TW201414149A

TW201414149A - 交錯式高升壓比軟開關式轉換器

Info

Publication number: TW201414149A
Application number: TW101134141A
Authority: TW
Inventors: Kuei-Hsiang Chao; Long-Yi Chang; Tsang-Chih Chang
Original assignee: Nat Univ Chin Yi Technology
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-04-01
Also published as: TWI462449B

Abstract

本發明提供一種交錯式高升壓比軟開關式轉換器，包含一軟開關電路與一交錯升壓電路電性連接。其中交錯升壓電路包含一第一升壓電路與一第二升壓電路電性連接；軟開關電路則包含一第一輔電路及一第二輔電路，第一輔電路與第一升壓電路電性連接，第一輔電路包含電性連接之一第一共振電容、一第一共振電感、一第一輔開關及一第一輔二極體，第二輔電路與第二升壓電路電性連接，第二輔電路包含電性連接之一第二共振電容、一第二共振電感、一第二輔開關及一第二輔二極體。其中更可再包含一信號電路，以控制各開關元件達成軟開關特性。

Description

交錯式高升壓比軟開關式轉換器

本發明是有關於一種交錯式高升壓比轉換器，且特別是有關於一種交錯式高升壓比軟開關式轉換器。

近年來由於全球性能源危機以及環保意識提升，因此找尋替代能源即成為一個重要的課題。許多替代能源如太陽能、風能、水力、生質能與燃料電池等皆是相當有潛力的綠色能源。其中燃料電池是一種乾淨無污染的能源，如常被採用的質子交換膜燃料電池，但因其有活化損失、歐姆極化以及濃度損失的影響，導致輸出電壓隨負載增加而使得輸出電壓下降，即燃料電池隨著加載時輸出功率增加，使得輸出電壓逐漸下降，同時輸出電流卻逐漸上升，是屬於低電壓、高電流輸出之裝置。其他綠色能源也都具有輸出電壓較低的特性，使得後端應用範圍受限。

因此發展出目前習知的交錯式高升壓比轉換器，可以將能源所輸出之低電壓升壓至高電壓再送至直流鏈(DC Link)，以適用更廣後端應用範圍。然而目前交錯式高升壓比轉換器大多採取硬式切換，導致開關以及二極體切換損失大，電路效率低，且使得其損失功率累積在開關及二極體而容易發熱。

少數嘗試採用軟開關式的交錯式高升壓比轉換器，雖可改善切換損失問題，但為達成軟開關特性而需使用複雜電路，使得成本高昂，實現不易。

因此，本發明提供架構簡單的一種交錯式高升壓比軟開關式轉換器，包含一軟開關電路與一交錯升壓電路電性連接。其中交錯升壓電路至少包含一第一升壓電路及一第二升壓電路，第二升壓電路與第一升壓電路電性連接；軟開關電路則相對應交錯升壓電路至少包含一第一輔電路與第一升壓電路電性連接，及一第二輔電路與第二升壓電路電性連接，第一輔電路與第二輔電路亦電性連接；第一輔電路包含一第一共振電容與第一升壓電路電性連接、一第一共振電感與第一升壓電路及第一共振電容電性連接、一第一輔開關，其藉由與第一共振電感電性連接而與第一升壓電路電性連接，及一第一輔二極體與第一共振電感及第一輔開關電性連接；第二輔電路則包含一第二共振電容與第二升壓電路電性連接、一第二共振電感與第二升壓電路及該第二共振電容電性連接、一第二輔開關，其藉由與第二共振電感電性連接而與第二升壓電路電性連接，及一第二輔二極體與第二共振電感及該第二輔開關電性連接。

依據本發明之一實施方式，其中第一升壓電路包含一第一儲能電感與第二升壓電路電性連接，及一第一主開關與第一儲能電感電性連接；而第二升壓電路包含一第二儲能電感與第一升壓電路電性連接，及一第二主開關與第二儲能電感電性連接。而交錯升壓電路更可包含一第一主二極體與第一升壓電路電性連接、一第二主二極體與第二升壓電路及第一主二極體電性連接、一箝位電容與第一主二極體及第二主二極體電性連接，及一負載組與第二主二極體電性連接；負載組包含一輸出電容與第二主二極體電性連接，及一輸出電阻與該輸出電容電性連接。

