專利名稱：具同步整流功能的電源轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交直流(AC/DC)電源轉(zhuǎn)換器，特別是一種具同步整流功能的電源轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
在很多電子產(chǎn)品中，例如計(jì)算機(jī)或消費(fèi)性電子產(chǎn)品等都設(shè)計(jì)成在直流(DC)供應(yīng)電源下操作。因此，交直流(AC/DC)電源轉(zhuǎn)換器被廣泛地用來將一交流(AC)電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電源，以驅(qū)動這些電子產(chǎn)品。
請參閱圖1，其表示常見的一種交直流電源轉(zhuǎn)換器的典型電路結(jié)構(gòu)。如圖中所示，該AC/DC轉(zhuǎn)換器通常包含兩個(gè)部分，其中第一部分為一升壓型的功率校正預(yù)調(diào)節(jié)器(PFC pre-regulator)10’，用以將一輸入的AC電壓Vin調(diào)節(jié)成一穩(wěn)定電壓(regulated voltage)，而第二部分則是一DC/DC轉(zhuǎn)換器20’，用以將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一平整的直流輸出電壓。
如圖1中所示，該功率校(PFC)預(yù)調(diào)節(jié)器10’基本上由一整流器(rectifier)BD1與一輸出電容器16’所構(gòu)成。而除了上述構(gòu)件外，該功率校正預(yù)調(diào)節(jié)器10’還包含一升壓電路(boost circuit)插入于該整流器BD1與該輸出電容器16之間。該升壓電路包含相互電連接的一電感器11’與一二極管14’以及連接在該電感器11’與該二極管14’的連接節(jié)點(diǎn)13’與一接地端之間的一開關(guān)裝置12’。通過該開關(guān)裝置12’適當(dāng)?shù)那袚Q控制，在該P(yáng)FC電路中流經(jīng)該電感器11’的電流波形將會跟隨著該整流器16的輸入電壓的波形而變化，因而可以獲得較高的功率因子；同時(shí)，可以使該P(yáng)FC電路在不同的AC電壓輸入下維持產(chǎn)生一穩(wěn)定的電壓輸出。一般來說，獲得固定的穩(wěn)定電壓對于后面DC/DC電源轉(zhuǎn)換器20’的效能轉(zhuǎn)換效率是有好處的。
然而，如圖1所示的升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10’與DC/DC轉(zhuǎn)換器20’的電路配置，對于控制或減少該AC/DC電源轉(zhuǎn)換器的整體功率損失上仍會遭遇某些問題。由于一般常見的DC/DC電源轉(zhuǎn)換器的特色為高輸入電壓時(shí)具有較低的能量轉(zhuǎn)換效率，而低輸入電壓操作時(shí)則具有較高的轉(zhuǎn)換效率。因此，當(dāng)該AC/DC電源轉(zhuǎn)換器需要面臨廣泛范圍的AC電壓輸入時(shí)，由于較低的AC輸入電壓需要輸入該AC/DC電源轉(zhuǎn)換器時(shí)，因而使該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10’的開關(guān)12’必須維持較長的開啟時(shí)間以提高該穩(wěn)定電壓值，因而使得該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10’因?yàn)槠溟_關(guān)12’的開啟時(shí)間過長而面臨相當(dāng)嚴(yán)重的能量耗損，因而也使該電源轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生更高的電傳導(dǎo)損失。同時(shí)，在這樣的電路配置下，該DC/DC轉(zhuǎn)換器20’也需要設(shè)計(jì)成能夠接收廣泛范圍的穩(wěn)定電壓輸入，以產(chǎn)生足夠的停滯時(shí)間來渡過該AC輸入電壓消失的情況。
因此，如圖1所示的AC/DC電源轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)的整體效率實(shí)際上會因?yàn)闉榱司S持較高的穩(wěn)定電壓作為DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓而使得該AC/DC電源轉(zhuǎn)換器的整體能量轉(zhuǎn)換效率變差，尤其是在該AC輸入電壓為最小值時(shí)最為明顯。
