TW201947862A - 簡化單向隔離式多階直流－直流電能轉換裝置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種多階直流-直流電能轉換裝置包含一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一第一全波整流器、一第二全波整流器、一選擇電路及一濾波電路。該高頻變壓器一次側之第一繞組連接於該逆變器，該高頻變壓器二次側之第二繞組及第三繞組分別連接於第一全波整流器及第二全波整流器。該選擇電路連接於該第一全波整流器及第二全波整流器之直流輸出端，用以選擇該第一全波整流器及第二全波整流器之操作方式為兩全波整流器串聯輸出或由單一全波整流器輸出，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓。該濾波電路連接於該選擇電路及一負載之間，用以濾除諧波，並輸出一直流電壓。

Description

簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法
本發明係關於一種簡化單向〔unidirectional〕隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法；特別是關於一種可減少體積之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法；更特別是關於一種可降低輸出電壓及電流漣波量之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法。
一般而言，習用之隔離式直流-直流電能轉換器已廣泛應用於各種技術領域。雖然傳統隔離式直流-直流電能轉換器具有控制簡單的優點，但其在特性上具有效率較低、高漣波量、高電磁干擾及所需要使用之濾波電路容量較大之缺點。相對的，雖然習用之多階直流-直流電能轉換器具有控制較為複雜的缺點，但其在特性上卻具有效率相對較高、電磁干擾相對較小及所需要使用之濾波電路容量較小的優點。
舉例而言，第1圖揭示習用多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖，其主要包含四個方塊。請參照第1圖所示，習用多階直流-直流電能轉換裝置1包含一雙半橋型逆變器11、一雙高頻變壓器12、一全橋整流器13及一輸出濾波電路14，其適當組成該多階直流-直流電能轉換裝置1。另外，該雙半橋型逆變器11需要採用四個功率開關及四個電容器。
請再參照第1圖所示，該雙半橋型逆變器11由兩個半橋型逆變器串聯組成，而該雙高頻變壓器12包含兩個高頻變壓器分別連接至該雙半橋型逆變器11之兩個半橋型逆變器之交流端。在電能轉換操作上藉由控制該雙半橋型逆變器11之功率開關切換方式，使該雙高頻變壓器12之一次側〔primary side〕產生三種電壓。另外，該雙高頻變壓器12之二次側〔secondary side〕再經由該全橋整流器13進行適當整流後，可輸出兩種電壓階層。
然而，在實際應用上，由於該雙半橋型逆變器11包含兩個半橋型逆變器，因此導致其控制複雜，且其需要使用四個該電容器。另外，由於四個該電容器的電容值可能不相同，因此可能導致其電壓不一致，進一步導致其控制更複雜。另外，該雙高頻變壓器12包含兩個高頻變壓器，其必須使用兩個鐵心，因此造成其成本增加及體積龐大。
舉例而言，另一習用多階直流-直流電能轉換器，如中華民國專利公告第TW-I575861號之〝單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法〞發明專利，其對應美國發明專利公開第US-20170207712號之〝Unidirectional isolated multi-level DC-DC converter and method thereof〞申請案，其揭示一種單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法。
第2圖揭示中華民國專利公告第TW-I575861號發明專利及美國發明專利公開第US-20170207712號申請案之習用單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。請參照第2圖所示，習用單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置2包含一逆變器21、一具三繞組之高頻變壓器22、一第一全橋式整流器23、一第二全橋式整流器24、一選擇電路25及一濾波電路27，且該選擇電路25具 有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端。
請再參照第2圖所示，該逆變器21之輸入端並聯連接一輸入直流電壓源28，且該逆變器21選自一半橋式〔half-bridge〕逆變器、一全橋式〔full-bridge〕逆變器或其它結構逆變器。
請再參照第2圖所示，該半橋式逆變器包含二電力電子開關及二電容，且將該二電力電子開關及二電容之間適當連接。另外，該全橋式逆變器包含四電力電子開關及一電容，且將該四電力電子開關及一電容之間適當連接。
請再參照第2圖所示，該第一全橋式整流器23具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器261而形成一第一輸出直流電壓。相對的，該第二全橋式整流器24具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器262而形成一第二輸出直流電壓。
請再參照第2圖所示，該單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路27於一輸出端29輸出一直流電壓Vout。
