TWI406485B

TWI406485B - 一種交錯式轉換器

Info

Publication number: TWI406485B
Application number: TW99105653A
Authority: TW
Inventors: Sheng Yu Tseng
Original assignee: Sheng Yu Tseng
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-08-21
Also published as: TW201130211A

Description

一種交錯式轉換器

一種交錯式轉換器，尤指一種利用單電容來緩和切換開關上的電壓上升速度，進而降低切換損失之交錯式轉換器。

一般轉換器已廣泛應用於直流-直流轉換器中，同時朝向輕、薄、短、小方向發展。為了降低轉換器的體積及重量，提高它的切換頻率已經成為解決此問題的主要途徑之一。然因提高轉換器的切換頻率會增加功率開關之切換損失，降低系統的轉換效率，甚至影響到轉換器的性能。

為了降低換損失，許多軟切換電路被應用於切換式轉換器中。依據軟切換電路的電路架構，可將其區分成被動式及主動式兩種。由於被動式軟切轉換器只需要採用被動元件，即在導通轉態時達到零電流轉態(ZCT)或在截止轉態時達到零電壓轉態(ZVT)的軟切(Soft Switch)功能。而主動式軟切換電路除了使用被動件之外，還須增加輔助開關，導致成本增加，因此被動式軟切電路常被使用在轉換器中。

參考第一圖，為傳統被動式降壓轉換器之電路架構示意圖。如第一圖所示，以降壓轉換器為例，單組降壓轉換器1可採用無損耗截止型緩震電路10，來降低功率開關M1截止轉態期間的切換損失。為了進一步降低截止轉態期間的切換損失，降壓轉換器1被操作於連續導通模式(CCM)與不連續導通模式(DCM)的邊界條件。然而，降壓轉換器1操作於邊界條件下，其電感電流的振幅變化範圍增大，將會導致輸出電壓的漣波增加，同時限制了輸出功率的大小。

參考第二圖，為傳統交錯式降壓轉換器之電路架構示意圖。如第二圖所示，為了降低截止轉態期間的切換損失，提高降壓轉換器1的功率處理能力以及降低降壓轉換器1的輸出電壓漣波，一種交錯式降壓轉換器2設置二組無損耗截止型緩震電路20、22遂被使用。雖然交錯式降壓轉換器2能達到軟切的效果，然而所需的元件數量及成本卻明顯的增加。

有鑑於此，為了解決上述的問題，本發明提供一種交錯式轉換器，係藉由單一電容來取代交錯式轉換器中的兩組截止型緩震電路，進而達到零電壓轉態的效果，並且減少元件的使用數目。

本發明第一實施例揭示了一種交錯式轉換器，用以提供一負載用電，該種交錯式轉換器主要由一直流電源、一第一開關、一第二開關、一緩震電容、一第一儲能元件、一第二儲能元件、一第一飛輪二極體、一第二飛輪二極體及一輸出電容等元件連接組成。在本發明中，將前述各元件的連接關係加以調整，再重新組合，即可分別得到各種不同類型的該種交錯式轉換器，例如交錯式降壓轉換器、交錯式昇降壓轉換器及交錯式昇壓轉換器。

本發明第二實施例揭示了另外一種交錯式轉換器，用以提供一負載用電，該另外一種交錯式轉換器主要由一直流電源、一第一開關、一第二開關、一緩震電容、一第一儲能元件、一第二儲能元件、一第三儲能元件、一第四儲能元件、一第一電容、一第二電容、一第一飛輪二極體、一第二飛輪二極體及一輸出電容等元件連接組成。在本發明中，將前述各元件的連接關係加以調整，再重新組合，即可分別得到各種不同類型的該另一種交錯式轉換器，例如交錯式Zeta轉換器、交錯式‘CUK轉換器及交錯式Sepic轉換器。