有鑒于此，本申請的發(fā)明動機(jī)即由此而產(chǎn)生。在目前的公知技術(shù)中，常見的AC/DC電源轉(zhuǎn)換器的整體效率常會因?yàn)锳C輸入電壓的范圍變化過大，而遭遇整體能量轉(zhuǎn)換效率變差的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一構(gòu)想是提出一種電源轉(zhuǎn)換器，其包含一整流器(rectifier)、一升壓轉(zhuǎn)換器(boost converter)、一直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC converter)以及一控制器；其中，該整流器用以從一交流(AC)電源產(chǎn)生一整流(rectified)電壓；該升壓轉(zhuǎn)換器電連接到該整流器，以將該整流電壓轉(zhuǎn)換成一穩(wěn)定(regulated)電壓；該直流轉(zhuǎn)換器電連接到該升壓轉(zhuǎn)換器，以將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓；而該控制器則對應(yīng)該穩(wěn)定電壓產(chǎn)生一信號，以對該升壓轉(zhuǎn)換器提供一反饋控制，以進(jìn)一步反饋控制及調(diào)整該穩(wěn)定電壓。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該整流器為一橋式二極管(diode bridge)整流器。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該升壓轉(zhuǎn)換器還包含一開關(guān)裝置、一電感器、一二極管以及一電容器。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該電感器具有一第一端與該整流器電連接，及具有一第二端與該開關(guān)裝置的一輸入端電連接。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該二極管及該電容器串聯(lián)連接后與該開關(guān)裝置并聯(lián)連接。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該開關(guān)裝置還包含一控制輸入端，與該控制器電連接，以接收該信號，因而使流經(jīng)該電感器的電流受該開關(guān)裝置控制。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該控制器為一脈寬調(diào)制(PWM)電路，其具有一輸入端，用以接收該穩(wěn)定電壓，以及具有一輸出端，與該開關(guān)裝置的該控制輸入端相連接，以提供一系列的脈沖來控制該開關(guān)裝置的工作周期(dutycycle)。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該開關(guān)裝置為一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該直流轉(zhuǎn)換器還包含一變壓器、一橋式開關(guān)裝置及一整流電路。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該變壓器具有一主繞組與一次繞組，該橋式開關(guān)裝置與該變壓器的該主繞組電連接，而該整流電路與該變壓器的該次繞組電連接。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該橋式開關(guān)裝置為全橋式開關(guān)裝置與半橋式開關(guān)裝置其中之。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該整流電路還包含兩個(gè)同步整流器與一輸出濾波器。
本發(fā)明的第二構(gòu)想是提出一種電源轉(zhuǎn)換器，其包含一雙重升壓轉(zhuǎn)換器(dual boost converter)、一直流轉(zhuǎn)換器以及一控制器；其中，該雙重升壓轉(zhuǎn)換器(dual boost converter)具有一第一升壓電路與一第二升壓電路，分別電連接到一交流(AC)電源的兩輸出端，以將該交流電源的一輸入電壓轉(zhuǎn)換成一穩(wěn)定電壓；該直流轉(zhuǎn)換器與該雙重升壓轉(zhuǎn)換器電連接，以將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓；而該控制器則對應(yīng)該穩(wěn)定電壓而產(chǎn)生一信號，以對該雙重升壓轉(zhuǎn)換器提供一反饋控制，以進(jìn)一步控制及調(diào)整該穩(wěn)定電壓。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該第一與該第二升壓電路還分別包含一開關(guān)裝置、一電感器以及一升壓二極管；其中，該電感器具有一第一端與該AC電源的兩輸出端其中之一電連接，及具有一第二端與該開關(guān)裝置的一輸入端電連接；而該升壓二極管則具有一第一端與一儲能電容器的一第一端電連接，及具有一第二端與該電感器的一第二端電連接。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該開關(guān)裝置還包含一控制輸入端，與該控制器電連接，以接收該信號，因而使流經(jīng)該電感器的電流受該開關(guān)裝置控制。