第3圖揭示中華民國專利公告第TW-I575861號發明專利及美國發明專利公開第20170207712號申請案之另一習用單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖，其對應於第2圖之習用單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置。請參照第3圖所示，相對的，該逆變器21包含一上電力電子開關S1、一下電力電子開關S2及二電容C1、C2。
請參照第2及3圖所示，事實上，該單向隔離 式多階直流-直流電能轉換裝置2之第一全橋式整流器23、一第二全橋式整流器24及選擇電路25需要使用至少9個二極體D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，因此其相對具有整體構造複雜、增加製造成本及增加產品體積的技術問題。
顯然，習用多階直流-直流電能轉換器在架構上仍需要改善其結構或元件特性的技術缺點。因此，習用直流-直流電能轉換器或隔離式多階直流-直流電能轉換器必然存在進一步提供或發展簡化隔離式多階直流-直流電能轉換器的需求。前述技術說明僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。
有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法，其包含一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一第一全波整流器、一第二全波整流器、一選擇電路及一濾波電路，其僅採用單一個該逆變器及單一個該具三繞組之高頻變壓器，並藉由控制該選擇電路可產生一低諧波電壓之脈波電壓輸出至該濾波電路，以降低該濾波電路之容量，且該第一全波整流器僅包含二第一二極體，且該第二全波整流器亦僅包含二第二二極體，以簡化整體構造、降低製造成本及減少產品體積，以改善習用單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之技術缺點。
本發明較佳實施例之主要目的係提供一種簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法，其包含一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一第一全波整流器、一第二全波整流器、一選擇電路及一濾波電路，其僅採用單一個該逆變器及單一個該具三繞組之高頻變壓器， 並藉由控制該選擇電路可產生一低諧波電壓之脈波電壓輸出至該濾波電路，以降低該濾波電路之容量，且該第一全波整流器僅包含二第一二極體，且該第二全波整流器亦僅包含二第二二極體，以達成簡化整體構造、減少產品體積、降低製造成本及提升操作效率之目的。
為了達成上述目的，本發明較佳實施例之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置包含：一逆變器，其用以連接至一輸入電壓源，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓，且該逆變器包含一交流輸出端；一具三繞組之高頻變壓器，其包含一次側及二次側，該高頻變壓器之一次側具有一第一繞組，並將該高頻變壓器之一次側之第一繞組連接於該逆變器之交流輸出端，而該具三繞組之高頻變壓器之二次側具有一第二繞組及一第三繞組；一第一全波整流器，其輸入連接於該高頻變壓器之二次側之第二繞組，而該第一全波整流器具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器而形成一第一輸出直流電壓；一第二全波整流器，其輸入連接於該高頻變壓器之二次側之第三繞組，而該第二全波整流器具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全波整流器之第二直流正輸出端連接至該第一全波整流器之第一直流負輸出端；一選擇電路，其具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，而該第一輸入端連接於該第一全波整流器之第一直流正輸出端，且該第二輸入端連接於該第一全 波整流器之第一直流負輸出端及該第二全波整流器之第二直流正輸出端；及一濾波電路，其連接於該選擇電路之輸出端及第二全波整流器之第二直流負輸出端。
本發明較佳實施例之該逆變器選自一半橋式逆變器或一全橋式逆變器。
本發明較佳實施例利用操作該選擇電路，控制該選擇電路之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
本發明較佳實施例之該壓降電壓為一二極體之壓降電壓。
本發明較佳實施例之該選擇電路包含一電力電子開關及一二極體，而該電力電子開關連接於該選擇電路之第一輸入端與該選擇電路之輸出端之間。
本發明較佳實施例之該二極體之陽極連接至該選擇電路之第二輸入端，且該二極體之陰極連接至該選擇電路之輸出端。
本發明較佳實施例利用操作控制該選擇電路之電力電子開關，使該選擇電路之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
本發明較佳實施例之該濾波電路包含一電感器及一電容器。
為了達成上述目的，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法包含：提供一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一 