TWI547085B - Power converter - Google Patents

Description

電源轉換器

本發明是有關於一種轉換器，特別是指一種能達到高電壓轉換增益的電源轉換器。

習知的太陽能發電系統和燃料電池發電系統所產生的輸出電壓是屬於低電壓以解決住宅型應用的安全性與可靠性的問題，但隨著併網發電系統的崛起，為達到其200/380V的高直流排電壓，必須先將太陽能發電系統和燃料電池發電系統所產生的低輸出電壓加以升壓，因此升壓型的電源轉換器在電力電子領域中佔了一定的重要性。

以往的升壓型電源轉換器為了降低輸入電流漣波及符合高功率的應用，大多選擇如圖1所示的交錯式升壓型轉換器。該交錯式升壓型轉換器電連接一產生一輸入電壓Vin1的一外部電源60，並包含一第一轉換器6，和一第二轉換器7。該第一轉換器6電連接該外部電源60以接收該輸入電壓Vin1並產生一第六電壓V6和一第七電壓V7。該第二轉換器7電連接該第一轉換器6以接收該等第六和第七電壓V6、V7，並根據該等第六和第七電壓V6、V7產生一直流輸出電壓Vo1。

當該交錯式升壓型轉換器操作於連續導通模式 (連續導通模式為流經二個電感L1、L2的電流大小恆大於零的狀況)時，其電壓轉換增益M如下述公式(1)所示。其中，參數d為該第一轉換器6的二個開關S1、S2的個別導通比(duty cycle)，參數Vo1為該直流輸出電壓，參數Vin1為該輸入電壓。

根據公式(1)可知，當該交錯式升壓型轉換器要得到高的電壓轉換增益時，該等開關S1、S2則需要操作於極大的導通比d，造成該交錯式升壓型轉換器容易產生大電流漣波的問題。且倘若為了得到高的電壓轉換增益而使該等開關S1、S2操作於極大的導通比d，則會使二個輸出二極體D1、D2轉為不導通之前所流經該等輸出二極體D1、D2的電流大小值，與該等輸出二極體D1、D2轉為不導通時所流經該等輸出二極體D1、D2的電流大小值相差甚大，而造成反向恢復損失相當大。更甚至於，在某些應用中，例如典型的脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)控制積體電路(Integrated circuit，IC)的情況下，欲使導通比d大於0.9更是難以實現。故，此情況下欲得到高的電壓轉換增益更是具有相當大的難度。此外，傳統的交錯式升壓型轉換器之該等開關S1、S2的電壓應力大多為高壓的輸出電壓，因此該等開關S1、S2會有較高導通電阻值，導致該等開關S1、S2在導通時具有較大的導通損失。

因此，本發明之目的，即在提供一種可提升電壓轉換增益，同時降低導通比與輸入電流漣波的電源轉換器。

於是本發明電源轉換器，包含一降低電流漣波模組、一升壓模組，及一增益提升模組。

該降低電流漣波模組適於電連接一供應一直流輸入電壓之直流電壓源，以接收來自該直流電壓源的該直流輸入電壓，並據以產生一第一電壓及一第二電壓。

該升壓模組包括一第一升壓電路，及一第二升壓電路。

該第一升壓電路具有分別電連接該降低電流漣波模組以分別接收來自該降低電流漣波模組的該等第一及第二電壓的一第一端與一第二端、一第三端，及一第四端，該第一升壓電路根據該等第一及第二電壓，在該等第三及第四端分別輸出一第三電壓及一第四電壓。

該第二升壓電路電連接該第一升壓電路之該等第三及第四端以分別接收該等第三及第四電壓，並根據該等第三及第四電壓產生一升壓電壓，且該第二升壓電路包括一第一二極體，及一第一電容。

該第一二極體具有一電連接該第一升壓電路之該第四端的陽極，及一陰極。

該第一電容具有一電連接於該第一二極體之該陰極的第一端，及一電連接該第一升壓電路的該第三端的第二端，且該第一電容的該第一端輸出該升壓電壓。

該增益提升模組電連接該升壓模組的該第二升壓電路以接收來自該第二升壓電路之該升壓電壓，並根據該升壓電壓產生一直流輸出電壓，且該增益提升模組包括一第一輸出二極體、一第二輸出二極體、一第三輸出二極體、一第一輸出電容、一第一二次側電感、一第二二次側電感、一第二輸出電容、一第三輸出電容，及一輸出電阻。

