CN109905014B - 被动电路与电源转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种被动电路与电源转换器,被动电路包含彼此耦合的第一电感单元、第二电感单元、第三电感单元、第四电感单元以及电容单元。第一电感单元的第一端耦接于第二电感单元的第一端。第一电感单元的第二端耦接于第三电感单元的第一端。第二电感单元的第二端耦接于第四电感单元的第一端。第三电感单元的第二端与第四电感单元的第二端分别耦接至电容单元。
Description
技术领域
本发明是关于一种被动电路,且特别是关于一种设置于电源转换器中的被动电路。
背景技术
随着电力电子的技术发展,交换式电源转换电路被广泛应用在许多电源转换设备当中。随着高频化的发展趋势,为了降低切换损失,提升电源效率,如何实现开关的零电压切换为目前本领域重要的研究课题。
发明内容
本发明的一态样为一种被动电路。被动电路包含第一电感单元、第二电感单元、第三电感单元、第四电感单元以及电容单元。第一电感单元、第二电感单元、第三电感单元、第四电感单元彼此耦合,第一电感单元的第一端耦接于第二电感单元的第一端,第一电感单元的第二端耦接于第三电感单元的第一端,第二电感单元的第二端耦接于第四电感单元的第一端,第三电感单元的第二端与第四电感单元的第二端分别耦接至电容单元。
在部分实施例中,第一电感单元、第二电感单元、第三电感单元与第四电感单元集成在磁芯上。
在部分实施例中,被动电路更包含第一隔离变压器与第二隔离变压器,其中第一隔离变压器的原边绕组包含第一电感单元,第一隔离变压器的副边绕组包含第五电感单元,第二隔离变压器的原边绕组包含第二电感单元,第二隔离变压器的副边绕组包含第六电感单元,第五电感单元与第六电感单元彼此耦接。
在部分实施例中,电容单元包含第一电容器与第二电容器,第一电容器的第一端电性耦接于第三电感单元的第二端,第二电容器的第一端电性耦接于第四电感单元的第二端。
在部分实施例中,电容单元更包含第三电容器,第三电感器的第一端耦接于第一电容器的第二端与第二电容器的第二端,第三电感器的第二端用以接收参考电压。
在部分实施例中,电容单元包含第一电容器,第三电感单元的第二端与第四电感单元的第二端彼此耦接,并共同分别电性耦接至第一电容器的第一端,第一电容器的第二端用以接收参考电压。
本案的另一态样为一种电源转换器。电源转换器包含被动电路以及切换电路。被动电路包含彼此耦合的第一电感单元、第二电感单元、第三电感单元、第四电感单元以及电容单元。第一电感单元的第一端耦接于第二电感单元的第一端,第一电感单元的第二端耦接于第三电感单元的第一端,第二电感单元的第二端耦接于第四电感单元的第一端,第三电感单元的第二端与第四电感单元的第二端分别耦接至电容单元。切换电路电性耦接于被动电路,切换电路包含多个切换开关,切换开关用以选择性地导通或关断以将第一电压转换为第二电压。
在部分实施例中,切换开关包含第一开关,第一开关电性耦接于第一电感单元的第二端以及第三电感单元的第一端,当第一开关自截止切换至导通时刻前,流经第三电感单元的电流大于流经第一电感单元的电流。
在部分实施例中,第一电感单元的第一端用以接收第一电压,电容单元用以接收参考电压。
在部分实施例中,切换开关更包含第二开关、第三开关以及第四开关,其中第一开关的第一端耦接于第一电感单元的第二端,第一开关的第二端耦接于参考电压,第二开关的第一端耦接于第二电感单元的第二端,第二开关的第二端耦接于参考电压,第三开关的第一端耦接于第一开关的第一端,第四开关的第一端耦接于第二开关的第一端,第三开关的第二端与第四开关的第二端彼此耦接,并用以接收或提供第二电压。
在部分实施例中,第一电感单元、第二电感单元、第三电感单元与第四电感单元集成在磁芯上。
在部分实施例中,被动电路更包含第一隔离变压器与第二隔离变压器,其中第一隔离变压器的原边绕组包含第一电感单元,第一隔离变压器的副边绕组包含第五电感单元,第二隔离变压器的原边绕组包含第二电感单元,第二隔离变压器的副边绕组包含第六电感单元,第五电感单元的第一端与第六电感单元的第一端彼此耦接。
在部分实施例中,切换开关包含第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关。第一开关的第一端电性耦接于第一电感单元的第二端,第一开关的第二端电性耦接于电容单元,第二开关的第一端电性耦接于第二电感单元的第二端,第二开关的第二端电性耦接于第一开关的第二端,第三开关的第一端耦接于第五电感单元的第二端,第四开关的第一端耦接于第六电感单元的第二端,第三开关的第二端与第四开关的第二端彼此耦接。
