返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置及其轉(zhuǎn)換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是與電源轉(zhuǎn)換有關(guān)；特別是指一種返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置及其轉(zhuǎn)換方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 返馳式電能傳輸系統(tǒng)與一般接觸型電能傳輸系統(tǒng)最大的不同，在于返馳式電能傳 輸系統(tǒng)不須經(jīng)由電力線直接傳輸能量，而是利用一返馳式變壓器電磁耦合而將能量由一次 側(cè)傳遞至二次側(cè)電路，然而返馳式變壓器因其先天耦合不良因素，使得電力轉(zhuǎn)換效率較低。 因此，傳統(tǒng)返馳式電能傳輸系統(tǒng)常利用共振式阻抗匹配方式，來提升電源轉(zhuǎn)換效率，但是利 用阻抗匹配電路方式實(shí)現(xiàn)的電路，甚易受返馳式變壓器耦合系數(shù)參數(shù)影響，而達(dá)不到預(yù)期 效果，造成電源轉(zhuǎn)換效率低落。
[0003] 此外，由于電能傳輸系統(tǒng)的輸出電壓需大于負(fù)載電壓，才能夠克服輸出端的電位 而將能量傳送至負(fù)載，因此返馳式電能傳輸電路中，往往需要較大匝數(shù)比的變壓器才能夠 將電壓提升至所需電壓，如此一來，而返馳式變壓器的銅損隨著線圈匝數(shù)增加而增加，以致 電源轉(zhuǎn)換效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的用于提供一種返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置及其轉(zhuǎn)換方法，可 以提供負(fù)電位以補(bǔ)償負(fù)載電壓的阻障，進(jìn)而可降低變壓器的線圈匝數(shù)比，以降低銅損提升 電源轉(zhuǎn)換效率，使得變壓器一次側(cè)能量能夠更平順更有效率的傳送至負(fù)載，進(jìn)一步增進(jìn)電 源轉(zhuǎn)換效率。
[0005] 緣以達(dá)成上述目的，本發(fā)明所提供返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置用以將交流電源的電能 轉(zhuǎn)換后，輸出供予一負(fù)載；該返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置包含有一整流電路、一電子開關(guān)、一返 馳式（Flyback)變壓器以及一自動(dòng)電荷抽放（auto charge pump)電路。其中，該整流電 路與該交流電源連接，且用以接收該交流電源的電能后轉(zhuǎn)換成直流電輸出。該電子開關(guān)與 該整流電路電性連接。該返馳式變壓器具有一一次側(cè)以及一二次側(cè)，且該一次側(cè)兩端分別 電性連接該整流電路以及該電子開關(guān)，而該二次側(cè)具有一第一端以及一第二端。該自動(dòng)電 荷抽放（auto charge pump)電路，其一側(cè)電性連接該返馳式變壓器，另一側(cè)電性連接該負(fù) 載；該自動(dòng)電荷抽放電路包含有一第一二極管，其正極連接該第二側(cè)的第二端，其負(fù)極電性 連接該第二側(cè)的第一端；一第一電容，其一端連接該第一二極管的負(fù)極；一電感，其一端連 接該第一電容的另一端，而另外一端則電性連接該第一二極管的負(fù)極；一第二電容，并聯(lián)連 接該負(fù)載，且其一端連接該第一電容與該電感，而另一端連接該第一二極管的正極與該第 二側(cè)的第二端。
[0006] 依據(jù)上述構(gòu)思，該返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置的電源轉(zhuǎn)換方法，包含有下列步驟：
[0007] A.導(dǎo)通該電子開關(guān)，使該整流電路輸出的直流電對(duì)該返馳式變壓器的一次側(cè)充 電，而該電感、該第一電容與該第二電容對(duì)該負(fù)載釋能；
[0008] B.斷開該電子開關(guān)以阻斷該整流電路輸出的直流電，使該返馳式變壓器的二次側(cè) 對(duì)該電感、該第一電容與該第二電容充電，并使該第二電容持續(xù)對(duì)該負(fù)載釋能；
[0009] C.該返馳式變壓器停止釋能，以使該電感的儲(chǔ)能對(duì)該第一電容充能，而使該第一 電容的跨壓極性反轉(zhuǎn)，且該第二電容對(duì)該負(fù)載釋能；
[0010] D.導(dǎo)通該第一二極管，使該第一電容與該電感產(chǎn)生與前一步驟反向的電壓，并對(duì) 該第二電容充電，使該第二電容持續(xù)對(duì)該負(fù)載釋能。
