TWI764403B - 電壓轉換裝置 - Google Patents

電壓轉換裝置

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TWI764403B
TWI764403B TW109142433A TW109142433A TWI764403B TW I764403 B TWI764403 B TW I764403B TW 109142433 A TW109142433 A TW 109142433A TW 109142433 A TW109142433 A TW 109142433A TW I764403 B TWI764403 B TW I764403B
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Abstract

一種電壓轉換裝置，包含：一輸入電源，有一輸入電壓；一第一耦合電感器，電性連接該輸入電源；一第二耦合電感器，電性連接該第一耦合電感器；一切換開關，電性連接該第一耦合電感器及該第二耦合電感器；一輸出電容單元，電性連接該第一耦合電感器及該第二耦合電感器；以及一負載，電性連接該輸出電容單元，該負載上有一輸出電壓；該輸出電壓與該輸入電壓的電壓增益比為

Description

電壓轉換裝置
本發明係關於一種電壓轉換裝置，特別係指一種提升電壓轉換比的電壓轉換裝置。
電壓轉換裝置，根據用途的不同，可以分為升壓型電壓轉換裝置及降壓型電源轉換裝置。
升壓型電壓轉換裝置具體例如中華民國專利公告號第I646764號「耦合電感器型直流電壓轉換器」，主要包括：一輸入單元、一耦合電感器型直流電壓轉換電路以及一輸出單元。藉由該輸入單元輸入一低電壓之直流電至該耦合電感器型直流電壓轉換電路進行轉換，以得一高電壓之直流電，且其電壓增益為(1+nD)(1+D)/(1-D)，D為責任週期，D介於0至1之間。藉此，除了保有高電壓增益比之功效，並改善了習知結合耦合電感器及輸出疊接技術的直流電壓轉換器之輸入/輸出未共地以及切換開關較多之問題。
然而，前述專利案中，僅有在前半級電路上設置有一組耦合電感器，能提升的電壓轉換比仍極為有限。
爰此，本發明人提出一種電壓轉換裝置，包含：一輸入電源，有一輸入電壓；一第一耦合電感器，電性連接該輸入電源；一第二耦合電感器，電性連接該第一耦合電感器；一切換開關，電性連接該第一耦合電感器及該第 二耦合電感器；一輸出電容單元，電性連接該第一耦合電感器及該第二耦合電感器；以及一負載，電性連接該輸出電容單元，該負載上有一輸出電壓；該輸出電壓與該輸入電壓的電壓增益比為
Figure 109142433-A0305-02-0005-3
，D為責任週期，n等於該第一耦合電感器的匝數比，也等於該第二耦合電感器的匝數比，且0<D<1。
進一步，該第一耦合電感器包含相互耦合的一第一耦合電感器一次側繞組及一第一耦合電感器二次側繞組，該第二耦合電感器包含相互耦合的一第二耦合電感器一次側繞組及一第二耦合電感器二次側繞組。
其中，該輸入電源的正極電性連接該第一耦合電感器一次側繞組的第一端，該第一耦合電感器一次側繞組的第二端電性連接該第一耦合電感器二次側繞組的第一端、該第二耦合電感器一次側繞組的第一端及該切換開關的汲極；該第一耦合電感器二次側繞組的第二端、該第二耦合電感器一次側繞組的第二端、該第二耦合電感器二次側繞組的第一端及該第二耦合電感器二次側繞組的第二端皆電性連接該輸出電容單元；該負載的第一端電性連接該輸出電容單元，該負載的第二端、該輸出電容單元及該切換開關的源極皆電性連接該輸入電源的負極。
進一步，該輸出電容單元包含依序電性連接的一第一輸出電容器、一第二輸出電容器及一第三輸出電容器；該第一輸出電容器的第一端電性連接該輸入電源的負極及該負載，該第一輸出電容器的第二端電性連接該第一耦合電感器二次側繞組、該第二耦合電感器一次側繞組及該第二輸出電容器的第一端；該第二輸出電容器的第二端電性連接該第二耦合電感器二次側繞組及該第三輸出電容器的第一端；該第三輸出電容器電性連接該第二耦合電感器二次側繞組及該負載。
進一步，有一第一二極體，該第一二極體的陽極電性連接該第一耦合電感器一次側繞組，該第一二極體的陰極電性連接該第二耦合電感器一次側繞組。
進一步，有一第二二極體，該第二二極體的陽極電性連接該第一耦合電感器一次側繞組，該第二二極體的陰極電性連接該第一耦合電感器二次側繞組。
