TWI745729B - 全橋式諧振轉換電路 - Google Patents

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Abstract

一種全橋式諧振轉換電路，包含一全橋整流單元、一諧振單元、一第一變壓器、一第二變壓器及一同步整流單元。該全橋整流單元包含一第一連接端及一第二連接端，該諧振單元包含一第一諧振電感、一諧振電容及一第二諧振電感，該諧振電容串聯於該第一諧振電感或該第二諧振電感，該第一變壓器包含一串聯於該第一諧振電感的第一初級繞組及一第一次級繞組，該第二變壓器包含一與該第一初級繞組串聯並連接該第二諧振電感的第二初級繞組以及一與該第一次級繞組並聯的第二次級繞組，該同步整流單元連接該第一次級繞組與該第二次級繞組。

Description

全橋式諧振轉換電路
本發明涉及一種全橋式諧振轉換電路，尤指一種以雙變壓器實施的全橋式諧振轉換電路。
查，中國發明專利案CN 106329940A、CN 103595259B以及中國實用新型專利案CN 206341145U分別揭露以雙變壓器實施的諧振轉換電路。但，前述專利採用的LLC諧振電路於不同電力輸入路徑時，將導致連接於後端的雙變壓器次級出現相位差，使得雙變壓器的後級電路不易進行控制。除此之外，當前專利所揭電路更令雙變壓器次級發生高頻振盪，而使接續於雙變壓器後級的電子元件需具備較高的耐壓條件，導致研製成本增加。
本發明主要目的在於解決習用電路容易造成變壓器次級出現相位差及高頻震盪所衍生的問題。
為達上述目的，本發明提供一種全橋式諧振轉換電路，包含一全橋整流單元、一諧振單元、一第一變壓器、一第二變壓器以及一同步整流單元。該全橋整流單元包含一第一連接端以及一第二連接端，該諧振單元包含一第一諧振電感、一諧振電容以及一第二諧振電感，該諧振電容串聯於該第一諧振電感或該第二諧振電感，該第一變壓器包含一串聯於該第一諧振電感的第一初級繞組以及一與該第一初級繞組產生磁耦合的第一次級繞組，該第二變壓器包含一與該第一初級繞組串聯並連接於該第二諧振電感未連接該諧振電容一端的第二初級繞組，以及一與該第二初級繞組產生磁耦合並與該第一次級繞組並聯的第 二次級繞組，該同步整流單元連接該第一次級繞組與該第二次級繞組，其中該第一諧振電感至該第二初級繞組的磁路距離與該第二諧振電感至該第一初級繞組的磁路距離相同。
一實施例中，該第一次級繞組包含一第一子繞組，一與該第一子繞組連接的第二子繞組，一連接該第一子繞組的第一輸出端，一連接該第二子繞組的第二輸出端，一連接於該第一子繞組與該第二子繞組之間的第一抽頭輸出端，該第二次級繞組包含一第三子繞組，一與該第三子繞組連接的第四子繞組，一連接該第三子繞組的第三輸出端，一連接該第四子繞組的第四輸出端，一連接於該第三子繞組與該第四子繞組之間且與該第一抽頭輸出端連接的第二抽頭輸出端。
一實施例中，該第一子繞組與該第二子繞組的極性與該第一初級繞組的極性相同，該第三子繞組與該第四子繞組的極性與該第二初級繞組的極性相同。
一實施例中，該全橋整流單元包含一第一橋臂與一第二橋臂，該第一橋臂包含一第一開關以及一與該第一開關串聯的第二開關，該第一開關與該第二開關之間形成該第一連接端，該第二橋臂包含一第三開關以及一與該第三開關串聯的第四開關，該第三開關與該第四開關之間形成該第二連接端。
一實施例中，該同步整流單元包含一電力基準(GND)，一連接該第一抽頭輸出端與該第二抽頭輸出端的電力輸出端，一連接該第一輸出端與該電力基準的第五開關，一連接該第二輸出端與該電力基準的第六開關，一連接該第三輸出端與該電力基準的第七開關以及一連接該第四輸出端與該電力基準的第八開關。
一實施例中，該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關、該第六開關、該第七開關以及該第八開關分別為一金氧半場效電晶體。
一實施例中，該同步整流單元包含至少一連接該電力輸出端與該電力基準的電容。