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該控制器為一脈寬調(diào)制(PWM)電路，該P(yáng)WM電路具有一輸入端，用以接收該穩(wěn)定電壓，以及具有一輸出端，與該開關(guān)裝置的該控制輸入端相連接，以提供一系列的脈沖來控制該開關(guān)裝置的工作周期(duty cycle)。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該開關(guān)裝置為一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該直流轉(zhuǎn)換器還包含一變壓器、一橋式開關(guān)裝置以及一整流電路，其中該變壓器具有一主繞組與一次繞組；該橋式開關(guān)裝置與該變壓器的該主繞組電連接；而該整流電路則與該變壓器的該次繞組電連接。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該橋式開關(guān)裝置為全橋式開關(guān)裝置與半橋式開關(guān)裝置其中之一。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該整流電路還包含兩個(gè)同步整流器與一輸出濾波器。
本發(fā)明的第三構(gòu)想是提出一種從一交流(AC)電源產(chǎn)生一直流(DC)電壓的方法，該方法包含下列步驟(1)對該AC電源的一輸入電壓進(jìn)行整流，以產(chǎn)生一整流電壓(rectified voltage)；(2)通過一升壓轉(zhuǎn)換器將該整流電壓轉(zhuǎn)換成一穩(wěn)定電壓；(3)利用一控制器檢測該穩(wěn)定電壓，并且根據(jù)該穩(wěn)定電壓產(chǎn)生一信號，以對該升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行反饋控制；以及(4)通過一直流轉(zhuǎn)換器將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓。
根據(jù)上述構(gòu)想，其中該升壓轉(zhuǎn)換器的反饋控制為對該升壓轉(zhuǎn)換器的一開關(guān)提供一脈寬調(diào)制(PWM)信號，以調(diào)變該開關(guān)的工作周期(duty cycle)。


圖1為表示公知的一種交直流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為表示本發(fā)明的第一具體實(shí)施例的一交直流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為表示本發(fā)明的第二具體實(shí)施例的一交直流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4為表示本發(fā)明的第三具體實(shí)施例的一交直流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖；以及圖5為表示本發(fā)明的第四具體實(shí)施例的一交直流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下10 升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器 20直流轉(zhuǎn)換器102、202 端點(diǎn) 104、204 端點(diǎn)L11、L12 升壓電感器D11、D12 升壓二極管Q11、Q12 開關(guān)裝置 C11 儲能電容器BD1整流器30PFC追蹤控制器B20半橋式開關(guān)裝 T21 變壓器R20濾波電路 100-400 交直流轉(zhuǎn)換器C21電容器C22 電容器Q21、Q23 開關(guān) Q22、Q24 開關(guān)W1 主繞組W2次繞組Q31開關(guān) Q32 開關(guān)C31電容器L31 電感器40 雙重升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器50 直流轉(zhuǎn)換器具體實(shí)施方式
請參閱圖2，其為表示根據(jù)本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器的第一具體實(shí)施例的電路配置圖。如圖中所示，該電源轉(zhuǎn)換器100由一升壓型的功率校正預(yù)調(diào)節(jié)器(PFC pre-regulator)10與一直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC converter)20所組成，其中，該P(yáng)FC預(yù)調(diào)節(jié)器10用來對一交流(AC)輸入電壓Vin進(jìn)行整流，接著根據(jù)該AC輸入電壓Vin的波形中得出一正弦波形的輸入電流，以符合諧波電流放射(harmonic current emission)的限制。因此，經(jīng)由該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10作用后所獲得的一穩(wěn)定電壓的振幅將會隨著該AC輸入電壓Vin的振幅而變動。另外，該直流轉(zhuǎn)換器20則是用來將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一固定大小的穩(wěn)定輸出電壓Vout。