第一全波整流器、一第二全波整流器、一選擇電路及一濾波電路，且該選擇電路具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端；將該逆變器連接至一輸入直流電壓源，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓；該具三繞組之高頻變壓器之一次側具有一第一繞組，將該具三繞組之高頻變壓器之一次側之第一繞組連接於該逆變器之一交流輸出端，且該具三繞組之高頻變壓器之二次側具有一第二繞組及一第三繞組；將該第一全波整流器之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器之二次側之第二繞組，而該第一全波整流器具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器而形成一第一輸出直流電壓；將該第二全波整流器之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器之二次側之第三繞組，且該第二全波整流器具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全波整流器之第二直流正輸出端連接至該第一全波整流器之第一直流負輸出端；將該選擇電路之第一輸入端連接於該第一全波整流器之第一直流正輸出端，且將該選擇電路之第二輸入端連接於該第一全波整流器之第一直流負輸出端及該第二全波整流器之第二直流正輸出端；及將該濾波電路連接於該選擇電路之輸出端及第二全波整流器之第二直流負輸出端；其中利用操作控制該選擇電路，使該選擇電路之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓 之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
本發明較佳實施例之該壓降電壓為一二極體之壓降電壓。
本發明較佳實施例之該逆變器選自一半橋式逆變器或一全橋式逆變器。
本發明較佳實施例之該選擇電路包含一電力電子開關及一二極體，而該電力電子開關連接於該選擇電路之第一輸入端與該選擇電路之輸出端之間。
本發明較佳實施例之該二極體之陽極連接至該選擇電路之第二輸入端，且該二極體之陰極連接至該選擇電路之輸出端。
本發明較佳實施例利用操作控制該選擇電路之電力電子開關，使該選擇電路之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
本發明較佳實施例之該濾波電路包含一電感器及一電容器。
1‧‧‧多階直流-直流電能轉換裝置
11‧‧‧雙半橋型逆變器
12‧‧‧雙高頻變壓器
13‧‧‧全橋整流器
14‧‧‧輸出濾波電路
2‧‧‧單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置
21‧‧‧逆變器
S 1 ‧‧‧上電力電子開關
S 2 ‧‧‧下電力電子開關
C 1 ‧‧‧電容
C 2 ‧‧‧電容
22‧‧‧具三繞組之高頻變壓器
23‧‧‧第一全橋式整流器
24‧‧‧第二全橋式整流器
D 1 ‧‧‧二極體
D 2 ‧‧‧二極體
D 3 ‧‧‧二極體
D 4 ‧‧‧二極體
D 5 ‧‧‧二極體
D 6 ‧‧‧二極體
D 7 ‧‧‧二極體
D 8 ‧‧‧二極體
D 9 ‧‧‧二極體
25‧‧‧選擇電路
261‧‧‧第一電容器
262‧‧‧第二電容器
27‧‧‧濾波電路
28‧‧‧輸入直流電壓源
29‧‧‧輸出端
V in ‧‧‧輸入電壓
V out ‧‧‧直流電壓
3‧‧‧簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置
31‧‧‧逆變器
32‧‧‧具三繞組之高頻變壓器
321‧‧‧第一繞組
322‧‧‧第二繞組
323‧‧‧第三繞組
331‧‧‧第一全波整流器
332‧‧‧第二全波整流器
341‧‧‧第一電容器
342‧‧‧第二電容器
35‧‧‧選擇電路
351‧‧‧電力電子開關
352‧‧‧二極體
36‧‧‧濾波電路
361‧‧‧電感
362‧‧‧電容
37‧‧‧輸入直流電壓源
38‧‧‧輸出端
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8‧‧‧步驟
第1圖：習用多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。
第2圖：另一習用單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。
第3圖：另一習用單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。
第4圖：本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流 -直流電能轉換裝置之架構示意圖。
第5(A)圖：本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置採用半橋式逆變器之架構示意圖。
第5(B)圖：本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置採用全橋式逆變器之架構示意圖。
第6圖：本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法之流程示意圖。
為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。
本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置、其操作及控制方法適用於各種多階電能轉換裝置或其類似功能裝置，但其並非用以限定本發明之範圍。
第4圖揭示本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置之架構示意圖。請參照第4圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置3包含一逆變器31、一具三繞組之高頻變壓器32、一第一全波整流器331、一第二全波整流器332、一選擇電路35及一濾波電路36，且該選擇電路35具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端。
請再參照第4圖所示，舉例而言，該逆變器31之輸入端並聯連接一輸入直流電壓源37，且該逆變器31可選自一半橋式逆變器、一全橋式逆變器或其它結構逆變器。該逆變器31〔元件左側〕之輸入端並聯連接一輸入直流電壓源37。另外，該逆變器31〔元件右側〕包含一交流輸出端。