進一步，有一第三二極體，該第三二極體的陽極電性連接該第二耦合電感器一次側繞組，該第三二極體的陰極電性連接該第二耦合電感器二次側繞組。
進一步，有一第四二極體，該第四二極體的陽極電性連接該第二耦合電感器二次側繞組，該第四二極體的陰極電性連接該負載。
其中，係藉由一脈波寬度調變信號控制該切換開關的導通與截止。
其中，該切換開關為N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.前後兩半級電路均採用耦合電感器技術，且前後兩半級電路分別有第一耦合電感器及第二耦合電感器，藉由調整第一耦合電感器及第二耦合電感器的匝數比，可以較佳地提升電壓轉換比。
2.輸出電容單元採用第一輸出電容器、第二輸出電容器及第三輸出電容器的堆疊，可以降低輸出電容單元之電壓應力，且第一耦合電感器一次側漏電感、第一耦合電感器二次側漏電感的能量，以及第二耦合電感器一次側 漏電感、第二耦合電感器二次側漏電感的能量，可回收到第一輸出電容器、第二輸出電容器及第三輸出電容器。
3.利用單一切換開關來整合，減少所需元件及電路複雜程度。
4.藉由脈波寬度調變信號控制切換開關的導通與截止，方便實施，且可以更好的控制切換開關。
1:輸入電源
C1:第一輸出電容器
C2:第二輸出電容器
C3:第三輸出電容器
D:責任週期
D1:第一二極體
D2:第二二極體
D3:第三二極體
D4:第四二極體
iD1:第一二極體電流
iD3:第三二極體電流
iLk11:第一耦合電感器一次側漏電感電流
iLk12:第一耦合電感器二次側漏電感電流
iLk21:第二耦合電感器一次側漏電感電流
iLk22:第二耦合電感器二次側漏電感電流
iLm1:第一耦合電感器磁化電感電流
iLm2:第二耦合電感器磁化電感電流
iS:切換開關電流
Lk11:第一耦合電感器一次側漏電感
Lk12:第一耦合電感器二次側漏電感
Lk21:第二耦合電感器一次側漏電感
Lk22:第二耦合電感器二次側漏電感
Lm1:第一耦合電感器磁化電感
Lm2:第二耦合電感器磁化電感
N1:第一耦合電感器
N11:第一耦合電感器一次側繞組
N12:第一耦合電感器二次側繞組
N2:第二耦合電感器
N21:第二耦合電感器一次側繞組
N22:第二耦合電感器二次側繞組
R:負載
S:切換開關
Ts:切換週期
Vc1:第一輸出電容器電壓
Vc2:第二輸出電容器電壓
Vc3:第三輸出電容器電壓
Vin:輸入電壓
Vo:輸出電壓
vGS:切換開關觸發信號
[第一圖]係本發明實施例之電路圖。
[第二圖]係本發明實施例之等效電路圖。
[第三圖]係本發明實施例於單一切換週期下之波形圖。
[第四圖]係本發明實施例之實施示意圖一，示意操作在第一模式下。
[第五圖]係本發明實施例之實施示意圖二，示意操作在第二模式下。
[第六圖]係本發明實施例之實施示意圖三，示意操作在第三模式下。
[第七圖]係本發明實施例之實施示意圖四，示意操作在第四模式下。
[第八圖]係本發明實施例之實施示意圖五，示意操作在第五模式下。
[第九圖]係本發明實施例之電壓增益曲線圖。
[第十圖]係本發明實施例操作於輸入電壓12V、輸出電壓400V、功率100W時，vGS、iLm1及iLk11之模擬波形圖。
[第十一圖]係本發明實施例操作於輸入電壓12V、輸出電壓400V、功率100W時，Vin、Vc1、Vc2、Vc3及Vo之模擬波形圖。
[第十二圖]係本發明實施例操作於輸入電壓12V、輸出電壓400V、功率100W時，vGS、iD1及iLk12之模擬波形圖。
[第十三圖]係本發明實施例操作於輸入電壓12V、輸出電壓400V、功率100W時，vGS、iLm2及iLk21之模擬波形圖。
[第十四圖]係本發明實施例操作於輸入電壓12V、輸出電壓400V、功率100W時，vGS、iS及iLk22之模擬波形圖。
綜合上述技術特徵，本發明電壓轉換裝置的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
請參閱第一圖，係揭示本發明實施例電壓轉換裝置，包含：
一輸入電源1，有一輸入電壓Vin。
一第一耦合電感器N1，該第一耦合電感器N1包含相互耦合的一第一耦合電感器一次側繞組N11及一第一耦合電感器二次側繞組N12。該第一耦合電感器一次側繞組N11的第一端電性連接該輸入電源1的正極。
一第二耦合電感器N2，該第二耦合電感器N2包含相互耦合的一第二耦合電感器一次側繞組N21及一第二耦合電感器二次側繞組N22。
