專利名稱：單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明系關于一種轉(zhuǎn)換裝置，特別關于一種單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術：
功率因數(shù)(power factor)系定義為實功率(real power)對視在功率(apparent power)的比值，或代表電壓波形與電流波形所形成之相
角的余弦(cosine)。其中，功率因數(shù)系介于O至1之間，其系表示電
路上的負載為電阻性負載、電容性負載、或電感性負載。
理想上，功率因數(shù)等于l，其系表示電路上的負載為純電阻性負載，且代表負載上的電壓波形與電流波形具有相同相位。當功率因數(shù)不等于1時，其系表示電路上的負載系為電容性負載、或電感性負載，使得部分的視在功率系轉(zhuǎn)換為實功率，另一部分的視在功率系轉(zhuǎn)換為虛功率(reactive power)。其中，實功率為完成負載實際作動所產(chǎn)生的消耗功率，例如是使馬達轉(zhuǎn)動的消耗功率，虛功率為完成負載實際作動所產(chǎn)生的能量損耗。
為降低因虛功率而產(chǎn)生的能量損耗，現(xiàn)有技術系提出一種交流向直流轉(zhuǎn)換電路。請參照圖1所示，現(xiàn)有的交流向直流轉(zhuǎn)換電路1系包含交流電源16、全橋整流器11、第一變壓器12、第二變壓器13以及
開關14。其中，第一變壓器12系分別與全橋整流器11以及第二變壓
器13電性連接，開關14系與第二變壓器13電性連接。
交流電源16系輸出交流訊號S(M至全橋整流器11，而全橋整流器11系依據(jù)交流訊號SQ1輸出直流訊號SQ2，并將其傳送至第一變壓器12。第一變壓器12系接收直流訊號SQ2，并依據(jù)直流訊號So2以及開關14的導通狀態(tài)，而使第二變壓器13輸出直流訊號S(B至負載15。
上述現(xiàn)有交流向直流轉(zhuǎn)換電路1系經(jīng)由第一變壓器12及第二變壓器13來做訊號的轉(zhuǎn)換，然而，經(jīng)過兩個變壓器的作動后，將產(chǎn)生兩次的轉(zhuǎn)換損失。
另外，現(xiàn)今電子裝置系以輕、薄、短、小為設計趨勢，倘若可以
將第一變壓器12以及第二變壓器13整合為單一元件，將可以減少元
件數(shù)目，而使電子裝置更節(jié)省空間或更輕薄，且可降低轉(zhuǎn)換的損失，進而節(jié)省生產(chǎn)成本及提高效率。因此，如何提供一種能夠減少元件數(shù)目，并降低能量的轉(zhuǎn)換損耗之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，實為現(xiàn)今的重要課題之I 。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述課題，本發(fā)明之目的為提供一種能夠減少元件數(shù)目，并降低能量的轉(zhuǎn)換損耗之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置。
為達上述目的，本發(fā)明提供一種單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，其系包含儲能單元、磁性單元以及開關單元。磁性單元系與儲能單元以及開關單元電性連接，并具有一鐵芯、第一繞組、第二繞組、第三繞組以及至少一輸出繞組。其中，第一繞組系與鐵芯耦接，并汲取一第一電能至鐵芯。第二繞組系與鐵芯耦接，并將一第二電能儲存至儲能單元。第三繞組系與鐵芯耦接，并汲取第二電能至鐵芯。輸出繞組系與鐵芯耦接，其中鐵芯系轉(zhuǎn)換第一電能及第二電能并經(jīng)由輸出繞組耦合輸出第三電能。
承上所述，依據(jù)本發(fā)明之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，其系將第一繞組、第二繞組、第三繞組以及輸出繞組耦接于相同的鐵芯。與現(xiàn)有技術相較，本發(fā)明之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置僅使用一個磁性單元，因此，本發(fā)明之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置除可以減少電能的轉(zhuǎn)換損耗之外，更可以節(jié)省空間，進而降低生產(chǎn)成本。


圖1為現(xiàn)有交流對直流轉(zhuǎn)換裝置的示意圖2為本發(fā)明較佳實施例之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置的示意圖；圖3與圖4為單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置的操作示意圖；以及
圖5A至圖5C為本發(fā)明較佳實施例之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置的實施態(tài)樣變化圖。
具體實施例方式
以下將參照相關圖式，說明依據(jù)本發(fā)明較佳實施例之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置。
