TWM463465U - 具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器 - Google Patents

具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器 Download PDF

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Zhen-Yuan Wu
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Description

具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器
本創作係有關於一種橋式轉換器，特別是一種具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器。
傳統的尖峰電壓消除電路是透過在二次側電路上與電晶體開關連接的二極體之後設置一電阻；由於在交換式電源供應器的設計上，功率都較大，因此透過此種電阻設置方式來消除尖峰電壓，因為功率較大，因此所需要的電阻亦需要較大，所以容易使電源供應器溫度過高、能量耗損過大，但整體效率卻不高。
為改善上述習知技術之缺點，本創作之目的在於提供一種具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器。
為達成本創作之上述目的，本創作之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器係應用於一電源裝置及一負載裝置，該具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器電性連接至該電源裝置及該負載裝置，該具有改良型緩衝器電路包含：一變壓器，該變壓器包含一一次側繞組、一第一二次側繞組及一第二二次側繞組；一第一二極體，該第一二極體電性連接至該第一二次側繞組；一二次側第一開關單元，該二次側第一開關單元電性連接至該第一二次側繞組、該第一二極體及該負載裝置；一第一電容，該第一電容電性連接至該第一二極體、該二次側第一開關單元及該負載裝置；一第二二極體，該第二二極體電性連接至該第二二次側繞組、該第一二極體及該第一電容；一第二電容，該第二電容電性連接至該第一二極體、該第二二極體、該第一電容、該二次側第一開關單元及該負載裝置；一二次側第二開關單元，該二次側第二開關單元電性連接至該第二二次側繞組、該第二二極體、該第一電容、該第二電容、該二次側第一開關單元及該負載裝置；一直流轉直流轉換單元，該直流轉直流轉換單元電性連接至該第一二極體、該第二二極體、該第一電容及該第二電容；一第三電容，該第三電容電性連接至該直流轉直流轉換單元、該第一電容、該第二電容、該二次側第一開關單元、該二次側第二開關單元及該負載裝置；及一電阻，該電阻電性連接至該直流轉直流轉換單元、該第三電容及該負載裝置。
再者，更包含：一抗流器，該抗流器電性連接至該第一二次側繞組、該第二二次側繞組、該電阻及該負載裝置。
再者，更包含：一第四電容，該第四電容電性連接至該抗流器、該電阻、該第一電容、該第二電容、該第三電容、該二次側第一開關單元、該二次側第二開關單元及該負載裝置。
再者，更包含：一控制單元，該控制單元電性連接至該二次側第一開關單元及該二次側第二開關單元。
再者，更包含：一一次側第一開關單元，該一次側第一開關單元電性連接至該控制單元、該電源裝置及該一次側繞組。
再者，更包含：一一次側第二開關單元，該一次側第二開關單元電性連接至該控制單元、該電源裝置、該一次側繞組及該一次側第一開關單元。
再者，更包含：一一次側第三開關單元，該一次側第三開關單元電性連接至該控制單元、該電源裝置、該一次側繞組及該一次側第一開關單元。
再者，更包含：一一次側第四開關單元，該一次側第四開關單元電性連接至該控制單元、該電源裝置、該一次側繞組、該一次側第二開關單元及該一次側第三開關單元。
其中該控制單元係為一微處理器或一微控制器。
其中該二次側第一開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該二次側第二開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第一開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第二開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第三開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第四開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器。
本創作之功效在於使橋式轉換器的工作溫度降低、能量耗損降低，並提高橋式轉換器的整體效率。
10‧‧‧具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器
20‧‧‧電源裝置
30‧‧‧負載裝置
102‧‧‧變壓器
104‧‧‧第一二極體
106‧‧‧二次側第一開關單元
108‧‧‧第一電容
110‧‧‧第二二極體
112‧‧‧第二電容
114‧‧‧二次側第二開關單元
116‧‧‧直流轉直流轉換單元
118‧‧‧第三電容
120‧‧‧電阻
122‧‧‧抗流器
124‧‧‧第四電容
126‧‧‧控制單元
128‧‧‧一次側第一開關單元
130‧‧‧一次側第二開關單元
132‧‧‧一次側第三開關單元
134‧‧‧一次側第四開關單元
1022‧‧‧一次側繞組
1024‧‧‧第一二次側繞組
1026‧‧‧第二二次側繞組
第一圖為本創作之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器方塊圖。
請參考第一圖，其係為本創作之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器方塊圖。一具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器10係應用於一電源裝置20及一負載裝置30；該具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器10電性連接至該電源裝置20及該負載裝置30。
該具有改良型緩衝器電路10包含一變壓器102、一第一二極體104、一二次側第一開關單元106、一第一電容108、一第二二極體110、一第二電容112、一二次側第二開關單元114、一直流轉直流轉換單元116、一第三電容118、一電阻120、一抗流器122、一第四電容124、一控制單元126、一一次側第一開關單元128、一一次側第二開關單元130、一一次側第三開關單元132及一一次側第四開關單元134。
該變壓器102包含一一次側繞組1022、一第一二次側繞組1024及一第二二次側繞組1026。