本發明第三實施例揭示了一種交錯式轉換器，用以提供一負載用電，該交錯式轉換器包括有一電流型切換電路、一電力轉換單元、一第一飛輪二極體、一第二飛輪二極體、一緩震電容及一輸出電容。電流型切換電路用以輸出一交變輸入電壓，其具有一直流電源、一儲能元件及一切換單元。電力轉換單元具有一主級側與一次級側，該主級側耦接於電流型切換電路，電力轉換單元接收交變輸入電壓，以及從次級側輸出一交變輸出電壓，其中，次級側具有一第一輸出端、一第二輸出端及一中間抽頭端。第一飛輪二極體之第一陽極端連接於次級側之第一輸出端。第二飛輪二極體之第二陽極端連接於次級側之第二輸出端，第二飛輪二極體之第二陰極端連接於第一飛輪二極體之第一陰極端。緩震電容連接於次級側之第一輸出端與次級側之第二輸出端。輸出電容連接於第一陰極端與次級側之中間抽頭端之間，以及與負載並聯連接。

綜上所述，本發明提供之交錯式轉換器主要是利用單一緩震電容來取代傳統交錯式轉換器中的兩組截止型緩震電路，以達到零電壓(ZVT)轉態的效果。同時，本發明提供之交錯式轉換器能夠減少元件的使用數目，進而改善了傳統技術中，因為元件數量所導致成本增加的問題。

以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

本發明提供之交錯式轉換器之實施例適用於各種不同的基本交錯式轉換器，例如交錯式buck轉換器所衍生的轉換器包含有交錯式降壓轉換器、交錯式昇降壓轉換器及交錯式Zeta轉換器。交錯式boost轉換器所衍生之轉換器包含有交錯式昇壓轉換器、交錯式`CUK轉換器及交錯式Sepic轉換器。為了提高交錯式轉換器的輸出能力及轉換效率，本發明將單一個緩震電容設置在基本交錯式轉換器中，作為其緩震電路之應用。

以下就單一個緩震電容取代傳統交錯式轉換器中的兩組截止型緩震電路的衍生過程做說明。同時為了簡化說明每一種交錯式轉換器的衍生過程，在此係以交錯式降壓轉換器作為例子說明，以下將詳細說明其推導過程。

參考第三A圖，係為具兩組無損失截止型緩震電路之交錯式降壓轉換器之電路示意圖。在第三A圖中所示，虛線部分為無損失截止型緩震電路20、22。在緩震電路20、22中，若電容Cr2及Cr4上的跨壓以電壓源Vcr2及Vcr4來取代，則可用第三B圖的電路圖來取代第三A圖。由第三B圖中可觀察得知，電壓源Vcr2及Vcr4因不用充放電，因此二極體D3及D6可以被省略。當第三B圖中的電壓源Vcr2及Vcr4等於輸出電壓Vo時，節點B及F的電位等於節點H的電位，因此電路可簡化成第三C圖所示之電路圖。

依據交錯式降壓轉換器2及截止型緩震電路20、22的動作原理，在一個切換週期期間，二極體D1及D8(或D2 及D5)動作除了在截止型緩震電路20、22諧振期間動作有所不同，其他時間皆相同。此外，由於諧振時間遠小於轉換器切換週期的時間，因此將節點A及G(或C及E)連接在一起，不影響交錯式降壓轉換器2的動作狀態，其電路圖如第三D圖所示。由第三D圖中可看出，二極體D1及D8為並聯，可將此兩個二極體D1、D8合併成單一個二極體D18，同理二極體D2及D5可合併成單一個二極體D25。

此外，電容Cr1及Cr3為並聯連接，因此可將電容Cr1及Cr3合併成電容Cs，其電路圖如第三E圖所示。在第三E圖所示的電路中，將交錯式降壓轉換器2操作於連續導通模式(CCM)或不連續導通模式(DCM)時，流過電感L1及電感L2的電流皆是單方向性，同時，此電流與電感Lr1及Lr2的電流皆為單方向性，並且，電感L1與二極體D7及電感Lr2迴路並聯，因此可採用電感L1r取代。同理，電感L2與二極體D4及電感Lr1可用電感L2r取代，其電路圖如第三F圖所示。

由第三F圖中可得知，交錯式降壓轉換器3只需設置單一緩震電容Cs作為緩震電路之應用，即可達到無損失截止型緩震電路的功能，並且，同時也簡化了緩震電路之架構，以降低整體之元件使用數目。

