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雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置及其方法與流程

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雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置及其方法與流程

本發(fā)明關(guān)于一種雙向〔bidirectional〕隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置及其方法;特別是關(guān)于一種可減少體積的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置及其方法。



背景技術(shù):

一般而言,常用的隔離式直流-直流電能轉(zhuǎn)換器已廣泛應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域。雖然傳統(tǒng)隔離式直流-直流電能轉(zhuǎn)換器具有控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),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的濾波電路容量較大的缺點(diǎn)。相對(duì)的,雖然常用的多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換器具有控制較為復(fù)雜的缺點(diǎn),但其在特性上卻具有效率相對(duì)較高、電磁干擾相對(duì)較小及所需要使用的濾波電路容量較小的優(yōu)點(diǎn)。

舉例而言,圖1揭示常用多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置的架構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1所示,常用多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置9包含一變壓器90,且該變壓器90具有一低壓側(cè)〔左側(cè)〕及一高壓側(cè)〔右側(cè)〕,該低壓側(cè)具有一電感911及四個(gè)二極管912。相對(duì)的,該高壓側(cè)設(shè)置六個(gè)高壓側(cè)開(kāi)關(guān)92及兩個(gè)二極管93。

然而,該多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置9顯然在該變壓器90的高壓側(cè)電路具有構(gòu)造復(fù)雜、成本增加及體積龐大缺點(diǎn),且其電力只能單方向傳遞。因此,為了簡(jiǎn)化整體構(gòu)造、降低成本及減少體積,于變壓器90的高壓側(cè)可考慮省略部分元件〔例如:省略兩個(gè)二極管93〕。

另一常用雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器,例如:美國(guó)專利公開(kāi)第20090059622號(hào)的″雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器及其控制方法″專利申請(qǐng)案,其揭示一種雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器具有一變壓器連接于一電壓型全橋電路〔voltagetypefullbridgecircuit〕及一電流型切換電路〔currenttypeswitchingcircuit〕。該電壓型全橋電路連接于一第一電源,該電流型切換電路連接于一第二電源。一電壓箝制電路〔voltageclampingcircuit〕由數(shù)個(gè)切換元件〔switchingelements〕組成,且一箝制電容器〔clampingcapacitor〕連接于該電流型切換電路。該雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器具有一控制電路用以協(xié)調(diào)該切換元件動(dòng)作,以便控制一流通電流于一諧振電抗器〔resonancereactor〕內(nèi)。

另一常用雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器,例如:美國(guó)專利公開(kāi)第20120098341號(hào)的″雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器及其控制方法″專利申請(qǐng)案,其揭示一種雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器包含一變壓器、數(shù)個(gè)切換電路〔switchingcircuit〕、一二極管連接一開(kāi)關(guān)、數(shù)個(gè)平滑化電容器及一控制單元。一第一電源及一第二電源并聯(lián)于該平滑化電容器,以便雙向傳送電力。當(dāng)自該第一電源傳送至該高壓電源時(shí),該開(kāi)關(guān)維持在on狀態(tài)。反之,當(dāng)自該第二電源傳送至該第一電源時(shí),該開(kāi)關(guān)維持在off狀態(tài),以防止該第一電源的逆向電力〔reverseelectricalpowerflow〕。

然而,前述美國(guó)專利公開(kāi)第20090059622號(hào)及第20120098341號(hào)的雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器仍需要進(jìn)一步改良,且其必然存在進(jìn)一步簡(jiǎn)化構(gòu)造及提升電能轉(zhuǎn)換效率的需求。前述美國(guó)專利申請(qǐng)案僅為本發(fā)明技術(shù)背景的參考及說(shuō)明目前技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)而已,其并非用以限制本發(fā)明的范圍。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明較佳實(shí)施例的主要目的是提供一種雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置及其方法,其該直流/直流轉(zhuǎn)換器包含一低壓側(cè)及一高壓側(cè),在該直流/直流轉(zhuǎn)換器操作于升壓模式時(shí),將數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以一第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5,而將數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管,且將一雙向開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換導(dǎo)通及截止,以控制高壓側(cè)輸出電壓,以達(dá)成減少體積、降低制造成本及提升操作效率的目的。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的另一目的是提供一種雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置及其方法,其該直流/直流轉(zhuǎn)換器包含一低壓側(cè)及一高壓側(cè),在該直流/直流轉(zhuǎn)換器操作于降壓模式時(shí),將數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管,而將數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以一第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,且將數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將一雙向開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換導(dǎo)通及截止,以控制低壓側(cè)電壓,以達(dá)成減少體積、降低制造成本及提升操作效率的目的。