依據本發明之一實施方式，交錯式高升壓比軟開關式轉換器更可包含一信號電路與交錯升壓電路電性連接。信號電路包含一原始信號裝置、一第一觸發器、一第一及閘、一第二觸發器及一第二及閘。其中原始信號裝置包含一原始信號端可產生一原始信號，及一相位移端可產生原始信號之一相位移信號；第一觸發器電性連接於原始信號端，第一觸發器具有一第一輸出端及一第一反相端，第一輸出端可輸出一第一輔信號；第一及閘電性連接於第一反相端及原始信號端，第一及閘具有一第二輸出端可輸出一第一主信號；第二觸發器電性連接於相位移端，第二觸發器具有一第三輸出端及一第二反相端，第三輸出端可輸出一第二輔信號；第二及閘電性連接於第二反相端及相位移端，第二及閘並具有一第四輸出端可輸出一第二主信號。其中第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端及第四輸出端分別電性連接於第一輔開關、第一主開關、第二輔開關及第二主開關。其中相位移信號可為原始信號180度之相位移。

由以上可得，透過信號電路可產生一延遲時間，在此延遲時間內可使軟開關電路之第一輔開關或第二輔開關先行導通，促使第一共振電感、第一共振電容、第二共振電感及第二振電容形成共振回路，使第一主開關或第二主開關兩端電壓先降至為零，再使第一輔助開關或第二輔助開關截止後，進行第一主開關或第二主開關之觸發導通，達到零電壓切換之軟開關特性；又因第一主開關可與第一共振電容並聯，而第二主開關可與第二共振電容並聯，使得第一主開關及第二主開關之電壓無法瞬間變化，此時進行之第一主開關或第二主開關之觸發導通，可達到零電壓切換；且在共振回路中將第一共振電感或第二共振電感之多餘儲能能量，以第一輔助二極體或第二輔助二極體所導通形成之回路釋放能量至負載組，達到能量回收再利用之優點。

綜合上述可知應用本發明之交錯式高升壓比軟開關式轉換器，不僅可使主開關元件之切換損失減少，進而提升轉換器之轉換效率，降低開關元件之切換應力及導通損失。並且模組化的結構，使得軟開關電路容易應用於交錯升壓電路上。本發明不僅提供簡單的交錯式高升壓比軟開關式轉換器的解決方案，更提出了簡單的信號電路，大幅降低了交錯式高升壓比軟開關式轉換器的使用複雜度。

請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施方式之交錯式高升壓比軟開關式轉換器的電路圖。包含一交錯升壓電路100與一軟開關電路200電性連接。其中交錯升壓電路100包含一第一升壓電路110及一第二升壓電路120，第二升壓電路120與第一升壓電路110電性連接；軟開關電路200包含一第一輔電路210及一第二輔電路220，第一輔電路210與第二輔電路220電性連接；第一輔電路210包含一第一共振電容211與第一升壓電路110電性連接、一第一共振電感212與第一升壓電路110及第一共振電容211電性連接、一第一輔開關213，其藉由與第一共振電感212電性連接而與第一升壓電路110電性連接，及一第一輔二極體214與第一共振電感212及第一輔開關213電性連接；第二輔電路220包含一第二共振電容221與第二升壓電路120電性連接、一第二共振電感222與第二升壓電路120及該第二共振電容221電性連接、一第二輔開關223，其藉由與第二共振電感222電性連接而與第二升壓電路120電性連接，及一第二輔二極體224與第二共振電感222及該第二輔開關223電性連接。其中第一輔開關213可為一金氧半場效電晶體，且可並聯一第一輔背接二極體215，第一輔開關213具有一第一輔信號接點216；第二輔開關223可為一金氧半場效電晶體，且可並聯一第二輔背接二極體225，第二輔開關223具有一第二輔信號接點226。