復參考第三F圖。本發明之交錯式降壓轉換器3用以提供一負載RL用電，其電路架構包含一直流電源Vs、一第一開關M1、一第二開關M2、一緩震電容Cs、一第一儲能元件L1r、一第二儲能元件L2r、一第一飛輪二極體D18、一第二飛輪二極體D25及一輸出電容Co。其中，第一開關M1之第一汲/源極端與第二開關M2之第一汲/源極端共同連接於直流電源Vs之第一電源端。緩震電容Cs連接於第一開關M1之第二汲/源極端與第二開關M2之第二汲/源極端之間。

此外，第一開關M1之第二汲/源極端更連接於第一儲能元件L1r之第一儲能端與第一飛輪二極體D18之陰極端，第二開關M2之第二汲/源極端更連接於第二儲能元件L2r之第一儲能端與第二飛輪二極體D25之陰極端。同時，第一儲能元件L1r之第二儲能端與第二儲能元件L2r之第二儲能端共同連接，並且，第一飛輪二極體D18之陽陰極端與第二飛輪二極體D25之陽極端共同連接於直流電源Vs之第二電源端。同時，輸出電容Co連接於第一儲能元件L1r之第二儲能端與直流電源Vs之第二電源端之間，以及與負載RL並聯連接。前述之第一儲能元件L1r與第二儲能元件L2r皆為一諧振電感。

復參考第三F圖，配合第三G圖所示電路之各重要元件的電壓及電流波形示意圖。以下，本發明係以交錯式降壓轉換器3之電路作為說明，其操作原理可區分成下述之操作模式。

模式1[t0≦t<t1]：在t0之前，第二飛輪二極體D18處於飛輪狀態，第二諧振電感電流IL2等於第二飛輪二極體電流ID2。當t=t0時，第一開關M1導通，第二諧振電感電流IL2為第二飛輪二極體電流1D2與緩震電容電流1C1的總和。由於，t0~t1的時間非常短暫，所以第一諧振電感電流IL1幾乎等於0A，緩震電容電壓VC1也接近於0V，因此，第一開關電流IDS1幾乎等於緩震電容電流IC1。在此期間內，緩震電容電流IC1瞬間增加至第二諧振電感電流IL2，而第二飛輪二極體電流ID2瞬間減至0A。

模式2[t1≦t<t2]：在t=t1時，緩震電容電流IC1等於第二諧振電感電流IL2，而第二飛輪二極體D25處於逆向偏壓。在此狀態中，緩震電容Cs與第二諧振電感L2r發生諧振，而第一開關電流IDS1等於諧振電感電流IL2(=IC1)和第一諧振電感電流IL1之電流總和。由電路原理之分析，此諧振時間tg1(t1~t2)可由下面公式(1)得知：

前述公式(1)中，L1為第一諧振電感L1r之電感值；L2為第二諧振電感L2r之電感值；C1為緩震電容Cs之電容值。

模式3[t2≦t<t3]：當t=t2時，緩震電容電壓VC1等於直流電源Vs，由於第二諧振電感L2r的作用，第二飛輪二極體D25處於飛輪狀態，而第一開關M1一直保持在導通狀態。此時第一開關電流IDS1等於第一諧振電感電流IL1。在此期間，第一諧振電感電流IL1呈線性增加，而第二諧振電感電流IL2則呈線性減少。

模式4[t3≦t<t4]：在t3時，第一開關M1截止。由於第一諧振電感電流IL1必須保持連續，因此強迫緩震電容Cs開始放電，使得第一開關M1具有零電壓轉態(ZVT)的特性。

模式5[t4≦t<t5]：當t=t4時，跨於緩震電容Cs的電壓VC1放電至零，此時第一飛輪二極體D18處於飛輪狀態。在此期間內，第一飛輪二極體D18與第二飛輪二極體D25都處於飛輪狀態。

模式6[t5≦t<t6]：在t5時，第一飛輪二極體D18處於飛輪狀態，由於第二諧振電感電流IL2降為零，使得第二飛輪二極體D25停止飛輪狀態。在此同時，第二開關M2開始導通，第一諧振電感電流IL1等於第一飛輪二極體電流ID1與負的緩震電容電流-IC1的總和。此外，由於第二開關電流IDS2會流經緩震電容Cs的低阻抗路徑，因此，第二飛輪二極體電流ID2將會受到第二開關電流IDS2的支配。此時，負的緩震電容電流-IC1很接近第二開關電流IDS2。在此狀態中，負的緩震電容電流-IC1突增至第一諧振電感電流IL1，而第一飛輪二極體電流ID1則急遽的降為0A。