為了達(dá)成上述目的,本發(fā)明較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置包含:

一直流/直流轉(zhuǎn)換器,其包含一低壓側(cè)及一高壓側(cè);

一變壓器,其設(shè)置于該直流/直流轉(zhuǎn)換器,而該變壓器包含一次側(cè)及二次側(cè),且該二次側(cè)具有一第一臂及一第二臂,且該一次側(cè)及二次側(cè)對(duì)應(yīng)于該低壓側(cè)及 高壓側(cè);

一電感,其設(shè)置于該變壓器的一次側(cè);

數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān),其設(shè)置于該變壓器的一次側(cè);

數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān),其設(shè)置于該變壓器的二次側(cè)的第一臂;

數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān),其設(shè)置于該變壓器的二次側(cè)的第二臂;

一電容器組,其設(shè)置于該變壓器的二次側(cè),而該電容器組包含兩個(gè)電容器,且該兩個(gè)電容器之間具有一連接點(diǎn);及

一雙向開(kāi)關(guān),其連接于該變壓器的二次側(cè)的第二臂及該兩個(gè)電容器的連接點(diǎn)之間;

其中在該直流/直流轉(zhuǎn)換器操作于升壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以一第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管,且將該雙向開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換導(dǎo)通及截止;或

其中在該直流/直流轉(zhuǎn)換器操作于降壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以一第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,且將該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該雙向開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)為四個(gè)開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)二極管反向并聯(lián)于該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)為兩個(gè)第一開(kāi)關(guān),而該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)為兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)連接于該變壓器的第二臂的兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)之間的一連接點(diǎn)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該電容器組包含兩電容器,且該二電容器的電容值約相等。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)包含兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)形成一反向串接結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于升壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及 數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管,且將該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于降壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,且將該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)包含一二極管組及一第四開(kāi)關(guān),且該第四開(kāi)關(guān)并聯(lián)于該二極管組。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該第四開(kāi)關(guān)連接至該兩電容器之間的一連接點(diǎn)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該二極管組包含四個(gè)二極管,且該四個(gè)二極管連接形成一橋式結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于升壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管,且將該第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于降壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,且將該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該變壓器的一次側(cè)具有一電感,且該直流/直流轉(zhuǎn)換器的操作減少該電感的電壓變化。

為了達(dá)成上述目的,本發(fā)明較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換方法包含:

提供一直流/直流轉(zhuǎn)換器,而該直流/直流轉(zhuǎn)換器包含一變壓器,且該變壓器包含一次側(cè)及二次側(cè),且該一次側(cè)及二次側(cè)對(duì)應(yīng)于一低壓側(cè)及一高壓側(cè);

在該直流/直流轉(zhuǎn)換器操作于升壓模式時(shí),將數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以一第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5;

