專利名稱：具有均流功能的電源供應裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型有關于一種電源供應裝置，尤指一種具有均流功能的電源供應裝置。
背景技術：
直流變直流轉換器(DC/DC Converter),顧名思義是將輸入的直流電源做電壓電平的調節，其調節方式包括升壓及降壓，并使調整過的電壓穩定在所設定的電壓數值。直流對直流轉換器主要使用在分布式的電源系統，如此可將前一級的電源固定于一電壓電平，而該第二級可依系統中個別的電源需求連接對應的直流對直流轉換器。
其中，DC/DC轉換器又可分為脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)電力轉換器與諧振式電力轉換器。由于脈波寬度調變電力轉換器的開關切換屬于硬性切換，導致嚴重的切換損失，使得電力轉換效率無法提升，故發展出諧振式電力轉換器，利用諧振電路本身具有柔性切換(soft switching)的特
性，降低開關切換損失，提升轉換器整體效率。
由于LLC諧振電路(LLC Resonant Converter)具有零電壓(zero-voltageswitching, ZVS)與零電流(zero-current switching, ZCS)切換的特性，因此在高效率、高功率的電源電路均會考慮采用LLC諧振電路架構。配合參閱圖1，該圖所示為目前市面上常見的LLC諧振電路的電路架構。其電路組成包含一直流電源100、 一方波產生電路102、 一諧振電路104，以及一轉換電路106與整流濾波電路108。
其中該方波產生電路102由兩個半導體組件(QT、 QB)所組成，由一控制器改變該二半導體組件的導通狀態，使該方波產生電路102能切換出兩種不同的電壓電平。而該諧振電路104主要由一諧振電容器Cr及兩變壓器(Tl、 T2)的一次側線圈所組成，該諧振電容器Cr主要用以濾除該方波產生電路102所輸出直流脈波的直流成分，各該變壓器的一次側線圈用以將電能轉為磁能，并
4傳遞所轉換的磁能到各該變壓器(T1、 T2)的二次側的線圈。其中該二次測繞組
線圈數可以下式表示
Nsecondary—asl + NSecondary—as2 — 2 Nphmary Vout/Vin — 2 NSecondary
其中Nsec。ndary—asl、 Nwd^一as2為兩二次側繞組線圈數，Np隱^為」次側
繞組線圈數，Vin為一次側輸入電壓，Vout為二次側輸出電壓，Ns畫—為二
次側線圈數計算值。
該整流濾波電路108則包含四個二極管Dl、 D2、 D3、 D4，與一濾波電 容器Co，該整流濾波電路108利用二極管本身具有單向導通與電容器充放電 的特性，達到整流濾波的目的。
其主要操作方式說明如下當該直流電源100輸入至該方波產生電路 102，可于A點輸出以形成一直流脈波，當該直流脈波經過該諧振電路104， 該諧振電容器Cr將該直流脈波的直流成分濾除，并對交流成分進行諧振的動 作，并于轉換電路106，即該變壓器(T1、 T2)的二次側線圈，輸出交流電壓、 電流，再經由該整流濾波電路108輸出一經調變后的直流電壓。
由于LLC諧振電路是利用變壓器的自感(包括漏感及激磁電感)做為諧振 電路中主要的儲能組件，當高功率應用需要采用并聯或串聯諧振電路時，多個 變壓器的繞組接法便成為非常重要的工作。當使用多個變壓器時，容易因不同 電壓器之間磁通耦合不同，而導致不穩定的電壓、電流輸出，造成后端電路損 壞率的提高。
配合參閱圖2a與圖2b，分別為現有LLC諧振電路的變壓器T1、 T2的鐵 心操作區域分布圖。由圖中可清楚看出，兩變壓器T1、 T2的鐵心操作并非平 衡于雙軸焦點，其中變壓器T1的鐵心操作分布于第一象限，而變壓器T2的 鐵心則操作分布于第三象限。而此種不平衡的狀態容易造成變壓器的鐵心處于 飽和狀態，導致電路短路。
另外，位于二次側后端的整流電路為因應繞組接法而需要使用較多整流二 極管時，則組件的功率損耗易相對提升，導致整體電路效率下降。
實用新型內容
鑒于現有技術所述，本實用新型的一目的，在于提供一種使用于高功率電 路且能提供穩定電流的電源供應裝置。
