需求電壓值區間VR1~VR3的其中一者的電壓值，並且小於當前需求電壓值區間的最大電壓值時，降壓控制開關SWB2則會反應於降壓控制訊號SC3的工作週期進行導通與斷開的切換。
在本實施例中，升壓控制開關SWB1、開關SW1、SW2以及降壓控制開關SWB2分別利用N型金屬氧化物半導體場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET）來實現。本發明的升壓控制開關SWB1、開關SW1、SW2以及降壓控制開關SWB2可分別利用合適的電晶體開關來實現，並不以本實施例為限。
在此舉例來說明變壓裝置100反應於不同電壓需求VREQ的實施方式。當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值為20伏特時，二次側回授控制器131會判斷20伏特是需求電壓值區間VR1的最大值VR1max，並且基於增益條件判斷升壓電壓VBST的電壓值需要被上升到400伏特。因此，二次側回授控制器131提供對應於電壓需求VREQ的第一回授控制訊號SCFB1以及降壓控制訊號SC3。一次測控制器112反應於第一回授控制訊號SCFB1提供升壓控制訊號SC1以及轉換控制訊號SC2。升壓轉換器113利用升壓控制訊號SC1產生400伏特的升壓電壓VBST。反應於轉換控制訊號SC2，LLC轉換器120與第二整流濾波電路132共同提供20伏特的轉換電壓VT。也就是說，基於增益條件，LLC轉換器120與第二整流濾波電路132會共同提供20伏特的轉換電壓VT。此外，降壓轉換器133反應於降壓控制訊號SC3而不對轉換電壓VT進行降壓，從而提供20伏特的輸出電壓VOUT。
接下來，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值為15伏特時，二次側回授控制器131會判斷15伏特是需求電壓值區間VR3的最大值VR3max，並且基於增益條件判斷升壓電壓VBST的電壓值需要300伏特。因此，二次側回授控制器131提供對應的電壓需求VREQ的第一回授控制訊號SCFB1以及降壓控制訊號SC3。一次測控制器112反應於第一回授控制訊號SCFB1提供升壓控制訊號SC1以及轉換控制訊號SC2。升壓轉換器113利用升壓控制訊號SC1產生300伏特的升壓電壓VBST（如，升壓電壓VBST自400伏特被下拉到300伏特）。反應於轉換控制訊號SC2，LLC轉換器120與第二整流濾波電路132共同提供15伏特的轉換電壓VT。此外，降壓轉換器133反應於降壓控制訊號SC3而不對轉換電壓VT進行降壓，從而提供15伏特的輸出電壓VOUT。
再接下來，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值為9伏特時，二次側回授控制器131會判斷9伏特是需求電壓值區間VR3中的電壓值。9伏特小於的最大值VR3max（即，15伏特）。因此，升壓轉換器113會產生300伏特的升壓電壓VBST。LLC轉換器120利用轉換控制訊號SC2以使第二整流濾波電路132輸出15伏特的轉換電壓VT。此外，降壓轉換器133反應於降壓控制訊號SC3對轉換電壓VT進行降壓以提供9伏特的輸出電壓VOUT。
當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值為28伏特時，二次側回授控制器131會判斷28伏特是需求電壓值區間VR2的最大值VR2max，並且基於增益條件判斷升壓電壓VBST的電壓值需要560伏特。升壓轉換器113利用升壓控制訊號SC1產生560伏特的升壓電壓VBST。LLC轉換器120利用轉換控制訊號SC2以使第二整流濾波電路132輸出28伏特的轉換電壓VT。此外，降壓轉換器133反應於降壓控制訊號SC3以提供28伏特的輸出電壓VOUT。