在部分实施例中,电容单元包含第一电容器与第二电容器,第一电容器的第一端电性耦接于第三电感单元的第二端,第二电容器的第一端电性耦接于第四电感单元的第二端。
在部分实施例中,电容单元更包含第三电容器,第三电容器的第一端耦接于第一电容器的第二端与第二电容器的第二端,第三电容器的第二端用以接收参考电压。
在部分实施例中,电容单元包含第一电容器,第三电感单元的第二端与第四电感单元的第二端彼此耦接,并共同分别电性耦接至第一电容器的第一端,第一电容器的第二端用以接收参考电压。
在部分实施例中,切换开关包含第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关以及第六开关,其中第一开关的第一端、第三开关的第一端、第五开关的第一端彼此耦接,第一电感单元的第二端耦接于第一开关的第二端以及第二开关的第一端,第二电感单元的第二端耦接于第三开关的第二端以及第四开关的第一端,第三电感单元的第二端与第四电感单元的第二端彼此耦接,并共同分别电性耦接至电容单元的第一端,电容单元的第二端耦接于第五开关的第二端以及第六开关的第一端。
本案的另一态样为一种电源转换器。电源转换器包含多个被动电路以及多个切换电路。多个被动电路分别用以接收多个输入交流相电压中相应之一者。多个切换电路分别电性耦接于被动电路中相应之一者,切换电路的多个直流输出端彼此电性耦接。被动电路每一者分别包含彼此耦合的第一电感单元、第二电感单元、第三电感单元、第四电感单元以及电容单元,第一电感单元的第一端耦接于第二电感单元的第一端,第一电感单元的第二端耦接于第三电感单元的第一端,第二电感单元的第二端耦接于第四电感单元的第一端,第三电感单元的第二端与第四电感单元的第二端分别耦接至电容单元。
在部分实施例中,同一个被动电路中的第一电感单元、第二电感单元、第三电感单元与第四电感单元集成在磁芯上。
在部分实施例中,切换电路每一者分别包含多个切换开关,用以选择性地导通或关断,切换开关包含第一开关,第一开关电性耦接于相应的被动电路中的第一电感单元的第二端以及第三电感单元的第一端,当第一开关自截止切换至导通时刻前,流经第三电感单元的电流大于流经第一电感单元的电流。
综上所述,本发明的被动电路可依据实际需求设置于不同的电源转换电路架构中,通过其中彼此耦合的电感单元上电流的变化,将切换开关两端的跨压拉低至零电压,以实现切换开关的零电压切换。
附图说明
图1为根据本发明部分实施例所绘示的被动电路的示意图。
图2为根据本发明部分实施例所绘示的电感结构的示意图。
图3为根据本发明部分实施例所绘示的电源转换器的示意图。
图4A与图4B为图3中所绘示的电源转换器操作在交错控制模式下的波形示意图。
图5A与图5B为根据本案其他部分实施例所绘示的电源转换器的示意图。
图6为根据本案其他部分实施例所绘示的电源转换器的示意图。
图7为根据本案部分实施例所绘示的电源转换器的示意图。
图8A与图8B分别为根据本案其他部分实施例中所绘示的被动电路的示意图。
图9为根据本案其他部分实施例中所绘示的被动电路的示意图。
图10为根据本案部分实施例所绘示包含图9的被动电路的电源转换器。
其中,附图标记:
100 电源转换器
120、120a、120b、120c、820、920 被动电路
122、122a、122b、122c、922 电感结构
140、140a、140b、140c 切换电路
Cx、Cxa、Cxb、Cxc 电容单元
C1~C3 电容器
L1、L2、Lx1、Lx2、Ls1、Ls2 电感单元
Q1~Q6、Q1a~Q4a、Q1b~Q4b、Q1c~Q4c 开关
S1~S6 控制信号
NA、NB、Nsw1、Nsw2、NX、NY、NZ、NU 节点
Vref、Vref1、Vref2、GND 参考电压
V1、V2、Vdc 直流电压
I1、Ix 电流
Vds1 跨压
T1 时刻
Vac 交流电压
Va、Vb、Vc 交流相电压
具体实施方式