模式7[t6≦t<t7]：在t=t6時，第一飛輪二極體D18變成反向偏壓，而緩震電容Cs與第一諧振電感L1r形成緩震網路，並且開始諧振。此時第二開關電流IDS2等於第一諧振電感電流IL1(=-IC1)與第二諧振電感電流IL2的總和。由於緩震電容電流-IC1為負電流，故此緩震電容Cs為反向充電。

模式8[t7≦t<t8]：在t=t7時，緩震電容電壓VC1下降至負的直流電源-Vs，在此時負的緩震電容電流-IC1會達到最大負電流值。在此模式中，第一飛輪二極體D18處於飛輪狀態，而第二諧振電感電流IL2則呈現線性增加的趨勢。

模式9[t8≦t<t9]：在t8時，第二開關M2截止。由於第二諧振電感電流IL2必須保持連續，因而使緩震電容Cs開始放電。在此期間，緩震電容電壓VC1逐漸下降，當t=t9時，緩震電容電壓VC1會下降至零。

模式10[t9≦t<t10]：在此期間，第一飛輪二極體D18 與第二飛輪二極體D25皆處於飛輪狀態，此時第一開關電流IDS1與第二開關電流IDS2呈現線性下降之趨勢。當t=t10時，第一開關M1再次導通，則完成一完整切換週期的操作。

依據前述以單一緩震電容取代傳統交錯式轉換器中的兩組截止型緩震電路的衍生過程說明。其他交錯式buck轉換器所衍生的交錯式昇降壓轉換器可根據此過程，衍生出使用單一緩震電容Cs作為緩震電路應用之交錯式昇降壓轉換器4，如第四A圖所示。另外，交錯式Zeta轉換器也可根據此過程，衍生出使用單一緩震電容Cs作為緩震電路應用之交錯式Zeta轉換器5，如第四B圖所示。

在第四A圖中。本發明之交錯式昇降壓轉換器4用以提供一負載RL用電，其電路架構包含一直流電源Vs、一第一開關M1、一第二開關M2、一緩震電容Cs、一第一儲能元件L1r、一第二儲能元件L2r、一第一飛輪二極體D18、一第二飛輪二極體D25及一輸出電容Co。其中，第一開關M1之第一汲/源極端與第二開關M2之第一汲/源極端共同連接於直流電源Vs之第一電源端。緩震電容Cs連接於第一開關M1之第二汲/源極端與第二開關M2之第二汲/源極端之間。

此外，第一開關M1之第二汲/源極端更連接第一飛輪二極體D18之陰極端與第一儲能元件L1r之第一儲能端，第二開關M2之第二汲/源極端更連接第二飛輪二極體D25之陰極端與第二儲能元件L2r之第一儲能端。同時，第一飛輪二極體D18之陽極端與第二飛輪二極體D25之陽極端共同連接。並且，第一儲能元件L1r之第二儲能端與第二儲能元件L2r之第二儲能端共同連接於直流電源VS之第二電源端。同時，輸出電容Co連接於第一飛輪二極體D18之陽極端與直流電源Vs之第二電源端之間，以及與負載RL並聯連接。

在第四B圖中。本發明之交錯式Zeta壓轉換器5用以提供一負載RL用電，其電路架構包含一直流電源Vs、一第一開關M1、一第二開關M2、一緩震電容Cs、一第一儲能元件L11、一第二儲能元件L21、一第三儲能元件L12、一第四儲能元件L22、一第一電容C1、一第二電容C2、一第一飛輪二極體D18、一第二飛輪二極體D25及一輸出電容Co。

其中，第一開關M1之第一汲/源極端與第二開關M2之第一汲/源極端共同連接於直流電源Vs之第一電源端。第一開關M1之第二汲/源極端連接第一儲能元件L11之第一儲能端，並且經由第一電容C1連接第三儲能元件L12之第一儲能端。第二開關M2之第二汲/源極端連接第二儲能元件L21之第一儲能端，並且經由第二電容C2連接第四儲能元件L22之第一儲能端。同時，第三儲能元件L12之第二儲能端與第四儲能元件L22之第二儲能端共同連接。並且，第一儲能元件L11之第二儲能端與第二儲能元件L21之第二儲能端共同連接於直流電源Vs之第二電源端。