該第一二極體104電性連接至該第一二次側繞組1024；該二次側第一開關單元106電性連接至該第一二次側繞組1024、該第一二極體104及該負載裝置30；該第一電容108電性連接至該第一二極體104、該二次側第一開關單元106及該負載裝置30；該第二二極體110電性連接至該第二二次側繞組1026、該第一二極體104及該第一電容108。
該第二電容112電性連接至該第一二極體104、該第二二極體110、該第一電容108、該二次側第一開關單元106及該負載裝置30；該二次側第二開關單元114電性連接至該第二二次側繞組1026、該第二二極體110、該第一電容108、該第二電容112、該二次側第一開關單元106及該負載裝置30；該直流轉直流轉換單元116電性連接至該第一二極體104、該第二二極體110、該第一電容108及該第二電容112。
該第三電容118電性連接至該直流轉直流轉換單元116、該第一電容108、該第二電容112、該二次側第一開關單元106、該二次側第二開關單元114及該負載裝置30；該電阻120電性連接至該直流轉直流轉換單元116、該第三電容118及該負載裝置30；該抗流器122電性連接至該第一二次側繞組1024、該第二二次側繞組1026、該電阻120及該負載裝置30。
該第四電容124電性連接至該抗流器122、該電阻120、該第一電容108、該第二電容112、該第三電容118、該二次側第一開關單元106、該二次側第二開關單元114及該負載裝置30；該控制單元126電性連接至該二次側第一開關單元106及該二次側第二開關單元114；該一次側第一開關單元128電性連接至該控制單元126、該電源裝置20及該一次側繞組1022。
該一次側第二開關單元130電性連接至該控制單元126、該電源裝置20、該一次側繞組1022及該一次側第一開關單元128；該一次側第三開關單元132電性連接至該控制單元126、該電源裝置20、該一次側繞組1022及該一次側第一開關單元128；該一次側第四開關單元134電性連接至該控制單元126、該電源裝置20、該一次側繞組1022、該一次側第二開關單元130及該一次側第三開關單元132。
該控制單元126可為例如但不限定為一微處理器或一微控制器；該二次側第一開關單元106可為例如但不限定為一金氧半場效電晶體（metal oxide semiconductor field effect transistor，通常簡稱為MOSFET）、一雙極性接面電晶體（bipolar junction transistor，通常簡稱為BJT）、一絕緣閘極雙極性電晶體（insulation gate bipolar transistor，通常簡稱為IGBT）或一矽控整流器（silicon controlled rectifier，通常簡稱為SCR）；該二次側第二開關單元114可為例如但不限定為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器。
該一次側第一開關單元128可為例如但不限定為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第二開關單元130可為例如但不限定為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第三開關單元132可為例如但不限定為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第四開關單元134可為例如但不限定為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器。
本創作之該具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器10係透過該直流轉直流轉換單元116、該第三電容118及該電阻120，以該直流轉直流轉換單元116轉換電壓效率較高的特性，來達到消除尖峰電壓，並且將電流儲存於電容當中；當放電的時候，只需要視輸出電壓的負載需求，即可透過電阻進行微調；由於經過轉換後的電壓值較低，因此可以採用較小的電阻，如此即可使該具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器10的工作溫度降低、能量耗損降低，並提高該具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器10的整體效率。
該第一二極體104及該第一電容208係用以吸收該二次側第一開關單元106的尖峰能量（spike energy），藉以保護該二次側第一開關單元106；該第二二極體110及該第二電容112係用以吸收該二次側第二開關單元114的尖峰能量，藉以保護該二次側第二開關單元114；尖峰能量係被回收以藉由該直流轉直流轉換單元116、該第三電容118及該電阻120輸出。儲存在該第一電容108及該第二電容112的尖峰能量被回收以成為有用的能量輸出。本創作的方法比目前任何習知技術還要更好，因為儲存在該第一電容108及該第二電容112的能量係經由該直流轉直流轉換單元116轉換至該第三電容118。
本創作之一具體實施例如下：假設儲存在該第一電容108及該第二電容112的2瓦特能量要被轉換傳輸至輸出端；對於一個輸出為12伏特的轉換器來說，該第一電容108及該第二電容112的電壓被箝制（clamp）在60伏特，假設該直流轉直流轉換單元116的效率（efficiency）是90%，則在該直流轉直流轉換單元116的之後的能量轉換為1.8瓦特（由2*0.9=1.8得來），此1.8瓦特的能量將儲存於該第三電容118；該第三電容118被設定（由該直流轉直流轉換單元116輸出）成在儲存此能量時為13伏特（接近輸出的12伏特），藉以提高效率；因此，1.8/13＝0.138安培的電流將會流經該電阻120，該電阻120的阻值為(13-12)/0.138=7.25歐姆。該電阻120的耗損為0.138*0.138*7.25=0.14瓦特，因此電力轉換為1.8-0.14=1.66瓦特，轉換效率為1.66/2=83%，此轉換效率將遠遠高於目前任何習知技術。
然以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。綜上所述，當知本創作已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本創作之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合新型專利申請要件，爰依專利法提出申請。
10‧‧‧具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器
20‧‧‧電源裝置
30‧‧‧負載裝置
102‧‧‧變壓器
104‧‧‧第一二極體
106‧‧‧二次側第一開關單元
108‧‧‧第一電容
110‧‧‧第二二極體
112‧‧‧第二電容
114‧‧‧二次側第二開關單元
116‧‧‧直流轉直流轉換單元
118‧‧‧第三電容
120‧‧‧電阻
122‧‧‧抗流器
124‧‧‧第四電容
126‧‧‧控制單元
128‧‧‧一次側第一開關單元
130‧‧‧一次側第二開關單元
132‧‧‧一次側第三開關單元
134‧‧‧一次側第四開關單元
1022‧‧‧一次側繞組
1024‧‧‧第一二次側繞組
1026‧‧‧第二二次側繞組