在該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10中，其包含一整流器BD1、一升壓電感器L11、一升壓二極管D11、一儲能電容器C11、一開關(guān)裝置Q11及一PFC追蹤控制器30。該整流器BD1通常為一橋式整流器，用以對該AC輸入電壓Vin進(jìn)行整流以提供一整流過的AC輸入電壓。該開關(guān)裝置Q11優(yōu)選為一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，其包含一控制柵極、一源極與一漏極。該升壓電感器L11的一第一端點(diǎn)102電連接到該整流器BD1；而該升壓電感器L11的一第二端點(diǎn)104則電連接到該開關(guān)裝置Q11的漏極。該升壓二極管D11及該儲能電容器C11串聯(lián)連接后再與該開關(guān)裝置Q11并聯(lián)連接。此外，該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10所產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓將會產(chǎn)生一反饋信號傳送到該P(yáng)FC追蹤控制器30，該P(yáng)FC追蹤控制器30則根據(jù)該反饋信號產(chǎn)生一系列的脈寬調(diào)制(PWM)的電壓脈沖傳送到該控制裝置Q11的控制柵極，以對該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10進(jìn)行反饋控制。通過這樣的控制，在該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10中流經(jīng)該升壓電感器L11的電流波形將會隨著該AC輸入電壓Vin的波型而變動，以維持較高的功率因素。
在圖2的電路結(jié)構(gòu)中，在該開關(guān)裝置Q11的開啟期間，流經(jīng)該電感器L11的電流將會隨著一(Vin/Lp)的比值而線性增加；其中Vin表示瞬間的輸入電壓值，而Lp則表示該電感器的電感值。另一方面，當(dāng)該開關(guān)裝置Q11關(guān)閉時(shí)，流經(jīng)該電感器L11的電流則會隨著(Vreg-Vin)/Lp的比值而降低，其中該Vreg表示該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10所產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。因此，通過該P(yáng)FC追蹤控制器30對該穩(wěn)定電壓的回饋控制，可以有效的降低該穩(wěn)定電壓值與該輸入電壓值之間的電壓差，因而可以延緩流經(jīng)該電感器L11的電流值的降低。由于流經(jīng)該電感器L11的電流值下降的速度趨緩，可以使該開關(guān)裝置Q11的關(guān)閉時(shí)間維持更久，因而可以有效地降低最小AC電壓輸入時(shí)，因?yàn)轭l繁的切換該開關(guān)裝置所造成的功率損失。同時(shí)，降低的穩(wěn)定電壓值與該輸入電壓值之間的電壓差也使流經(jīng)該電感器L11的漣波電流降低，因而可使該電感器L11的設(shè)計(jì)能夠選擇較小電感值的電感器，這同時(shí)也進(jìn)一步改善電源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。
另一方面，經(jīng)過該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10所產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓隨后被傳送到該直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC converter)20以進(jìn)行進(jìn)一步的直流電壓轉(zhuǎn)換。如圖2中所示，該直流轉(zhuǎn)換器20包含一變壓器T21，一半橋式開關(guān)裝置B20以及一濾波電路R20。該半橋式開關(guān)裝置B20包含兩個(gè)開關(guān)Q21與Q22，通過程序化的控制該二開關(guān)的Q21、Q22的開啟與關(guān)閉可以產(chǎn)生一可調(diào)整工作周期(duty cycle)的對稱方波傳送到給該變壓器T21。