下文举实施例配合所附图式作详细说明,以更好地理解本发明的态样,但所提供的实施例并非用以限制本揭露所涵盖的范围,而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序,任何由元件重新组合的结构,所产生具有均等功效的装置,皆为本揭露所涵盖的范围。此外,根据业界的标准及惯常做法,图式仅以辅助说明为目的,并未依照原尺寸作图,实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。
在全篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms),除有特别注明外,通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论,以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。
此外,在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等,均为开放性的用语,即意指“包含但不限于”。此外,本文中所使用的“及/或”,包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
于本文中,当一元件被称为“连接”或“耦接”时,可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或『耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外,虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件,该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明,否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位,亦非用以限定本发明。
请参考图1。图1为根据本发明部分实施例所绘示的被动电路120的示意图。如图1所示,被动电路120包含电感结构122以及电容单元Cx。在部分实施例中,电感结构122包含彼此耦合的电感单元L1、L2、Lx1、Lx2。
在结构上,电感单元L1的第一端(如:打点端)耦接于电感单元L2的第一端(如:非打点端),并耦接至电感结构122的节点NA。电感单元L1的第二端(如:非打点端)耦接于电感单元Lx1的第一端(如:非打点端),并耦接至电感结构122的节点Nsw1。电感单元L2的第二端(如:打点端)耦接于电感单元Lx2的第一端(如:打点端),并耦接至电感结构122的节点Nsw2。电感单元Lx1的第二端(如:打点端)与电感单元Lx2的第二端(如:非打点端)分别通过电感结构122的节点NB电性耦接至电容单元Cx。藉此,电容单元Cx便可于电感单元Lx1与电感单元Lx2两者电流不同时进行调节,以吸收或提供多余的电流。
在部分实施例中,电容单元Cx包含第一电容器C1。电感单元Lx1的第二端与电感单元Lx2的第二端彼此耦接,并共同分别电性耦接至第一电容器C1的第一端。第一电容器C1的第二端用以接收参考电压Vref。举例来说,第一电容器C1的第二端可耦接至接地端,但本案并不以此为限。在其他部分实施例中,电容单元Cx亦可根据实际需求包含多个彼此串联或并联耦接的电容器,故图1中所示仅为示例,并非用以限制本案。
具体来说,在部分实施例中,电感单元L1、L2、Lx1、Lx2集成在一磁芯上。请一并参考图2。图2为根据本发明部分实施例所绘示的电感结构122的示意图。如图2所示,在部分实施例中,电感结构122可由五柱磁芯的方式实作。电感单元L1、L2分别由对应磁柱上的N匝绕组实现。电感单元L1x、L2x亦分别由对应磁柱上的Nx匝绕组实现。如图2所示,通过上述结构,含有绕组的四组磁柱所产生的磁通会流向没有绕组的磁柱,然后流回原本的磁柱形成封闭回路,进而实现电感单元L1、L2、Lx1、Lx2的耦合。
值得注意的是,电感单元L1x、L2x与电感单元L1、L2的绕组匝数皆可依照实际需求设计。换言之,电感单元L1x、L2x的绕组匝数可大于、小于或者等于电感单元L1、L2的绕组匝数。此外,各个磁柱的截面积及气隙长度之间的比例关系亦可依照实际需求设计。换言之,各个磁柱的截面积可相同或相异,各个磁柱对应的气隙长度可为零或是任意长度。藉此,各个磁柱上的等效磁阻值便可由其截面积、气隙长度以及磁柱材料特性而决定。由于流经电感单元L1、L2、Lx1、Lx2的电流与等效磁阻值有关,通过设计适当的气隙长度、截面积等参数,便可调整各个磁柱上的等效磁阻,进而控制流经各个电感单元L1、L2以及电感单元L1x、L2x的峰值大小。