透過本發明前述實施，相較於習用具有以下特點：本發明該諧振單元採對稱方式設置該第一諧振電感與該第二諧振電感，令電力無論是由該第一連接端或該第二連接端進入，該第一變壓器與該第二變壓器的磁滯均為相同，令該第一變壓器與該第二變壓器的輸出不會出現相位差，讓該同步整流單元的控制得以最佳化，進而提升該全橋式諧振轉換電路的整體效率。除此之外，本發明電路減少了該第一次級繞組及該第二次級繞組的串聯迴路高頻震盪，而降低該同步整流單元所屬開關於導通瞬間產生的突波，使該同步整流單元所屬開關的耐壓條件得以降低。
10:全橋式諧振轉換電路
11:全橋整流單元
111:第一連接端
112:第二連接端
113:第一橋臂
114:第二橋臂
115:第一開關
116:第二開關
117:第三開關
118:第四開關
12:諧振單元
121:第一諧振電感
122:諧振電容
123:第二諧振電感
13:第一變壓器
131:第一初級繞組
132:第一次級繞組
133:第一子繞組
134:第二子繞組
135:第一輸出端
136:第二輸出端
137:第一抽頭輸出端
14:第二變壓器
141:第二初級繞組
142:第二次級繞組
143:第三子繞組
144:第四子繞組
145:第三輸出端
146:第四輸出端
147:第二抽頭輸出端
15:同步整流單元
151:電力基準
152:電力輸出端
153:第五開關
154:第六開關
155:第七開關
156:第八開關
157:電容
圖1，本發明一實施例的電路示意圖。
圖2，本發明另一實施例的電路示意圖。
圖3，本發明設於變壓器次級的開關的工作波形示意圖。
圖4，習用設於變壓器次級的開關的工作波形示意圖。
本發明詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱圖1，本發明提供一種全橋式諧振轉換電路10，該全橋式諧振轉換電路10可用於一電源供應器或一車用電力系統上，其中，該電源供應器可 為一般大眾所用ATX規格電源供應器、伺服器所用電源供應器或工業用電源供應器。進一步地，該全橋式諧振轉換電路10包含一全橋整流單元11、一諧振單元12、一第一變壓器13、一第二變壓器14以及一同步整流單元15。其中，該全橋整流單元11作為該全橋式諧振轉換電路10與一外部電力連接的部分，該外部電力進入該全橋整流單元11後將被整流後提供後端電路(如諧振單元12)。又，該全橋整流單元11包含一第一連接端111及一第二連接端112，需了解到，本文所指該第一連接端111與該第二連接端112非指該全橋整流單元11用以連接該外部電力的部分。該全橋整流單元11將根據控制而以該第一連接端111輸出或該第二連接端112輸出電力，具體來說，一實施例中，該全橋整流單元11包含一第一橋臂113與一第二橋臂114，該第一橋臂113包含一第一開關115以及一與該第一開關115串聯的第二開關116，該第一開關115與該第二開關116之間形成該第一連接端111，該第二橋臂114包含一第三開關117以及一與該第三開關117串聯的第四開關118，該第三開關117與該第四開關118之間形成該第二連接端112。為避免死區(Dead Time)發生，該第一開關115導通時，該第二開關116截止，而該第三開關117導通時，該第四開關118截止。此外，該第一橋臂113與該第二橋臂114的控制亦為交錯，具體來說，該第一開關115導通時，該第三開關117截止，該第四開關118導通。承此，該第二開關116導通時，該第三開關117導通，該第四開關118則截止。如此一來，該全橋整流單元11實施時，將依該些開關(115、116、117、118)的控制狀況而以該第一連接端111或該第二連接端112輸出電力。一實施例中，該第一開關115、該第二開關116、該第三開關117以及該第四開關118可分別為一金氧半場效電晶體(MOSFET)。再者，該第一開關115、該第二開關116、該第三開關117以及該第四開關118於實施時分別受一控制模組(圖中未示)控制。