將數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極 管;及

將一雙向開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該二次側(cè)具有一第一臂、一第二臂及一電容器組。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置于該變壓器的二次側(cè)的第一臂,而該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置于該變壓器的二次側(cè)的第二臂,且該雙向開(kāi)關(guān)設(shè)置于該變壓器的二次側(cè)的第二臂。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該電容器組設(shè)置于該變壓器的二次側(cè),而該電容器組包含兩個(gè)電容器,且該兩個(gè)電容器之間具有一連接點(diǎn)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)連接于該變壓器的二次側(cè)的第二臂及該兩個(gè)電容器的連接點(diǎn)之間。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)為四個(gè)開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)二極管反向并聯(lián)于該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)為兩個(gè)第一開(kāi)關(guān),而該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)為兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)連接于該變壓器的第二臂的兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)之間的一連接點(diǎn)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該電容器組包含兩電容器,且該兩電容器的電容值約相等。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)包含兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)形成一反向串接結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于升壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管,且將該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于降壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,且將該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)包含一二極管組及一第四開(kāi)關(guān),且該第四開(kāi)關(guān)并聯(lián)于該二極管組。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該第四開(kāi)關(guān)連接至該兩電容器之間的一連接點(diǎn)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該二極管組包含四個(gè)二極管,且該四個(gè)二極管連接形成一橋式結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于升壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管,且將該第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于降壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,且將該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該變壓器的一次側(cè)具有一電感,且該直流/直流轉(zhuǎn)換器的操作減少該電感的電壓變化。

為了達(dá)成上述目的,本發(fā)明較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換方法包含:

提供一直流/直流轉(zhuǎn)換器,而該直流/直流轉(zhuǎn)換器包含一變壓器,且該變壓器包含一次側(cè)及二次側(cè),且該一次側(cè)及二次側(cè)對(duì)應(yīng)于一低壓側(cè)及一高壓側(cè);

在該直流/直流轉(zhuǎn)換器操作于降壓模式時(shí),將數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管;

將數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以一第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5;及

將數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該雙向開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該二次側(cè)具有一第一臂、一第二臂及一電容器組。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置于該變壓器的二次側(cè)的第一臂,而該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置于該變壓器的二次側(cè)的第二臂,且該雙向開(kāi)關(guān)設(shè)置于該變壓器的二次側(cè)的第二臂。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該電容器組設(shè)置于該變壓器的二次側(cè),而該電容器組包含兩個(gè)電容器,且該兩個(gè)電容器之間具有一連接點(diǎn)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)連接于該變壓器的二次側(cè)的第二臂及該 兩個(gè)電容器的連接點(diǎn)之間。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)為四個(gè)開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)二極管反向并聯(lián)于該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)為兩個(gè)第一開(kāi)關(guān),而該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)為兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)連接于該變壓器的第二臂的兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)之間的一連接點(diǎn)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該該直流/直流轉(zhuǎn)換器包含一電容器組,而該電容器組包含兩電容器,且該兩電容器的電容值約相等。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)包含兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)形成一反向串接結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于升壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管,且將該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于降壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,且將該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該雙向開(kāi)關(guān)包含一二極管組及一第四開(kāi)關(guān),且該第四開(kāi)關(guān)并聯(lián)于該二極管組。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該第四開(kāi)關(guān)連接至該兩電容器之間的一連接點(diǎn)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該二極管組包含四個(gè)二極管,且該四個(gè)二極管連接形成一橋式結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于升壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管,且將該第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例在操作于降壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行截止, 此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的數(shù)個(gè)二極管,而將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以該第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,且將該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的該變壓器的一次側(cè)具有一電感,且該直流/直流轉(zhuǎn)換器的操作減少該電感的電壓變化。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:

本發(fā)明的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置及其方法,是將直流/直流轉(zhuǎn)換器的升壓模式〔boostmode〕或降壓模式〔buckmode〕進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整操作,以達(dá)成提升電能轉(zhuǎn)換效率及降低制造成本的目的,并簡(jiǎn)化常用雙向多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)造。

附圖說(shuō)明

圖1是常用多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置的架構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置的架構(gòu)示意圖。

圖2a是本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置采用雙向開(kāi)關(guān)的架構(gòu)示意圖。

圖2b是本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置采用雙向開(kāi)關(guān)的架構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置操作于升壓模式時(shí),低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的控制訊號(hào)的波形示意圖。

圖4是本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置操作于升壓模式時(shí),雙向開(kāi)關(guān)的兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)的控制訊號(hào)、變壓器兩側(cè)電壓及低壓側(cè)開(kāi)關(guān)與電感之間的多階直流輸入電壓的波形示意圖。