一第一二極體D1，該第一二極體D1的陽極電性連接該第一耦合電感器一次側繞組N11的第二端，該第一二極體D1的陰極電性連接該第二耦合電感器一次側繞組N21的第一端。
一第二二極體D2，該第二二極體D2的陽極電性連接該第一耦合電感器一次側繞組N11的第二端，該第二二極體D2的陰極電性連接該第一耦合電感器二次側繞組N12的第一端。
一第三二極體D3，該第三二極體D3的陽極電性連接該第二耦合電感器一次側繞組N21的第一端，該第三二極體D3的陰極電性連接該第二耦合電感器二次側繞組N22的第一端。
一第四二極體D4，該第四二極體D4的陽極電性連接該第二耦合電感器二次側繞組N22的第二端。
一切換開關S，該切換開關S的汲極電性連接該第一二極體D1的陰極、該第二耦合電感器一次側繞組N21的第一端及該第三二極體D3的陽極；該切換開關S的源極則電性連接該輸入電源1的負極。該切換開關S為N型金屬氧化物半導體場效電晶體，在本發明之較佳實施例中，該切換開關S為增強型N通道金屬氧化物半導體場效電晶體，且係藉由一脈波寬度調變信號控制該切換開關S的導通與截止。
一輸出電容單元，該輸出電容單元包含依序電性連接的一第一輸出電容器C1、一第二輸出電容器C2及一第三輸出電容器C3。該第一輸出電容器C1的第一端電性連接該輸入電源1的負極；該第一輸出電容器C1的第二端電性連接該第一耦合電感器二次側繞組N12的第二端、該第二耦合電感器一次側繞組N21的第二端及該第二輸出電容器C2的第一端。該第二輸出電容器C2的第二端電性連接該第三二極體D3的陰極、該第二耦合電感器二次側繞組N22的第一端及該第三輸出電容器C3的第一端；該第三輸出電容器C3的第二端電性連接該第二耦合電感器二次側繞組N22的陰極。
一負載R，該負載R上有一輸出電壓Vo。該負載R的第一端電性連接該第三輸出電容器C3的第二端及該第四二極體D4的陰極；該負載R的第二端電性連接該第一輸出電容器C1的第一端。
請參閱第二圖，係為該電壓轉換裝置的等效電路。其中，有一第一二極體電流iD1流經該第一二極體D1，一第三二極體電流iD3流經該第三二極體D3，以及，一切換開關電流iS流經該切換開關S。
除此之外，有一第一耦合電感器磁化電感Lm1與該第一耦合電感器一次側繞組N11並聯，有一第一耦合電感器一次側漏電感Lk11與該第一耦合電感器一次側繞組N11串聯，並有一第一耦合電感器磁化電感電流iLm1及一第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11各自流經該第一耦合電感器磁化電感Lm1及該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11。有一第一耦合電感器二次側漏電感Lk12與該第一耦合電感器二次側繞組N12串聯，並有一第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12流經該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12。有一第二耦合電感器磁化電感Lm2與該第二耦合電感器一次側繞組N21並聯，有一第二耦合電感器一次側漏電感Lk21與該第二耦合電感器一次側繞組N21串聯，並有一第二耦合電感器磁化電感電流iLm2及一第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21各自流經該第二耦合電感器磁化電感Lm2及該第二耦合電感器一次側漏電感Lk21。有一第二耦合電感器二次側漏電感Lk22與該第二耦合電感器二次側繞組N22串聯，並有一第二耦合電感器二次側漏電感電流iLk22流經該第二耦合電感器二次側漏電感Lk22。
請參閱第一圖至第三圖，採用該脈波寬度調變信號控制該切換開關S的導通與截止，分析在一切換週期Ts中，該電壓轉換裝置主要波形。其中，將該電壓轉換裝置的匝數比設為n=n2/n1，n1為該第一耦合電感器N1之該第一耦 合電感器一次側繞組N11及該第二耦合電感器N2之該第二耦合電感器一次側繞組N21的匝數，n2為該第一耦合電感器N1之該第一耦合電感器二次側繞組N12及該第二耦合電感器N2之該第二耦合電感器二次側繞組N22的匝數，且該第一耦合電感器磁化電感Lm1及該第二耦合電感器磁化電感Lm2皆操作於連續導通模式。
在該切換週期Ts中，該電壓轉換裝置會依序操作在一第一模式、一第二模式、一第三模式，一第四模式及一第五模式中。
請參閱第四圖，並請搭配第一圖至第三圖，該第一模式，也就是時間區間[t0,t1]，此時，該切換開關S導通。