此外，緩震電容Cs連接於第三儲能元件L12之第一儲能端與第四儲能元件L22之第一儲能端之間。同時，第一飛輪二極體D18之陰極端連接於第三儲能元件L12之第一儲能端，第二飛輪二極體D25之陰極端連接於第四儲能元件L22之第一儲能端。並且，第一飛輪二極體D18之陽極端與第二飛輪二極體D25之陽極端共同連接於直流電源Vs之第二電源端。同時，輸出電容Co連接於第三儲能元件L12之第二儲能端與直流電源Vs之第二電源端之間，以及與負載RL並聯連接。

同樣依據前述以單一緩震電容取代傳統交錯式轉換器中的兩組截止型緩震電路的衍生過程說明。其他交錯式boost轉換器所衍生之交錯式昇壓轉換器可根據此過程，衍生出使用單一緩震電容Cs作為緩震電路應用之交錯式昇壓轉換器6，如第五A圖所示。另外，交錯式`CUK轉換器也可根據此過程，衍生出使用單一緩震電容Cs作為緩震電路應用之交錯式`CUK轉換器7，如第五B圖所示。另外，交錯式Sepic轉換器也可根據此過程，衍生出使用單一緩震電容Cs作為緩震電路應用之交錯式Sepic轉換器8，如第五C圖所示。

在第五A圖中。本發明之交錯式昇壓轉換器6用以提供一負載RL用電，其電路架構包含一直流電源Vs、一第一開關M1、一第二開關M2、一緩震電容Cs、一第一儲能元件L1r、一第二儲能元件L2r、一第一飛輪二極體D18、一第二飛輪二極體D25及一輸出電容Co。其中，第一儲能元件L1r之第一儲能端與第二儲能元件L2r之第一儲能端共同連接於直流電源Vs之第一電源端。緩震電容Cs連接於第一儲能元件L1r之第二儲能端與第二儲能元件L2r之第二儲能端之間。

此外，第一儲能元件L1r之第二儲能端更連接第一飛輪二極體D18之陽極端與第一開關M1之第一汲/源極端，第二儲能元件L2r之第二儲能端更連接第二飛輪二極體 D25之陽極端與第二開關M2之第一汲/源極端。同時，第一飛輪二極體D18之陰極端與第二飛輪二極體D25之陰極端共同連接。並且，第一開關M1之第二汲/源極端與第二開關M2之第二汲/源極端共同連接於直流電源VS之第二電源端。同時，輸出電容Co連接於第一飛輪二極體D18之陰極端與直流電源Vs之第二電源端之間，以及與負載RL並聯連接。

在第五B圖中。本發明之交錯式`CUK壓轉換器7用以提供一負載RL用電，其電路架構包含一直流電源Vs、一第一開關M1、一第二開關M2、一緩震電容Cs、一第一儲能元件L11、一第二儲能元件L21、一第三儲能元件L12、一第四儲能元件L22、一第一電容C1、一第二電容C2、一第一飛輪二極體D18、一第二飛輪二極體D25及一輸出電容Co。

其中，第一儲能元件L11之第一儲能端與第二儲能元件L21之第一儲能端共同連接於直流電源Vs之第一電源端。第一儲能元件L11之第二儲能端連接於第一開關M1之第一汲/源極端，並且經由第一電容C1連接第三儲能元件L12之第一儲能端。第二儲能元件L21之第二儲能端連接於第二開關M2之第一汲/源極端，並且經由第二電容C2連接第四儲能元件L22之第一儲能端。同時，第三儲能元件L12之第二儲能端與第四儲能元件L22之第二儲能端共同連接。並且，第一開關M1之第二汲/源極端與第二開關M2之第二汲/源極端共同連接於直流電源Vs之第二電源端。

此外，緩震電容Cs連接於第三儲能元件L12之第一儲能端與第四儲能元件L22之第一儲能端之間。同時，第一飛輪二極體D18之陽極端連接於第三儲能元件L12之第一儲能端，第二飛輪二極體D25之陽極端連接於第四儲能元件L22之第一儲能端，並且，第一飛輪二極體D18之陰極端與第二飛輪二極體D25之陰極端共同連接於直流電源Vs之第二電源端。同時，輸出電容Co連接於第三儲能元件L12之第二儲能端與直流電源Vs之第二電源端之間，以及與負載RL並聯連接。