圖5是本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置操作于降壓模式時(shí),第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及雙向開(kāi)關(guān)的兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)的控制訊號(hào)的波形示意圖。

圖6是本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置操作于降壓模式時(shí),第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的控制訊號(hào)、變壓器兩側(cè)電壓及低壓側(cè)開(kāi)關(guān)與電感之間的多階直流輸入電壓的波形示意圖。

具體實(shí)施方式

為了充分了解本發(fā)明,于下文將舉例較佳實(shí)施例并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明, 且其并非用以限定本發(fā)明。

本發(fā)明較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置、其操作及控制方法適用于各種多階電能轉(zhuǎn)換裝置或其類似功能裝置,但其并非用以限定本發(fā)明的范圍。

圖2揭示本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置的架構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2所示,本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置及其方法采用一雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1,且該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1主要包含一變壓器10、數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2、一電感21、數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)31、數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)32、一雙向開(kāi)關(guān)33及一電容器組34。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2所示,舉例而言,雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1具有一低壓側(cè)〔左側(cè)〕及一高壓側(cè)〔右側(cè)〕。變壓器10包含一次側(cè)〔primaryside〕及二次側(cè)〔secondaryside〕,且該一次側(cè)及二次側(cè)對(duì)應(yīng)于該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1的低壓側(cè)及高壓側(cè)。該變壓器10的二次側(cè)具有一第一臂及一第二臂,且電容器組34設(shè)置于該二次側(cè)。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2所示,舉例而言,該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2選擇設(shè)置于該變壓器10的一次側(cè)的一第一位置,該電感21則選擇設(shè)置于該變壓器10的一次側(cè)的一第二位置。該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2為四個(gè)開(kāi)關(guān)s1、s2、s3、s4,且四個(gè)二極管分別反向并聯(lián)于該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2的四個(gè)開(kāi)關(guān)s1、s2、s3、s4。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2所示,舉例而言,該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)31選擇為兩個(gè)第一開(kāi)關(guān)s5、s6,該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)32選擇為兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)s7、s8。該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)31選擇設(shè)置于該變壓器10的二次側(cè)的第一臂,該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)32及雙向開(kāi)關(guān)33則選擇設(shè)置于該變壓器10的二次側(cè)的第二臂。另外,數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管反向并聯(lián)于該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)31及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)32。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2所示,舉例而言,該電容器組34包含一第一電容器341及一第二電容器342,且該第一電容器341及第二電容器342形成串聯(lián)。該第一電容器341及第二電容器342,且其電容值相等或約相等。該第一電容器341及第二電容器342的電壓約為等于高壓側(cè)電壓的一半。

圖2a揭示本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置采用雙向開(kāi)關(guān)的架構(gòu)示意圖,其對(duì)應(yīng)于圖2〔虛線框〕的雙向開(kāi)關(guān)。請(qǐng)參照?qǐng)D2及2a所示,相對(duì)于第一實(shí)施例,本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的該雙向多階 直流/直流轉(zhuǎn)換器1包含一第一雙向開(kāi)關(guān)33a。該第一雙向開(kāi)關(guān)33a選擇為兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)330,且該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)330形成一反向串接結(jié)構(gòu)〔如連接點(diǎn)a及b之間所示〕,以形成一雙向開(kāi)關(guān)。另外,該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)330選擇連接于該兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)s7、s8之間的一第一連接點(diǎn)〔connectionpoint〕,且該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)330選擇連接于該第一電容器341及第二電容器342之間的一第二連接點(diǎn)〔例如:中間點(diǎn)〕。