在該第一模式中，該輸入電源1與儲存於該第一耦合電感器磁化電感Lm1的能量，經由該切換開關S及該第一二極體D1串聯而傳送至該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11，儲存於該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12的能量則回收至該第一輸出電容器C1。儲存於該第一輸出電容器C1及該第二耦合電感器磁化電感Lm2的能量，經由該切換開關S串聯而傳送至該第二耦合電感器一次側漏電感Lk21，儲存於該第二耦合電感器二次側漏電感Lk22的能量則回收至該第三輸出電容器C3。
因此，該第一耦合電感器磁化電感電流iLm1及該第二耦合電感器磁化電感電流iLm2呈線性減少，該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11及該第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21呈線性增加，該第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12及該第二耦合電感器二次側漏電感電流iLk22則呈線性減少。該第一輸出電容器C1、該第二輸出電容器C2及該第三輸出電容器C3疊接傳送能量，以供應該負載R。
當時間來到t1時，該第一模式結束，該第二模式開啟。該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12及該第二耦合電感器二次側漏電感Lk22的能量回收完畢，該第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12及該第二耦合電感器二次側漏電感電流iLk22降至零；同時，該第一耦合電感器磁化電感電流iLm1及該第二耦合電感器磁化電感電流iLm2分別等於該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11及該第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21。
請參閱第五圖，並請搭配第一圖至第三圖，該第二模式，也就是時間區間[t1,t2]，該第一模式與該第二模式的時間長度總和為DTs，D為該脈波寬度調變信號的一責任週期D，此時，該切換開關S持續導通。
在該第二模式中，該輸入電源1的能量，經由該切換開關S及該第一二極體D1串聯而傳送至該第一耦合電感器磁化電感Lm1及該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11。儲存於該第一輸出電容器C1的能量，經由該切換開關S對該第二耦合電感器磁化電感Lm2及該第二耦合電感器一次側漏電感Lk21釋放。
因此，該第一耦合電感器磁化電感電流iLm1、該第二耦合電感器磁化電感電流iLm2、該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11及該第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21，均呈線性增加。該第一輸出電容器C1、該第二輸出電容器C2及該第三輸出電容器C3疊接傳送能量，以供應該負載R。
當時間來到t2時，該切換開關S截止，該第二模式結束，該第三模式開啟。
請參閱第六圖，並請搭配第一圖至第三圖，該第三模式，也就是時間區間[t2,t3]，此時，該切換開關S截止。
在該第三模式中，該輸入電源1、該第一耦合電感器磁化電感Lm1及該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11的能量，除了經由該第一二極體D1及該第三二極體D3串聯而傳送至該第一輸出電容器C1及該第二輸出電容器C2，也經由該第二二極體D2串聯而傳送至該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12及該第一輸出電容器C1。故，儲存於該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11的能量可以被回收，儲存於該第一耦合電感器磁化電感Lm1的部分能量，則經由對應該第一耦合電感器N1的理想變壓器傳送至該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12。該第二耦合電感器磁化電感Lm2及該第二耦合電感器一次側漏電感Lk21的能量，經由該第三二極體D3串聯而傳送至該第二輸出電容器C2，使得該第二耦合電感器一次側漏電感Lk21的能量可以被回收至該第二輸出電容器C2。儲存於該第二耦合電感器磁化電感Lm2的部分能量，則經由對應該第二耦合電感器N2的理想變壓器及該第四二極體D4傳送至該第二耦合電感器二次側漏電感Lk22及該第三輸出電容器C3。