在其他实施例中,电感结构122亦可由不同结构的五柱磁芯实现。例如,上有绕组的四组磁柱可以矩形方式排列,没有绕组的磁柱可设置于与四组磁柱等距离的中心位置。因此,图2中所绘示的耦合电感结构仅为本案可能的实施方式之一,并非用以限制本案。
在图1、图2中所绘示的被动电路120以及电感结构122可应用在各种交换式电源转换器当中,通过设计流经各个电感单元L1、L2以及电感单元L1x、L2x的电流大小,以实现电源转换器中切换开关的零电压切换(Zero Voltage Switching)。为便于说明起见,以下段落将搭配图式说明在各个实施例中,被动电路120在电源转换器中的操作。
请参考图3。图3为根据本发明部分实施例所绘示的电源转换器100的示意图。如图3所示,在部分实施例中电源转换器100可为升压型(Boost)、降压型(Buck)或升降两用型(Buck-Boost)的电源转换器。
在结构上,电源转换器100包含被动电路120以及切换电路140。切换电路140电性耦接于被动电路120,其中包含多个切换开关Q1~Q4。切换开关Q1~Q4分别根据控制信号S1~S4选择性地导通或关断,以将直流电压V1转换为直流电压V2。
在图3所示实施例中,被动电路120中的电感结构122的节点NA用以接收或提供直流电压V1,电感结构122的节点NB电性耦接于电容单元Cx的第一端。电容单元Cx的第二端电性耦接于接地端,以接收一参考电压GND。电感结构122的节点Nsw1、Nsw2分别耦接于切换电路140当中的切换开关Q1、Q3以及切换开关Q2、Q4。
在结构上,切换电路140中的切换开关Q1与Q3通过节点Nsw1电性耦接于电感单元L1的第二端以及电感单元L1x的第一端。切换电路140中的切换开关Q2与Q4通过节点Nsw2电性耦接于电感单元L2的第二端以及电感单元L2x的第一端。
具体来说,开关Q1的第一端耦接于电感单元L1的第二端,开关Q1的第二端耦接于参考电压GND(即:接地端)。开关Q2的第一端耦接于电感单元L2的第二端。开关Q2的第二端耦接于参考电压GND(即:接地端)。开关Q3的第一端耦接于开关Q1的第一端,开关Q4的第一端耦接于开关Q2的第一端。开关Q3的第二端与开关Q4的第二端彼此耦接,并用以接收或提供直流电压V2。
如此一来,通过被动电路120与切换电路140的协同操作,电源转换器100可通过电感单元L1的第一端接收直流电压V1,并进行电压转换后,通过开关Q3的第二端与开关Q4的第二端提供并输出相应的直流电压V2。在反方向上,亦可通过开关Q3的第二端与开关Q4的第二端接收直流电压V2,进行电压转换后,通过电感单元L1的第一端输出直流电压V1。藉此,电源转换器100便可实现电源的升压或降压。
在不同实施例中,切换电路140中的开关Q1~Q4可根据实际需求操作在交错控制模式下或同步控制模式下。请搭配参考图4A与图4B。图4A与图4B为图3中所绘示的电源转换器100操作在交错控制模式下的波形示意图。
如图4A与图4B所示,在交错控制模式下,当控制信号S1自致能准位切换至禁能准位截止开关Q1后,经过死区时间(Deadtime)后,同组的控制信号S3自禁能准位切换至致能准位导通开关Q3。相似地,当控制信号S2自致能准位切换至禁能准位截止开关Q2后,经过死区时间(Deadtime)后,同组的控制信号S4自禁能准位切换至致能准位导通开关Q4。在完整周期中,流经电感单元L1的电流I1于峰值与谷值之间呈现周期变化,可能如图4A中的波形所示,或如图4B中的波形所示。
如图4A、图4B中时刻T1处所示,当开关Q1根据控制信号S1自截止切换至导通时刻前,流经电感单元Lx1的电流Ix大于流经电感单元L1的电流L1。如图中虚线圆圈处所标示,当流经电感单元Lx1的电流Ix大于流经电感单元L1的电流I1时,电流会流经开关Q1内的顺向的寄生二极管,以达成节点Nsw1上的电流平衡。换言之,此时开关Q1两端的跨压Vds1会被迫拉低至零电压。
如此一来,通过适当设计电感单元L1~Lx2的相关参数,便可设计流经电感单元Lx1的电流Ix在控制信号S1导通开关Q1的时刻前,超过电感单元L1的电流I1。藉此,开关Q1两端的跨压Vds1便可在开关Q1导通前(即:时刻T1前)降至零,以实现开关Q1的零电压切换。相似地,开关Q2亦可通过类似设计,实现零电压切换,其细节不再于此赘述。