而第一升壓電路110可包含一第一儲能電感111與第二升壓電路120電性連接，及一第一主開關112與第一儲能電感111電性連接，其中第一主開關112可為一金氧半場效電晶體，且可並聯一第一主背接二極體113；而第二升壓電路120包含一第二儲能電感121與第一升壓電路110電性連接，及一第二主開關122與第二儲能電感121電性連接，其中第二主開關122可為一金氧半場效電晶體，且可並聯一第二主背接二極體123。

其交錯升壓電路100更可包含一第一主二極體130與第一升壓電路110電性連接，一第二主二極體140與第二升壓電路120及第一主二極體130電性連接，一箝位電容150與第一主二極體130及第二主二極體140電性連接，及一負載組160與第二主二極體140電性連接；負載組160可包含一輸出電容161與第二主二極體140電性連接，及一輸出電阻162與該輸出電容161電性連接。

依照本實施方式之一實施例，第一儲能電感111及第二儲能電感121可選用260微亨利(μH)之電感器，箝位電容150可選用470微法拉(μF)之電容器，輸出電容161可選用180微法拉(μF)之電容器；第一主開關112、第二主開關122、第一輔開關213及第二輔開關223可選用型號MOSFET IRFP460之金氧半場效電晶體；第一共振電容211及第二共振電容221因此可使用來自第一主開關112及第二主開關122之型號MOSFET IRFP460本身的雜散電容，其為870微微法拉(pF)；第一共振電感212及第二共振電感222可採用50微亨利(μH)之電感器。當本實施例應用於燃料電池輸出電壓之升壓時，則燃料電池之輸出電壓即本實施例之輸入電壓V _i，其可為22至50伏特(V)，則跨輸出電阻162之輸出電壓V _o可為300伏特(V)，最大輸出功率可為400瓦特(W)，輸出功率可為400瓦特以下而大於0瓦特，開關切換頻率為15仟赫芝(kHz)，輸出電阻162為225歐姆(Ω)。

請參照第2A圖，其繪示依照本發明一實施方式之信號電路300的示意圖。信號電路300包含一原始信號裝置310、一第一觸發器330、一第一及閘350、一第二觸發器340及一第二及閘360。其中原始信號裝置310包含一原始信號端311可產生一原始信號PWM1，及一相位移端312可產生原始信號PWM1之一相位移信號PWM2；第一觸發器330以接點1B電性連接於原始信號端311，第一觸發器330具有一第一輸出端1Q及一第一反相端1，第一輸出端1Q可輸出一第一輔信號S _r1；第一及閘350電性連接於第一反相端1及原始信號端311，第一及閘350具有一第二輸出端351可輸出一第一主信號S ₁；第二觸發器340以接點2B電性連接於相位移端312，第二觸發器340具有一第三輸出端2Q及一第二反相端2，第三輸出端2Q可輸出一第二輔信號S _r2；第二及閘360電性連接於第二反相端2及相位移端312，第二及閘360並具有一第四輸出端361可輸出一第二主信號S ₂。其中第一觸發器330具有接點1A為接地，第一觸發器330並具有一接點1R/C、一接點1C及一接點1與一電容C、一可變電阻R及一電源5V形成電性連接；第二觸發器340具有接點2A為接地，第二觸發器340並具有一接點2R/C、一接點2C及一接點2與一電容C、一可變電阻R及電源5V形成電性連接。

請同時參照第1圖與第2A圖，其中第一輸出端1Q、第二輸出端351、第三輸出端2Q及第四輸出端361分別電性連接於第一輔信號接點216、第一主信號接點114、第二輔信號接點226及第二主信號接點124。

依照本實施方式之一實施例，信號電路300中第一觸發器330及第二觸發器340可選用單穩態觸發器，其型號可為74LS123；第一及閘350及第二及閘360可選用及閘型號IC7408；原始信號裝置310可選用一PIC微控制器型號PIC18F8720，可同時產生原始信號PWM1及相位移信號PWM2，其中經程式設定，相位移信號PWM2可為原始信號PWM1之180度相位移。