[0011] 由此，通過上述的設(shè)計(jì)，便可以在電源轉(zhuǎn)換時(shí)，提供負(fù)電位以補(bǔ)償負(fù)載電壓的阻 障，進(jìn)而可降低該返馳式變壓器的線圈匝數(shù)比，以降低銅損提升電源轉(zhuǎn)換效率，使得該返馳 式變壓器一次側(cè)能量能夠更平順更有效率的傳送至負(fù)載，進(jìn)一步增進(jìn)電源轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0012] 為能更清楚地說明本發(fā)明，以下結(jié)合較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后，其 中：
[0013] 圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置的電路圖；
[0014] 圖2至圖5為各步驟的等效電路圖；
[0015] 圖6為第一電容的電壓波型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 請(qǐng)參圖1所示，本發(fā)明一較佳實(shí)施例的返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置用以將一交流電源 100的電能轉(zhuǎn)換后，輸出供予一負(fù)載200。該返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置包含有一整流電路R、一 電子開關(guān)SW、一返馳式（Flyback)變壓器10以及一自動(dòng)電荷抽放（auto charge pump)電 路20。其中：
[0017] 該整流電路R與該交流電源100連接，且于本實(shí)施例中為一橋式整流器，用以接收 該交流電源100的電能后，轉(zhuǎn)換成直流電輸出。當(dāng)然，在實(shí)際實(shí)施上，除使用橋式整流器之 外，亦可使用中間抽頭式、真空管式、或是其它架構(gòu)的整流器來達(dá)到相同的目的。
[0018] 該電子開關(guān)SW與該整流電路R電性連接，用以受控制地導(dǎo)通或阻斷該整流電路R 輸出的直流電。
[0019] 該返馳式變壓器10具有一一次側(cè)11以及一二次側(cè)12。該一次側(cè)11兩端分別電 性連接該整流電路R以及該電子開關(guān)SW，而該二次側(cè)12具有一第一端121以及一第二端 122。
[0020] 該自動(dòng)電荷抽放電路20其一側(cè)電性連接該返馳式變壓器10,另一側(cè)電性連接該 負(fù)載200。該自動(dòng)電荷抽放電路20包含有三個(gè)二極管（第一二極管D1、第二二極管D2以 及第三二極管D3)、兩個(gè)電容（第一電容C1與一第二電容C2)以及一個(gè)電感L。所述元件 的連接關(guān)系如下所述：
[0021] 該第二二極管D2的正極連接該返馳式變壓器10第二側(cè)12的第一端121。
[0022] 該第一二極管D1的正極連接該第二側(cè)12的第二端122,其負(fù)極連接該第二二極管 D2的負(fù)極，而通過該第二二極管D2電性連接至該第二側(cè)12的第一端121。
[0023] 該第一電容C1 一端連接至該第一二極管D1的負(fù)極、以及第二二極管D2的負(fù)極。
[0024] 該第三二極管D3的正極連接至該第一電容C1、第一二極管D1的負(fù)極以及第二二 極管D2的負(fù)極。
[0025] 該電感L的一端連接該第一電容Cl的另一端，另外一端則連接該第三二極管D2 的負(fù)極，而通過該第三二極管D3電性連接至該第一二極管D1的負(fù)極。
[0026] 該第二電容C2為非電解電容并聯(lián)連接該負(fù)載200,且其一端連接該第一電容C1與 該電感L，而另一端連接該第一二極管D1的正極與該第二側(cè)12的第二端122。
[0027] 于本實(shí)施例中，所述電容C1-C2、該電感L、輸入電壓、輸出電壓、該電子開關(guān)SW的 切換頻率、以及該負(fù)載200的規(guī)格如下表所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置，用w將交流電源的電能轉(zhuǎn)換后，輸出供予一負(fù)載；該 返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置包含有： 一整流電路，與該交流電源連接，且用W接收該交流電源的電能后轉(zhuǎn)換成直流電輸 出； 一電子開關(guān)，與該整流電路電性連接； 一返馳式變壓器，具有一一次側(cè)W及一二次側(cè)，且該一次側(cè)兩端分別電性連接該整流 電路W及該電子開關(guān)，而該二次側(cè)具有一第一端W及一第二端；W及 一自動(dòng)電荷抽放電路，其一側(cè)電性連接該返馳式變壓器，另一側(cè)電性連接該負(fù)載；該自 動(dòng)電荷抽放電路包含有： 一第一二極管，其正極連接該第二側(cè)的第二端，其負(fù)極電性連接該第二側(cè)的第一端； 一第一電容，其一端連接該第一二極管的負(fù)極； 一電感，其一端連接該第一電容的另一端，而另外一端則電性連接該第一二極管的負(fù) 極； 一第二電容，并聯(lián)連接該負(fù)載，且其一端連接該第一電容與該電感，而另一端連接該第 一二極管的正極與該第二側(cè)的第二端。