值得注意的是,虽然图4A与图4B中的波形以交错控制模式为例,但本案并不以此为限。换言之,当图3中的电源转换器100操作在同步控制模式下时,亦可通过设计流经电感单元Lx1的电流Ix在控制信号S1导通开关Q1的时刻前,超过电感单元L1的电流I1,以将跨压Vds1在开关Q1导通前(即:时刻T1前)降至零并实现开关Q1的零电压切换。本领域具通常知识者可明白其操作方式,故不再于此赘述。
此外,在其他实施例中,被动电路120亦可设置于其他形式的电源转换器100中,实现切换电路140的零电压切换。
请参考图5A与图5B。图5A与图5B为根据本案其他部分实施例所绘示的电源转换器100的示意图。如图5A所示,在部分实施例中,电感结构122的节点NA电性耦接于接地端。切换电路140中的开关Q1的第一端与开关Q2的第一端彼此耦接,用以接收或提供直流电压V1。开关Q3的第二端与开关Q4的第二端彼此耦接,用以接收或提供直流电压V2。开关Q1的第二端与开关Q3的第一端电性耦接于电感结构122的节点Nsw1。开关Q2的第二端与开关Q4的第一端电性耦接于电感结构122的节点Nsw2。电容单元Cx的第一端电性耦接于节点NB。电容单元Cx的第二端耦接于开关Q3的第二端与开关Q4的第二端。
和图5A所示实施例相比,在图5B所示实施例中,电容单元Cx的第二端耦接于开关Q1的第一端与开关Q2的第一端。
藉此,图1中所绘示的被动电路120便可搭配图5A与图5B中不同架构的切换电路140进行电源升降压转换,并实现开关Q1~Q4的零电压导通。
请参考图6。图6为根据本案其他部分实施例所绘示的电源转换器100的示意图。如图6所示,在部分实施例中,电源转换器100可为图腾柱整流器或换流器。如图6所示,切换电路140包含开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6。在结构上,开关Q1、Q3、Q5的第一端彼此耦接,以耦接至直流电压Vdc的正极端。开关Q2、Q4、Q6的第二端彼此耦接,以耦接至直流电压Vdc的负极端(如:接地端)。
电感结构122的节点Nsw1(即:电感单元L1的第二端)电性耦接于开关Q1的第二端以及开关Q2的第一端,节点Nsw2(即:电感单元L2的第二端)电性耦接于开关Q3的第二端以及开关Q4的第一端,节点NA电性耦接于交流电压Vac的第一端,节点NB电性耦接于电容单元Cx的第一端。换言之,电感单元Lx1的第二端与电感单元Lx2的第二端彼此耦接,并共同分别电性耦接至电容单元Cx的第一端。电容单元Cx的第二端电性耦接于开关Q5的第二端以及开关Q6的第一端,并共同耦接于交流电压Vac的第二端。
藉此,图1中所绘示的被动电路120便可搭配采用图腾柱式的切换电路140进行交流电源与直流电源之间的电源转换,并实现开关Q1~Q4的零电压导通。
此外,在部分实施例中,亦可通过多组被动电路120以及切换电路140实现多相(如:三相)交流电源的电压转换。请参考图7。图7为根据本案部分实施例所绘示的电源转换器100的示意图。在图7所示实施例中,电源转换器100包含多个被动电路120a、120b、120c以及相应的多个切换电路140a、140b、140c。
在本实施例中,各相的被动电路120a、120b、120c分别用以接收多个输入交流相电压Va、Vb、Vc中相应之一者。具体来说,各相的被动电路120a、120b、120c分别包含电感结构122a、122b、122c以及相应的电容单元Cxa、Cxb、Cxc。在结构上,电容单元Cxa、Cxb、Cxc彼此电性耦接。具体来说,电容单元Cxa耦接于电感结构122a的节点NB以及电感结构122b的节点NB之间。电容单元Cxb耦接于电感结构122b的节点NB以及电感结构122c的节点NB之间。电容单元Cxc耦接于电感结构122c的节点NB以及电感结构122a的节点NB之间。电感结构122a、122b、122c可分别由第1图中所绘示的电感结构122实现。换言之,在部分实施例中,同一个被动电路120a、120b、120c中的电感单元L1、电感单元L2、电感单元L1x与电感单元L2x集成在一磁芯上。故其细节以于先前段落详细说明,于此不再于此赘述。
在结构上,切换电路140a、140b、140c分别电性耦接于被动电路120a、120b、120c中相应之一者,切换电路140a、140b、140c的多个直流输出端彼此电性耦接,用以提供直流电压Vdc。