該變壓器T21包含一主繞組W1與一次繞組W2，該主繞組W1與該半橋式開關(guān)裝置B20電連接，而該次繞組W2則與該濾波電路R20電連接。因此，該變壓器T21用來將一能量從該半橋式開關(guān)裝置B20傳送到該濾波電路R20。通過根據(jù)該調(diào)整電壓與負(fù)載的情況而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整提供到該變壓器T21該對稱方波的工作周期，一固定的直流輸出電壓便因而可以維持。另外，如圖2所示，該直流輸出電壓輸出之前會先經(jīng)該過濾波電路R20進(jìn)行濾波。該濾波電路為由兩個(gè)同步整流器Q31、Q32以及由一電感器L31與一電容器C31所構(gòu)成的一輸出濾波器。
在這樣的電路配置下，由于該同步整流器Q31、Q32較傳統(tǒng)具二極管整流器具有較低的電壓降，因而可以使該變壓器T21的次繞組端能在相當(dāng)?shù)偷碾妭鲗?dǎo)損失(conduction loss)的情況下來傳導(dǎo)輸出電流。另一方面，這兩個(gè)同步整流器Q31、Q32將會與主繞組端的半橋式開關(guān)裝置的開關(guān)Q21、Q22互補(bǔ)地進(jìn)行啟動與關(guān)閉，以使得該同步整流器Q31、Q32可以交替的在其工作周期內(nèi)傳導(dǎo)該輸出電流，而且該兩個(gè)同步整流器Q31、Q32在其工作周期以外的時(shí)間也同時(shí)傳導(dǎo)出輸出電流，因此更進(jìn)一步降低在該直流轉(zhuǎn)換器內(nèi)的能量損失。因此，通過采用上述的直流轉(zhuǎn)換器的電路配置，該直流轉(zhuǎn)換器的能量轉(zhuǎn)換效率將會大幅的改善，尤其是當(dāng)該直流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓值可能會面臨大幅度變動的情況時(shí)，特別是在超低輸入電壓值時(shí)的能量轉(zhuǎn)換效率改善更加明顯。
請繼續(xù)參閱圖3，其為表示本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器的第二具體實(shí)施例的電路配置圖。如圖中所示，本發(fā)明第二具體實(shí)施例中所述的電源轉(zhuǎn)換器200與前述第一具體實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器100相較，其差別在原來的升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10由一同步整流的雙重升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器40所取代，以進(jìn)一步避免原先在升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10的整流器BD1所造成的電傳導(dǎo)損失，以進(jìn)一步改善該電源轉(zhuǎn)換器200的整體能量轉(zhuǎn)換效率，尤其是針對該交流輸入電壓為最小值的情況。除此之外，從圖3中也可以看出，該電源轉(zhuǎn)換器200所包含的某些構(gòu)件完全與圖2所示的電源轉(zhuǎn)換器100的構(gòu)件完全相同或類似。因此，這些相同或類似的構(gòu)件仍依循圖2中的符號來標(biāo)示，以更清楚地呈現(xiàn)兩個(gè)具體實(shí)施例之間的差異。
在本發(fā)明第二具體實(shí)施例中的電源轉(zhuǎn)換器200中，該同步整流的雙重升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器40包含一儲能電容器C11以及一第一與一第二升壓電路，其中該第一與第二升壓電路分別由一升壓電感器L11、L12以及一主動開關(guān)Q11、Q12所組成。如圖3中所示，該第一與該第二升壓電路分別連接于該AC輸入電壓Vin的兩個(gè)端點(diǎn)；也就是說該第一升壓電路上的一輸入端點(diǎn)202連接于該AC輸入電壓Vin的其中一端點(diǎn)，而該第二升壓電路上的一輸入端點(diǎn)204則是連接到該AC輸入電壓Vin的另一端點(diǎn)。由于該AC輸入電壓Vin的兩端互為相反方向的回路而且又不斷的交替循環(huán)，因此當(dāng)該第一升壓電路上的該輸入端點(diǎn)202用以接收該AC輸入電壓時(shí)，該第二升壓電路上的該輸入端點(diǎn)204在同一時(shí)間作為該第一升壓電路的返回端點(diǎn)；而在AC輸入電壓Vin的下一個(gè)半循環(huán)中，該端點(diǎn)204則為該第二升壓電路的輸入端點(diǎn)，而該端點(diǎn)202則為該第二升壓電路的返回端點(diǎn)。除此之外，該第一與第二升壓電路的輸出端則都與該儲能電容器C11并聯(lián)連接，以提供一穩(wěn)定電壓作為該直流轉(zhuǎn)換器20的輸入電壓。因此，通過上述構(gòu)想，該第一升壓電路于該AC輸入電壓的第一半循環(huán)中開始運(yùn)作，其中該端點(diǎn)202相對于該端點(diǎn)204為正電壓，以產(chǎn)生一電流流經(jīng)該電感器L11到該儲能電容器C11；接著，于該第二半循環(huán)中，該第二升壓電路開始運(yùn)作，其中該端點(diǎn)204相對于該端點(diǎn)202為正，以提供一電流流經(jīng)該電感器L12到該儲能電容器C11，以產(chǎn)生一穩(wěn)定電壓。