Claims (10)

  1. 一種具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，係應用於一電源裝置及一負載裝置，該具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器電性連接至該電源裝置及該負載裝置，該具有改良型緩衝器電路包含：
    一變壓器，該變壓器包含一一次側繞組、一第一二次側繞組及一第二二次側繞組；
    一第一二極體，該第一二極體電性連接至該第一二次側繞組；
    一二次側第一開關單元，該二次側第一開關單元電性連接至該第一二次側繞組、該第一二極體及該負載裝置；
    一第一電容，該第一電容電性連接至該第一二極體、該二次側第一開關單元及該負載裝置；
    一第二二極體，該第二二極體電性連接至該第二二次側繞組、該第一二極體及該第一電容；
    一第二電容，該第二電容電性連接至該第一二極體、該第二二極體、該第一電容、該二次側第一開關單元及該負載裝置；
    一二次側第二開關單元，該二次側第二開關單元電性連接至該第二二次側繞組、該第二二極體、該第一電容、該第二電容、該二次側第一開關單元及該負載裝置；
    一直流轉直流轉換單元，該直流轉直流轉換單元電性連接至該第一二極體、該第二二極體、該第一電容及該第二電容；
    一第三電容，該第三電容電性連接至該直流轉直流轉換單元、該第一電容、該第二電容、該二次側第一開關單元、該二次側第二開關單元及該負載裝置；及
    一電阻，該電阻電性連接至該直流轉直流轉換單元、該第三電容及該負載裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，更包含：
    一抗流器，該抗流器電性連接至該第一二次側繞組、該第二二次側繞組、該電阻及該負載裝置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，更包含：
    一第四電容，該第四電容電性連接至該抗流器、該電阻、該第一電容、該第二電容、該第三電容、該二次側第一開關單元、該二次側第二開關單元及該負載裝置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，更包含：
    一控制單元，該控制單元電性連接至該二次側第一開關單元及該二次側第二開關單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，更包含：
    一一次側第一開關單元，該一次側第一開關單元電性連接至該控制單元、該電源裝置及該一次側繞組。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，更包含：
    一一次側第二開關單元，該一次側第二開關單元電性連接至該控制單元、該電源裝置、該一次側繞組及該一次側第一開關單元。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，更包含：
    一一次側第三開關單元，該一次側第三開關單元電性連接至該控制單元、該電源裝置、該一次側繞組及該一次側第一開關單元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，更包含：
    一一次側第四開關單元，該一次側第四開關單元電性連接至該控制單元、該電源裝置、該一次側繞組、該一次側第二開關單元及該一次側第三開關單元。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，其中該控制單元係為一微處理器或一微控制器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之具有改良型緩衝器電路之橋式轉換器，其中該二次側第一開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該二次側第二開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第一開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第二開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第三開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器；該一次側第四開關單元係為一金氧半場效電晶體、一雙極性接面電晶體、一絕緣閘極雙極性電晶體或一矽控整流器。
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CN103812317B (zh) * 2012-11-14 2016-08-24 台达电子工业股份有限公司 箝位吸收电路及其阻抗调节方法

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