該第一輸出二極體具有一電連接該第二升壓電路之該第一二極體之該陰極且接收該升壓電壓的陽極，及一陰極。

該第二輸出二極體具有一電連接該第一輸出二極體之該陰極的陽極，及一陰極。

該第三輸出二極體具有一電連接該第二輸出二極體之該陰極的陽極，及一陰極。

該第一輸出電容具有一電連接該第三輸出二極體之該陰極的第一端，及一第二端。

該第一二次側電感串聯連接該第二二次側電感，且該第一二次側電感電連接該第一輸出電容之該第二端，而該第二二次側電感電連接該第二輸出二極體之該陰極。

該第二輸出電容電連接於該第一輸出電容之該第二端與該第一輸出二極體之該陰極之間。

該第三輸出電容電連接於該第一輸出二極體之該陰極與地之間。

該輸出電阻電連接於該第三輸出二極體之該陰極與地之間，該輸出電阻的跨壓作為該直流輸出電壓。

較佳地，該降低電流漣波模組包括一第一一次側電感、一第一激磁電感、一第一漏電感、一第一開關、一第二一次側電感、一第二激磁電感、一第二漏電感，及一第二開關。

該第一一次側電感具有一電連接該直流電壓源以接收該直流輸入電壓的第一端，及一第二端。

該第一激磁電感並聯連接該第一一次側電感。

該第一漏電感具有一電連接該第一一次側電感之該第二端的第一端，及一輸出該第一電壓的第二端。

該第一開關電連接於該第一漏電感之該第二端與地之間，並具有一用以接收一第一控制信號的控制端，以致該第一開關根據該第一控制信號而導通或不導通。

該第二一次側電感具有一電連接該直流電壓源以接收該直流輸入電壓的第一端，及一第二端。

該第二激磁電感並聯連接該第二一次側電感。

該第二漏電感具有一電連接該第二一次側電感之該第二端的第一端，及一輸出該第二電壓的第二端。

該第二開關電連接於該第二漏電感之該第二端與地之間，並具有一用以接收一第二控制信號的控制端，以致該第二開關根據該第二控制信號而導通或不導通。

本發明之功效在於藉由該第一升壓模組的該第一升壓電路和該第二升壓電路相配合，使跨於該輸出電阻 的該直流輸出電壓得以提升，進而使本發明電源轉換器的電壓轉換增益得以提高，同時該等第一和第二開關不需操作於極大的導通比而具有低電壓應力之優點。

1‧‧‧降低電流漣波模組

10‧‧‧直流電壓源

11‧‧‧第一一次側電感

12‧‧‧第一開關

13‧‧‧第二一次側電感

14‧‧‧第二開關

2‧‧‧升壓模組

21‧‧‧第一升壓電路

211‧‧‧第一升壓單元

212‧‧‧第二升壓單元

213‧‧‧第二升壓單元

214‧‧‧第三升壓單元

22‧‧‧第二升壓電路

221‧‧‧第一二極體

222‧‧‧第一電容

3‧‧‧增益提升模組

31‧‧‧第一輸出二極體

32‧‧‧第二輸出二極體

33‧‧‧第三輸出二極體

34‧‧‧第一輸出電容

35‧‧‧第一二次側電感

36‧‧‧第二二次側電感

37‧‧‧第二輸出電容

38‧‧‧第三輸出電容

39‧‧‧輸出電阻

41‧‧‧第二電容

42‧‧‧第二二極體

43‧‧‧第三電容

44‧‧‧第三二極體

45‧‧‧第四電容

46‧‧‧第四二極體

51‧‧‧第三二極體

52‧‧‧第三電容

53‧‧‧第四電容

54‧‧‧第四二極體

55‧‧‧第五電容

56‧‧‧第五二極體

60‧‧‧外部電源

6‧‧‧第一轉換器

7‧‧‧第二轉換器

D1‧‧‧輸出二極體

D2‧‧‧輸出二極體

i1‧‧‧第一迴路

i2‧‧‧第二迴路

i3‧‧‧第三迴路

Iin‧‧‧輸入電流

L1‧‧‧電感

L2‧‧‧電感

Lm1‧‧‧第一激磁電感

Lm2‧‧‧第二激磁電感

Lk1‧‧‧第一漏電感

Lk2‧‧‧第二漏電感

S1‧‧‧開關

S2‧‧‧開關

Vo‧‧‧直流輸出電壓

Vo1‧‧‧直流輸出電壓

Vin‧‧‧直流輸入電壓

Vin1‧‧‧輸入電壓

V1‧‧‧第一電壓

V2‧‧‧第二電壓

V3‧‧‧第三電壓

V4‧‧‧第四電壓

V5‧‧‧升壓電壓

V6‧‧‧第六電壓

V7‧‧‧第七電壓

Vgs1‧‧‧第一控制信號

Vgs2‧‧‧第二控制信號

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一電路圖，說明習知的交錯式升壓型轉換器；圖2是一電路圖，說明本發明電源轉換器的一第一實施例；圖3是一時序圖，說明該第一實施例；圖4是一電路圖，說明該第一實施例操作於模式一；圖5是一電路圖，說明該第一實施例操作於模式二；圖6是一電路圖，說明該第一實施例操作於模式三；圖7是一電路圖，說明該第一實施例操作於模式四；圖8是一電路圖，說明該第一實施例操作於模式五；圖9是一電路圖，說明該第一實施例操作於模式六；圖10是一模擬示意圖，說明該第一實施例的一電壓轉換增益對一導通比的變化；圖11是一波形圖，說明該第一實施例的第一及第二控制訊號、一直流輸入電壓和一直流輸出電壓；圖12是一波形圖，說明該第一實施例中流經第一及第二電容和第一至第三輸出電容的電流；圖13是一波形圖，說明該第一實施例的該等第一及第二控制訊號和第一及第二開關的個別跨壓； 圖14是一電路圖，說明本發明電源轉換器的一第二實施例圖的一第一升壓電路；圖15是一電路圖，說明本發明電源轉換器的一第三實施例的第一和第二升壓電路；及圖16是一電路圖，說明本發明電源轉換器的一第四實施例的第一和第二升壓電路。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