為達到上述目的，本實用新型提供一種具有均流功能的電源 應裝置，其特征在于，包含
一轉換電路，具有二組變壓器，各該變壓器具有一個一次側繞組與兩個二 次側繞組，其繞組的連接方式為將位于該不同變壓器的該二次惻繞組兩兩串聯 后再并聯連接，其中該兩變壓器的結構為對稱；
一方波產生電路，電連接至一直流電壓，用以將輸入的該直流電壓切換為
一直流脈波；
一諧振電路，電連接至該方波產生電路且包含一第一電容器以及該變壓器 的一次側繞組，該第一電容器用以將該直流脈波的直流成分濾除并將交流成分 經由該變壓器的一次側繞組耦合至該變壓器的二次側繞組；以及
一整流電路，包含至少兩個整流二極管，電連接至該變壓器的二次側繞組， 用以將由該二次側繞組輸出的交流電壓整流成一脈波直流，并經由至少一輸出 端輸出至后端電路。
上述的電源供應裝置，其中，該整流電路還包含至少一第二電容器，該第 二電容器為一濾波電容器，用以降低輸出直流電壓的電壓漣波。
上述的電源供應裝置，其中，該轉換電路的該兩一次側繞組為并聯連接。 上述的電源供應裝置，其中，該轉換電路的該兩個一次側繞組為串聯連接。 上述的電源供應裝置，其中，該方波產生電路為一由二半導體組件所組成 的半橋電路。
上述的電源供應裝置，其中，該方波產生電路為一由四個半導體組件所組 成的全橋電路。
上述的電源供應裝置，其中，該第一電容為一諧振電容器。
為達到上述目的，本實用新型還提供一種具有均流功能的電源供應裝置， 其特征在于，包含
一轉換電路，具有二組變壓器，各該變壓器具有一個一次側繞組與兩個二 次側繞組，其繞組的連接方式為將位于該不同變壓器的該二次側繞組兩兩串聯 后再并聯連接，其中該兩變壓器的結構為非對稱； '
一方波產生電路，a連接至一直流電壓，用以將輸入的該直流電壓轉為一 直流脈波；
一諧振電路，電連接至該方波產生電路且包含一第一電容器以及該變壓器 的一次側繞組，該第一電容器用以將該直流脈波的直流成分濾除并將交流成分經由該變壓器的一次側繞組耦合至該變壓器的二次側繞組；以及
一整流電路，包含至少二個整流二極管，電連接至該變壓器的二次側繞組，
主要用以將由該二次側繞組輸出的交流電壓整流成一脈波直流，并經由至少一
輸出端輸出1g后端電路。
上述的電源供應裝置，其中，該整流電路還包含至少一第二電容器，該第
二電容器為一濾波電容器，用以降低輸出直流電壓的電壓漣波。
上述的電源供應裝置，其中，該轉換電路的該兩個一次側繞組為并聯連接。 上述的電源供應裝置，其中，該轉換電路的該兩個一次側繞組為串聯連接。 上述的電源供應裝置，其中，該方波產生電路為一由二半導體組件所組成
的半橋電路。
上述的電源供應裝置，其中，該方波產生電路為一由四個半導體組件所組 成的全橋電路。
上述的電源供應裝置，其中，該第一電容為一諧振電容器。 本實用新型的功效在于，由將位于不同變壓器的二次側繞組相互串聯， 使變壓器達成磁通平衡，進而使流經輸出端的電流大小完全相同。另外，其電 路架構減少整流電路所使用的二極管數量，可降低組件的功率耗損以提升整體效率。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實 用新型的限定。
圖1為現有的LLC諧振電路的電路圖2a為現有LLC諧振電路的變壓器Tl的鐵心操作區域分布圖； 圖2b為現有LLC諧振電路的變壓器T2的鐵心操作區域分布圖； 圖3為本實用新型第一較佳實施例的電源供應裝置的電路圖4為本實用新型第二較佳實施例的電源供應裝置的電路圖5為本實用新型電源供應裝置的變壓器Ta、々b的鐵心操作區域分布圖; 圖6a為本實用新型第三較佳實施例的電源供應裝置的電路圖6b為本實用新型第四較佳實施例的電源供應裝置的電路圖； 圖7為本實用新型第五較佳實施例的電源供應裝置的電路圖；圖8為本實用新型第六較佳實施例的電源供應裝置的電路圖; 圖9為本實用新型第七較佳實施例的電源供應裝置的電路圖。
其中，附圖標記
現有技術
100 直流電源108整流濾波電路
102 方波產生電路D1 D4整流二極管
104 諧振電路QT、 QB半導體組件
106 轉換電路Cr諧振電容器
Tl、 T2 變壓器
本實用新型
200 直流電源Q1 Q4半導體組件