切换电路140a、140b、140c每一者分别包含多个切换开关Q1a~Q4a、Q1b~Q4b、Q1c~Q4c,用以选择性地导通或关断。和先前实施例相似,以开关Q2a、Q2b、Q2c为例,开关Q2a、Q2b、Q2c分别电性耦接于相应的被动电路120a、120b、120c中的电感单元L1的第二端以及电感单元L1x的第一端(即:节点Nsw1)。当开关Q2自截止切换至导通时刻前,流经电感单元Lx1的电流大于流经电感单元L1的电流。藉此,被动电路120a、120b、120c便可实现开关Q2a、Q2b、Q2c的零电压导通。值得注意的是,虽然上述段落以开关Q2a~Q2c为例进行说明,但本案并不以此为限。在部分实施例中,被动电路120a、120b、120c亦可用以实现开关Q1a~Q1c、Q3a~Q3c或是Q4a~Q4c的零电压导通。
综上所述,本案的被动电路120可设置于各种架构的单相或多相(如:三相)的直流直流电源转换器、直流交流电源转换器中,实现晶体管开关的零电压切换。
请参考图8A与图8B。图8A与图8B分别为根据本案其他部分实施例中所绘示的被动电路820a、820b的示意图。如图8A所示,在部分实施例中,电容单元Cx包含第一电容器C1与第二电容器C2。结构上,第一电容器C1的第一端电性耦接于电感单元Lx1的第二端,第一电容器C1的第二端用以接收参考电压Vref1。第二电容器C2的第一端电性耦接于电感单元Lx2的第二端。第二电容器C2的第二端用以接收参考电压Vref2。换言之,在部分实施例中,第一电容器C1和第二电容器C2可分别连接到不同的电压源,并以不同的参考电压Vref1、Vref2实现电容单元Cx的操作。此外,在其他部分实施例中,第一电容器C1的第二端与第二电容器C2的第二端亦可彼此耦接,并接收相同的参考电压Vref。换言之,第一电容器C1的第二端与第二电容器C2的第二端可有多种不同的电路连接变化。
如图8B所示,在其他部分实施例中,电容单元Cx可更进一步包含第三电容器C3。结构上,第三电容器C3的第一端耦接于第一电容器C1的第二端与第二电容器C2的第二端,第三电容器C3的第二端用以接收参考电压Vref。此外,在其他部分实施例中,电容器C1、C2、C3亦可分别由一个或多个彼此串/并联的电容器实现。
请参考图9。图9为根据本案其他部分实施例中所绘示的被动电路920的示意图。如图9所示,在部分实施例中,被动电路920中的电感结构922中,可更包含隔离变压器T1与隔离变压器T2。隔离变压器T1的原边绕组包含电感单元L1。隔离变压器T1的副边绕组包含电感单元Ls1。隔离变压器T2的原边绕组包含电感单元L2,隔离变压器T2的副边绕组包含电感单元Ls2。
具体来说,电感单元Ls1、电感单元Ls2可由分别与电感单元L1、L2共享磁柱的绕组实作,以实现隔离变压器T1、T2。通过设置电感单元Ls1、电感单元Ls2,被动电路920可进一步应用于隔离型电源转换器当中。
请一并参考图10。图10为根据本案部分实施例所绘示包含图9的被动电路920的电源转换器100。举例来说,电源转换器100可为反驰式电源转换器。在本实施例中的电源转换器100中,切换电路140中的切换开关包含开关Q1~Q4。
在结构上,直流电压V1的一正极端耦接于电感结构922的节点NA。开关Q1的第一端电性耦接于电感单元L1的第二端(即:节点Nsw1)。开关Q2的第一端电性耦接于电感单元L2的第二端(即:节点Nsw2),开关Q1的第二端电性耦接于开关Q2的第二端,并共同电性耦接于电容单元Cx的第二端以及直流电压V1的一负极端。
开关Q3的第一端耦接于电感单元Ls1的第二端(即:节点NZ)。开关Q4的第一端耦接于电感单元Ls2的第二端(即:节点NU)。开关Q3的第二端与开关Q4的第二端彼此耦接至直流电压V2的一正极端。电感单元Ls1的第一端NX与电感单元Ls2的第一端NY彼此耦接至直流电压V2的一负极端。
如此一来,被动电路920便可搭配切换电路140形成隔离型反驰式电源转换器架构,并通过电感单元L1、L2、Ls1、Ls2实现直流电压V1、V2之间的隔离与转换。
综上所述,本案各个实施例中的被动电路120、820、920可依据实际需求设置于不同的电源转换电路架构中,以实现晶体管开关的零电压切换。此外,虽然图式中绘示了彼此耦合的电感单元L1~L2、Lx1~Lx2以及电感单元Ls1~Ls2的极点方向,但仅为示例之用。换言之,各个实施例中的各个电感单元L1~Ls2的极点方向皆可以依需要变更。