<第一實施例>

參閱圖2，本發明電源轉換器之第一實施例包含一降低電流漣波模組1、一升壓模組2，及一增益提升模組3。

該降低電流漣波模組1適於電連接一供應一直流輸入電壓Vin之直流電壓源10，以接收來自該直流電壓源10的該直流輸入電壓Vin，並據以產生一第一電壓V1及一第二電壓V2。

該降低電流漣波模組1包括一第一一次側電感11、一第一激磁電感Lm1、一第一漏電感Lk1、一第一開關12、一第二一次側電感13、一第二激磁電感Lm2、一第二漏電感Lk2，及一第二開關14。

該第一一次側電感11具有一電連接該直流電壓源10以接收該直流輸入電壓Vin的第一端，及一第二端。該第一激磁電感Lm1並聯連接該第一一次側電感11。該第 一漏電感Lk1具有一電連接該第一一次側電感11之該第二端的第一端，及一輸出該第一電壓V1的第二端。該第一開關12電連接於該第一漏電感Lk1之該第二端與地之間，並具有一用以接收一第一控制信號Vgs1的控制端，以致該第一開關12根據該第一控制信號Vgs1而導通或不導通。該第二一次側電感13具有一電連接該直流電壓源10以接收該直流輸入電壓Vin的第一端，及一第二端。該第二激磁電感Lm2並聯連接該第二一次側電感13。該第二漏電感Lk2具有一電連接該第二一次側電感13之該第二端的第一端，及一輸出該第二電壓V2的第二端。該第二開關14電連接於該第二漏電感Lk2之該第二端與地之間，並具有一用以接收一第二控制信號Vgs2的控制端，以致該第二開關14根據該第二控制信號Vgs2而導通或不導通。在該第一實施例中，該等第一和第二開關12、14中的每一者是一N型金氧半場效電晶體，但不限於此。

該升壓模組2包括一第一升壓電路21，及一第二升壓電路22。該第一升壓電路21具有分別電連接該降低電流漣波模組1以分別接收來自該降低電流漣波模組1的該等第一及第二電壓V1、V2的一第一端與一第二端、一第三端，及一第四端。該第一升壓電路21根據該等第一及第二電壓V1、V2，在該等第三及第四端分別輸出一第三電壓V3及一第四電壓V4。該第一升壓電路21包括一第一升壓單元211，該第一升壓單元211包括一第二電容41，及一第二二極體42。該第二電容41具有一電連接該第一升壓電 路21之該第一端的第一端，及一電連接該第一升壓電路21之該第四端的第二端。該第二二極體42具有一電連接該第一升壓電路21之該等第二及第三端的陽極，及一電連接該第一升壓電路21之該第四端的陰極。

該第二升壓電路22電連接該第一升壓電路21之該等第三及第四端以分別接收該等第三及第四電壓V3、V4，並根據該等第三及第四電壓V3、V4產生一升壓電壓V5，且該第二升壓電路22包括一第一二極體221、一第一電容222。該第一二極體221具有一電連接該第一升壓電路之該第四端的陽極，及一陰極。該第一電容222具有一電連接於該第一二極體221之該陰極的第一端，及一電連接該第一升壓電路21的該第三端的第二端，且該第一電容222之該第一端輸出該升壓電壓V5。

該增益提升模組3電連接該升壓模組2的該第二升壓電路22以接收來自該第二升壓電路22之該升壓電壓V5，並根據該升壓電壓V5產生一直流輸出電壓Vo。該增益提升模組3包括一第一輸出二極體31、一第二輸出二極體32、一第三輸出二極體33、一第一輸出電容34、一第一二次側電感35、一第二二次側電感36、一第二輸出電容37、一第三輸出電容38，及一輸出電阻39。

該第一輸出二極體31具有一電連接該第二升壓電路22之該第一二極體221之該陰極且接收該升壓電壓V5的陽極，及一陰極。該第二輸出二極體32具有一電連接該第一輸出二極體31之該陰極的陽極，及一陰極。該第 三輸出二極體33具有一電連接該第二輸出二極體32之該陰極的陽極，及一陰極。該第一輸出電容34具有一電連接該第三輸出二極體33之該陰極的第一端，及一第二端。該第一二次側電感35和該第二二次側電感36串聯連接，且該第一二次側電感35電連接該第一輸出電容34之該第二端，該第二二次側電感36電連接該第二輸出二極體32之該陰極。該第二輸出電容37電連接於該第一輸出電容34之該第二端與該第一輸出二極體31之該陰極之間。該第三輸出電容38電連接於該第一輸出二極體31之該陰極與地之間。該輸出電阻39電連接於該第三輸出二極體33之該陰極與地之間，該輸出電阻39的跨壓作為該直流輸出電壓Vo。

在該第一實施例中，該第一一次側電感11、該第一二次側電感35組合成一第一耦合電感，而該第一耦合電感、該第一激磁電感Lm1和該第一漏電感Lk1組合成一第一變壓器，且該第一一次側電感11和該第一二次側電感35的匝數比大小為1。該第二一次側電感13、該第二二次側電感36組合成一第二耦合電感，且該第二耦合電感、該第二激磁電感Lm2和該第二漏電感Lk2組合成一第二變壓器，且該第二一次側電感13和該第二二次側電感36的匝數比大小為1。

參閱圖3，參數Iin表示該直流電壓源10的一輸入電流，參數iLk1和iLk2分別表示流經該第一漏電感Lk1和該第二漏電感Lk2的電流，參數i31、i221、i42、i32 和i33分別表示流經該第一輸出二極體31的電流、流經該第一二極體221的電流、流經該第二二極體42的電流、流經該第二輸出二極體32的電流、流經該第三輸出二極體33的電流。