在第五C圖中。本發明之交錯式Sepic轉換器8用以提供一負載RL用電，其電路架構包含一直流電源Vs、一第一開關M1、一第二開關M2、一緩震電容Cs、一第一儲能元件L11、一第二儲能元件L21、一第三儲能元件L12、一第四儲能元件L22、一第一電容C1、一第二電容C2、一第一飛輪二極體D18、一第二飛輪二極體D25及一輸出電容Co。

其中，第一儲能元件L11之第一儲能端與第二儲能元件L21之第一儲能端共同連接於直流電源Vs之第一電源端。第一儲能元件L11之第二儲能端連接於第一開關M1之第一汲/源極端，並且經由第一電容C1連接第一飛輪二極體D18之陽極端。第二儲能元件L21之第二儲能端連接於第二開關M2之第一汲/源極端，並且經由第二電容C2連接第二飛輪二極體D25之陽極端。同時，第一飛輪二極體D18之陰極端與第二飛輪二極體D25之陰極端共同連接。並且，第一開關M1之第二汲/源極端與第二開關M2之第二汲/源極端共同連接於直流電源Vs之第二電源端。

此外，緩震電容Cs連接於第一飛輪二極體D18之陽極端與第二飛輪二極體D25之陽極端之間。同時，第三儲能元件L12之第一儲能端連接於第一飛輪二極體D18之陽極端，第四儲能元件L22之第一儲能端連接於第二飛輪二極體D25之陽極端，並且，第三儲能元件L12之第二儲能端與第四儲能元件L22之第二儲能端共同連接於直流電源Vs之第二電源端。同時，輸出電容Co連接於第一飛輪二極體D18之陰極端與直流電源Vs之第二電源端之間，以及與負載RL並聯連接。

再者，在切換式電源轉換器架構中的半橋式轉換器、全橋式轉換器、推挽式轉換器、順向式轉換器以及反馳式轉換器皆可視為一種交錯式轉換器，因此，同樣皆可採用單一緩震電容作為截止型緩震電路之應用，以提高轉換器的效率。由於轉換器種類繁多，在此僅以半橋式轉換器、全橋式轉換器及推挽式轉換器等三種轉換器作為說明，同時，此舉例說明，不影響本發明實際上的範圍。

第六A圖所示為一種使用單一緩震電容Cs作為緩震電路應用之半橋式轉換器9。第六B圖所示為一種使用單一緩震電容Cs作為緩震電路應用之全橋式轉換器10。第六C圖所示為一種使用單一緩震電容Cs作為緩震電路應用之推挽式轉換器11。

在第六A圖中。半橋式轉換器9提供一負載RL用電，其包括有一電流型切換電路90、一電力轉換單元T1、一第一飛輪二極體D1、一第二飛輪二極體D2、一緩震電容Cs及一輸出電容Co。電流型切換電路90由一直流電源Vi、一儲能元件L1及一切換單元902組成，係將直流電源Vi的直流電轉成一交變輸入電壓AC1，並加以輸出，其中，該電流型切換電路90為一半橋式開關電路，電力轉換單元T1為一變壓器。

復參考第六A圖。電力轉換單元T1之主級側耦接於電流型切換電路90，用以接收交變輸入電壓AC1，且將交變輸入電壓AC1轉成一交變輸出電壓AC2，進而從電力轉換單元T1之次級側輸出。前述之電力轉換單元T1之次級側包含一第一輸出端TE1、一第二輸出端TE2及一中間抽頭端TM，緩震電容Cs連接於電力轉換單元T1之次級側之第一輸出端TE1與第二輸出端TE2之間。第一飛輪二極體D1之陽極端連接於電力轉換單元T1之次級側之第一輸出端TE1，第二飛輪二極體D2之陽極端連接於電力轉換單元T1之次級側之第二輸出端TE2，同時，第一飛輪二極體D1之陰極端與第二飛輪二極體D2之陰極端共同連接。輸出電容Co連接於第一飛輪二極體D1之陰極端與電力轉換單元T1之次級側之中間抽頭端TM之間，以及與負載RL並聯連接。