另一方面，由脈寬調(diào)制電路所構(gòu)成的一PFC追蹤控制器30用來檢測跨接在該儲能電容器C11上的調(diào)整電壓值，并且根據(jù)該調(diào)整電壓值產(chǎn)生一反饋控制信號，以控制開關(guān)裝置Q11、Q12的開啟與關(guān)閉。因此，通過這兩個(gè)開關(guān)裝置Q11、Q12的適當(dāng)控制，該雙重升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器40可以同時(shí)操作升壓與同步整流器的功能。因此，該電源轉(zhuǎn)換器200的電路不僅可以減少該P(yáng)FC預(yù)調(diào)節(jié)器40中所需的半導(dǎo)體構(gòu)件，而且相較于該電源轉(zhuǎn)換器100也可以有效的降低電路中的電傳導(dǎo)損失，因而可以有效地提高該電源轉(zhuǎn)換器200的整體能量轉(zhuǎn)換效率。
請繼續(xù)參閱圖4，其為表示本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器的第三具體實(shí)施例的電路配置圖。在該第三具體實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器300中，該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器10采用與第一具體實(shí)施例的電源轉(zhuǎn)換器100相同的升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)器，只不過原先包含一半橋式開關(guān)裝置B20的直流轉(zhuǎn)換器20變更為包含一全橋式開關(guān)裝置B50的一直流轉(zhuǎn)換器50。因此，該直流轉(zhuǎn)換器50包含由兩組半橋式連接的開關(guān)裝置Q21、Q22及Q23、Q24所組成的全橋式開關(guān)裝置B50，一變壓器T21以及一整流電路R20，其中，如同前面第一與第二具體實(shí)施例所述，該整流電路包含二同步整流器Q31、Q32以及由一電感器L31及一電容器C31所構(gòu)成的一輸出濾波器；而且，同樣的，在該直流轉(zhuǎn)換器50中，該全橋式開關(guān)裝置B50與該變壓器T21的主繞組W1電連接，而該整流電路R20則與該變壓器T21的次繞組W2電連接。另外，請參閱圖5，在本發(fā)明的第四具體實(shí)施例中還提出一種結(jié)合第二與第三實(shí)施例的技術(shù)特征的電源轉(zhuǎn)換裝置400。從圖5中可以看出，該電源轉(zhuǎn)換裝置400的前半部分的電路由如圖3所示的雙重升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器40所構(gòu)成，而后半部分的電路則是由圖4中所示具全橋式開關(guān)裝置B50的直流轉(zhuǎn)換器50所構(gòu)成。
在前述第三與第四具體實(shí)施例中，該直流轉(zhuǎn)換器中的橋式開關(guān)裝置，無論是全橋式或半橋式開關(guān)裝置都是用來產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)整工作周期的對稱方波信號，而且通過其所耦接的變壓器提供一輸出電壓。在一個(gè)預(yù)定最大工作周期的情況下，該輸出電壓與該調(diào)整電壓的比值(Vout/Vreg)與該變壓器的主繞組與次繞組的繞數(shù)比值成反比。因此當(dāng)該調(diào)整電壓的范圍擴(kuò)張時(shí)，該變壓器的主繞組與次繞組的繞數(shù)比值應(yīng)該進(jìn)一步減少以確保相同的最佳工作周期。然而，這樣會使得在輸出端的濾波裝置的額定電壓值增加，因而造成該濾波電路中更高的電傳導(dǎo)損失。因此，本發(fā)明采用金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)來作為該直流轉(zhuǎn)換器中的濾波電路，以減少該直流轉(zhuǎn)換器中的電傳導(dǎo)損失。這是因?yàn)镸OSFET所構(gòu)成的濾波器電路比傳統(tǒng)由二極管所構(gòu)成的濾波電路僅會產(chǎn)生更低的電壓降。此外，這兩個(gè)同步整流器在其交替的工作周期期間將輸出電流，而且在其工作周期以外的期間該等同步整流器也同步輸出該電流，以進(jìn)一步降低該整流器的電傳導(dǎo)損失。