為清楚說明本發明電源轉換器的該第一實施例之操作，將以以下6個模式加以詳細說明，且為了方便說明，在圖4至圖9中，導通的元件以實線畫出，非導通的元件以虛線畫出。

模式一(t0~t1)：參閱圖3和圖4，該直流輸入電壓Vin提供能量，使得該輸入電流Iin呈線性上升，且該等第一和第二開關12、14分別受該等第一和第二控制信號Vgs1、Vgs2控制而導通，以致該等第一及第二二極體221、42和該等第一至第三輸出二極體31~33呈現逆向偏壓而不導通。因此，在該模式一下，流經該等第一和第二漏電感Lk1、Lk2的該等電流iLk1、iLk2分別對該等第一和第二漏電感Lk1、Lk2進行充電，且當該第二開關14受該第二控制信號Vgs2控制而不導通時，進入到模式二。

模式二(t1~t2)：參閱圖3和圖5，該第二開關14已切換為不導通，且該第一開關12持續導通。此時，該第二二極體42、該等第一和第三輸出二極體31、33由逆向偏壓轉換成順向偏壓而導通，且該電流iLk2流經該第二漏電感Lk2後分流成一第一電流i1和一第二電流i2，該第一電流i1經由該 第二二極體42、該第二電容41和該第一開關12流至地，並對該第二電容41進行充電。而該第二電流i2經由該第一電容222、該第一輸出二極體31和該第三輸出電容38流至地。該第二電流i2對該第一電容222進行放電，並對該第三輸出電容38進行充電，因此流經該第二漏電感Lk2的該電流iLk2會呈線性下降。

同時，該第二激磁電感Lm2的能量也會藉由耦合的方式傳送至該第二二次側電感36，以致一第三電流i3由該第二二次側電感36流經該第三輸出二極體33及該第一輸出電容34，並對該第一輸出電容34進行充電。當儲存於該第二漏電感Lk2的能量完全釋放完畢時，進入模式三。

模式三(t2~t3)：參閱圖3和圖6，該第二開關14持續不導通，且該第一開關12持續導通。該第二漏電感Lk2的能量完全釋放完畢，因此該第一輸出二極體31和該第二二極體42由順向偏壓轉換為逆向偏壓而不導通。此時，該第二激磁電感Lm2的能量持續耦合至該第二二次側電感36，且該第三電流i3持續對該第一輸出電容34進行充電。當該第二開關14受該第二控制訊號Vgs2控制而導通時，進入模式四。

模式四(t3~t4)：參閱圖3和圖7，該第二開關14切換為導通，且該第一開關12持續導通。此時的操作模式同模式一，故 不再贅述。當該第一開關12受該第一控制信號Vgs1控制而不導通時，進入模式五。

模式五(t4~t5)：參閱圖3和圖8，該第一開關12已切換為不導通，且該第二開關14持續導通。此時，該第一二極體221和該第二輸出二極體32由逆向偏壓轉換成順向偏壓而導通，因此流經該第一漏電感Lk1的該電流iLk1會經由該第二電容41、該第一二極體221、該第一電容222和該第二開關14流至地，並對該第一電容222進行充電，同時該第二電容41經由該第一二極體221釋放能量至該第一電容222。

此外，儲存於該第一激磁電感Lm1的能量則藉由耦合的方式傳送至該第一二次側電感35，並對該第二輸出電容37進行充電。當該第一漏電感Lk1的能量完全釋放完畢，且該第一二極體221由順向偏壓轉變為逆向偏壓而不導通時，進入模式六。

模式六(t5~t6)：參閱圖3和圖9，該第一開關12持續不導通，且該第二開關14持續導通。該第一二極體221不導通，此時該第一激磁電感Lm1的能量持續耦合至該第一二次側電感35，並經由該第二輸出二極體32對該第二輸出電容37進行充電。當該第一開關12受該第一控制信號Vgs1控制而導通時，回到模式一重新開始新的一個週期。

值得注意的是，因為在高功率應用時該輸入電 流Iin容易有較大的波幅，因此若使該第一一次側電感11和該第二一次側電感13分別接收該輸入電流Iin之一平均電流Iavg的一半(即，Iavg/2)，且該等第一和第二開關12、14進行交錯式操作(即，在模式二、三時，該第一開關12導通，且該第二開關14不導通，在模式五、六時，該第一開關12不導通，且該第二開關14導通)，將可使該輸入電流Iin在該第一一次側電感11和該第二一次側電感13所產生的電流漣波相互抵銷，進而降低該輸入電流Iin所產生的電流漣波大小。

以下更將本發明電源轉換器的該第一實施例操作在上述模式時，對該直流輸出電壓Vo加以分析推導，且為了簡化分析，忽略該等第一和第二開關12、14、該等第一和第二二極體221、42，及該等第一至第三輸出二極體31~33的導通壓降，及時間極短的暫態特性，同時也忽略該等第一和第二漏電感Lk1、Lk2，並定義該等第一至第三輸出電容34、37、38的電容值夠大且足以使該等第一至第三輸出電容34、37、38的跨壓可視為一常數。藉此，可推導出下述公式(2)、(3)、(4)、(5)所示：