第5(A)圖揭示本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置可選擇採用半橋式逆變器之架構示意圖。請參照第5(A)圖所示，舉例而言，該半橋式逆變器包含一上電力電子開關S1、一下電力電子開關S2及二電容C1、C2，且該上電力電子開關S1、下電力電子開關S2及二電容C1、C2之間適當電性連接。
第5(B)圖揭示本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置可選擇採用全橋式逆變器之架構示意圖。請參照第5(B)圖所示，舉例而言，該全橋式逆變器包含四電力電子開關S1、S2、S3、S4及一電容C1，且該四電力電子開關S1、S2、S3、S4及電容C1之間適當電性連接。
請再參照第4圖所示，舉例而言，該具三繞組之高頻變壓器32包含一次側及二次側，而該一次側具有一第一繞組321，且該二次側具有一第二繞組322及一第三繞組323。該第一繞組321、第二繞組322及第三繞組323之匝數比為n1：n2：n3，且該第二繞組322及第三繞組323為一中心抽頭繞組。將該具三繞組之高頻變壓器32之第一繞組321適當連接至該逆變器31之交流輸出端。
請再參照第4圖所示，舉例而言，該第一全波整流器331包含兩個二極體D1、D2，且將該兩個二極體D1、D2及第二繞組322組成該第一全波整流器331，以簡化整體構造。將該第一全波整流器331之交流輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器32之第二繞組322，且該第一全波整流器331具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器341而形成一第一輸出直流電壓。
請再參照第4圖所示，舉例而言，該第二全波整流器332包含兩個二極體D3、D4，且將該兩個二極體 D3、D4及第三繞組323組成該第二全波整流器332，以簡化整體構造。將該第二全波整流器332之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器32之第三繞組323，而該第二全波整流器332具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器342而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全波整流器332之第二直流正輸出端連接至該第一全波整流器331之第一直流負輸出端。
請再參照第4圖所示，舉例而言，該選擇電路35包含一電力電子開關351及一二極體352。將該電力電子開關351連接至該第一全波整流器331之第一直流正輸出端形成為該選擇電路35之第一輸入端，且該二極體352之陽極連接至該第一全波整流器331之第一直流負輸出端及該第二全波整流器332之第二直流正輸出端，並形成為該選擇電路35之第二輸入端，且該二極體352之陰極連接至該電力電子開關351之另一端形成為該選擇電路35之輸出端。
請再參照第4圖所示，舉例而言，該濾波電路36包含一電感361及一電容362。將該濾波電路36並聯連接於該選擇電路35之輸出端及第二全波整流器332之第二直流負輸出端。
請再參照第4圖所示，舉例而言，利用操作控制該選擇電路35之電力電子開關351，使該選擇電路35之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該二極體352之壓降電壓〔或其它壓降電壓〕之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路36於一輸出端38輸出一直流電壓Vout。
請參照第4及5(A)圖所示，該逆變器31之上 電力電子開關S1及下電力電子開關S2均採用固定責任週期為0.5之切換。因此，該逆變器31將輸出一固定寬度之高頻方波電壓，將該固定寬度之高頻方波電壓連接至該具三繞組之高頻變壓器32之第一繞組321，而在該具三繞組之高頻變壓器32之第二繞組322及第三繞組323感應出相同波形之高頻方波電壓，分別經該第一全波整流器331及該第二全波整流器332產生該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓。假設輸入電壓為Vin，該具三繞組之高頻變壓器32之第二繞組322及第三繞組323之匝數比n2：n3為1：3，則該第一輸出直流電壓為50V，該第二輸出直流電壓為150V，且經該濾波電路36之輸出為180V。該第一輸出直流電壓可小於或等於該第二輸出直流電壓與該二極體352之壓降電壓之相減。舉例而言，該電力電子開關351之切換訊號之切換頻率選擇為該逆變器31之高頻方波電壓之頻率的任意倍數。
請再參照第4圖所示，由於在當該電力電子開關351導通時，該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓形成串聯供應電力，因此該選擇電路35輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和(Vin*n2/n1+Vin*n3/n1)。反之，當該電力電子開關351截止時，該第二輸出直流電壓將經由該二極體352供應電力，因此該選擇電路35輸出電壓為該第二直流流電壓(Vin*n3/n1)，因此該選擇電路35將輸出(Vin*n2/n1+Vin*n3/n1)及(Vin*n3/n1)兩種電壓階層之輸出電壓至該濾波電路36。最後，該選擇電路35之輸出電壓經由該濾波電路36經由一輸出端38產生一直流電壓供給一負載，該選擇電路35輸出之兩種電壓階層中(Vin*n2/n1+Vin*n3/n1)必須高於該供給負載之直流電壓，而(Vin*n3/n1)必須低於〔即不高於〕該供給負載之直流電壓。