請參照圖2所示，本發(fā)明較佳實施例之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置2
系包含磁性單元21、開關單元22以及儲能單元23。其中，磁性單元21系分別與開關單元22以及儲能單元23電性連接。本實施例更包含電源供應單元24，其系與磁性單元21電性連接。
磁性單元21系包含鐵芯211、第一繞組212、第二繞組213、第三繞組214以及至少輸出繞組215。其中第一繞組212、第二繞組213、
第三繞組214以及輸出繞組215系分別耦接于鐵芯211。于本實施例中，
第一繞組212、第二繞組213、第三繞組214以及輸出繞組215系可繞設于鐵芯211。鐵芯2U的形狀系可包含E形鐵芯、或U形鐵芯、或I型鐵芯等，于此并不加以限制其實施形狀。
開關單元22系依據(jù)切換訊號線所傳送的切換訊號S,2的控制，而為導通狀態(tài)或截止狀態(tài)，進而控制第一繞組212以及第三繞組214對鐵芯211儲能，或控制鐵芯211對第二繞組213以及輸出繞組215釋能。于操作上，切換訊號S12系可為一脈沖寬度調(diào)變(pulse widthmodulation, PWM)訊號，其可為類比訊號或數(shù)位訊號，且系可由微控制單元產(chǎn)生。于本實施例中，開關單元22系可為三端元件，例如是電晶體。
此外，本實施例的單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置2更包含第一整流單元25、第二整流單元26以及第三整流單元27。第一整流單元25系與第一繞組212以及電源供應單元24電性連接，第二整流單元26系與第二繞組213以及儲能單元23電性連接，第三整流單元27系與第一繞組212以及第三繞組214電性連接。
然而，于本實施例中，并非限定第二整流單元26以及第三整流單元27的連接方式，本領域技術人員，當可利用第二整流單元26與第二繞組213以及接地端GND電性連接，或利用第三整流單元27與第三繞組214以及儲能單元23電性連接而達到相同的功能。于實作上，第一整流單元25、第二整流單元26以及第三整流單元27系可分別包含二極體。
請繼續(xù)參照圖2所示，電源供應單元24包含交流電源241及整流器242。整流器242系與磁性單元21電性連接。交流電源241系輸出交流訊號Sn至整流器242，而整流器242依據(jù)交流訊號Sn輸出第一電能E,。于本實施例中，整流器242系可為半橋式整流器或全橋式整流器。
以下，將詳細說明單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置2的動作情形。請參照圖3所示，當開關單元22經(jīng)由切換訊號線所傳送的切換訊號S,2將其控制為導通狀態(tài)，且電源供應單元24輸出第一電能E,，此時，電源供應單元24、第一整流單元25、第一繞組212以及開關單元22系形成一回路，而使第一繞組212汲取第一電能Ei至鐵芯211。另外，儲能單元23、第三繞組214、第三整流單元27以及開關單元22系形成一回路，而使第三繞組214汲取第二電能E2至鐵芯211 。
請再參照圖4所示，當開關單元22經(jīng)由切換訊號線所傳送的切換訊號S,2將其控制為截止狀態(tài)時，第一繞組212以及第三繞組214分別停止汲取第一電能E,以及第二電能E2。
此時，第二繞組213、第二整流單元26、儲能單元23系形成一回路，因此，鐵芯211會對第二繞組213釋放能量，俾使第二繞組213將第二電能E2儲存至儲能單元23。另外，輸出繞組215、第四整流單元28以及負載29系形成一回路，因此，鐵芯211會對輸出繞組215釋放能量，俾使第四繞組215輸出第三電能E3至負載29。
簡而言之，在上述作動中，于開關單元22為導通狀態(tài)時，第一繞組212及第三繞組214系將電能轉(zhuǎn)換到鐵芯211而以磁能的狀態(tài)儲存于鐵芯，而在開關單元22為截止狀態(tài)時，鐵芯211則將儲存的磁能再轉(zhuǎn)換至第二繞組213及輸出繞組215而以電能的狀態(tài)輸出。
于本實施例中，儲能單元23系可包含電容，而負載29系可為直流負載，其例如可包含發(fā)光二極體、或微處理器等。
另外，在上述的架構下，儲能單元23可在交流電源241于短時間停止輸出交流訊號Su時，釋放其所儲存的電能，以在保持時間(hold-uptime)中持續(xù)提供負載所需的電能。
再者，在本實施例中，在此架構下，依據(jù)不同的控制模式，可使單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置2操作在連續(xù)導通模式
(continuous-current-conduction mode ) 或不連續(xù)導通模式(discontinuous-current-conduction mode)。
另外，如圖5A所示，本實施例之磁性單元21亦可包含相互并聯(lián)的多個輸出繞組215，其中各輸出繞組215系耦接于鐵芯211，并驅(qū)動
負載29。然而，于本實施例中，并非限定各輸出繞組需具有相同的匝
數(shù)，使用者當可依據(jù)其需求，而設計各種不同匝數(shù)的輸出繞組，以驅(qū)動各種負載，于此并不加以限制。