其中，參數V₄₁、V₂₂₂、V₃₈分別為該第二電容 41、該第一電容222及該第三輸出電容38的跨壓，參數V₃₄、V₃₇分別為該等第一和第二輸出電容34、37的跨壓，參數Vin為該直流輸入電壓，參數D為該等第一和第二開關12、14的一導通比(duty ratio)，且該導通比D的值大於0.5，參數n為該等第一和第二耦合電感的匝數比，且該等第一和第二耦合電感的匝數比相同，而參數X1為一總電容數量，該總電容數量X1等於該等第一和第二電容222、41，及該第三輸出電容38的個數總和。在該第一實施例中，該總電容數量X1如下述公式(4.1)所示：X1=n₄₁+n₂₂₂+n₃₈ 公式(4.1)

其中，參數n₄₁、n₂₂₂、n₃₈分別為該第二電容41、該第一電容222和該第三輸出電容38的個數。由於該第一實施例中，該第二電容41、該第一電容222和該第三輸出電容38的個數各為1，所以X1等於三(即，X1=1+1+1=3)。

在該第一實施例時，本發明電源轉換器的該直流輸出電壓Vo為該第三輸出電容38和該等第一和第二輸出電容34、37的該等跨壓V₃₈、V₃₄、V₃₇相加，且可由下述公式(6)獲得：

本發明電源轉換器的電壓轉換增益(conversion gain，CG)可由下述公式(7)獲得：

根據上述公式(7)可知，該電壓轉換增益CG的大小是相關於該等第一和第二耦合電感的匝數比n，及該等第一和第二開關12、14的該導通比D。因此，藉由增加該匝數比n或該導通比D即可提升本發明電源轉換器的該電壓轉換增益CG，以致本發明電源轉換器不需如習知電源轉換器只可藉由將公式(1)中的導通比d調整至極大值才可提升其電壓轉換增益M。此外，藉由調整該匝數比n或該導通比D的值來提升本發明電源轉換器的該電壓轉換增益CG使本發明電源轉換器更具有設計自由度。

舉例來說，參閱圖10，其為本發明電源轉換器的該電壓轉換增益CG對該導通比D之變化的模擬示意圖。根據公式(7)可知，當該導通比D的值為0.6，該匝數比n的值為1時，該電壓轉換增益CG的值為12.5。當該導通比D的值為0.6，該匝數比n的值為3時，該電壓轉換增益CG的值為22.5。當該導通比D的值為0.6，該匝數比n的值為5時，該電壓轉換增益CG的值為32.5。

更由以下的圖11至圖13的該第一實施例的模擬實驗圖加以驗證上述的理論分析。其中，該直流輸入電壓Vin的大小為36伏特，該直流輸出電壓Vo的大小為400伏特，最大輸出功率為400瓦特，且該等第一和第二耦合電感的匝數比n的大小為1。

依上述參數值及公式(7)可推算出該導通比D為0.55，對應圖11的模擬實驗圖確實可看出控制該等第一和第二開關12、14的該等第一和第二控制訊號Vgs1、Vgs2的該導通比D確實也約為0.55，故，可證實上述的理論分析推導出來的公式(7)所算出來的導通比D確實與模擬實驗圖相符應。

再由公式(2)至公式(5)可推算出該第二電容41的跨壓V₄₁的大小為80伏特，該第一電容222的跨壓值V₂₂₂的大小為160伏特，該第三輸出電容38的跨壓V₃₈的大小為240伏特，而該等第一和第二輸出電容34、37的該等跨壓V₃₄和V₃₇的大小為80伏特，並將該等第一和第二開關12、14、該等第一和第二二極體221、42、該等第一至第三輸出二極體31~33的導通壓降考慮在內再比對圖12，可清楚看到圖12的模擬實驗圖的該第一電容222和該等第一至第三輸出電容34、37、38的該等跨壓V₂₂₂、V₃₄、V₃₇、V₃₈的大小確實與由公式(2)至公式(5)所推算出的該等跨壓V₂₂₂、V₃₄、V₃₇、V₃₈的大小相同。

參閱圖13，為該第一實施例的該等第一及第二控制訊號Vgs1、Vgs2和該等第一和第二開關12、14的該等跨壓Vds1、Vds2的波形圖。可觀察出當該等第一和第二開關12、14不導通時，該等第一和第二開關12、14的該等跨壓Vds1、Vds2的大小約為80伏特，僅為該直流輸出電壓Vo(Vo等於400伏特)的五分之一倍，因此可證實本發明電源轉換器的該等第一和第二開關12、14具有低電壓應 力的優點。

<第二實施例>

參閱圖14，本發明電源轉換器之一第二實施例與該第一實施例的差別為該第一升壓電路21還包括N個第二升壓單元212，且該等第二升壓單元212中的每一者皆具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端，N≧1，N為正整數。

在該第二實施例中，第一個第二升壓單元212之該等第一及第二端分別電連接該第一升壓單元211之該第二二極體42之該陰極與該陽極。第i個第二升壓單元212之該等第一及第二端分別電連接第i-1個第二升壓單元212之該等第四及第三端，2≦i≦N-1，i為正整數。第N個第二升壓單元212之該等第一及第二端分別電連接第N-1個第二升壓單元212之該等第四及第三端，且該第N個第二升壓單元212之該等第三及第四端分別電連接該第一升壓電路21之該等第三及第四端。