第6圖揭示本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法之流程示意圖。請參照第4及6圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法包含步驟S1：首先，提供該逆變器31、具三繞組之高頻變壓器32、第一全波整流器331、第二全波整流器332、選擇電路35及濾波電路36，且該選擇電路35具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端。
請再參照第4及6圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法另包含步驟S2：接著，將該逆變器31連接至該輸入直流電壓源37，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓。
請再參照第4及6圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法另包含步驟S3：接著，該具三繞組之高頻變壓器32之一次側具有該第一繞組321，將該具三繞組之高頻變壓器32之一次側之第一繞組321連接於該逆變器31之一交流輸出端，且該具三繞組之高頻變壓器32之二次側具有該第二繞組322及第三繞組323。
請再參照第4及6圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法另包含步驟S4：接著，將該第一全波整流器331之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器32之二次側之第二繞組322，而該第一全波整流器331具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接該第一電容器341而形成一第一輸出直流電壓。
請再參照第4及6圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法另包含步驟S5：接著，將該第二全波整流器332之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器32之二次側之第三繞組323，且該第 二全波整流器332具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接該第二電容器342而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全波整流器332之第二直流正輸出端連接至該第一全波整流器331之第一直流負輸出端。
請再參照第4及6圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法另包含步驟S6：接著，將該選擇電路35之第一輸入端連接於該第一全波整流器331之第一直流正輸出端，且將該選擇電路35之第二輸入端連接於該第一全波整流器331之第一直流負輸出端及該第二全波整流器332之第二直流正輸出端。
請再參照第4及6圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法另包含步驟S7：接著，將該濾波電路36連接於該選擇電路35之輸出端及第二全波整流器332之第二直流負輸出端。
請再參照第4及6圖所示，本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法另包含步驟S8：接著，利用操作控制該選擇電路35，使該選擇電路35之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路36輸出一直流電壓。
請再參照第3及4圖所示，在傳統上該單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置2之第一全橋式整流器23、一第二全橋式整流器24及選擇電路25需要使用至少9個二極體D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，如第3圖所示；本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置3之第一全波整流器331、第二全波整流器332及選擇電路35需要使用至少5個二極體D1、 D2、D3、D4、D5，如第4圖所示，因此其相對具有簡化整體構造、降低製造成本及減少產品體積的功效。
另外，傳統隔離式直流-直流電能轉換裝置供給濾波電路之電壓為零與高於該供給負載之直流電壓兩個電壓階層，由於本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置3中供給該濾波電路36之電壓相較於傳統隔離式直流-直流電能轉換裝置供給濾波電路之電壓具有較小之電壓諧波，因此本發明較佳實施例之簡化單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置3可降低該濾波電路36之容量，以達成減少整體體積、降低製造成本及操升效率之目的。
前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。

Claims (15)