請參照第2B圖與第2A圖，第2B圖係繪示依照本發明一實施方式之信號電路300所產生訊號的波形示意圖。其中當原始信號端311產生原始信號PWM1波形如第2B圖所示，則由上述可得知如第2B圖所示之相位移信號PWM2波形、第一輸出端1Q輸出訊號波形即第一輔信號S _r1波形、第三輸出端2Q之輸出訊號波形即第二輔信號S _r2波形、第一反相端1之輸出訊號波形、第二反相端2之輸出訊號波形、第二輸出端351之輸出訊號波形即第一主信號S ₁波形，及第四輸出端361之輸出訊號波形即第二主信號S ₂波形。若電容C之電容值為C，可變電阻R之電阻值為R，則延遲時間t _sd為：又一般延遲時間t _sd設計為原始信號PWM1切換控制信號週期之5%~10%，依照本實施方式之一實施例，選用延遲時間t _sd為6.67微秒(μs)。

請參照第3圖，其繪示依照本發明一實施方式之交錯式高升壓比軟開關式轉換器操作於一週期的主要元件之波形示意圖。以下說明採用幾點假設，以使說明更清楚簡明：

1.假設各開關元件包含第一主開關112、第一輔開關213、第二主開關122及第二輔開關223，與各二極體元件包含第一主二極體130、第二主二極體140、第一輔二極體214、第二輔二極體224、第一主背接二極體113、第二主背接二極體123、第一輔背接二極體215、第二輔背接二體225皆視為理想元件，即無導通壓降，且導通電阻及截止電流皆可忽略不計。

2.第一共振電容211為第一主開關112之寄生電容及其外加之電容的總值；第二共振電容221為第二主開關122之寄生電容及其外加之電容的總值。

3.假設開關切換時間及共振時間，相對於第一儲能電感111電流i _L1、第二儲能121電感電流i _L2、箝位電容150電壓v _C1及輸出電容161電壓v _o的變化而言是極其短暫的，所以在切換週期T內，可將第一儲能電感111電流i _L1、第二儲能電感121電流i _L2、箝位電容150電壓v _C1及輸出電容161電壓v _o，分別視為常數值，即i _L1=I _L1，i _L2=I _L2，v _C1=V _C1，v _o=V _o。

以下依據各開關切換及各二極體導通及截止狀態，將本實施方式操作於一週期T之狀態分為14個操作模式，分別為模式1至模式14，以說明各主要元件之訊號波形：在模式1之前，即當時間t為時間點t ₀之前，此時第一主開關112與第一輔開關213皆為截止，而第二主開關122與第一主二極體130為導通狀態，可知跨於第一主開關112之電壓v _ds1及跨於第一共振電容211之電壓為V _o/2。

模式1為當時間t介於時間點t ₀至時間點t ₁之間，此時第一主二極體130仍為導通狀態，而第一主開關112延遲導通，由第一輔開關213先行導通，第一共振電感212上電壓之為V _o/2，第一共振電感212之電流i _Lr1由初始值零呈直線上升，可得：當第一共振電感212之電流i _Lr1持續上升至I _L1時，第一主二極體130之電流i _D1開始逐漸下降至零，因此第一主二極體130由導通進入至截止狀態，且具有零電流切換特性(Zero-current switching，ZCS)。在模式1中第一共振電容211之電壓v _Cr1為v _Cr1(t)=V _o/2，且流過第一主二極體130之電流i _D1為：模式1終止於當時間t為時間點t ₁時，時間點t ₀距時間點t ₁之時間間距T ₁為：

模式2為當時間t介於時間點t ₁至時間點t ₂之間，此期間第一共振電感212之電流i _Lr1上升至I _L1，第一共振電容211之電壓v _Cr1為v _Cr1(t)=V _o/2，第一主二極體130開始進入截止，第一輔開關213持續導通，第一共振電感212與第一共振電容211形成共振回路，此時第一共振電感212之電流i _Lr1持續上升，第一共振電容211之電壓v _Cr1下降，可得：其中共振阻抗Z_o1為；共振頻率ω _o1為；模式2結束於當v _Cr1由V _o/2持續下降至零時，此時時間t為時間點t ₂，此時第一共振電感212之電流i _Lr1為：則時間點t ₁距時間點t ₂之時間間距T ₂為：

