专利名称：均流式电源供应器的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于一种电源供应装置，尤指一种具有均流功能的电源供应装置。
背景技术：
直流对直流转换器(DC/DC Converter)，顾名思义是将输入的直流电源做电压电
位的调节，其调节方式包括升压及降压，并使调整过的电压稳定在所设定的电压数值。直流
对直流转换器主要使用在分布式的电源系统，如此可将前一级的电源固定于一电压电位，
而该第二级可依系统中个别的电源需求连接对应的直流对直流转换器。 直流对直流转换器可分为脉波宽度调变(Pulse Width Modulation, P丽)电力转
换器与谐振式电力转换器。由于脉波宽度调变电力转换器的开关切换属于硬性切换，导致
严重的切换损失，使得电力转换效率无法提升。因此业界发展出谐振式电力转换器，利用谐
振电路本身具有柔性切换(soft switching)的特性，降低开关切换损失，提升转换器整体效率。 由于谐振电路(Resonant Converter)在谐振状态下，电压或电流会有零点发 生，若开关组件于零电压或零电流时打开(on)或关掉(off)，能减少大电压大电流所造 成的开关组件功率损耗，此即所谓的零电压(zero-voltage switching, ZVS)与零电流 (zero-current switching, ZCS)切换的特性。因此在高效率、高功率的电源电路均会考 虑采用谐振电路架构，并使其工作于谐振状态下，以减少开关组件的切换损失，提高整体效 率。 配合参阅图l，为现有的LLC谐振电路的电路架构。其电路组成包含一直流电源 100、一方波产生电路102、一谐振电路104、一转换电路106，以及一整流电路108与一滤波 电路110。 该方波产生电路102由两个半导体组件QT、 QB所组成，借由一控制器120改变该 二半导体组件QT、QB的导通状态，使该方波产生电路102能切换出两种不同的电压电位。该 谐振电路104主要由一谐振电容器Cr及两变压器Ta、 Tb的一次侧绕组nl所组成，该谐振 电容器Cr主要用以滤除该方波产生电路102所输出脉波直流的直流成份并参与谐振。该 些变压器Ta、Tb的一次侧绕组nl用以将电能转为磁能，并传递所转换的磁能到该些变压器 Ta、Tb的二次侧绕组n2。 该整流电路108包含四个整流二极管Dl、 D2、 D3、 D4，该整流电路108利用二极管 本身具有单向导通的特性，将由该些变压器Ta、 Tb二次侧绕组n2输出的交流电压进行整 流，以输出一脉波直流(pulsating DC)至后端的滤波电路110。该滤波电路110包含一滤 波电容器Cout，该滤波电容器Cout是利用电容器本身充放电的特性，降低输出直流电压的 电压涟波。 其主要操作方式说明如下当该直流电源100输入至该方波产生电路102，可于A 点输出以形成一脉波直流。接着，该脉波直流经由该谐振电路104的该谐振电容器Cr将该 脉波直流的直流成份滤除，并对剩余的交流成份进行谐振的动作。经过谐振后的交流电压会由该转换电路106的二次侧绕组n2输出，再经由该整流电路108整流与该滤波电路110 滤除电压涟波后，于一输出端Vout输出一经整流及滤波处理后的直流电压供后端电路使 用。 由于谐振电路是利用变压器的自感(包括漏感及激磁电感)做为谐振电路中主要 的储能组件，当高功率应用需要采用并联或串联谐振电路时，多个变压器的绕组接法便成 为非常重要的工作。当使用多个变压器时，容易因不同变压器之间磁通耦合不同，而导致不 稳定的电压、电流输出，造成后端电路损坏率的提高。 另外，位于二次侧绕组n2后端的整流电路为因应绕组接法而需要使用较多整流 二极管时，则组件的功率损耗易相对提升，导致整体电路效率下降。
实用新型内容鉴于现有技术所述，本实用新型在于提供一种均流式电源供应装置，该电源供应