配合第六A圖。在第六B圖中，全橋式轉換器10與前述半橋式轉換器9之電路結構主要差異處，乃在於不同元件組成的切換單元。全橋式轉換器10的電流型切換電路100中，切換單元1002主要由四個切換開關M1至M4相互連接所組合而成，而半橋式轉換器9的電流型切換電路90中，切換單元902則是由二個切換開關M1制M2與二個電容C1至C2相互連接所組合而成。

配合第六A圖。在第六C圖中，推挽式轉換器11與前述半橋式轉換器9之電路結構主要差異處，乃在於不同元件組成的切換單元。推挽式轉換器11的電流型切換電路110中，切換單元1102主要由二個切換開關M1至M2相互連接所組合而成，而半橋式轉換器9的電流型切換電路90中，切換單元902則是由二個切換開關M1制M2與二個電容C1至C2相互連接所組合而成。

復參考第六C圖，配合第七圖所示電路之各重要元件的電壓及電流波形示意圖。以下，本發明係以推挽式轉換器11之電路作為說明，其操作原理可區分成下述之操作模式。

模式1(t0≦t<t1)：在t0之前開關M1截止而M2處於導通狀態中，此時一次側的能量會經由變壓器T1之一次側繞組NP2經由變壓器T1鐵心傳送到二次側繞組NS2，再經由二極體D2送至負載端RL。當t=t0時，開關M2導通，在此狀態中，由於開關M1及M2同時導通，使得流入變壓器T1之一次側的電流分別流入繞組NP1及NP2，並且其電流方向相反，使得變壓器T1二次側繞組NS2之跨壓從Vo慢慢降至0。當繞組電壓低於Vo時，二極體D2截止，此時負載功率由輸出電容Co來提供。而緩震電容Cs上的跨壓也從-2VO慢慢降至0，由於緩震電容Cs的電壓慢慢做變化，因此二極體D2上的電壓變化會緩慢變化，促使二極體D2截止有零電壓轉態(zero-voltage transition：ZVT)。

模式2(t1≦t<t2)：當t=t1時，開關電流IDS1等於IDS2，並且其電流值等於電感電流IL1的一半，此時緩震電容Cs上跨的電壓為0。在此模式中，變壓器T1中的每個繞組電壓為0，而負載之功率由輸出電容Co來提供。

模式3(t2≦t<t3)：在t=t2時開關M2截止，此時電感電流IL1的電流全部流經繞組NP1，因此變壓器T1繞組NP1的電壓慢慢往上增加，並且電感電流IL1會經由二次側繞組NS1及NS2，將緩震電容Cs的電壓從0往2Vo增加，由於緩震電容Cs的作用，促使開關M2在截止狀態時，有ZVT的特性。

模式4(t3≦t<t4)：當t=t3時，緩震電容Cs的跨壓達到2Vo，此時二極體D1導通，變壓器T1二次側繞組NS1被箝制到輸出電壓Vo在此操作模式中，輸入能量藉由變壓器T1一次側繞組NP1及二次側繞組NS1及二極體D1送至負載端RL，以提供負載RL所需電源。

模式5(t4≦t<t5)：當t=t4時，開關M2導通，在此狀態中由於開關M1及M2同時導通使得流入變壓器T1一次側的電流分別流入繞組NP1及NP2，並且其電流方向相反，使得變壓器T1二次側繞組NP2之跨壓從0慢慢升至Vo。當繞組電壓高於Vo時，二極體D1截止此時負載功率由輸出電容Co來提供。而緩震電容Cs上的跨壓也從2Vo慢慢降至0，由於緩震電容Cs的電壓慢慢做變化，因此二極體D1上的電壓會緩慢變化促使二極體D1截止有零電壓轉態(zero-voltage transition：ZVT)。

模式6(t5≦t<t6)：當t=t5時，開關電流IDS1等於IDS2，並且其電流值等於電感電流IL1的一半，此時緩震電容Cs上跨的電壓為0。在此模式中變壓器T1中的每個繞組電壓為0而負載之功率由輸出電容Co來提供。