模式3為當時間t介於時間點t ₂至時間點t ₃之間，在模式3中，第一共振電容211之電壓v _Cr1承接模式2持續下降至零，甚至為微小負電壓，使得第一主背接二極體113順向導通，此時第一主開關112之電壓v _ds1為零；於時間t 等於時間點t ₃時模式3終止，同時可開始觸發第一主開關112以達成零電壓切換，且此時可將第一輔開關213由導通狀態切換至截止狀態。可得此時第一共振電感212電流i _Lr1及第一主開關112電流i _s1為：為使第一主開關112能達到零電壓切換(Zero-voltage switching，ZVS)，可得一主開關112之延遲時間t _sd至少須滿足：依據本實施方式之一實施例，此處第一儲能電成111電流i _L1採用其峰值即I _L1,max，又考慮一餘裕時間t _r後，可採用第一主開關112之延遲時間t _sd滿足下式：

模式4為當時間t介於時間點t ₃至時間點t ₄之間，進入模式4時第一主開關112導通，第一輔開關213截止；第二主開關122導通，第二輔開關223截止，此時儲存至第一共振電感212之能量，藉由第一輔二極體214導通將能量釋放至負載。在第一輔二極體214導通時，第一輔開關213兩側電壓為V _o，第一共振電感212之端電壓為-V _o，因此可得第一共振電感212之電流i _Lr1：於模式4期間，第一共振電感212經由第一輔二極體214釋放能量，所以第一共振電感212之電流i _Lr1呈線性下降，此時第一輔二極體214之電流i _Dr1等於第一共振電感212之電流i _Lr1，第一主開關112之電流i _S1開始呈線性上升。於時間t等於時間點t ₄時，第一共振電感212電流i _Lr1釋能至零，同時第一主開關112之電流i _S1上升至I _L1，第一輔二極體214隨之截止，第一輔開關213之電壓v _Sr1變至零，此時模式4結束。則時間點t ₃距時間點t ₄之時間間距T ₄為：

模式5為當時間t介於時間點t ₄至時間點t ₅之間，此期間第一主開關112導通，第一輔開關213截止；第二主開關122導通，第二輔開關223截止，此時第一主開關112電流i _S1、第二主開關122電流i _S2、第一共振電容211電壓v _Cr1及第二共振電容221電壓v _Cr2分別為：i _S1=I _L1,i _S2=I _L2,v _Cr1(t)=0,v _Cr2(t)=0，t ₄ t t ₅；當第二主開關122截止時，時間t為時間點t ₅，此時模式5結束。

模式6為當時間t介於時間點t ₅至時間點t ₆之間。當進入模式6時，第一主開關112導通，第一輔開關213截止；第二主開關122截止，第二輔開關223也截止，此時對第二共振電容221充電，第二共振電容221之電壓v _Cr2 呈直線上升，第二主二極體140電壓v _D2由V _o/2呈直線下降，可得第二共振電容221之電壓v _Cr2為：第二共振電容221之電壓v _Cr2呈直線上升至V _o/2時，模式6結束，此時第二主二極體140開始由截止進入導通狀態且具有零電壓切換性質。時間點t ₅距時間點t ₆之時間間距T ₆為：模式7為當時間t介於時間點t ₆至時間點t ₇之間。模式7期間，第一主開關112導通，第一輔開關213截止；第二主開關122截止，第二輔開關223也截止，第二儲能電感121與箝位電容150之能量同時釋放至輸出電容161與負載，此時可得第一主開關112電流i _S1、第二主開關122電流i _S2及箝位電容150電流i _C1、第二主二極體140電流i _D2、第一共振電容211電壓i _Cr1及第二共振電容221電壓v _Cr2為：當第二輔開關223導通時，時間t為時間點t ₇，模式7結束。