装置包含一方波产生电路、一谐振电路、一转换电路、一整流电路以及一滤波电路。 为了实现上述目的，本实用新型提供一种均流式电源供应装置，其特征在于，包 含 —转换电路，包含两组变压器，且各该变压器具有一一次侧绕组与至少一二次侧 绕组，其中该些二次侧绕组为串联连接； —方波产生电路，电连接至一直流电源，用以将输入的直流电压切换为一脉波直 流； —谐振电路，电连接至该方波产生电路且包含一第一电容器以及该变压器的一次 侧绕组；以及 —整流电路，包含至少两个开关组件，电连接至该变压器的二次侧绕组，用以将由 该二次侧绕组输出的交流电压整流成一整流电压，并经由至少一输出端输出至后端电路。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，还包含一滤波电路，该滤波电路电连接 至该整流电路且包含至少一第二电容器，其中该第二电容器为滤波电容器，用以降低输出 电压的电压涟波。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路的该些开关组件为整流二 极管。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路为使用金属氧化物半导体 场效应晶体管作为开关组件的同步整流电路。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，还包含一并联于该金属氧化场效应晶 体管漏极与源极间的一二极管。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，该转换电路的两一次侧绕组为并联连 接。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，该转换电路的两一次侧绕组为串联连 接。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为由两个半导体组件 组成的半桥电路。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为由四个半导体组件组成的全桥电路。 上述的均流式电源供应装置，其特征在于，该第一电容器为谐振电容器。 本实用新型的均流式电源供应装置将现有技术的单一大容量的储能组件改以多
个较小容量的储能组件取代，以实现小型化的电源供应装置，并可减少变压器绕组的线圈
数目及整流电路中二极管的使用数目，进而降低组件损耗以提升整体效率。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型
的限定。
图1为现有的LLC谐振电路的电路图；[0029]图2为本实用新型的均流式电源供应装置的第一实施例示意图；图3为本实用新型的均流式电源供应装置的第二实施例示意图；图4为本实用新型的均流式电源供应装置的第三实施例示意图；图5为本实用新型的均流式电源供应装置的第四实施例示意图；图6为本实用新型的均流式电源供应装置的第五实施例示意图；图7为本实用新型的均流式电源供应装置的第六实施例示意图。其中，附图标记
现有技术100直流电源Cout滤波电容器102方波产生电路Cr谐振电容104谐振电路nl一次侧绕组106转换电路n2二次侧绕组108整流电路QT、QB半导体组件110滤波电路Ta、Tb变压器120控制器Vout输出端A节点Dl D4整流二极管本实用新型200直流电源12第二电流202方波产生电路13第三电流204谐振电路14第四电流206转换电路nl一次侧绕组208整流电路nil第一一次侧绕组210滤波电路nl2第二一次侧绕组300直流电源n2次侧绕组302方波产生电路n21第一二次侧绕组304谐振电路n22第二二次侧绕组306转换电路n23第三二次侧绕组308整流电路n24第四二次侧绕组[0056]310滤波电路p、 q节点400直流电源Ql第一半导体组件402方波产生电路Q2第二半导体组件404谐振电路Q3第三半导体组件406转换电路Q4第四半导体组件408整流电路r、 s节点410滤波电路S1、S1'第一开关组件500直流电源S2、S2'第二开关组件502方波产生电路S3第三开关组件504谐振电路S4第四开关组件506转换电路Tl第一变压器508整流电路T2第二变压器510滤波电路Vin电源输入端604谐振电路Vout输出端704谐振电路Voutl第一输出端■控制器Vout2第二输出端CI第一电容器Vp脉波直流C2第二电容器Vq脉波直流C3第三电容器Vr谐振电压C4第四电容器Vs整流电压C11、C12谐振电容Vxl、Vx2整流电压11第一电流xl、x2节点