因此，該第一耦合電感器磁化電感電流iLm1、該第二耦合電感器磁化電感電流iLm2、該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11及該第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21皆呈線性減少，該第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12及該第二耦合電感器二次側漏電感電流iLk22則呈線性增加。該第一輸出電容器C1、該第二輸出電容器C2及該第三輸出電容器C3疊接傳送能量，以供應該負載R。
當時間來到t3時，該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11等於該第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12，該第三模式結束，該第四模式開啟。
請參閱第七圖，並請搭配第一圖至第三圖，該第四模式，也就是時間區間[t3,t4]，此時，該切換開關S持續截止。
在該第四模式中，該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11等於該第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12，該輸入電源1、該第一耦合電感器磁化電感Lm1、該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11及該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12的能量，經由該第二二極體D2串聯而傳送至該第一輸出電容器C1。故，儲存於該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11及該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12的能量，回收至該第一輸出電容器C1，儲存於該第一耦合電感器磁化電感Lm1的部分能量，則經由對應該第一耦合電感器N1的理想變壓器傳送至該第一輸出電容器C1。該第二耦合電感器磁化電感Lm2及該第二耦合電感器一次側漏電感Lk21的能量，持續經由該第三二極體D3串聯並傳送至該第二輸出電容器C2。儲存於該第二耦合電感器一次側漏電感Lk21的能量可以持續回收至該第二輸出電容器C2，儲存於該第二耦合電感器磁化電感Lm2的部分能量，則持續經由對應該第二耦合電感器N2的理想變壓器及該第四二極體D4傳送至該第二耦合電感器二次側漏電感Lk22及該第三輸出電容器C3。
因此，該第一耦合電感器磁化電感電流iLm1、該第二耦合電感器磁化電感電流iLm2、該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11、該第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12及該第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21皆呈線性減少，而該第二耦合電感器二次側漏電感電流iLk22則呈線性增加。該第一輸出電容器C1、該第二輸出電容器C2及該第三輸出電容器C3疊接傳送能量，以供應該負載R。
當時間來到t4時，該第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21等於零，即該第二耦合電感器一次側漏電感Lk21的能量回收完畢，該第四模式結束，該第五模式開啟。
請參閱第八圖，並請搭配第一圖至第三圖，該第五模式，也就是時間區間[t4,t5]，此時，該切換開關S持續截止。