如同前面所述，本發(fā)明的主要目的為提供一種新穎的交直流電源轉(zhuǎn)換裝置，該交直流電源轉(zhuǎn)換裝置可如前述第一與第二具體實(shí)施例中所述的電源裝置100、200或者是如該第三與第四具體實(shí)施例中的電源轉(zhuǎn)換裝置300、400所示，而這些具體實(shí)施例中的電源轉(zhuǎn)換裝置都具備相同的功能與目的，亦即，前述四個(gè)具體實(shí)施例中所述結(jié)合PFC預(yù)調(diào)節(jié)器以及直流轉(zhuǎn)換器的新配置以及搭配一PWM控制器的適當(dāng)控制策略所形成的交直流電源轉(zhuǎn)換裝置。而通過圖2到圖5的具體實(shí)施例說明可知，本發(fā)明所提出交直流電源轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)如這些實(shí)施例所示，而其交直流電壓轉(zhuǎn)換的控制策略則可由下列步驟來說明首先，從一AC電源中將一AC電壓進(jìn)行整流，以形成一整流電壓；接著將該整流電壓通過升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以形成一穩(wěn)定電壓；接著再通過一直流轉(zhuǎn)換器將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一固定的直流電壓輸出；其中，在該穩(wěn)定電壓形成的期間，一控制器會檢測該調(diào)整電壓并且根據(jù)該調(diào)整電壓值產(chǎn)生一反饋信號，以對該升壓轉(zhuǎn)換器的電路進(jìn)行反饋控制，以使得提供給該直流轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定電壓能夠同時(shí)兼顧該P(yáng)FC預(yù)調(diào)節(jié)器以及該直流轉(zhuǎn)換器的能量轉(zhuǎn)換效率。
更進(jìn)一步來說，本發(fā)明通過一PFC追蹤控制器的控制方式有效降低該升壓型PFC預(yù)調(diào)節(jié)電路的電傳導(dǎo)損失而改善其能量轉(zhuǎn)換效率。然而，該P(yáng)FC追蹤控制器的操作將會對該直流轉(zhuǎn)換器的最佳轉(zhuǎn)換效能產(chǎn)生某一程度影響。在公知的技術(shù)中，該P(yáng)FC預(yù)調(diào)節(jié)電路維持提供一固定的電壓值到該直流轉(zhuǎn)換器，以使得該直流轉(zhuǎn)換器操作在最多最佳工作周期下而且維持在泛用(universal)輸入范圍下的最佳轉(zhuǎn)換效率。然而，當(dāng)該P(yáng)FC預(yù)調(diào)節(jié)電路所產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓范圍擴(kuò)大時(shí)，因?yàn)樵撝绷鬓D(zhuǎn)換器的工作周期大幅的降低，該直流轉(zhuǎn)換器的效率將會隨著該穩(wěn)定電壓的增加而降低。因此，在本發(fā)明中，更重要的觀點(diǎn)是使得該直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率的降低小于該P(yáng)FC預(yù)調(diào)節(jié)電路在最小AC輸入電壓時(shí)所造成的轉(zhuǎn)換效率損失。如此，便得以使該電源轉(zhuǎn)換裝置的整體能量轉(zhuǎn)換效能有效的改善。
以上所述，僅用以說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例，然而本發(fā)明的范圍當(dāng)不受限于上述的各項(xiàng)具體實(shí)施方式
；且本發(fā)明可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行各種修改，但不脫離本發(fā)明請求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一電源轉(zhuǎn)換器，其包含一整流器，用以從一交流電源產(chǎn)生一整流電壓；一升壓轉(zhuǎn)換器，連接到該整流器，以將該整流電壓轉(zhuǎn)換成一穩(wěn)定電壓；一直流轉(zhuǎn)換器，電連接到該升壓轉(zhuǎn)換器，以將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓；以及一控制器，其對應(yīng)該穩(wěn)定電壓而產(chǎn)生一信號，以對該升壓轉(zhuǎn)換器提供一反饋控制，以進(jìn)一步反饋控制及調(diào)整該穩(wěn)定電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該整流器為一橋式二極管整流器。