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述 配合参阅图2，为本实用新型的均流式电源供应装置的第一实施例示意图。该均流
式电源供应装置为一直流对直流转换器，且包含有一电源输入端Vin;其中前端电路所送
出的一直流电源200经由该电源输入端Vin传送至本实用新型的电源供应装置调变后，再
传输至后端电路。该均流式电源供应装置包含一方波产生电路202、一谐振电路204、一转
换电路206、一整流电路208。 该转换电路206包含有两组变压器，分别为第一变压器Tl与第二变压器T2，各该 变压器包含有一个一次侧绕组nl与一个二次侧绕组n2，其中位于该转换电路206左侧的 绕组为一次侧绕组nl，而位于该转换电路206右侧的绕组为二次侧绕组n2。该第一变压器 Tl具有第一一次侧绕组nll与对应的第一二次侧绕组n21 ;该第二变压器具有第二一次侧 绕组为n12与对应的第二二次侧绕组n22。其中，而该第一二次侧绕组n21与该第二二次侧 绕组n22并联连接，且该些一次侧绕组nl呈并联连接。 该方波产生电路202为一由二半导体组件所组成的半桥电路，电连接至该直流电 源200，其中该些半导体组件分别为第一半导体组件Q1与第二半导体组件Q2。该第一半导 体组件Ql与该第二半导体Q2组件是由一控制器800控制，使该些半导体组件得以交替地
6接通与断开，并于P点输出一脉波直流Vp。 该谐振电路204，电连接至该方波产生电路202，该谐振电路204包含一第一电容 器C1以及该些变等压器Tl、T2的一次侧绕组nl。其中该第一电容器C1为一谐振电容器， 用以滤除该脉波直流Vp的直流成份并与该些变压器Tl、 T2的一次侧绕组nl发生谐振，于 r点形成一谐振电压Vr，并将该谐振电压Vr传送至该些变压器Tl、 T2的二次侧绕组n2。 该整流电路208，包含至少两个开关组件，分别为第一开关组件Sl与第二开关组 件S2。该整流电路208电连接至该些变压器T1、T2的二次侧绕组n2，用以将由该二次侧绕 组n2输出的谐振电压Vp进行整流，于s点形成一整流电压Vs，并经由至少一输出端Vout 输出至后端电路。于本实例中，该二开关组件S1、S2为整流二极管，该些整流二极管是构成 一半波整流电路。 另外，本实用新型的均流式电源供应装置还包含一滤波电路210 ，该滤波电路210 包含有一第二电容器C2，并且电连接于该整流电路208与该输出端Vout之间。其中该第二 电容器C2为一滤波电容器，该滤波电路208主要利用该滤波电容器充放电的特性，降低电 压涟波，以提供后端电路一较为平整的电源。 其主要操作方式如下当该方波产生电路202的第一半导体组件Ql导通、第二半 导体Q2截止，此时p点对地形成一正电压。该转换电路206的该些变压器T1、T2绕组具黑 点端电压极性皆为正，则该整流电路208的该第一开关组件S1导通，且有一第一电流II经 由该第一开关组件Sl，再由一输出端Vout提供后端电路使用。 当该方波产生电路202的第一半导体组件Ql截止，该第二半导体组件Q2导通，则 P点对地形成一负电压。该转换电路206的该些变压器T1、T2绕组具黑点端电压极性皆为 负，则该整流电路208的该第二开关S2导通，且有一第二电流I2经由该第二开关S2，再由 该输出端Vout提供后端电路使用。 配合参阅图3，为本实用新型的均流式电源供应装置的第二实施例示意图。该电源 供应装置包含有一直流电源300 、 一方波产生电路302 、 一谐振电路304、 一转换电路306 、 一 整流电路308以及一滤波电路310。该方波产生电路302使用两个半导体组件所组成的半 桥电路，电连接至该直流电源300，用以将该直流电源300切换为一脉波直流Vp。 该谐振电路304包含一第一电容器C1以及该转换电路306的一次侧绕组nl，该谐 振电路304的该第一电容器Cl与该转换电路306的一次侧绕组nl发生谐振且产生一谐振 电压Vr，并将该谐振电压Vr由该转换电路306的一次侧绕组nl传送到二次侧绕组n2，其 中该第一电容器Cl为一谐振电容器。 