此外,在不冲突的情况下,在本发明各个图式、实施例及实施例中的特征与电路可以相互组合。图式中所绘示的电路仅为示例之用,简化以使说明简洁并便于理解,并非用以限制本案。
此外,本领域技术人员当明白,在各个实施例中,各个电路单元可以由各种类型的数字或模拟电路实现,亦可分别由不同的集成电路芯片实现。各个元件亦可整合至单一的集成电路芯片。上述仅为例示,本发明并不以此为限。电子元件如电阻、电容、电感、二极管、晶体管开关等等,皆可由各种适当的器件实作。举例来说,开关Q1~Q6可根据需求选用金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)、双极性接面型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)或其他各种类型的晶体管实作。
虽然本发明已以实施方式揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟悉本领域的相关技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种更动与润饰,因此本发明的保护范围当视后附的权利要求的保护范围所界定者为准。
Claims (17)
1.一种被动电路,其特征在于,包含:
一第一绕组、一第二绕组、一第三绕组、一第四绕组以及一电容单元;
其中该第一绕组、该第二绕组、该第三绕组、该第四绕组彼此耦合,该第一绕组的一第一端直接耦接于该第二绕组的一第一端,该第一绕组的一第二端耦接于该第三绕组的一第一端,该第二绕组的一第二端耦接于该第四绕组的一第一端,该第三绕组的一第二端与该第四绕组的一第二端分别耦接至该电容单元的第一端,该电容单元的第二端用以接收参考电压;
其中,该第一绕组、该第二绕组、该第三绕组与该第四绕组集成在一磁芯上,当流经该第三绕组的电流大于流经该第一绕组的电流时,电流会流经第一开关内的顺向的寄生二极管,该第一开关电性耦接于该第一绕组的该第二端以及该第三绕组的该第一端。
2.如权利要求1所述的被动电路,其特征在于,更包含一第一隔离变压器与一第二隔离变压器,其中该第一隔离变压器的原边绕组包含该第一绕组,该第一隔离变压器的副边绕组包含一第五电感单元,该第二隔离变压器的原边绕组包含该第二绕组,该第二隔离变压器的副边绕组包含一第六电感单元,该第五电感单元与该第六电感单元彼此耦接。
3.如权利要求1所述的被动电路,其特征在于,该电容单元包含一第一电容器与一第二电容器,该第一电容器的一第一端电性耦接于该第三绕组的该第二端,该第二电容器的一第一端电性耦接于该第四绕组的该第二端。
4.如权利要求3所述的被动电路,其特征在于,该电容单元更包含一第三电容器,该第三电容器的一第一端耦接于该第一电容器的该第二端与该第二电容器的该第二端,该第三电容器的一第二端用以接收该参考电压。
5.如权利要求1所述的被动电路,其特征在于,该电容单元包含一第一电容器,该第三绕组的该第二端与该第四绕组的该第二端彼此耦接,并共同分别电性耦接至该第一电容器的一第一端,该第一电容器的一第二端用以接收该参考电压。
6.一种电源转换器,其特征在于,包含:
一被动电路,包含彼此耦合的一第一绕组、一第二绕组、一第三绕组、一第四绕组以及一电容单元,该第一绕组的一第一端直接耦接于该第二绕组的一第一端,该第一绕组的一第二端耦接于该第三绕组的一第一端,该第二绕组的一第二端耦接于该第四绕组的一第一端,该第三绕组的一第二端与该第四绕组的一第二端分别耦接至该电容单元的第一端,该电容单元的第二端用以接收参考电压;以及
一切换电路,电性耦接于该被动电路,该切换电路包含多个切换开关,该些切换开关用以选择性地导通或关断以将一第一电压转换为一第二电压;
其中,该第一绕组、该第二绕组、该第三绕组与该第四绕组集成在一磁芯上,该些切换开关包含一第一开关,该第一开关电性耦接于该第一绕组的该第二端以及该第三绕组的该第一端,当流经该第三绕组的电流大于流经该第一绕组的电流时,电流会流经该第一开关内的顺向的寄生二极管。
7.如权利要求6所述的电源转换器,其特征在于,当该第一开关自截止切换至导通时刻前,流经该第三绕组的电流大于流经该第一绕组的电流。