在該第五模式中，該輸入電源1、該第一耦合電感器磁化電感Lm1、該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11及該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12的能量，經由該第二二極體D2串聯並傳送至該第一輸出電容器C1。儲存於該第一耦合電感器一次側漏電感Lk11及該第一耦合電感器二次側漏電感Lk12的能量持續回收至該第一輸出電容器C1，儲存於該第一耦合電感器磁化電感Lm1的部分能量則經由對應該第一耦合電感器N1的理想變壓器傳送至該第一輸出電容器C1。儲存於該第二耦合電感器磁化電感Lm2的能量，透過對應該第二耦合電感器N2的理想變壓器，與該第二耦合電感器二次側漏電感Lk22的能量，經由該第四二極體D4串聯並傳送至該第三輸出電容器C3。
因此，該第一耦合電感器磁化電感電流iLm1、該第二耦合電感器磁化電感電流iLm2、該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11、該第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12、該第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21及該第二耦合電感器二次側漏電感電流iLk22皆呈線性減少。該第一輸出電容器C1、該第二輸出電容器C2及該第三輸出電容器C3疊接傳送能量，以供應該負載R。
當時間來到t5時，該切換開關S再次導通，該第五模式結束，進入下一個該切換週期Ts的該第一模式。
繼續對該電壓轉換裝置進行電壓增益分析，忽略該第一耦合電感器N1及該第二耦合電感器N2的漏電感影響，因此僅考慮該第二模式及該第五模式。
在該第二模式中，該切換開關S導通，跨於該第一耦合電感器磁化電感Lm1及該第二耦合電感器磁化電感Lm2的電壓分別為v Lm1(on)=V in 及v Lm2(on)=V c1。
在該第五模式中，該切換開關S截止，跨於該第一耦合電感器磁化電感Lm1及該第二耦合電感器磁化電感Lm2的電壓分別為
Figure 109142433-A0305-02-0016-4
及
Figure 109142433-A0305-02-0016-5
。
其中，該第一耦合電感器N1及該第二耦合電感器N2的匝數比為
Figure 109142433-A0305-02-0016-6
。
利用伏秒平衡原理於該第一耦合電感器磁化電感Lm1及該第二耦合電感器磁化電感Lm2，可以得到一方程式一：v Lm1(on) DT s +v Lm1(off)(1-D)T s =0，及一方程式二：v Lm2(on) DT s +v Lm2(off)(1-D)T s =0。
將v Lm1(on)=V in 及
Figure 109142433-A0305-02-0016-7
代入該方程式一，可得一方程式三：
Figure 109142433-A0305-02-0016-8
。將v Lm2(on)=V c1及
Figure 109142433-A0305-02-0016-9
代入該方程式二，可得一方程式四：
Figure 109142433-A0305-02-0016-10
，以及一方程式五：
Figure 109142433-A0305-02-0016-11
。
再將該方程式三代入至該方程式四及該方程式五，可以得到
Figure 109142433-A0305-02-0016-12
，以及
Figure 109142433-A0305-02-0016-15
，因此該輸出電壓Vo為V o =V c1+V c2+
Figure 109142433-A0305-02-0016-13
，該電壓轉換裝置之該輸出電壓Vo及該輸入電壓Vin的電壓增益為
Figure 109142433-A0305-02-0016-14
。
根據該輸入電壓Vin及該輸出電壓Vo的電壓增益，繪製出一電壓增益曲線之後[如第九圖所示]，可以發現，該電壓轉換裝置具有極高的電壓增益比。
請參閱第十圖至第十四圖，並請搭配第一圖及第二圖，實際對該電壓轉換裝置進行測試，該輸入電壓Vin為12V，該輸出電壓Vo為400V，滿載輸出功率為100W，該第一耦合電感器N1及該第二耦合電感器N2的匝數比為2。
第十圖展示了該切換開關S之一切換開關觸發信號vGS、該第一耦合電感器磁化電感電流iLm1及該第一耦合電感器一次側漏電感電流iLk11之波形，該切換開關觸發信號vGS即該脈波寬度調變信號。由第十圖中可以看出，該第一耦合電感器N1操作在連續導通模式，且該切換開關觸發信號vGS(該脈波寬度調變信號)的該責任週期D約為0.61。
