[發明專利]具一二次同步追蹤功能的能量轉換器

有效

• 申請號: 201710685534.6
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107733265B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 韋景川;陳勝榮
• 申請（專利權）人: 韋景川;陳勝榮
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M3/335;H02M1/12;H02M1/42
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

本發明公開了一種具一二次同步追蹤功能的能量轉換器，其可包含能量擷取模塊、變壓模塊及整流模塊。能量擷取模塊可包含一扼流器及一對功率開關，扼流器可儲存交流電源輸入的能量，該多個功率開關可切換以擷取交流電源輸入的能量以儲備一次側輸入能量。變壓模塊可將一次側輸入能量耦合至變壓模塊的二次側以產生轉換能量。整流模塊可將轉換電壓信號整流為直流輸出能量，并可輸出直流輸出能量至負載。其中，該功率開關可根據交流電源輸入的能量的波形及負載的需求切換以使一次側輸入能量的大小能追蹤直流輸出能量的大小以達到同步，使能量轉換器可達到真實功因。

技術領域

本發明有關于一種轉換器，特別是一種能量轉換器，其具一二次同步傳輸與追蹤功能。

背景技術

如圖1A、圖1B、圖1C及圖1D所示，分別為現有的返馳式(Flyback)轉換器的電路拓撲、電壓波形圖及電路圖。如圖1A所示，目前，大部分AC/DC電源轉換器的架構主要是以返馳式轉換器為主，雖然如此，現有的返馳式轉換器卻存在著不少令人垢病的缺點有待改進。

圖1A的電路中點Ta的電壓波形如圖1B所示，其中線段Am為示波器所測量得到的電壓波形，曲線Ar為點Ta實際的電壓波形。如圖1B所示，當時間處于圖中虛線的部分時，直流輸入能量較低(僅靠電容來補償，故為虛功)，因此若負載L此時要求較高的功率，功率開關S1則需要根據負載L的要求快速的切換以提升電流，藉此滿足負載L要求的功率，而產生電源電壓/電流配比不當因素。

圖1A的電路中點Tb的電壓波形如圖1C所示，由圖中虛線的區域可以看出，當直流輸入能量的電壓較低，若負載L此時要求較高的功率，功率開關S1則需要根據負載L的要求快速的切換以提升電流，因此產生較密的波形，如此會使虛功的成分大幅提高，且使總諧波失真上升、功率因子下降，并產生嚴重的電磁干擾。

如圖1D所示，現有的返馳式轉換器1利用濾波器F1、F2將交流電源AC輸入的能量進行濾波，再通過橋式整流器BD將濾波后的交流電源AC輸入的能量進行整流而產生直流輸入能量，再通過變壓器T及功率開關S1將直流輸入能量由一次側耦合至二次側產生直流輸出能量，最后直流輸出能量通過二極管D輸入至負載L。

由上述可知，現有的返馳式轉換器1包含橋式整流器BD、變壓器T及功率開關S1等等元件，而這些元件會產生元件損耗(Component loss)、傳導損耗(Conduction loss)、切換損耗(Switching loss)、諧波失真(THDI)及電磁干擾(EMI)，而為了要降低這些效應，現有的返馳式轉換器1需要設置濾波器F1、F2以改善電磁干擾及傳導損耗，但濾波器F1、F2體積較大，因此也會產生嚴重的空間損耗，且上述元件均會增加返馳式轉換器1的成本。此外，現有的返馳式轉換器1的一次側需要設置輸入電容C1～C3及熱敏電阻PTC，而二次側也需要設置整流二極管D及輸出電容C4～C6，更降低效率；然而，這些元件不但會影響返馳式轉換器1的使用壽命，也會進一步增加返馳式轉換器1的成本。各元件的缺點如表1所示：

表1

如圖1E及圖1F所示，分別為現有的順向式轉換器(Forward converter)的電路拓撲及電路圖。如圖1E所示，順向式轉換器2為另一種常用的AC/DC電源轉換器架構。

如圖1F所示，現有的順向式轉換器2利用濾波器F1、F2將交流源AC輸入的能量進行濾波，再通過利用橋式整流器BD將濾波后的交流源AC輸入的能量進行整流而產生直流輸入能量，再通過變壓器T及功率開關S1將直流輸入能量由一次側耦合至二次側產生直流輸出能量，最后直流輸出能量通過整流二極管D及扼流器CH輸入至負載L。

同樣的，現有的順向式轉換器2也包含輸入電容C1～C3、濾波器F1、F2、橋式整流器BD、變壓器T、功率開關S1、整流二極管D及輸出電容C4～C6等等元件，因此也會有相同的缺點，各元件的缺點如表2所示：

表2