每一個第二升壓單元212包括一第三電容43、一第三二極體44、一第四電容45，及一第四二極體46。

在第j個第二升壓單元212中，1≦j≦N，j為正整數，該第三電容43電連接於該第j個第二升壓單元212之該第二端與該第三端之間。該第三二極體44具有一電連接該第j個第二升壓單元212之該第一端的陽極，及一電連接該第j個第二升壓單元212之該第三端的陰極。該第四電容45電連接於該第三二極體44之該陽極與該第j個第二升 壓單元212之該第四端之間。該第四二極體46具有一電連接該第j個第二升壓單元212之該第三端的陽極，及一電連接該第j個第二升壓單元212之該第四端的陰極。

該第二實施例的操作程序及動作原理分別近似於該第一實施例，在此不再贅述。故，由上述的公式(4)可知該第三輸出電容38的跨壓V₃₈如下述公式(8)所示：

X2=n₄₁+N(n₄₃+n₄₅)+n₂₂₂+n₃₈ 公式(8.1)

其中，參數X2為一總電容數量，且公式(8.1)說明在該第二實施例中，該總電容數量X2等於該等第一和第二電容222、41、該N個第二升壓單元212中的該等第三和第四電容43、45，及該第三輸出電容38(見圖2)的個數總和。參數n₄₁、n₂₂₂、n₃₈分別為該第二電容41、該第一電容222(見圖2)和該第三輸出電容38的個數，參數n₄₃、n₄₅分別為該N個第二升壓單元212中的該等第三和第四電容43、45的個數。舉例來說，當N=2時，X2=1+2(1+1)+1+1=7。

所以，依據公式(6)、(8)、(8.1)，且當N=2時，可推導出該第二實施例的該直流輸出電壓Vo如下述公式(9)所示。

<第三實施例>

參閱圖15，本發明電源轉換器之一第三實施例與該第一實施例的差別為該第一升壓電路21還包括一第二升壓單元213，且該第二升壓單元213包括一第三二極體51，及一第三電容52。

該第三二極體51具有一電連接該第一升壓電路21(見圖2)之該第一端與該第二電容41之該第一端的陽極，及一電連接該第二二極體42之該陽極的陰極。該第三電容52具有一電連接該第一升壓電路21之該第二端的第一端，及一電連接該第二二極體42之該陽極的第二端。

該第三實施例的操作程序及動作原理分別近似於該第一實施例，故不再重述。故，由上述的公式(4)可知該第三輸出電容38的跨壓V₃₈如下述公式(10)：

X3=n₅₂+n₄₁+n₂₂₂+n₃₈ 公式(10.1)

其中，參數X3為一總電容數量，且公式(10.1)說明在該第三實施例中，該總電容數量X3等於該第三電容52、該等第一和第二電容222、41，及該第三輸出電容38(見圖2)的個數總和。參數n₅₂、n₄₁、n₂₂₂、n₃₈分別為該第三電容52、該第二電容41、該第一電容222和該第三輸出電容38(見圖2)的個數。由於該第三實施例的該第三電容52、該第二電容41、該第一電容222和該第三輸出電容38的個數各為1，所以X3等於四(即，X3=1+1+1+1=4)。

所以，依據公式(6)、(10)、(10.1)可推導出該第 三實施例的該直流輸出電壓Vo如下述公式(11)所示。

<第四實施例>

參閱圖16，本發明電源轉換器之一第四實施例與該第三實施例的差別為該第一升壓電路21還包括N個第三升壓單元214，且該等第三升壓單元214中的每一者皆具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端，N≧1，N為正整數。

在該第四實施例中，第一個第三升壓單元214之該等第一及第二端分別電連接該第一升壓電路21(見圖2)之該等第一及第二端。第i個第三升壓單元214之該等第一及第二端分別電連接第i-1個第三升壓單元214之該等第四及第三端，2≦i≦N-1，i為正整數。第N個第三升壓單元214之該等第一及第二端分別電連接第N-1個第三升壓單元214之該等第四及第三端，且該第N個第三升壓單元214之該等第三及第四端分別電連接該第三電容52之該第一端與該第三二極體51之該陽極。

每一個第三升壓單元214包括一第四電容53、一第四二極體54、一第五電容55，及一第五二極體56。在第j個第三升壓單元214中，1≦j≦N，j為正整數，該第四電容53電連接於該第j個第三升壓單元214的該第二端與該第三端之間。該第四二極體54具有一電連接該第j個 第三升壓單元214之該第一端的陽極，及一電連接該第j個第三升壓單元214之該第三端的陰極。該第五電容55電連接於該第四二極體54之該陽極與該第j個第三升壓單元214之該第四端之間。該第五二極體56具有一電連接該第j個第三升壓單元214之該第三端的陽極，及一電連接該第j個第三升壓單元214之該第四端的陰極。

該第四實施例的操作程序及動作原理分別近似於該第一實施例，故不再重述。故，由上述的公式(4)可知該第三輸出電容38的跨壓V₃₈如下述公式(12)所示：

X4=N(n₅₃+n₅₅)+n₅₂+n₄₁+n₂₂₂+n₃₈ 公式(12.1)

其中，參數X4為一總電容數量，且公式(12.1)說明在該第四實施例中，該總電容數量X4等於該N個第三升壓單元214中的該等第四電容53及該等第五電容55、該第三電容52、該等第一和第二電容222、41，及該第三輸出電容38(見圖2)的個數總和。參數n₅₃、n₅₅分別為該N個第三升壓單元214中的該等第四電容53及該等第五電容55的個數，參數n₅₂、n₄₁、n₂₂₂、n₃₈分別為該第三電容52、該第二電容41(見圖2)、該第一電容222和該第三輸出電容38(見圖2)的個數。舉例來說，當N=2時，X4=2(1+1)+1+1+1+1=8