第十一圖展示了該輸入電壓Vin、該第一輸出電容器C1之一第一輸出電容器電壓Vc1、該第二輸出電容器C2之一第二輸出電容器電壓Vc2、該第三輸出電容器C3之一第三輸出電容器電壓Vc3及該輸出電壓Vo之波形。由第十一圖中可以看出，該輸入電壓Vin及該輸出電壓Vo分別為12V及400V，該電壓轉換裝置確實提供極高的升壓轉換比，且該第一輸出電容器電壓Vc1、該第二輸出電容器電壓Vc2及該第三輸出電容器電壓Vc3分別為70V、110V及220V，符合該方程式三至該方程式五的分析。
第十二圖展示了該切換開關觸發信號vGS、該第一二極體電流iD1及該第一耦合電感器二次側漏電感電流iLk12之波形。第十三圖展示了該切換開關觸發信號vGS、該第二耦合電感器磁化電感電流iLm2及該第二耦合電感器一次側漏電感電流iLk21之波形。第十四圖展示了該切換開關觸發信號vGS、該切換開 關電流iS及第二耦合電感器二次側漏電感電流iLk22之波形。由第十二圖至第十四圖可以看出，這些波形都符合前述的分析，且由第十三圖還可以看出，該第二耦合電感器N2操作在連續導通模式。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
1:輸入電源
C1:第一輸出電容器
C2:第二輸出電容器
C3:第三輸出電容器
D1:第一二極體
D2:第二二極體
D3:第三二極體
D4:第四二極體
N1:第一耦合電感器
N11:第一耦合電感器一次側繞組
N12:第一耦合電感器二次側繞組
N2:第二耦合電感器
N21:第二耦合電感器一次側繞組
N22:第二耦合電感器二次側繞組
R:負載
S:切換開關
Vc1:第一輸出電容器電壓
Vc2:第二輸出電容器電壓
Vc3:第三輸出電容器電壓
Vin:輸入電壓
Vo:輸出電壓

Claims (10)

  1. 一種電壓轉換裝置，包含：一輸入電源，有一輸入電壓；一第一耦合電感器，電性連接該輸入電源；一第二耦合電感器，電性連接該第一耦合電感器；一切換開關，電性連接該第一耦合電感器及該第二耦合電感器；一輸出電容單元，電性連接該第一耦合電感器及該第二耦合電感器；以及一負載，電性連接該輸出電容單元，該負載上有一輸出電壓；該輸出電壓與該輸入電壓的電壓增益比為
    Figure 109142433-A0305-02-0021-16
    ，D為責任週期，n等於該第一耦合電感器的匝數比，也等於該第二耦合電感器的匝數比，且0<D<1。
  2. 如請求項1之電壓轉換裝置，進一步，該第一耦合電感器包含相互耦合的一第一耦合電感器一次側繞組及一第一耦合電感器二次側繞組，該第二耦合電感器包含相互耦合的一第二耦合電感器一次側繞組及一第二耦合電感器二次側繞組。
  3. 如請求項2之電壓轉換裝置，其中，該輸入電源的正極電性連接該第一耦合電感器一次側繞組的第一端，該第一耦合電感器一次側繞組的第二端電性連接該第一耦合電感器二次側繞組的第一端、該第二耦合電感器一次側繞組的第一端及該切換開關的汲極；該第一耦合電感器二次側繞組的第二端、該第二耦合電感器一次側繞組的第二端、該第二耦合電感器二次側繞組的第一端及該第二耦合電感器二次側繞組的第二端皆電性連接該輸出電容單元；該負載的第一端電性連接該輸出電容單元，該負載的第二端、該輸出電容單元及該切換開關的源極皆電性連接該輸入電源的負極。
  4. 如請求項2之電壓轉換裝置，進一步，該輸出電容單元包含依序電性連接的一第一輸出電容器、一第二輸出電容器及一第三輸出電容器；該第一輸出電容器的第一端電性連接該輸入電源的負極及該負載，該第一輸出電容器的第二端電性連接該第一耦合電感器二次側繞組、該第二耦合電感器一次側繞組及該第二輸出電容器的第一端；該第二輸出電容器的第二端電性連接該第二耦合電感器二次側繞組及該第三輸出電容器的第一端；該第三輸出電容器電性連接該第二耦合電感器二次側繞組及該負載。
  5. 如請求項2之電壓轉換裝置，進一步，有一第一二極體，該第一二極體的陽極電性連接該第一耦合電感器一次側繞組，該第一二極體的陰極電性連接該第二耦合電感器一次側繞組。
  6. 如請求項2之電壓轉換裝置，進一步，有一第二二極體，該第二二極體的陽極電性連接該第一耦合電感器一次側繞組，該第二二極體的陰極電性連接該第一耦合電感器二次側繞組。