该转换电路306包含有四个二次侧绕组n2，分别为第一二次侧绕组n21、第二二次 侧绕组n22、第三二次侧绕组n23与第四二次侧绕组n24，其中该些二次侧绕组n2串联连 接。 该整流电路308电连接至该转换电路306的二次侧绕组n2，且该整流电路308包 含有四个开关组件，分别为第一开关组件Sl、第二开关组件S2、第三开关组件S3与第四开 关组件S4。其中该第一开关组件Sl连接至该第一二次侧绕组n21，该第二开关组件S2连 接至该第二二次侧绕组n22，该第三开关组件S3连接至该第三二次侧绕组n23，该第四开关 组件S4连接至该第四二次侧绕组n24。该整流电路308用以将由该转换电路306的二次侧 绕组n2输出的谐振电压Vp进行整流，于xl、 x2点形成一整流电压Vxl、 。[0091] 该滤波电路310电连接至该整流电路308，该滤波电路310包含有一第三电容器 C3与一第四电容器C4，其中该些电容器C3、 C4为滤波电容器。该第三电容器C3的一端分 别连接至该第三开关组件S3与该第四开关组件S4，及一第二输出端Vout2，该第三电容器 C3的另一端则接地。且该第四电容器C4的一端分别连接至该第一开关组件S1与第二开关 组件S2，及一第一输出端Voutl，该第四电容器C4的另一端接地。该滤波电路308主要利 用该些滤波电容器充放电的特性，降低电压涟波，以提供后端电路一较为平整的电源。 其主要操作方式如下当该方波产生电路302的第一半导体组件Ql导通、第二半 导体Q2截止，此时p点对地形成一正电压。该转换电路306的该些变压器T1、T2绕组具黑 点端电压极性皆为正，则该整流电路308的该第一开关组件Sl与第三开关组件S3导通，则 该第一输出端Voutl与该第二输出端Vout2分别具有一第一电流II与第三电流13提供后 端电路使用。 当该方波产生电路302的第一半导体组件Ql截止，该第二半导体组件Q2导通，则 P点对地形成一负电压。该转换电路306的该些变压器T1、T2绕组具黑点端电压极性皆为 负，则该整流电路308的该第二开关S2与该第四开关组件S4导通，则该第一输出端Voutl 与该第二输出端Vout2分别有一第二电流12与第四电流14输出。 配合参阅图4，为本实用新型的均流式电源供应装置的第三实施例示意图。该 电源供应装置包含有一直流电源400、一方波产生电路402、一谐振电路404、一转换电 路406、一整流电路408以及一滤波电路410。其中，该电源供应装置的该方波产生电路 402、该谐振电路404、该转换电路406与该滤波电路410的连接方式皆与图2所示相同， 其不同之处在于该整流电路408的组成组件。在本实施例中，第一开关组件S1'与第 二开关组件S2'皆以一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)取代原先使用的整流二极管，以构成一同步整流电路 该整流滤波电路408还包含并联于该些金属氧化物半导体场效应晶体管源极 (source)与漏极(drain)间的两个二极管。该些二极管可用以防止该些金属氧化物半导体 场效应晶体管被瞬间的高电流突波击穿，并具有提升该些金属氧化物半导体场效应晶体管 切换速度的功能。另外，该些金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极(gate)电连接至一开 关驱动电路(未图标)，用以控制该些金属氧化物半导体场效应晶体管的导通状态。 配合参阅图5，为本实用新型的均流式电源供应装置第四实施例的示意图。于本实
施例中，将前述的半桥式方波产生电路以一全桥式方波产生电路取代之。该全桥式方波产 生电路包含四个半导体组件，分别为第一半导体组件Q1、第二半导体组件Q2、第三半导体 组件Q3及第四半导体组件Q4，且两两一组电连接的一控制器。且该谐振电路504的第一一 次侧绕组nil与第二一次侧绕组n12串联连接。 其运作方式简述如下当一直流电源500输入至该方波产生电路502，由控制器控 制该些半导体组件的导通与截止状态，可于P点与q点分别切换形成一脉波直流Vp、Vq。该 谐振电路504的该第一电容器Cl与该转换电路506的一次侧绕组nl发生谐振且产生一谐 振电压Vr，并将该谐振电压Vr由该转换电路506的一次侧绕组nl传送到二次侧绕组n2。 