所以，依據公式(6)、(12)、(12.1)，且當N=2時，可推導出該第四實施例的該直流輸出電壓Vo為如下述公式(13)所示。

綜上所述，上述實施例具有以下優點：

1.減少輸入電流Iin的電流漣波：藉由該第一一次側電感11和該第二一次側電感13分別接收該輸入電流Iin之該平均電流Iavg的一半(即，Iavg/2)，且該等第一和第二開關12、14進行交錯式操作，將可使該輸入電流Iin在該第一一次側電感11和該第二一次側電感13所產生的電流漣波相互抵銷，進而降低該輸入電流Iin所產生的電流漣波大小。

2.高電壓轉換增益：本發明利用該第一升壓電路21和該第二升壓電路22的相配合，並藉由在該第一升壓單元211和該第二升壓電路22之間串聯連接該N個第二升壓單元212(如圖14)，或是如圖16所示的藉由串聯連接該N個第三升壓單元214於該第二升壓單元213和該降低電流連波模組1之間，以使該直流輸出電壓Vo能有如公式(11)、(13)的變化，進而達到高電壓轉換增益，且不需如習知的升壓型電源轉換器需要藉由操作於極大的導通比d才能達到高電壓轉換增益。

3.高效率：如圖13所示，本發明的該等第一和第二開關12、14的電壓應力遠小於該直流輸出電壓Vo，因此該等第一和第二開關12、14分別會有較低導通電阻值，以致該等第一和第二開關12、14在導通時具有較低的導通 損失。且由圖3更可看出流經該等第一至第三輸出二極體31~33和該等第一與第二二極體221、42的電流i31、i32、i33、i221、i42在該等第一至第三輸出二極體31~33和該等第一與第二二極體221、42轉為逆向偏壓而不導通之前都已大幅下降，進而改善了習知電壓轉換器的二極體反向恢復損失，並使本發明電源轉換器具有高效率的優點，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧降低電流漣波模組

10‧‧‧直流電壓源

11‧‧‧第一一次側電感

12‧‧‧第一開關

13‧‧‧第二一次側電感

14‧‧‧第二開關

2‧‧‧升壓模組

21‧‧‧第一升壓電路

211‧‧‧第一升壓單元

22‧‧‧第二升壓電路

221‧‧‧第一二極體

222‧‧‧第一電容

3‧‧‧增益提升模組

31‧‧‧第一輸出二極體

32‧‧‧第二輸出二極體

33‧‧‧第三輸出二極體

34‧‧‧第一輸出電容

35‧‧‧第一二次側電感

36‧‧‧第二二次側電感

37‧‧‧第二輸出電容

38‧‧‧第三輸出電容

39‧‧‧輸出電阻

41‧‧‧第二電容

42‧‧‧第二二極體

Lm1‧‧‧第一激磁電感

Lm2‧‧‧第二激磁電感

Lk1‧‧‧第一漏電感

Lk2‧‧‧第二漏電感

Vo‧‧‧直流輸出電壓

Vin‧‧‧直流輸入電壓

Iin‧‧‧輸入電流

V1‧‧‧第一電壓

V2‧‧‧第二電壓

V3‧‧‧第三電壓

V4‧‧‧第四電壓

V5‧‧‧升壓電壓

Vgs1‧‧‧第一控制信號

Vgs2‧‧‧第二控制信號

Claims (9)