模式7(t6≦t<t7)：在t=t6時開關M2截止，此時電感電流IL1的電流全部流經繞組NP2，因此變壓器T1繞組NP2的電壓慢慢往下增加，並且電感電流IL1會經由二次側繞組NS1及NS2，將緩震電容Cs的電壓從0往-2Vo增加。由於緩震電容Cs的作用，促使開關M1在截止狀態時，有ZVT的特性。

模式8(t7≦t<t8)：當t=t7時，緩震電容Cs的跨壓達到-2Vo，此時二極體D2導通，變壓器T1二次側繞組NS2被箝制到輸出電壓Vo在此操作模式中，輸入能量藉由變壓器T1一次側繞組NP2及二次側繞組NS2及二極體D1送至負載端RL，以提供負載RL所需電源。當t=t8時，開關M1再次導通即完成一完整切換週期的操作。

綜上所述，本發明之交錯式轉換器之實施例適用於各種不同的基本非隔離型交錯式轉換器或隔離型交錯式轉換器，係藉由單一緩震電容來緩和轉換器中開關上的電壓上升速度，以達到1.具有簡單的電路架構、2.使用較少的元件、3.高的轉換效率及4.可降低電路的設計流程等優點。

惟，以上所述，僅為本發明最佳之一的具體實施例之詳細說明與圖式，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

習知：

1‧‧‧降壓轉換器

10‧‧‧截止型緩震電路

2‧‧‧交錯式降壓轉換器

20、22‧‧‧截止型緩震電路

本發明：

3‧‧‧交錯式降壓轉換器

RL‧‧‧負載

Vs‧‧‧直流電源

M1‧‧‧第一開關

M2‧‧‧第二開關

Cs‧‧‧緩震電容

L1r‧‧‧第一儲能元件

L2r‧‧‧第二儲能元件

D18‧‧‧第一飛輪二極體

D25‧‧‧第二飛輪二極體

Co‧‧‧輸出電容

IL1‧‧‧第一諧振電感電流

IL2‧‧‧第二諧振電感電流

ID1‧‧‧第一飛輪二極體電流

ID2‧‧‧第二飛輪二極體電流

IC1‧‧‧緩震電容電流

VC1‧‧‧緩震電容電壓

IDS1‧‧‧第一開關電流

4‧‧‧交錯式昇降壓轉換器

5‧‧‧交錯式Zeta壓轉換器

L11‧‧‧第一儲能元件

L21‧‧‧第二儲能元件

L12‧‧‧第三儲能元件

L22‧‧‧第四儲能元件

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

6‧‧‧交錯式昇壓轉換器

7‧‧‧交錯式`CUK壓轉換器

8‧‧‧交錯式Scpic轉換器

9‧‧‧半橋式轉換器

90、100、110‧‧‧電流型切換電路

T1‧‧‧電力轉換單元

D1‧‧‧第一飛輪二極體

D2‧‧‧第二飛輪二極體

Vi‧‧‧直流電源

L1‧‧‧儲能元件

902、1002、1102‧‧‧切換單元

AC1‧‧‧交變輸入電壓

AC2‧‧‧交變輸出電壓

TE1‧‧‧第一輸出端

TE2‧‧‧第二輸出端

TM‧‧‧中間抽頭端

第一圖為傳統被動式降壓轉換器之電路架構示意圖；第二圖為傳統交錯式降壓轉換器之電路架構示意圖；第三A圖至第三F圖為本發明第一實施例之交錯式降壓轉換器之衍生過程電路示意圖；第三G圖為本發明第一實施例之電路各重要元件的電壓及電流波形示意圖；第四A圖為本發明第二實施例之交錯式昇降壓轉換器電路示意圖；第四B圖為本發明第三實施例之交錯式Zeta轉換器電路示意圖；第五A圖為本發明第四實施例之交錯式昇壓轉換器電路示意圖；第五B圖為本發明第五實施例之交錯式‘CUK轉換器電路示意圖；第五C圖為本發明第六實施例之交錯式Sepic轉換器電路示意圖；第六A圖為本發明第七實施例之半橋式轉換器電路示意圖；第六B圖為本發明第八實施例之全橋式轉換器電路示意圖；第六C圖為本發明第九實施例之推挽式轉換器電路示意圖；及第七圖為本發明第九實施例之電路各重要元件的電壓及電流波形示意圖。