202 方波產生電路Da Dd整流二極管
204 諧振電路Wap、 Wbp一次側繞組
206 轉換電路Cl
208 整流濾波電路C2第二電容器
Ta、 Tb變壓器C21
Vout 輸出端C22第四電容器
Voutl第一輸出端Cll、 C12諧振電容器
Vout2 第二輸出端
Wasl、 Was2、 Wbsl、 Wbs2二次側繞組
具體實施方式
配合參見圖3，為本實用新型的電源供應裝置的第一較佳實施例的電路 圖。該電源供應裝置為一直流-直流轉換器，用以將依輸入端(Vin)輸入的一直 流電壓200調變為后端電路所需的電壓電平。如圖所示，該電源供應裝置包含 一方波產生電路202、 一諧振電路204、 一轉換電路206以及一整流濾波電路 208。
該方波產生電路202為一由二半導體組件所組成的半橋電路，電連接至該 直流電源200，用以將輸入的該直流電源200轉換為具有兩種不同電位的脈波，
8其中該半導體組件分別為第一半導體組件Ql與第二半導體組件Q2。該轉換 電路206包含有二變壓器Ta、 Tb，各該變壓器具有一個一次側繞組以及兩個 二次側繞組，該一次側繞組(Wap、 Wbp)是以并聯的方式連接至該諧振電路 204，該二次側繞組(Wasl、 Was2、 Wbsl、 Wbs2)的連接方式則為兩詢串接后 再并聯連接至后端的該整流濾波電路208，其中該二次側繞組Wasl與該二次 側繞組Wbsl串聯，該二次側繞組Was2與該二次側繞組Wbs2串聯，形成一 上下平衡的對稱結構；其中該二次側繞組的匝數可以下式表示
Nsecondary一asl + NSecondary_as2 — NSecondary
該諧振電路204由一第一電容器Cl及該轉換電路206的一次側繞組Wap、 Wbp所組成，電連接至該方波產生電路202，該第一電容C1為一諧振電容， 用以濾除由前端輸出的直流脈波的直流成分同時參與諧振，并將其交流成分耦 合至該轉換電路206的二次側繞組。該整流濾波電路208包含兩個整流二極管， 分別為第一整流二極管Da與第二整流二極管Db，以及一第二電容器C2所組 成。該第一整流二極管Da、第二整流二極管Db分別依序電連接至該變壓器 Ta、 Tb的二次側繞組Wasl、 Wbsl與Wbs2、 Was2。該整流濾波電路208的 該些整流二極管Da、 Db、 Dc、 Dd用以將由該二次側繞組輸出的交流電壓整 流成一脈波直流。該第二電容器C2為一濾波電容器，其主要利用該濾波電容 器的充放電特性，降低電壓漣波，用以提供后端電路較平整的電源。
其主要運作方式敘述如下當該方波產生電路202的該第一半導體組件 Ql導通，第二半導體組件Q2截止時，于節點p點對地形成一正電壓，此時 該轉換電路206的變壓器繞組黑點電壓極性皆為正，則該整流濾波電路208 只有該第一整流二極管Da導通且有電流通過，且電流的流通方向依序經由地 端、二次側繞組Wbsl、 Wasl至該第一整流二極管Da，再由一輸出端Vout 提供給后端電路使用。由于該二次側繞組Wasl、 Wbsl所流經的電流大小完全 相同，因此該二變壓器Ta、 Tb產生相同磁通且磁通平衡，可避免鐵心飽和并 提高鐵心磁通利用率。
當該方波產生器202的該第一半導體組件Ql截止，第二半導體組件Q2 導通時，則p點對地形成一負電壓，此時黑點電壓為負，該整流濾波電路208 只有該第二整流二極管Db導通且有電流通過，電流的流通方向依序經由地端、 該二次側繞組Was2、 Wbs2至該第二整流二極管Db，再由該輸出端Vout提供給后端電路使用。由于該二次側繞組Was2、Wbs2所流經的電流大小完全相同， 因此該二變壓器Ta、 Tb產生相同磁通而達到磁通平衡，以避免鐵心飽和并提 高鐵心磁通利用率。
配合參閱圖4，為本實用新型的第二較佳實施例的電路圖。其方波產生電 路202、該諧振電路204與該轉換電路206的一次側繞組的電連接方式皆與第 二圖相同，其不同之處在于該轉換電路206的二次側繞組與整流濾波電路208 的連接方式，該第一整流二極管Da、第二整流二極管Db分別依序電連接至 該轉換電路206的二次側繞組Wasl、 Wbsl與Was2、 Wbs2，形成不同于第一 較佳實施例的一不對稱電路結構。另外，由于電路連接方式的不同，因此電流 的流動方向亦有所不同。以下分別就不同整流二極管的導通情形及電流流通路