1. 一種電源轉換器，包含：一降低電流漣波模組，適於電連接一供應一直流輸入電壓之直流電壓源，以接收來自該直流電壓源的該直流輸入電壓，並據以產生一第一電壓及一第二電壓；一升壓模組，包括一第一升壓電路，具有分別電連接該降低電流漣波模組以分別接收來自該降低電流漣波模組的該等第一及第二電壓的一第一端與一第二端、一第三端，及一第四端，該第一升壓電路根據該等第一及第二電壓，在該等第三及第四端分別輸出一第三電壓及一第四電壓，其中，該第一升壓電路包括一第一升壓單元，且該第一升壓單元包括一第二電容，具有一電連接該第一升壓電路之該第一端的第一端，及一電連接該第一升壓電路之該第四端的第二端，及一第二二極體，具有一電連接該第一升壓電路之該等第二及第三端的陽極，及一電連接該第一升壓電路之該第四端的陰極，及一第二升壓電路，電連接該第一升壓電路之該等第三及第四端以分別接收該等第三及第四電壓，並根據該等第三及第四電壓產生一升壓電壓，且該第二升壓電路包括一第一二極體，具有一電連接該第一升壓 電路之該第四端的陽極，及一陰極，及一第一電容，具有一電連接於該第一二極體之該陰極的第一端，及一電連接該第一升壓電路的該第三端的第二端，且該第一電容之該第一端輸出該升壓電壓；及一增益提升模組，電連接該升壓模組的該第二升壓電路以接收來自該第二升壓電路之該升壓電壓，並根據該升壓電壓產生一直流輸出電壓，且該增益提升模組包括一第一輸出二極體，具有一電連接該第二升壓電路之該第一二極體之該陰極且接收該升壓電壓的陽極，及一陰極，一第二輸出二極體，具有一電連接該第一輸出二極體之該陰極的陽極，及一陰極，一第三輸出二極體，具有一電連接該第二輸出二極體之該陰極的陽極，及一陰極，一第一輸出電容，具有一電連接該第三輸出二極體之該陰極的第一端，及一第二端，串聯連接的一第一二次側電感與一第二二次側電感，該第一二次側電感電連接該第一輸出電容之該第二端，該第二二次側電感電連接該第二輸出二極體之該陰極，一第二輸出電容，電連接於該第一輸出電容之該第二端與該第一輸出二極體之該陰極之間， 一第三輸出電容，電連接於該第一輸出二極體之該陰極與地之間，及一輸出電阻，電連接於該第三輸出二極體之該陰極與地之間，該輸出電阻的跨壓作為該直流輸出電壓。
2. 如請求項1所述的電源轉換器，其中，該降低電流漣波模組包括：一第一一次側電感，具有一電連接該直流電壓源以接收該直流輸入電壓的第一端，及一第二端；一第一激磁電感，並聯連接該第一一次側電感；一第一漏電感，具有一電連接該第一一次側電感之該第二端的第一端，及一輸出該第一電壓的第二端；一第一開關，電連接於該第一漏電感之該第二端與地之間，並具有一用以接收一第一控制信號的控制端，以致該第一開關根據該第一控制信號而導通或不導通；一第二一次側電感，具有一電連接該直流電壓源以接收該直流輸入電壓的第一端，及一第二端；一第二激磁電感，並聯連接該第二一次側電感；一第二漏電感，具有一電連接該第二一次側電感之該第二端的第一端，及一輸出該第二電壓的第二端；及一第二開關，電連接於該第二漏電感之該第二端與地之間，並具有一用以接收一第二控制信號的控制端，以致該第二開關根據該第二控制信號而導通或不導通。
3. 如請求項1所述的電源轉換器，其中，該第一升壓電路 還包括N個第二升壓單元，且該等第二升壓單元中的每一者具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端，N≧1，N為正整數；其中，第一個第二升壓單元之該等第一及第二端分別電連接該第一升壓單元之該第二二極體之該陰極與該陽極；其中，第i個第二升壓單元之該等第一及第二端分別電連接第i-1個第二升壓單元之該等第四及第三端，2≦i≦N-1，i為正整數；及其中，第N個第二升壓單元之該等第一及第二端分別電連接第N-1個第二升壓單元之該等第四及第三端，且該第N個第二升壓單元之該等第三及第四端分別電連接該第一升壓電路之該等第三及第四端。
4. 如請求項3所述的電源轉換器，其中，第j個第二升壓單元，1≦j≦N，j為正整數，每一第j個第二升壓單元包括：一第三電容，電連接於該第j個第二升壓單元之該第二端與該第三端之間；一第三二極體，具有一電連接該第j個第二升壓單元之該第一端的陽極，及一電連接該第j個第二升壓單元之該第三端的陰極；一第四電容，電連接於該第三二極體之該陽極與該第j個第二升壓單元之該第四端之間；及一第四二極體，具有一電連接該第j個第二升壓單 元之該第三端的陽極，及一電連接該第j個第二升壓單元之該第四端的陰極。
5. 如請求項1所述的電源轉換器，其中，該第一升壓電路還包括一第二升壓單元，且該第二升壓單元包括：一第三二極體，具有一電連接該第一升壓電路之該第一端與該第二電容之該第一端的陽極，及一電連接該第二二極體之該陽極的陰極；及一第三電容，具有一電連接該第一升壓電路之該第二端的第一端，及一電連接該第二二極體之該陽極的第二端。
6. 如請求項5所述的電源轉換器，其中，該第一升壓電路還包括N個第三升壓單元，且該等第三升壓單元中的每一者具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端，N≧1，N為正整數；其中，第一個第三升壓單元之該等第一及第二端分別電連接該第一升壓電路之該等第一及第二端；其中，第i個第三升壓單元之該等第一及第二端分別電連接第i-1個第三升壓單元之該等第四及第三端，2≦i≦N-1，i為正整數；及其中，第N個第三升壓單元之該等第一及第二端分別電連接第N-1個第三升壓單元之該等第四及第三端，且該第N個第三升壓單元之該等第三及第四端分別電連接該第三電容之該第一端與該第三二極體之該陽極。
7. 如請求項6所述的電源轉換器，其中，第j個第三升壓 單元，1≦j≦N，j為正整數，每一第j個第三升壓單元包括：一第四電容，電連接於該第j個第三升壓單元的該第二端與該第三端之間；一第四二極體，具有一電連接該第j個第三升壓單元之該第一端的陽極，及一電連接該第j個第三升壓單元之該第三端的陰極；一第五電容，電連接於該第四二極體之該陽極與該第j個第三升壓單元之該第四端之間；及一第五二極體，具有一電連接該第j個第三升壓單元之該第三端的陽極，及一電連接該第j個第三升壓單元之該第四端的陰極。
8. 如請求項2所述的電源轉換器，其中，該第一一次側電感和該第一二次側電感組合成一第一耦合電感，該第二一次側電感和該第二二次側電感組合成一第二耦合電感。
9. 如請求項2所述的電源轉換器，其中，該第一開關和該第二開關中的每一者是一N型金氧半場效電晶體。