此外，在一些實施例中，LLC轉換器120會電汽隔離一次測電路110以及二次測電路130。也就是說，一次測電路110與二次測電路130並不會實體連接。上述的電汽隔離方式可防止使用者或連接於二次測電路130的電子裝置不會受到升壓電壓VBST的傷害。如此一來，變壓裝置100的使用安全性能夠被提高。在此實施例中，二次側回授控制器131可透過無線通訊方式將第一回授控制訊號SCFB1提供到一次測控制器112。舉例來說，二次側回授控制器131可透過光通訊方式（如，利用光電耦合元件）將第一回授控制訊號SCFB1提供到一次測控制器112。另舉例來說，二次側回授控制器131可透過隔離變壓器將第一回授控制訊號SCFB1提供到一次測控制器112。
請參考圖4，圖4是依據本發明第二實施例所繪示的變壓裝置示意圖。變壓裝置200包括一次測電路210、LLC轉換器220以及二次測電路230。一次測電路210包括第一整流濾波電路211、一次測控制器212以及升壓轉換器213。二次測電路230包括二次側回授控制器231、第二整流濾波電路232、降壓轉換器233以及二次測控制器234。一次測電路210以及LLC轉換器220的實施細節大致上相似於第一實施例的一次測電路110以及LLC轉換器120的實施細節。因此恕不在此重述。
在本實施例中，二次測控制器234耦接於二次側回授控制器231與第二整流濾波電路232之間。在本實施例中，二次側回授控制器231還會反應於電壓需求VREQ提供第二回授控制訊號SCFB2。也就是說，二次側回授控制器231會提供第一回授控制訊號SCFB1、第二回授控制訊號SCFB2以及降壓控制訊號SC3。二次測控制器234會接收第二回授控制訊號SCFB2，並且依據第二回授控制訊號SCFB2來提供開關訊號SSW。第二整流濾波電路232會反應於開關訊號SSW而運行。
請同時參考圖4以及圖5，圖5是依據本發明第二實施例所繪示的LLC轉換器以及第二整流濾波電路的示意圖。在本實施例中，第二整流濾波電路232包括開關SW3、SW4、電容器C以及電阻器R。開關SW3的第一端耦接於二次側線圈CL2_1的第二端。開關SW4的第一端耦接於開關SW3的第二端。開關SW4的第二端耦接於二次側線圈CL2_2的第二端。開關SW3、SW4受控於開關訊號SSW。電容器C的第一端耦接於二次側線圈CL2_1的第一端。電容器C的第二端耦接於開關SW4的第二端。電阻器R與電容器C並聯連接。在本實施例中，二次側回授控制器231可基於增益條件來提供第一回授控制訊號SCFB1以及第二回授控制訊號SCFB2。因此，LLC轉換器220以及第二整流濾波電路232共同對升壓電壓VBST進行轉換以提供轉換電壓VT。此外，第二整流濾波電路232還可以執行同步整流操作與濾波操作。也就是說，LLC轉換器220以及第二整流濾波電路232可以被視為LLC同步整流轉換器。
在本實施例中，開關SW3、SW4可分別利用合適的電晶體開關來實現，並不以本實施例為限。
在一些實施例中，LLC轉換器220可能還包括開關SW3、SW4、電容器C以及電阻器R。也就是說，LLC轉換器220可以是LLC同步整流轉換器。第二整流濾波電路232則包括額外的整流器以及濾波器。