徑分述如下
當該第一整流二極管Da導通時，通過該第一整流二極管Da的電流流通 方向依序為經地端、該二次側繞組Wbsl、 Wasl至該第一整流二極管Da，再 由該輸出端Vout提供該后端電路使用。當該第二整流二極管Db導通時，通 過該第二整流二極管Db的電流流通方向依序為經地端、該二次側繞組Wbs2、 Was2至該第二整流二極管Db，再由該輸出端Vout提供該后端電路使用。
配合參閱圖5，為本實用新型的電源供應裝置的變壓器Ta、 Tb的鐵心操 作區域分布圖。由圖中可清楚看到，該二變壓器的鐵心操作區域平均分布于一、 三象限，因此可避免變壓器于操作時發生鐵心飽和的現象。
另外，本裝置亦可搭配雙輸出端(Voutl、 Vout2)使用，如圖6a與圖6b所 示，為本裝置的第三、第四較佳實施例的電路圖，其主要特征在于雙輸出端。 由于其具有雙輸出端，因此該整流濾波電路208需使用四個整流二極管，分別 為第一整流二極管Da、第二整流二極管Db、第三整流二極管Dc與第四整流 二極管Dd。配合參閱圖6a,其中該整流濾波電路208的該第一整流二極管 Da與該第三整流二極管Dc的一側電連接至該二次側繞組Wasl的兩端，另一 側電連接至一第三電容器C21與一第一輸出端Voutl。該第二整流二極'管Db 與該第四整流二極管Dd的一側電連接至Wbs2的兩端，另一側則電連接至一 第四電容器C22與一第二輸出端Vout2。于圖6b中，該整流濾波電路208的 該第一整流二極管Da與該第三整流二極管Dc的一側電連接至該二次側繞組 Wasl的兩端，另一側電連接至一第三電容器C21與一第一輸出端Voutl。該第二整流二極管Db與該第四整流二極管Dd的一側電連接至Was2的兩端， 另一側則電連接至一第四電容器C22與一第二輸出端Vout2。其運作方式簡述 如下當該第一半導體組件Q1導通，該第二半導體組件Q2截止時，該第一 整流二效管Da與該第三整流二極管Dc導通且有電流自該二輸出端(Voutl、 Vout2)輸出至后端電路。當該第一半導體組件Ql截止，第二半導體組件Q2 導通，則該第二整流二極管Db與該第四整流二極管Dd導通且有電流自該二 輸出端(Vcmtl、 Vout2)輸出至后端電路。由于此裝置具有雙輸出端，加上其均 流的特點，因此可提供兩完全相同的電壓與電流供后端的電路使用。
配合參閱圖7，為本裝置的第五較佳實施例的電路圖。另該方波產生電路 202可以一全橋電路取代原本的半橋電路，該全橋電路包含四個半導體組件， 分別為第一半導體組件Q1、第二半導體組件Q2、第三半導體組件Q3及第四 半導體組件Q4，且兩兩一組電連接的一控制器。該轉換電路206的該兩一次 側繞組Wap、 Wbp以串聯的方式電連接。其運作方式簡述如下當一直流電 源200輸入至該方波產生電路202，由控制器控制各該半導體組件的導通與截 止狀態，可于p點與q點分別切換形成一直流脈波。該諧振電路204的第一電 容器C1濾除該直流脈波的直流成分，并將交流成分傳輸至該串聯的第一側繞 組。經由磁通耦合可于各該變壓器Ta、 Tb的二次側繞組感應出一交流電壓與 一交流電流。該交流電流與該交流電壓再經由一整流濾波電路208輸出一脈波 直流，并通過該第二電容器C2濾波，提供后端電路較平整的電源。
由于本實用新型達到均流功能的主要電路為位于該二次側的電路設計，因 此于一次側電路則可搭配不同形式的諧振電路204，分別如圖8與圖9所示。 于圖8中，該二變壓器Ta、 Tb的一次側繞組Wap、 Wbp為串聯連接，利用分 壓的方式取得各該一次側繞組的工作電壓；另該諧振電路204的諧振電容器可 以如圖9所示，將二諧振電容器Cll與C12分別串接至該二并聯連接的一次 側繞組，以達到濾除直流成分而使交流成分通過的功能。
綜合以上所述，本實用新型的電源供應裝置將位于不同變壓器的二次側繞 組相互串聯，使變壓器達到磁通平衡，迸而使流經輸出端的電流大小完全相同。 另外，其電路架構減少整流電路所使用的二極管數量與二次側繞組的線圈匝 數，可降低組件耗損以提升整體效率。