模式8為當時間t介於時間點t ₇至時間點t ₈之間。進入模式8時，第一主開關112導通，第一輔開關213截止；第二主開關122進入截止，第二輔開關223導通，跨於第二主開關122、第二共振電容221及箝位電容150之電壓均為Vo/2。於模式8期間，第二主二極體140仍然為導通狀態，第二主開關122延遲導通，由第二輔開關223先行導通，第二共振電感222上之電壓為Vo/2，第二共振電感222之電流i _Lr2由零呈直線上升，於是可得第二共振電感222電流為：當第二共振電感222之電流i _Lr2於時間點t ₇至時間點t ₈期間持續上升至I _L2時，第二主二極體140之電流i _D2開始逐漸下降至零，因此第二主二極體140由導通進入至截止狀態時具有零電流切換性質。在模式8期間，第二共振電容221之電壓v _Cr2(t)=V _o/2，且流過第二主二極體140之電流i _D2為：當時間t為時間點t ₈時，模式8終止。時間點t ₇距時間點t ₈之時間間距T ₈為：

模式9為當時間t介於時間點t ₈至時間點t ₉之間。於模式9期間，第二共振電感222之電流i _Lr2繼續上升，第二共振電容221之電壓v _Cr2為v _Cr2(t)=V _o/2，第二主二極體140截止，第二輔開關223持續導通，第二共振電感222與第二共振電容221形成共振回路，此時第二共振電感222之電流i _Lr2持續上升，第二共振電容221之電壓v _Cr2下降。因共振阻抗Z _o2為，共振頻率ω _o2為；則可得第二共振電感222之電流i _Lr2及第二共振電容221之電壓v _Cr2分別為：當第二共振電容221之電壓v _Cr2由Vo/2持續下降至零時，此模式9結束。模式9結束時時間t為時間點t ₉，此時第二共振電感222之電流i _Lr2為：時間點t ₈距時間點t ₉之時間間距T ₉為：

模式10為當時間t介於時間點t ₉至時間點t ₁₀之間。於模式10期間，承接模式9第二共振電容221之電壓V _Cr2持續下降至微小負電壓，使得第二主背接二極體123順向導通，此時第二主開關122之電壓V _ds2為零。於時間t為時間點t ₁₀時，模式10終止，同時開始觸發第二主開關122使其達成零電壓切換，同時第二輔開關223由導通狀態切換至截止狀態。可得第二共振電感222之電流i _Lr2及第二主開關122之電流i _S2為：為使第二主開關122達成零電壓切換，可得延遲時間t _sd至少須滿足下式：又為確保能達到零電壓切換，依據本實施方式之一實施例，此處選用第二儲能電感121之電流I _L2的最大值，即滿載時i _L2之峰值I _L2,max以計算延遲時間t _sd，因延遲時間t _sd通常選擇為切換週期T之5%~10%，因延遲時間t _sd時間甚短，故對交錯升壓電路影響不大，考慮到第二主開關122可以完全進入導通及第二輔開關223進入截止之恢復過程，而考慮一餘裕時間t _r，以獲得更可靠之延遲時間t _sd，以確保上式條件滿足。所以採用第二主開關122之延遲時間t _sd為：

模式11為當時間t介於時間點t ₁₀至時間點t ₁₁之間。進入模式11時，第一主開關112導通，第一輔開關213截止；第二主開關122導通，第二輔開關223截止，此時儲存至第二共振電感222之能量，藉由第二輔二極體224導通將能量釋放至負載。在第二輔二極體224導通時，第二輔開關223兩端電壓為Vo，第二共振電感222之端電壓為-Vo。可得第二共振電感222電流i _Lr2為：於模式11期間，第二共振電感222經由第二輔二極體224釋放能量，故第二共振電感222之電流i _Lr2呈線性下降，此時第二輔二極體224之電流i _Dr2等於第二共振電感222之電流i _Lr2，第二主開關122之電流i _S2開始呈線性上升。當時間t為時間點t ₁₁時，第二共振電感222之電流i _Lr2釋能至零，同時第二主開關122之電流i _S2上升至I _L2，第二輔二極體224隨之截止，第二輔開關223之電壓V _Sr2降為零，此時模式11結束。時間點t ₁₀距時間點t ₁₁之時間間距T ₁₁為：