又，該諧振單元12為一LLC架構，該諧振單元12連接該第一連接端111與該第二連接端112。該諧振單元12包含一第一諧振電感121、一諧振電容122以及一第二諧振電感123，該諧振電容122可串聯於該第一諧振電感121或該第二諧振電感123。又，該第一諧振電感122的打點端與該第二諧振電感123的打點端分別連接該諧振電容122及該全橋整流單元11。舉例說明，於圖1所揭實施例中，該諧振電容122一端是與該第二諧振電感123串聯，另端則是與該第一連接端111連接。此外，於圖2所揭實施例中，該諧振電容122則是一端與該第一諧振電感121串聯，另端則是與該第二連接端112連接。另一方面，該第一變壓器13包含一串聯於該第一諧振電感121的第一初級繞組131以及一與該第一初級繞組131產生磁耦合的第一次級繞組132。又，該第二變壓器14包含一與該第一初級繞組131串聯並連接該第二諧振電感123的第二初級繞組141，以及一與該第二初級繞組141產生磁耦合並與該第一次級繞組132並聯的第二次級繞組142，該第一次級繞組132與該第二次級繞組142分別連接該同步整流單元15。
承上，本發明該諧振單元12是採對稱方式設置該第一諧振電感121與該第二諧振電感123，令該第一諧振電感121至該第二初級繞組141的磁路距離與該第二諧振電感123至該第一初級繞組131的磁路距離相同，使電力無論是由該第一連接端111或該第二連接端112進入，該第一變壓器13與該第二變壓器14的磁滯均為相同，令該第一變壓器13與該第二變壓器14的輸出不會出現相位差，讓該同步整流單元15的控制得以最佳化，進而提升該全橋式諧振轉換電路10的整體效率。
復請參閱圖1，於一實施例中，該第一次級繞組132包含一第一子繞組133，一與該第一子繞組133連接的第二子繞組134，一連接該第一子繞組133 的第一輸出端135，一連接該第二子繞組134的第二輸出端136，一連接於該第一子繞組133與該第二子繞組134之間的第一抽頭輸出端137。又，該第二次級繞組142包含一第三子繞組143，一與該第三子繞組143連接的第四子繞組144，一連接該第三子繞組143的第三輸出端145，一連接該第四子繞組144的第四輸出端146，一連接於該第三子繞組143與該第四子繞組144之間且與該第一抽頭輸出端137連接的第二抽頭輸出端147。進一步地，該第一子繞組133與該第二子繞組134的極性與該第一初級繞組131的極性相同，該第三子繞組143與該第四子繞組144的極性與該第二初級繞組141的極性相同。
承上，併請參閱圖1，一實施例中，該同步整流單元15包含一電力基準151(GND)，一連接該第一抽頭輸出端137與該第二抽頭輸出端147的電力輸出端152，一連接該第一輸出端135與該電力基準151的第五開關153，一連接該第二輸出端136與該電力基準151的第六開關154，一連接該第三輸出端145與該電力基準151的第七開關155以及一連接該第四輸出端146與該電力基準151的第八開關156。進一步地，該第五開關153、該第六開關154、該第七開關155以及該第八開關156可分別為一金氧半場效電晶體(MOSFET)，其中，該第五開關153是以汲極(D極)連接該第一輸出端135，並以源極(S極)連接該電力基準151。又，該第六開關154是以汲極(D極)連接該第二輸出端136，並以源極(S極)連接該電力基準151。又，該第七開關155是以汲極(D極)連接該第三輸出端145，並以源極(S極)連接該電力基準151。又，該第八開關156是以汲極(D極)連接該第四輸出端146，並以源極(S極)連接該電力基準151。再者，該第五開關153、該第六開關154、該第七開關155以及該第八開關156於實施時分別受該控制模組控制。