當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改 變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保 護范圍。
1權利要求1.一種具有均流功能的電源供應裝置，其特征在于，包含一轉換電路，具有二組變壓器，各該變壓器具有一個一次側繞組與兩個二次側繞組，其繞組的連接方式為將位于該不同變壓器的該二次側繞組兩兩串聯后再并聯連接，其中該兩變壓器的結構為對稱；一方波產生電路，電連接至一直流電壓，用以將輸入的該直流電壓切換為一直流脈波；一諧振電路，電連接至該方波產生電路且包含一第一電容器以及該變壓器的一次側繞組，該第一電容器用以將該直流脈波的直流成分濾除并將交流成分經由該變壓器的一次側繞組耦合至該變壓器的二次側繞組；以及一整流電路，包含至少兩個整流二極管，電連接至該變壓器的二次側繞組，用以將由該二次側繞組輸出的交流電壓整流成一脈波直流，并經由至少一輸出端輸出至后端電路。
2. 根據權利要求1所述的電源供應裝置，其特征在于，該整流電路還包含至少一第二電容器，該第二電容器為一濾波電容器，用以降低輸出直流電壓的電壓漣波。
3. 根據權利要求1所述的電源供應裝置，其特征在于，該轉換電路的該兩一次側繞組為并聯連接。
4. 根據權利要求1所述的電源供應裝置，其特征在于，該轉換電路的該兩個一次側繞組為串聯連接。
5. 根據權利要求1所述的電源供應裝置，其特征在于，該方波產生電路為一由二半導體組件所組成的半橋電路。
6. 根據權利要求1所述的電源供應裝置，其特征在于，該方波產生電路為一由四個半導體組件所組成的全橋電路。
7. 根據權利要求1所述的電源供應裝置，其特征在于，該第一電容為一諧振電容器。
8. —種具有均流功能的電源供應裝置，其特征在于，包含一轉換電路，具有二組變壓器，各該變壓器具有一個一次側繞組與兩個二次側繞組，其繞組的連接方式為將位于該不同變壓器的該二次側繞組兩兩串聯后再并聯連接，其中該兩變壓器的結構為非對稱；一方波產生電路，電連接至一直流電壓，用以將輸入的該直流電壓轉為一直流脈波；一諧振電路，電連接至該方波產生電路it包含一第一電容器以及該變壓器的一次側繞組，該第一電容器用以將該直流脈波的直流成分濾除并將交流成分經由該變壓器的一次側繞組耦合至該變壓器的二次側繞組；以及一整流電路，包含至少二個整流二極管，電連接至該變壓器的二次側繞組，主要用以將由該二次側繞組輸出的交流電壓整流成一脈波直流，并經由至少一輸出端輸出至后端電路。
9. 根據權利要求8所述的電源供應裝置，其特征在于，該整流電路還包含至少一第二電容器，該第二電容器為一濾波電容器，用以降低輸出直流電壓的電壓漣波。
10. 根據權利要求8所述的電源供應裝置，其特征在于，該轉換電路的該兩個一次側繞組為并聯連接。
11. 根據權利要求8所述的電源供應裝置，其特征在于，該轉換電路的該兩個一次側繞組為串聯連接。
12. 根據權利要求8所述的電源供應裝置，其特征在于，該方波產生電路為 一 由二半導體組件所組成的半橋電路。
13. 根據權利要求8所述的電源供應裝置，其特征在于，該方波產生電路為一由四個半導體組件所組成的全橋電路。
14. 根據權利要求9所述的電源供應裝置，其特征在于，該第一電容為一諧振電容器。
專利摘要一種具有均流功能的電源供應裝置，包含一轉換電路、一方波產生電路、一諧振電路及一整流濾波電路。該轉換電路具有二組變壓器，各該變壓器具有一個一次側繞組與兩個二次側繞組，其中位于不同變壓器的該二次側繞組兩兩串聯后再并聯連接。該方波產生電路用以將輸入的一直流電壓切換為一直流脈波。該諧振電路電連接至該方波產生電路且包含一第一電容器與該一次側繞組。該整流濾波電路包含兩個整流二極管及一第二電容器，電連接至該二次側繞組，用以將由該二次側繞組輸出的交流電壓整流成一較平穩的直流，并經由輸出端輸出至后端電路。
文檔編號H02M3/315GK201418031SQ200920156910
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月1日 優先權日2009年6月1日
發明者李士昌, 李忠樹 申請人:群光電能科技股份有限公司