模式12為當時間t介於時間點t ₁₁至時間點t ₁₂之間。於模式12時，第一主開關112導通，第一輔開關213截止；第二主開關122導通，第二輔開關223截止，此時可得第一主開關112電流i _S1、第二主開關122電流i _S2、第一共振電容211電壓v _Cr1及第二共振電容221電壓v _Cr2為：i _S1=I _L1,i _S2=I _L2,v _Cr1(t)=0,v _Cr2(t)=0，t ₁₁ t t ₁₂；當第一主開關112截止時，時間t為時間點t ₁₂，模式12終止。

模式13為當時間t介於時間點t ₁₂至時間點t ₁₃之間。進入模式13時第一主開關112截止，第一輔開關213截止；第二主開關122持續導通，第二輔開關223截止，此時對第一共振電容211充電，第一共振電容211之電壓v _Cr1呈直線上升，第一主二極體130電壓v _D1由Vo/2呈直線下降，可得第一共振電容211之電壓v _Cr1為：第一共振電容211之電壓v _Cr1呈直線上升至Vo/2時，模式13結束，同時第一主二極體130開始由截止進入導通狀態且具有零電壓切換性質。時間點t ₁₂距時間點t ₁₃之時間間距T ₁₃為：

模式14為當時間t介於時間點t ₁₃至時間點t ₁₄之間。其中當時間t為時間點t ₁₄時，電路組態又回復為相同於時間t為時間點t ₀時之電路組態，意即從模式1至模式14即完成一週期之操作。於模式14期間，第一主開關112截止，第一輔開關213截止；第二主開關122導通，第二輔開關223截止。又此期間第一主二極體130導通，將第一儲能電感111之能量釋放給箝位電容150，對箝位電容150進行充電，此時第一共振電容211之電壓為Vo/2，第一主二極體130之電流i _D1為i _D1(t)=I _L1。當時間t為時間點t ₁₄時，可得第一主開關112電流i _S1、第二主開關122電流i _S2、第一共振電容211電壓v _Cr1、第二共振電容221電壓v _Cr2為：當時間t為時間點t ₁₄時，模式14結束，並且此時電路組態相同於時間t為時間點t ₀時之電路組態。

由以上各模式之分析可得知依照本實施方式之交錯式高升壓比軟開關式轉換器，第一主開關112、第二主開關122、第一輔開關213、第二輔開關223、第一主二極體130、第二主二極體140、第一輔二極體214及第二輔二極體224之軟開關特性如下：第一主開關112及第二主開關122於導通時具有零電壓切換及零電流切換性質；第一主開關112及第二主開關122於截止時具有零電壓切換性質；第一主二極體130及第二主二極體140於導通時具有零電壓切換性質；第一主二極體130及第二主二極體140於截止時具有零電流切換性質；第一輔開關213及第二輔開關223於導通時具有零電流切換性質；第一輔二極體214及第二輔二極體224於導通時具有零電壓切換及零電流切換性質；第一輔二極體214及第二輔二極體224於截止時亦具有零電壓切換及零電流切換性質。

上述之第一共振電容211可為第一主開關112之寄生電容或外加式電容，第二共振電容221可為第二主開關122之寄生電容或外加式電容。

又上述依照本發明之實施方式可將軟開關電路200及信號電路300獨立於交錯升壓電路100之外，成為模組化結構，而使軟開關電路200可獨立電性連接並運作於習知之硬式切換的交錯式高升壓比轉換器，再以信號電路300施以控制，使得習用之硬式切換的交錯式高升壓比轉換器可以在低成本、延用原有電路架構的前提下，應用本發明所提出之架構，進而享有應用本發明所具有之優點。