請參考圖6，圖6是依據本發明第三實施例所繪示的變壓裝置示意圖。在本實施例中，變壓裝置300包括一次測電路310、LLC轉換器320、二次測電路330以及旁路開關340。一次測電路310包括第一整流濾波電路311、一次測控制器312以及升壓轉換器313。二次測電路330包括二次側回授控制器331、第二整流濾波電路332以及降壓轉換器333。一次測電路310以及LLC轉換器320的實施細節大致上相似於第一實施例的一次測電路110以及LLC轉換器120的實施細節。因此恕不在此重述。在本實施例中，旁路開關340耦接於第二整流濾波電路332與變壓裝置300的輸出端之間，並且與降壓轉換器333並聯連接。在本實施例中，旁路開關340可受控於二次側回授控制器331。當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT是需求電壓值區間的最大電壓值時，二次側回授控制器331會禁能降壓轉換器333，並且導通旁路開關340。如此一來，降壓轉換器333的是用壽命可以被提高。在本實施例中，旁路開關340可以是至少由傳輸閘、電晶體開關以及繼電器的其中一者來實現。
舉例來說明，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT的電壓值為28伏特時，二次側回授控制器331會判斷28伏特是需求電壓值區間的最大值，並且基於增益條件判斷出升壓電壓VBST的電壓值需上升到560伏特。因此，二次側回授控制器331提供第一回授控制訊號SCFB1以控制升壓電壓VBST的電壓值為560伏特並控制轉換電壓VT的電壓值為28伏特。此外，二次側回授控制器331提供降壓控制訊號SC3以禁能降壓轉換器333，並且導通旁路開關340。因此，輸出電壓VOUT為28伏特。
在另一方面，當電壓需求VREQ指示出輸出電壓VOUT是需求電壓值區間的電壓值，並且小於當前需求電壓值區間的最大電壓值時，二次側回授控制器331會致能降壓轉換器333，並且斷開旁路開關340。
綜上所述，本發明的變壓裝置中，第二整流濾波電路與LLC轉換器會共同基於固定的增益條件來對升壓電壓進行轉換以提供轉換電壓。因此，變壓裝置的高效率可以被維持。降壓轉換器能夠將轉換電壓轉換為輸出電壓。因此，變壓裝置能夠基於電壓需求來產生對應於電壓需求的輸出電壓。如此一來，基於增益條件，不論輸出電壓為何，變壓裝置的高效率都可以被維持。本發明的變壓裝置能夠同時符合效率的規範以及滿足目前的PD需求。此外，基於一次測電路、LLC轉換器以及二次測電路的協同操作，本發明的變壓裝置能夠提供符合應用的任意電壓需求的輸出電壓。相較於現行的架構，本發明的變壓裝置不需要利用多個變壓器元件來滿足應用的多種輸出電壓。因此，相較於現行的架構，本發明的變壓裝置的體積也較小。
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。
100、200、300:變壓裝置 110、210、310:一次測電路 111、211、311:第一整流濾波電路 112、212、312:一次測控制器 113、213、313:升壓轉換器 120、220、320:LLC轉換器 130、230、330:二次測電路 131、231、331:二次側回授控制器 132、232、332:第二整流濾波電路 133、233、333:降壓轉換器 1331:轉換電路 234:二次測控制器 340:旁路開關 C:電容器 CB1:升壓電容器 CB2:降壓電容器 CL1:一次側線圈 CL2_1、CL2_2:二次側線圈 CR:諧振電容器 DB1:升壓二極體 DB2:降壓二極體 LB1:升壓電感器 LB2:降壓電感器 LR:諧振電感器 R、R1:電阻器 SC1:升壓控制訊號 SC2:轉換控制訊號 SC3:降壓控制訊號 SCFB1:第一回授控制訊號 SCFB2:第二回授控制訊號 SSW:開關訊號 SW1~SW4:開關 SWB1:升壓控制開關 SWB2:降壓控制開關 VBST:升壓電壓 VIN:輸入電壓 VIN’:經調整輸入電壓 VOUT:輸出電壓 VR1~VR3:需求電壓值區間 VR1max、VR2max、VR3max:需求電壓值區間的最大值 VREQ:電壓需求 VT:轉換電壓