8.如权利要求7所述的电源转换器,其特征在于,该第一绕组的该第一端用以接收该第一电压,该电容单元用以接收该参考电压。
9.如权利要求8所述的电源转换器,其特征在于,该些切换开关更包含一第二开关、一第三开关以及一第四开关,其中该第一开关的一第一端耦接于该第一绕组的该第二端,该第一开关的一第二端耦接于该参考电压,该第二开关的一第一端耦接于该第二绕组的该第二端,该第二开关的一第二端耦接于该参考电压,该第三开关的一第一端耦接于该第一开关的该第一端,该第四开关的一第一端耦接于该第二开关的该第一端,该第三开关的一第二端与该第四开关的一第二端彼此耦接,并用以接收或提供该第二电压。
10.如权利要求6所述的电源转换器,其特征在于,该被动电路更包含一第一隔离变压器与一第二隔离变压器,其中该第一隔离变压器的原边绕组包含该第一绕组,该第一隔离变压器的副边绕组包含一第五电感单元,该第二隔离变压器的原边绕组包含该第二绕组,该第二隔离变压器的副边绕组包含一第六电感单元,该第五电感单元的一第一端与该第六电感单元的一第一端彼此耦接。
11.如权利要求10所述的电源转换器,其特征在于,该些切换开关包含该第一开关、一第二开关、一第三开关以及一第四开关,该第一开关的一第一端电性耦接于该第一绕组的该第二端,该第一开关的一第二端电性耦接于该电容单元,该第二开关的一第一端电性耦接于该第二绕组的该第二端,该第二开关的一第二端电性耦接于该第一开关的该第二端,该第三开关的一第一端耦接于该第五电感单元的一第二端,该第四开关的一第一端耦接于该第六电感单元的一第二端,该第三开关的一第二端与该第四开关的一第二端彼此耦接。
12.如权利要求6所述的电源转换器,其特征在于,该电容单元包含一第一电容器与一第二电容器,该第一电容器的一第一端电性耦接于该第三绕组的该第二端,该第二电容器的一第一端电性耦接于该第四绕组的该第二端。
13.如权利要求12所述的电源转换器,其特征在于,该电容单元更包含一第三电容器,该第三电容器的一第一端耦接于该第一电容器的该第二端与该第二电容器的该第二端,该第三电容器的一第二端用以接收该参考电压。
14.如权利要求6所述的电源转换器,其中该电容单元包含一第一电容器,该第三绕组的该第二端与该第四绕组的该第二端彼此耦接,并共同分别电性耦接至该第一电容器的一第一端,该第一电容器的一第二端用以接收该参考电压。
15.如权利要求6所述的电源转换器,其特征在于,该些切换开关包含该第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关以及一第六开关,其中该第一开关的一第一端、该第三开关的一第一端、该第五开关的一第一端彼此耦接,该第一绕组的该第二端耦接于该第一开关的一第二端以及该第二开关的一第一端,该第二绕组的该第二端耦接于该第三开关的一第二端以及该第四开关的一第一端,该第三绕组的该第二端与该第四绕组的该第二端彼此耦接,并共同分别电性耦接至该电容单元的一第一端,该电容单元的一第二端耦接于该第五开关的一第二端以及该第六开关的一第一端。
16.一种电源转换器,其特征在于,包含:
多个被动电路,该些被动电路分别用以接收多个输入交流相电压中相应之一者;以及
多个切换电路,该些切换电路分别电性耦接于该些被动电路中相应之一者,该些切换电路的多个直流输出端彼此电性耦接;
其中该些被动电路每一者分别包含彼此耦合的一第一绕组、一第二绕组、一第三绕组、一第四绕组以及一电容单元,该第一绕组的一第一端直接耦接于该第二绕组的一第一端,该第一绕组的一第二端耦接于该第三绕组的一第一端,该第二绕组的一第二端耦接于该第四绕组的一第一端,该第三绕组的一第二端与该第四绕组的一第二端分别耦接至该电容单元的第一端,该电容单元的第二端用以接收参考电压;
其中,同一个被动电路中的该第一绕组、该第二绕组、该第三绕组与该第四绕组集成在一磁芯上,该些切换电路每一者分别包含多个切换开关,用以选择性地导通或关断,该些切换开关包含一第一开关,该第一开关电性耦接于相应的该被动电路中的该第一绕组的该第二端以及该第三绕组的该第一端,当流经该第三绕组的电流大于流经该第一绕组的电流时,电流会流经该第一开关内的顺向的寄生二极管。
17.如权利要求16所述的电源转换器,其特征在于,当该第一开关自截止切换至导通时刻前,流经该第三绕组的电流大于流经该第一绕组的电流。
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