又上述依照本發明之實施方式不限於本實施方式所述之二級架構，當交錯升壓電路100具備更多主開關元件時，軟開關電路200亦相對具備更多輔開關元件、共振電容元件及共振電感元件，而延遲時間t _sd之計算方式亦可延用上述說明而求得，進而可得相應之信號電路300。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點：

1.使主開關元件之切換損失減少，進而提升轉換器之轉換效率。

2.降低開關元件之切換應力及導通損失。

3.提供模組化的結構，使易於實現交錯式高升壓比軟開關式轉換器，且易於改善習用之硬式切換交錯式高升壓比轉換器成為交錯式高升壓比軟開關式轉換器。

4.所提出之電路架構簡單，大幅使實現交錯式高升壓比軟開關式轉換器更為簡易。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧交錯升壓電路

110‧‧‧第一升壓電路

111‧‧‧第一儲能電感

112‧‧‧第一主開關

113‧‧‧第一主背接二極體

114‧‧‧第一主信號接點

120‧‧‧第二升壓電路

121‧‧‧第二儲能電感

122‧‧‧第二主開關

123‧‧‧第二主背接二極體

124‧‧‧第二主信號接點

130‧‧‧第一主二極體

140‧‧‧第二主二極體

150‧‧‧箝位電容

160‧‧‧負載組

161‧‧‧輸出電容

162‧‧‧輸出電阻

200‧‧‧軟開關電路

210‧‧‧第一輔電路

211‧‧‧第一共振電容

212‧‧‧第一共振電感

213‧‧‧第一輔開關

214‧‧‧第一輔二極體

215‧‧‧第一輔背接二極體

216‧‧‧第一輔信號接點

220‧‧‧第二輔電路

221‧‧‧第二共振電容

222‧‧‧第二共振電感

223‧‧‧第二輔開關

224‧‧‧第二輔二極體

225‧‧‧第二輔背接二極體

226‧‧‧第二輔信號接點

300‧‧‧信號電路

310‧‧‧原始信號裝置

311‧‧‧原始信號端

312‧‧‧相位移端

330‧‧‧第一觸發器

340‧‧‧第二觸發器

350‧‧‧第一及閘

351‧‧‧第二輸出端

360‧‧‧第二及閘

361‧‧‧第四輸出端

i _D1‧‧‧第一主二極體之電流

i _D2‧‧‧第二主二極體之電流

i _Lr1‧‧‧第一共振電感之電流

i _Lr2‧‧‧第二共振電感之電流

i _S1‧‧‧第一主開關之電流

i _S2‧‧‧第二主開關之電流

i _Sr1‧‧‧第一輔開關之電流

i _Sr2‧‧‧第二輔開關之電流

v _ds1‧‧‧第一主開關之電壓

v _ds2‧‧‧第二主開關之電壓

v _D1‧‧‧第一主二極體之電壓

v _D2‧‧‧第二主二極體之電壓

v _Sr1‧‧‧第一輔開關之電壓

v _Sr2‧‧‧第二輔開關之電壓

S ₁‧‧‧第一主信號

S ₂‧‧‧第二主信號

S _r1‧‧‧第一輔信號

S _r2‧‧‧第二輔信號

t‧‧‧時間

t ₀ -t ₁₄‧‧‧時間點

V _i‧‧‧輸入電壓

V _o‧‧‧輸出電壓

PWM1‧‧‧原始信號

PWM2‧‧‧相位移信號

1Q‧‧‧第一輸出端

1‧‧‧第一反相端

2Q‧‧‧第三輸出端

2‧‧‧第二反相端

1A、1B、1R/C、1C、1、1Q、1、2A、2B、2R/C、2C、2、2Q、2‧‧‧接點

SV‧‧‧電壓源

C‧‧‧電容

R‧‧‧可變電阻

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明一實施方式之交錯式高升壓比軟開關式轉換器的電路圖。

第2A圖係繪示依照本發明一實施方式之信號電路的示意圖。

第2B圖係繪示依照本發明一實施方式之信號電路所產生訊號的波形示意圖。

第3圖係繪示依照本發明一實施方式之交錯式高升壓比軟開關式轉換器操作於一週期的主要元件之波形示意圖。