3.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該升壓轉(zhuǎn)換器還包含一開關(guān)裝置；一電感器，其具有一第一端與該整流器電連接，及一第二端與該開關(guān)裝置的一輸入端連接；以及一二極管及一電容器，其串聯(lián)連接后與該開關(guān)裝置并聯(lián)連接，其中該開關(guān)裝置還包含一控制輸入端，與該控制器電連接，以接收該信號，因而使流經(jīng)該電感器的電流受該開關(guān)裝置控制，而該控制器為一脈寬調(diào)制電路，其具有一輸入端，用以接收該穩(wěn)定電壓，以及具有一輸出端，與該開關(guān)裝置的該控制輸入端相連接，以提供一系列的脈沖來控制該開關(guān)裝置的工作周期；及/或該開關(guān)裝置為一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
4.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該直流轉(zhuǎn)換器還包含一變壓器，其具有一主繞組與一次繞組；一橋式開關(guān)裝置，與該變壓器的該主繞組電連接；以及一濾波電路，與該變壓器的該次繞組電連接，其中該橋式開關(guān)裝置為全橋式開關(guān)裝置與半橋式開關(guān)裝置其中之一；及/或該濾波電路還包含兩個(gè)同步整流器與一輸出濾波器。
5.一電源轉(zhuǎn)換器，其包含一雙重升壓轉(zhuǎn)換器，具有一第一升壓電路與一第二升壓電路，該第一與第二升壓電路分別電連接到一交流電源的兩輸出端，以將該交流電源的一輸入電壓轉(zhuǎn)換成一穩(wěn)定電壓；一直流轉(zhuǎn)換器，與該雙重升壓轉(zhuǎn)換器電連接，以將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓；以及一控制器，其對應(yīng)該穩(wěn)定電壓而產(chǎn)生一信號，以對該雙重升壓轉(zhuǎn)換器提供一反饋控制，以進(jìn)一步控制及調(diào)整該穩(wěn)定電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該第一與該第二升壓電路還分別包含一開關(guān)裝置；一電感器，其具有一第一端與該交流電源的兩輸出端其中之一電連接，及具有一第二端與該開關(guān)裝置的一輸入電連接；以及一升壓二極管，其具有一第一端與一儲能電容器的一第一端電連接，及具有一第二端與該電感器的一第二端電連接。
7.如權(quán)利要求5所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該直流轉(zhuǎn)換器還包含一變壓器，其具有一主繞組與一次繞組；一橋式開關(guān)裝置，與該變壓器的該主繞組電連接；以及一濾波電路，與該變壓器的該次繞組電連接。
8.如權(quán)利要求7所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于該橋式開關(guān)裝置為全橋式開關(guān)裝置與半橋式開關(guān)裝置其中之一；及/或該濾波電路還包含兩個(gè)同步整流器與一輸出濾波器。
9.一種從一交流電源產(chǎn)生一直流電壓的方法，該方法包含下列步驟對該交流電源的一輸入電壓進(jìn)行整流，以產(chǎn)生一整流電壓；通過一升壓轉(zhuǎn)換器將該整流電壓轉(zhuǎn)換成一穩(wěn)定電壓；利用一控制器檢測該穩(wěn)定電壓，并且根據(jù)該穩(wěn)定電壓產(chǎn)生一信號，以對該升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行反饋控制；以及通過一直流轉(zhuǎn)換器將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該升壓轉(zhuǎn)換器的反饋控制為對該升壓轉(zhuǎn)換器的一開關(guān)提供一脈寬調(diào)制信號，以調(diào)變該開關(guān)的工作周期。
全文摘要
本發(fā)明提出一種具同步整流功能的交直流電源轉(zhuǎn)換器(AC/DCconverter)。該交直流電源轉(zhuǎn)換器包含一整流器(rectifier)、一升壓轉(zhuǎn)換器(boost converter)、一直流轉(zhuǎn)換(DC/DC converter)以及一控制器；其中，該整流器用以從一交流(AC)電源產(chǎn)生一整流(rectified)電壓；該升壓轉(zhuǎn)換器電連接到該整流器，以將該整流電壓轉(zhuǎn)換成一穩(wěn)定(regulated)電壓；該直流轉(zhuǎn)換器電連接到該升壓轉(zhuǎn)換器，以將該穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓；而該控制器則對應(yīng)該穩(wěn)定電壓產(chǎn)生一信號，以對該升壓轉(zhuǎn)換器提供一反饋控制，以進(jìn)一步反饋控制及調(diào)整該穩(wěn)定電壓。
文檔編號H02M3/28GK1819426SQ20061000619
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者竇森, 林棟 , 許道飛, 段峻, 章進(jìn)法 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司