该交流电压再经由一整流电路508整流，并通过一滤波电路510滤波，提供后端电路较平整 的电源。[0098] 由于本实用新型达到均流功能的主要电路为位于该二次侧的电路设计，因此于一 次侧绕组可搭配不同形式的谐振电路，分别如图6与图7所示。于图6中，该谐振电路604 该些变压器T1、 T2的一次侧绕组nl为串联连接，利用分压的方式取得每一一次侧绕组nl 的工作电压。另外，如图7所示，为本实用新型的均流式电源供应装置的第六实施例示意 图。该谐振电路704的谐振电容器Cll与C12分别串接至该二并联连接的一次侧绕组nl， 以达到滤除直流成份而使交流成份通过的功能。 综合以上所述，本实用新型的均流式电源供应装置将现有技术的单一大容量的储 能组件改以多个较小容量的储能组件取代，以实现小型化的电源供应装置，并且该电路架 构可减少变压器绕组的线圈数目及整流电路中二极管的使用数目，进而降低组件损耗以提 升整体效率。 当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些 相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
权利要求一种均流式电源供应装置，其特征在于，包含一转换电路，包含两组变压器，且各该变压器具有一一次侧绕组与至少一二次侧绕组，其中该些二次侧绕组为串联连接；一方波产生电路，电连接至一直流电源，用以将输入的直流电压切换为一脉波直流；一谐振电路，电连接至该方波产生电路且包含一第一电容器以及该变压器的一次侧绕组；以及一整流电路，包含至少两个开关组件，电连接至该变压器的二次侧绕组，用以将由该二次侧绕组输出的交流电压整流成一整流电压，并经由至少一输出端输出至后端电路。
2. 根据权利要求1所述的均流式电源供应装置，其特征在于，还包含一滤波电路，该滤 波电路电连接至该整流电路且包含至少一第二电容器，其中该第二电容器为滤波电容器， 用以降低输出电压的电压涟波。
3. 根据权利要求1所述的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路的该些开关 组件为整流二极管。
4. 根据权利要求1所述的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路为使用金属 氧化物半导体场效应晶体管作为开关组件的同步整流电路。
5. 根据权利要求4所述的均流式电源供应装置，其特征在于，还包含一并联于该金属 氧化场效应晶体管漏极与源极间的一二极管。
6. 根据权利要求1所述的均流式电源供应装置，其特征在于，该转换电路的两一次侧 绕组为并联连接。
7. 根据权利要求1所述的均流式电源供应装置，其特征在于，该转换电路的两一次侧 绕组为串联连接。
8. 根据权利要求1所述的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为由两 个半导体组件组成的半桥电路。
9. 根据权利要求1所述的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为由四 个半导体组件组成的全桥电路。
10. 根据权利要求1所述的均流式电源供应装置，其特征在于，该第一电容器为谐振电 容器。
专利摘要一种均流式电源供应装置，包含一方波产生电路、一谐振电路、一转换电路、一整流电路以及一滤波电路。该转换电路包含两组变压器，各该变压器具有一一次侧绕组与至少一二次侧绕组，其中该些二次侧绕组串联连接。该方波产生电路电连接至一直流电源，用以将输入的直流电源切换为一脉波直流。该谐振电路，电连接至该方波产生电路且包含一第一电容器以及该变压器的一次侧绕组。该整流电路包含至少两个开关组件，电连接至该变压器的二次侧绕组，用以将由该二次侧绕组输出的交流电压整流成一脉波直流，并经由至少一输出端输出至后端电路。
文档编号H02M3/22GK201479009SQ20092016599
公开日2010年5月19日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者李士昌, 李忠树 申请人:群光电能科技股份有限公司