  1. 一種單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其包含：一逆變器，其用以連接至一輸入電壓源，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓，且該逆變器包含一交流輸出端；一具三繞組之高頻變壓器，其包含一次側及二次側，該高頻變壓器之一次側具有一第一繞組，並將該高頻變壓器之一次側之第一繞組連接於該逆變器之交流輸出端，而該具三繞組之高頻變壓器之二次側具有一第二繞組及一第三繞組；一第一全波整流器，其輸入連接於該高頻變壓器之二次側之第二繞組，而該第一全波整流器具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器而形成一第一輸出直流電壓；一第二全波整流器，其輸入連接於該高頻變壓器之二次側之第三繞組，而該第二全波整流器具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全波整流器之第二直流正輸出端連接至該第一全波整流器之第一直流負輸出端；一選擇電路，其具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，而該第一輸入端連接於該第一全波整流器之第一直流正輸出端，且該第二輸入端連接於該第一全波整流器之第一直流負輸出端及該第二全波整流器之第二直流正輸出端；及一濾波電路，其連接於該選擇電路之輸出端及第二全波整流器之第二直流負輸出端。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該逆變器選自一半橋式逆變器或一全橋式逆變器。
  3. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中利用操作該選擇電路，控制該選擇電路之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
  4. 依申請專利範圍第3項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該壓降電壓為一二極體之壓降電壓。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該選擇電路包含一電力電子開關及一二極體，而該電力電子開關連接於該選擇電路之第一輸入端與該選擇電路之輸出端之間。
  6. 依申請專利範圍第5項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該二極體之陽極連接至該選擇電路之第二輸入端，且該二極體之陰極連接至該選擇電路之輸出端。
  7. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中利用操作控制該選擇電路之電力電子開關，使該選擇電路之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
  8. 依申請專利範圍第1項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置，其中該濾波電路包含一電感器及一電容器。
  9. 一種單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其包含：提供一逆變器、一具三繞組之高頻變壓器、一第一全波整流器、一第二全波整流器、一選擇電路及一濾波電路，且該選擇電路具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端； 將該逆變器連接至一輸入直流電壓源，並產生一固定脈波寬度之高頻交流電壓；該具三繞組之高頻變壓器之一次側具有一第一繞組，將該具三繞組之高頻變壓器之一次側之第一繞組連接於該逆變器之一交流輸出端，且該具三繞組之高頻變壓器之二次側具有一第二繞組及一第三繞組；將該第一全波整流器之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器之二次側之第二繞組，而該第一全波整流器具有一第一直流正輸出端及一第一直流負輸出端，且該第一直流正輸出端及第一直流負輸出端並聯連接一第一電容器而形成一第一輸出直流電壓；將該第二全波整流器之輸入連接於該具三繞組之高頻變壓器之二次側之第三繞組，且該第二全波整流器具有一第二直流正輸出端及一第二直流負輸出端，且該第二直流正輸出端及第二直流負輸出端並聯連接一第二電容器而形成一第二輸出直流電壓，且該第二全波整流器之第二直流正輸出端連接至該第一全波整流器之第一直流負輸出端；將該選擇電路之第一輸入端連接於該第一全波整流器之第一直流正輸出端，且將該選擇電路之第二輸入端連接於該第一全波整流器之第一直流負輸出端及該第二全波整流器之第二直流正輸出端；及將該濾波電路連接於該選擇電路之輸出端及第二全波整流器之第二直流負輸出端；利用操作控制該選擇電路，使該選擇電路之輸出電壓為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和，或為單一的該第二輸出直流電壓與一壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
  10. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該壓降電壓為一二極體之壓降電壓。
  11. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該逆變器選自一半橋式逆變器或一全橋式逆變器。
  12. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該選擇電路包含一電力電子開關及一二極體，而該電力電子開關連接於該選擇電路之第一輸入端與該選擇電路之輸出端之間。
  13. 依申請專利範圍第12項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該二極體之陽極連接至該選擇電路之第二輸入端，且該二極體之陰極連接至該選擇電路之輸出端。
  14. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中利用操作控制該選擇電路之電力電子開關，使該選擇電路之輸出電壓可為該第一輸出直流電壓及該第二輸出直流電壓之和或僅為該第二輸出直流電壓與該壓降電壓之相減，以便輸出兩種電壓階層而形成一多階輸出電壓，並經該濾波電路輸出一直流電壓。
  15. 依申請專利範圍第9項所述之單向隔離式多階直流-直流電能轉換方法，其中該濾波電路包含一電感器及一電容器。
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