圖1是依據本發明第一實施例所繪示的變壓裝置示意圖。 圖2是依據本發明一實施例所繪示的需求電壓值區間示意圖。 圖3是依據本發明第一實施例所繪示的另一變壓裝置示意圖。 圖4是依據本發明第二實施例所繪示的變壓裝置示意圖。 圖5是依據本發明第二實施例所繪示的LLC轉換器以及第二整流濾波電路的示意圖。 圖6是依據本發明第三實施例所繪示的變壓裝置示意圖。
100:變壓裝置
110:一次測電路
120:LLC轉換器
130:二次測電路
111:第一整流濾波電路
112:一次測控制器
113:升壓轉換器
131:二次側回授控制器
132:第二整流濾波電路
133:降壓轉換器
SC1:升壓控制訊號
SC2:轉換控制訊號
SC3:降壓控制訊號
SCFB1:第一回授控制訊號
VBST:升壓電壓
VIN:輸入電壓
VIN’:經調整輸入電壓
VOUT:輸出電壓
VREQ:電壓需求
VT:轉換電壓

Claims (20)

  1. 一種變壓裝置，包括： 一一次測電路，包括： 一第一整流濾波電路，經配置以對一輸入電壓進行整流並濾波以提供一經調整輸入電壓； 一一次測控制器，耦接於該第一整流濾波電路，經配置以反應於一第一回授控制訊號提供一升壓控制訊號；以及 一升壓轉換器，耦接於該第一整流濾波電路以及該一次測控制器，經配置以反應於該升壓控制訊號對該經調整輸入電壓進行升壓以產生一升壓電壓； 一LLC轉換器，耦接於該升壓轉換器；以及 一二次測電路，包括： 一二次側回授控制器，經配置以接收一電壓需求，並反應於該電壓需求提供該第一回授控制訊號以及一降壓控制訊號； 一第二整流濾波電路，耦接於該LLC轉換器，經配置以與該LLC轉換器共同基於固定的一增益條件對該升壓電壓進行轉換以提供一轉換電壓；以及 一降壓轉換器，耦接於該第二整流濾波電路，經配置以反應於該降壓控制訊號對該轉換電壓進行轉換以提供一輸出電壓。
  2. 如請求項1所述的變壓裝置，其中該二次側回授控制器基於該電壓需求判斷該輸出電壓的電壓值位於多個需求電壓值區間的其中之一以獲得一判斷結果，並依據該判斷結果提供該第一回授控制訊號以及該降壓控制訊號。
  3. 如請求項1所述的變壓裝置，其中當該電壓需求指示出該輸出電壓的電壓值維持在一第一需求電壓值區間時，該升壓轉換器反應於該升壓控制訊號以維持該升壓電壓的電壓值。
  4. 如請求項1所述的變壓裝置，其中當該電壓需求指示出該輸出電壓的電壓值需要被下降並且維持在相同的需求電壓值區間時，該升壓轉換器反應於該升壓控制訊號以維持該升壓電壓的電壓值，並且降壓轉換器反應於該降壓控制訊號對該轉換電壓進行降壓。
  5. 如請求項1所述的變壓裝置，其中當該電壓需求指示出該輸出電壓的電壓值需要從一第一需求電壓值區間被抬升到一第二需求電壓值區間時，該升壓轉換器反應於該升壓控制訊號以抬升該升壓電壓的電壓值。
  6. 如請求項1所述的變壓裝置，其中當該電壓需求指示出該輸出電壓的電壓值需要從一第一需求電壓值區間被下拉到一第三需求電壓值區間時，該升壓轉換器反應於該升壓控制訊號以下拉該升壓電壓的電壓值。
  7. 如請求項1所述的變壓裝置，其中該降壓轉換器包括： 一降壓控制開關，其中該降壓控制開關的第一端耦接於該第二整流濾波電路以接收該轉換電壓，其中該降壓控制開關的控制端用以接收該降壓控制訊號；以及 一轉換電路，耦接於該降壓控制開關的第二端，經配置以依據該降壓控制開關的開關狀態以產生該輸出電壓。
  8. 如請求項7所述的變壓裝置，其中： 當該電壓需求指示出該輸出電壓是一需求電壓值區間的最大電壓值時，該降壓控制開關持續被導通。
  9. 如請求項8所述的變壓裝置，其中當該電壓需求指示出該輸出電壓是該需求電壓值區間的電壓值，並且小於該需求電壓值區間的該最大電壓值時，該降壓控制開關反應於該降壓控制訊號的工作週期進行導通與斷開的切換。
  10. 如請求項1所述的變壓裝置，還包括： 一旁路開關，耦接於該第二整流濾波電路與該變壓裝置的輸出端之間，並且與該降壓轉換器並聯。