又如圖5B所示，本實施例之磁性單元21亦可包含相互串聯(lián)的多個輸出繞組215、 215a、 215b，其中輸出繞組215、 215a、 215b耦接于鐵芯211，并分別驅(qū)動相對應的負載29、 29a、 2%。又如圖5C所示，本實施例之磁性單元21亦可包含復數(shù)輸出繞組215、 215a、 215b，其系分別耦接于鐵芯211，并驅(qū)動相對應的負載29、 29a、 29b。然而，本領域技術人員當知，于圖5B以及圖5C中的各輸出繞組亦可具有相同的匝數(shù)，而各輸出繞組更可驅(qū)動相同負載，于此并不加以限制
綜上所述，因依據(jù)本發(fā)明之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，其系將第一繞組、第二繞組、第三繞組以及輸出繞組繞設于相同鐵芯。與現(xiàn)有技術相較，本發(fā)明之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置僅使用一個磁性單元。因此，本發(fā)明之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置除可以減少電能的轉(zhuǎn)換損耗之外，更可以節(jié)省空間，進而降低生產(chǎn)成本。此外，本發(fā)明之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置系可藉由儲能單元，提供負載具有低漣波電壓的第三電能。另外，本發(fā)明之儲能單元亦提供單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置充足的保持時間，其系指于短暫時間內(nèi)，當交流訊號停止輸入至整流器時，由該儲能單元提供負載所需的電能，并使負載能保持正常的運作。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明之精神與范疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含于后附之申請專利范圍中。
權利要求
1.一種單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，包含一儲能單元；一磁性單元，其系與所述儲能單元電性連接，并具有一鐵芯；一第一繞組，其系與所述鐵芯耦接，并汲取一第一電能至所述鐵芯；一第二繞組，其系與所述鐵芯耦接，并將一第二電能儲存至所述儲能單元；一第三繞組，其系與所述鐵芯耦接，并汲取所述第二電能至該鐵芯；及至少一輸出繞組，其系與所述鐵芯耦接，其中所述鐵芯系轉(zhuǎn)換所述第一電能及所述第二電能并經(jīng)由所述輸出繞組耦合輸出第三電能；以及開關單元，其系與所述磁性單元電性連接。
2. 如申請專利范圍第1項所述之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，其中所述 第一繞組、所述第二繞組、所述第三繞組及所述輸出繞組系繞設于所 述鐵芯。
3. 如申請專利范圍第1項所述之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，更包含 電源供應單元，其系與所述磁性單元電性連接，并輸出所述第一電能。
4. 如申請專利范圍第3項所述之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，更包含 一第一整流單元，其系與所述第一繞組及所述電源供應單元電性連接。
5. 如申請專利范圍第3項所述之單級交流對直流轉(zhuǎn)換裝置，其中所述 電源供應單元包含一整流器，其系依據(jù)一交流電源而輸出所述第一電
6.如申請專利范圍第1項所述之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，其中所述 開關單元控制所述第一繞組及所述第三繞組對所述鐵芯儲能，或控制所述鐵芯對第二繞組及所述輸出繞組釋能。
7. 如申請專利范圍第1項所述之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，更包含 一第二整流單元，其系與所述第二繞組及所述儲能單元電性連接；以 及一第三整流單元，其系與所述第一繞組及所述第三繞組電性連接。
8. 如申請專利范圍第1項所述之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，其中當所 述磁性單元具有多個輸出繞組時，所述等輸出繞組系分別與所述鐵芯 耦接。
9. 如申請專利范圍第8項所述之單級交流向直流轉(zhuǎn)換裝置，其中所述等輸出繞組系相互串聯(lián)、或并聯(lián)。
全文摘要
一種單級交流對直流轉(zhuǎn)換裝置系包含一儲能單元、一磁性單元以及一開關單元。磁性單元系與儲能單元以及開關單元電性連接，并具有一鐵芯、一第一繞組、一第二繞組、一第三繞組以及至少一輸出繞組。其中，第一繞組系與鐵芯耦接，并汲取一第一電能至鐵芯。第二繞組系與鐵芯耦接，并將一第二電能儲存至儲能單元。第三繞組系與鐵芯耦接，并汲取第二電能至鐵芯。輸出繞組系與鐵芯耦接，其中鐵芯系轉(zhuǎn)換第一電能及第二電能并經(jīng)由輸出繞組耦合輸出一第三電能。
文檔編號H02M3/24GK101599706SQ20081009865
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權日2008年6月5日
發(fā)明者吳文隆, 林憲男 申請人:啟耀光電股份有限公司