圖2b揭示本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置采用雙向開(kāi)關(guān)的架構(gòu)示意圖,其對(duì)應(yīng)于圖2〔虛線框〕的雙向開(kāi)關(guān)。請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2及2b所示,相對(duì)于第一及第二實(shí)施例,該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1包含一第二雙向開(kāi)關(guān)33b。該第二雙向開(kāi)關(guān)33b包含一二極管組331及一第四開(kāi)關(guān)332,且該第四開(kāi)關(guān)332并聯(lián)于該二極管組331。該二極管組331包含四個(gè)二極管d1、d2、d3、d4,且該四個(gè)二極管d1、d2、d3、d4連接形成一橋式結(jié)構(gòu)或其類似結(jié)構(gòu)。該二極管組331及第四開(kāi)關(guān)332連接于該兩個(gè)第二開(kāi)關(guān)s7、s8之間的一連接點(diǎn)。

圖3揭示本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置操作于升壓模式時(shí),低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的控制訊號(hào)的波形示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2、2a及3所示,在該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1操作于升壓模式〔boostmode〕時(shí),在該低壓側(cè)上,將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2的四個(gè)開(kāi)關(guān)s1、s2、s3、s4以一第一固定責(zé)任周期進(jìn)行操作,且該第一固定責(zé)任周期大于0.5。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2及2a所示,相反的,在該高壓側(cè)上,在該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1操作于升壓模式時(shí),將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)31的第一開(kāi)關(guān)s5、s6及該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)32的第二開(kāi)關(guān)s7、s8進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)31及數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)32的數(shù)個(gè)第一二極管及數(shù)個(gè)第二二極管。

圖4揭示本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置操作于升壓模式時(shí),第一雙向開(kāi)關(guān)的兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)〔s9、s10〕的控制訊號(hào)、變壓器兩側(cè)電壓及低壓側(cè)開(kāi)關(guān)〔s1、s2、s3、s4〕與電感之間的多階直流輸入電壓的波形示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2、2a及圖4所示,同樣的,在該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1操作于升壓模式時(shí),將該第一雙向開(kāi)關(guān)33a的第三開(kāi)關(guān)330進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,如圖4的下方兩個(gè)波形所示,以控制一高壓側(cè)電壓。當(dāng)該第三開(kāi)關(guān)330截止時(shí),該變壓器10的二次側(cè)電壓vtr2的電壓大小約為等于該高壓側(cè)電壓。當(dāng)該第三開(kāi)關(guān)330導(dǎo)通時(shí),該變壓器10的二次側(cè)電壓vtr2的 電壓大小約為等于該高壓側(cè)電壓的一半。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2及4所示,顯然,在該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1操作于升壓模式時(shí),該變壓器10的一次側(cè)電壓vtr1及二次側(cè)電壓vtr2為多階電壓波形〔如圖4的上方兩個(gè)波形所示〕,因此相對(duì)降低電流損失〔如圖4所示于變壓器10的一次側(cè)在該低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2與電感21之間的多階直流輸入電壓vin_multi〕,如此于該變壓器10的一次側(cè)形成電感電壓變化變小,因而該電感21的體積可相對(duì)減小。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2所示,反之,在該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1操作于降壓模式〔buckmode〕時(shí),在該低壓側(cè)上,將該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2的四個(gè)開(kāi)關(guān)s1、s2、s3、s4進(jìn)行截止,此時(shí)并導(dǎo)通該數(shù)個(gè)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2的四個(gè)開(kāi)關(guān)s1、s2、s3、s4的數(shù)個(gè)二極管。

圖5揭示本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置操作于降壓模式時(shí),第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及第一雙向開(kāi)關(guān)的兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)的控制訊號(hào)的波形示意圖;圖6揭示本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的雙向隔離式多階直流-直流電能轉(zhuǎn)換裝置操作于降壓模式時(shí),第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)〔s5、s6〕的控制訊號(hào)、變壓器兩側(cè)電壓及低壓側(cè)開(kāi)關(guān)〔s1、s2、s3、s4〕與電感之間的多階直流輸入電壓的波形示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2、2a、5及6所示,在該高壓側(cè)上,將該數(shù)個(gè)第一高壓側(cè)開(kāi)關(guān)31的第一開(kāi)關(guān)s5、s6以一第二固定責(zé)任周期進(jìn)行互補(bǔ)操作,且該第二固定責(zé)任周期小于0.5,如圖6下方兩個(gè)波形所示。另外,在該高壓側(cè)上,將該數(shù)個(gè)第二高壓側(cè)開(kāi)關(guān)32的第二開(kāi)關(guān)s7、s8進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,且將該第一雙向開(kāi)關(guān)33a的第三開(kāi)關(guān)330進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止,如圖2、2a及5所示。