承上，請參閱圖3及圖4，其中圖3為本發明設於變壓器次級其中一開關的工作波形示意圖，圖4則為習用電路設於變壓器次級的其中一開關的工作波形示意圖。由圖3及圖4可清楚了解，本發明電路減少了該第一次級繞組132及該第二次級繞組142的串聯迴路高頻震盪，而降低該第五開關153、該第六開關154、該第七開關155以及該第八開關156於導通瞬間產生突波，使該第五開關153、該第六開關154、該第七開關155以及該第八開關156的耐壓條件得以降低。此外，本發明電路更令該第五開關153、該第六開關154、該第七開關155以及該第八開關156的源極-汲極之間的電壓(Vds)得以平衡。再者，一實施例中，該同步整流單元15包含至少一連接該電力輸出端152與該電力基準151的電容157，該電容157的正極連接該電力輸出端152，負極則連接於該電力基準151。
上述僅為本發明的一較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋範圍。
10:全橋式諧振轉換電路
11:全橋整流單元
111:第一連接端
112:第二連接端
113:第一橋臂
114:第二橋臂
115:第一開關
116:第二開關
117:第三開關
118:第四開關
12:諧振單元
121:第一諧振電感
122:諧振電容
123:第二諧振電感
13:第一變壓器
131:第一初級繞組
132:第一次級繞組
133:第一子繞組
134:第二子繞組
135:第一輸出端
136:第二輸出端
137:第一抽頭輸出端
14:第二變壓器
141:第二初級繞組
142:第二次級繞組
143:第三子繞組
144:第四子繞組
145:第三輸出端
146:第四輸出端
147:第二抽頭輸出端
15:同步整流單元
151:電力基準
152:電力輸出端
153:第五開關
154:第六開關
155:第七開關
156:第八開關
157:電容

Claims (2)

  1. 一種全橋式諧振轉換電路，包含：一全橋整流單元，包含一第一連接端、一第二連接端、一第一橋臂與一第二橋臂，該第一橋臂包含一第一開關以及一與該第一開關串聯的第二開關，該第一開關與該第二開關之間形成該第一連接端，該第二橋臂包含一第三開關以及一與該第三開關串聯的第四開關，該第三開關與該第四開關之間形成該第二連接端；一諧振單元，連接該第一連接端與該第二連接端，該諧振單元包含一第一諧振電感、一諧振電容及一第二諧振電感，該諧振電容串聯於該第一諧振電感或該第二諧振電感，該第一諧振電感的打點端與該第二諧振電感的打點端分別連接該諧振電容及該全橋整流單元；一第一變壓器，包含一串聯於該第一諧振電感的第一初級繞組以及一與該第一初級繞組產生磁耦合的第一次級繞組，該第一次級繞組包含一第一子繞組，一與該第一子繞組連接的第二子繞組，一連接該第一子繞組的第一輸出端，一連接該第二子繞組的第二輸出端，一連接於該第一子繞組與該第二子繞組之間的第一抽頭輸出端，第一子繞組與該第二子繞組的極性與該第一初級繞組的極性相同；一第二變壓器，包含一與該第一初級繞組串聯並連接該第二諧振電感的第二初級繞組，以及一與該第二初級繞組產生磁耦合並與該第一次級繞組並聯的第二次級繞組，該第二次級繞組包含一第三子繞組，一與該第三子繞組連接的第四子繞組，一連接該第三子繞組的第三輸出端，一連接該第四子繞組的第四輸出端，一連接於該第三子繞 組與該第四子繞組之間且與該第一抽頭輸出端連接的第二抽頭輸出端，該第三子繞組與該第四子繞組的極性與該第二初級繞組的極性相同；以及一同步整流單元，包含一電力基準，一連接該第一抽頭輸出端與該第二抽頭輸出端的電力輸出端，一連接該第一輸出端與該電力基準的第五開關，一連接該第二輸出端與該電力基準的第六開關，一連接該第三輸出端與該電力基準的第七開關，一連接該第四輸出端與該電力基準的第八開關，以及至少一連接該電力輸出端與該電力基準的電容；其中，該第一諧振電感至該第二初級繞組的磁路距離與該第二諧振電感至該第一初級繞組的磁路距離相同。
  2. 如請求項1所述全橋式諧振轉換電路，其中，該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關、該第六開關、該第七開關以及該第八開關分別為一金氧半場效電晶體。
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