  11. 如請求項10所述的變壓裝置，其中： 當該電壓需求指示出該輸出電壓是一需求電壓值區間的一最大電壓值時，該二次側回授控制器禁能該降壓轉換器，並且導通該旁路開關。
  12. 如請求項11所述的變壓裝置，其中： 當該電壓需求指示出該輸出電壓是該需求電壓值區間的電壓值，並且小於該需求電壓值區間的該最大電壓值時，該二次側回授控制器致能該降壓轉換器，並且斷開該旁路開關。
  13. 如請求項1所述的變壓裝置，其中該升壓轉換器包括： 一升壓電感器，其中該升壓電感器的第一端耦接於該第一整流濾波電路； 一升壓二極體，其中該升壓二極體的陽極耦接於該升壓電感器的第二端； 一升壓電容器，其中該升壓電容器的第一端耦接於該升壓二極體的陰極，其中該升壓電容器的第二端耦接於一參考電源；以及 一升壓控制開關，其中該升壓控制開關的第一端耦接於該升壓電感器的第二端，其中該升壓控制開關的第二端耦接於該參考電源，其中該升壓控制開關的控制端耦接於該一次測控制器以接收該升壓控制訊號。
  14. 如請求項13所述的變壓裝置，其中當該電壓需求指示出該輸出電壓的電壓值維持在一第一需求電壓值區間時，該升壓轉換器反應於該升壓控制訊號的一第一工作週期以維持該升壓電壓的電壓值。
  15. 如請求項14所述的變壓裝置，其中： 當該電壓需求指示出該輸出電壓的電壓值需要從一第一需求電壓值區間被抬升到一第二需求電壓值區間時，該升壓轉換器反應於該升壓控制訊號的一第二工作週期以抬升該升壓電壓的電壓值，並且 該第二工作週期高於該第一工作週期。
  16. 如請求項15所述的變壓裝置，其中該降壓轉換器包括： 當該電壓需求指示出該輸出電壓的電壓值需要從一第一需求電壓值區間被下降到一第三需求電壓值區間時，該升壓轉換器反應於該升壓控制訊號的一第三工作週期以下拉該升壓電壓的電壓值，並且 該第三工作週期低於該第一工作週期。
  17. 如請求項1所述的變壓裝置，其中該LLC轉換器包括： 一第一開關，其中該第一開關的第一端耦接於該升壓轉換器； 一第二開關，其中該第二開關的第一端耦接於該第一開關的第二端，其中該第一開關以及該第二開關受控於該一次測控制器； 一諧振電容器； 一諧振電感器； 一一次側線圈，其中該一次側線圈、諧振電容器以及諧振電感器串連耦接於該第二開關的第一端與該第二開關的第二端之間； 一第一二次側線圈；以及 一第二二次側線圈，與該第一二次側線圈串聯，並與該第一二次側線圈耦接於該第二整流濾波電路。
  18. 如請求項17所述的變壓裝置，其中該第一二次側線圈的第一端耦接於該第二二次側線圈的第一端，其中該第二整流濾波電路包括： 一第三開關，其中該第三開關的第一端耦接於該第一二次側線圈的第二端； 一第四開關，其中該第四開關的第一端耦接於該第三開關的第二端，其中該第四開關的第二端耦接於該第二二次側線圈的第二端，其中該第三開關以及該第四開關受控於一開關訊號； 一電容器，其中該電容器的第一端耦接於該第一二次側線圈的第一端，其中該電容器的第二端耦接於該第四開關的第二端；以及 一電阻器，與該電容器並聯。
  19. 如請求項18所述的變壓裝置，其中： 該二次側回授控制器還經配置以反應於該電壓需求提供該第一回授控制訊號、一第二回授控制訊號以及該降壓控制訊號，並且 該二次測電路還包括： 一二次測控制器，耦接於該二次側回授控制器與該第二整流濾波電路之間，經配置以接收該第二回授控制訊號，並依據該第二回授控制訊號提供該開關訊號。
  20. 如請求項1所述的變壓裝置，其中： 該LLC轉換器電汽隔離該一次測電路與該二次測電路，並且 該二次側回授控制器與該一次測控制器以無線通訊方式進行通訊。
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