請(qǐng)參照?qǐng)D2、2a4、5及6所示,在該第一開(kāi)關(guān)s5導(dǎo)通期間,該第二開(kāi)關(guān)s8及第三開(kāi)關(guān)s10〔圖2a的s10〕進(jìn)行交替切換,且該第二開(kāi)關(guān)s7及第三開(kāi)關(guān)330〔圖2a的s9〕截止。另外,在該第一開(kāi)關(guān)s6導(dǎo)通期間,該第二開(kāi)關(guān)s7及第三開(kāi)關(guān)330〔圖2a的s9〕進(jìn)行交替切換,且該第二開(kāi)關(guān)s8及第三開(kāi)關(guān)330〔圖2a的s10〕截止,以控制一低壓側(cè)電壓。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2、2a、4、5及6所示,在該第一雙向開(kāi)關(guān)33a截止時(shí),該變壓器10的二次側(cè)電壓vtr2的高壓大小約為等于該高壓側(cè)電壓。在該第一雙向開(kāi)關(guān)33a導(dǎo)通時(shí),該變壓器10的二次側(cè)電壓vtr2的電壓大小約為等于該高壓側(cè)電壓的一半。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2、2a及6所示,顯然,在該雙向多階直流/直流轉(zhuǎn)換器1操 作于降壓模式時(shí),該變壓器10的一次側(cè)電壓vtr1及二次側(cè)電壓vtr2為多階電壓波形〔如圖6的上方兩個(gè)波形所示〕,因此相對(duì)降低電流損失〔如圖6所示于變壓器10的一次側(cè)在該低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2與電感21之間的多階直流輸入電壓vin_multi〕,如此于該變壓器10的一次側(cè)形成電感電壓變化變小,因而該電感21的體積可相對(duì)減小。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2a、2b及4所示,本發(fā)明第三較佳實(shí)施例在升壓模式中將該第二雙向開(kāi)關(guān)33b的第四開(kāi)關(guān)332〔圖2b的s11〕進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。舉例而言,該第四開(kāi)關(guān)332〔圖2b的s11〕選擇采用一或閘〔orgate〕訊號(hào)進(jìn)行結(jié)合兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)330〔圖2a的兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)s9、s10〕的導(dǎo)通及截止控制訊號(hào)〔圖4下方的兩個(gè)波形〕作為其導(dǎo)通及截止的控制訊號(hào)。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2a、2b及5所示,本發(fā)明第三較佳實(shí)施例在降壓模式中將該第二雙向開(kāi)關(guān)33b的第四開(kāi)關(guān)332〔圖2b的s11〕進(jìn)行交替切換導(dǎo)通及截止。舉例而言,該第四開(kāi)關(guān)332〔圖2b的s11〕選擇采用一或閘訊號(hào)進(jìn)行結(jié)合該兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)330〔圖2a的兩個(gè)第三開(kāi)關(guān)s9、s10〕的導(dǎo)通及截止控制訊號(hào)〔圖5下方的兩個(gè)波形〕作為其導(dǎo)通及截止的控制訊號(hào)。

前述較佳實(shí)施例僅舉例說(shuō)明本發(fā)明及其技術(shù)特征,該實(shí)施例的技術(shù)仍可適當(dāng)進(jìn)行各種實(shí)質(zhì)等效修飾及/或替換方式予以實(shí)施;因此,本發(fā)明的權(quán)利范圍須視后附權(quán)利要求范圍所界定的范圍為準(zhǔn)。

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