  7. 如請求項2之電壓轉換裝置，進一步，有一第三二極體，該第三二極體的陽極電性連接該第二耦合電感器一次側繞組，該第三二極體的陰極電性連接該第二耦合電感器二次側繞組。
  8. 如請求項2之電壓轉換裝置，進一步，有一第四二極體，該第四二極體的陽極電性連接該第二耦合電感器二次側繞組，該第四二極體的陰極電性連接該負載。
  9. 如請求項1之電壓轉換裝置，其中，係藉由一脈波寬度調變信號控制該切換開關的導通與截止。
  10. 如請求項1之電壓轉換裝置，其中，該切換開關為N型金屬氧化物半導體場效電晶體。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9130459B2 (en) * 2012-06-27 2015-09-08 Denso Corporation Boost converter
CN205336109U (zh) * 2015-12-27 2016-06-22 华南理工大学 一种采用开关电感和电压举升技术的准z源变换器
TWI569565B (zh) * 2016-03-01 2017-02-01 崑山科技大學 Staggered high boost DC converter
US9584028B2 (en) * 2008-07-29 2017-02-28 Chemtron Research Llc Apparatus, system and method for cascaded power conversion
CN206237306U (zh) * 2016-08-04 2017-06-09 京东方科技集团股份有限公司 直流‑直流变换器、升压单元、电动汽车和电池备份***
CN206323297U (zh) * 2016-12-26 2017-07-11 中国西电电气股份有限公司 一种直流直流变换器
JP6235464B2 (ja) * 2011-06-10 2017-11-22 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ 負荷、特にｌｅｄユニットを駆動する駆動装置及び駆動方法
CN107769543A (zh) * 2016-08-18 2018-03-06 华为技术有限公司 软开关电压转换电路及用户终端
TWI646768B (zh) * 2017-09-12 2019-01-01 崑山科技大學 High boost converter

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9584028B2 (en) * 2008-07-29 2017-02-28 Chemtron Research Llc Apparatus, system and method for cascaded power conversion
JP6235464B2 (ja) * 2011-06-10 2017-11-22 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ 負荷、特にｌｅｄユニットを駆動する駆動装置及び駆動方法
US9130459B2 (en) * 2012-06-27 2015-09-08 Denso Corporation Boost converter
CN205336109U (zh) * 2015-12-27 2016-06-22 华南理工大学 一种采用开关电感和电压举升技术的准z源变换器
TWI569565B (zh) * 2016-03-01 2017-02-01 崑山科技大學 Staggered high boost DC converter
CN206237306U (zh) * 2016-08-04 2017-06-09 京东方科技集团股份有限公司 直流‑直流变换器、升压单元、电动汽车和电池备份***
CN107769543A (zh) * 2016-08-18 2018-03-06 华为技术有限公司 软开关电压转换电路及用户终端
CN206323297U (zh) * 2016-12-26 2017-07-11 中国西电电气股份有限公司 一种直流直流变换器
TWI646768B (zh) * 2017-09-12 2019-01-01 崑山科技大學 High boost converter

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