2. 如權(quán)利要求1所述的返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置，其中該自動(dòng)電荷抽放電路還包含有一 第二二極管，一端連接該返馳式變壓器第二側(cè)的第一端，另一端連接該第一二極管的負(fù)極， 而使該第一二極管通過該第二二極管電性連接至該返馳式變壓器第二側(cè)的第一端。
3. 如權(quán)利要求2所述的返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置，其中該第二二極管的正極連接該返馳 式變壓器第二側(cè)的第一端，而負(fù)極則連接該第一二極管的負(fù)極。
4. 如權(quán)利要求1所述的返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置，其中該自動(dòng)電荷抽放電路還包含有一 第H二極管，一端連接該第一二極管的負(fù)極，另一端連接該電感，而使該電感通過該第H二 極管電性連接至該第一二極管的負(fù)極。
5. 如權(quán)利要求4所述的返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置，其中該第H二極管的正極連接該第 一二極管的負(fù)極，而其負(fù)極連接該電感。
6. -種如權(quán)利要求1所述的返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置的電源轉(zhuǎn)換方法，包含有下列步 驟： A. 導(dǎo)通該電子開關(guān)，使該整流電路輸出的直流電對(duì)該返馳式變壓器的一次側(cè)充電，而 該電感、該第一電容與該第二電容對(duì)該負(fù)載釋能； B. 斷開該電子開關(guān)W阻斷該整流電路輸出的直流電，使該返馳式變壓器的二次側(cè)對(duì)該 電感、該第一電容與該第二電容充電，并使該第二電容持續(xù)對(duì)該負(fù)載釋能； C. 該返馳式變壓器停止釋能，W使該電感的儲(chǔ)能對(duì)該第一電容充能，而使該第一電容 的跨壓極性反轉(zhuǎn)，且該第二電容對(duì)該負(fù)載釋能； D. 導(dǎo)通該第一二極管，使該第一電容與該電感產(chǎn)生與前一步驟反向的電壓，并對(duì)該第 二電容充電，使該第二電容持續(xù)對(duì)該負(fù)載釋能。
7. 如權(quán)利要求6所述的電源轉(zhuǎn)換方法，其中，于步驟D后，還包含有一步驟，是重復(fù)執(zhí)行 步驟A至步驟D。
8. 如權(quán)利要求6所述的電源轉(zhuǎn)換方法，其中，于步驟B中，該返馳式變壓器的二次側(cè)通 過該第一電容與該電感形成的共振電路，將其儲(chǔ)能傳導(dǎo)至該第二電容。
9.如權(quán)利要求8所述的電源轉(zhuǎn)換方法，其中，于步驟C中，該第一電容與該電感形成的 共振電路后，該電感的儲(chǔ)能對(duì)該第一電容充能，而使該第一電容的跨壓極性反轉(zhuǎn)，且當(dāng)該電 感的跨壓大于該第二電容的跨壓時(shí)，該第一二極管導(dǎo)通，而進(jìn)入步驟D。
【專利摘要】一種返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置包含有一整流電路、一電子開關(guān)、一返馳式變壓器以及一自動(dòng)電荷抽放(auto charge pump)電路；其中，該返馳式變壓器具有一一次側(cè)以及一二次側(cè)，且該第一次側(cè)與該整流電路與該電子開關(guān)電性連接；該自動(dòng)電荷抽放電路一側(cè)電性連接該返馳式變壓器的二次測(cè)，另一側(cè)電性連接該負(fù)載，用以增進(jìn)電源轉(zhuǎn)換效率，并可抑制輸出電壓漣波。另外，本發(fā)明還揭示有該返馳式交直流轉(zhuǎn)換裝置的電源轉(zhuǎn)換方法。
【IPC分類】H02M3-28, H02M7-12
【公開號(hào)】CN104682733
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310616349
【發(fā)明人】潘晴財(cái), 陳伯彥, 洪大勝
【申請(qǐng)人】東林科技股份有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月27日
【公告號(hào)】WO2015078095A1