专利名称：具有桥式整流电路的均流式电源供应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于一种电源供应装置，由指一种具有桥式整流电路的均流式电源
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是由两个半导体组件QT、 QB所组成，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分并参与谐振。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分滤除，并对剩余的交流成分进行谐振的动作。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LLC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，现有技术为因应整流二极管的连接方式而需要提高二次侧绕组的使用数 目，使得电源装置本身需使用大型化的电压器，造成整体的电源装置体积庞大，且由于绕组 数目多，使组件损耗增加。
实用新型内容鉴于现有技术所述，本实用新型的目的在于提供一种具桥式整流电路的均流式电
源供应装置，该电源供应装置引入一桥式整流电路，使得该变压器的二次侧绕组数目得以 减少，以实现小型化的电源供应装置。 为了实现上述目的，本实用新型提供一种具有桥式整流电路的均流式电源供应装 置，其特征在于，包含 —转换电路，包含有两个变压器，且各该变压器包含一一次侧绕组与至少一二次 侧绕组，其中该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源切换为一脉波直 流； —谐振电路，电连接至该方波产生电路，该谐振电路包含一第一电容器以及该转 换电路的该一次侧绕组；以及 —整流电路，包含至少四个开关组件，电连接至该转换电路的二次侧绕组，用以将 该由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。 上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，还包含一滤波电 路，电连接至该整流电路，该滤波电路包含有至少一第二电容器，该第二电容器为一滤波电 容器，用以降低输出直流电压的电压涟波。 上述的具有桥式整流电路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。 上述的具有桥式整流电路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的同步整流电路。 上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该整流电路还包 含并联于该金属氧化物半导体场效应晶体管漏极与源极间的一二极管。 上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路 为一由两个半导体组件组成的半桥电路。 上述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由四个半导体组件组成的全桥电路。 上述的具有桥式整流电路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。 上述的具有桥式整流电路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。 上述的具有桥式整流电路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。 本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置引入一桥式整流电路取代
现有技术的半波整流电路，使得转换电路的二次侧绕组数目得以减少，除了减少成本支出
外，并且可降低组件耗损而增加整体效率，更使得整体电源装置的体积更小型化。
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； 图2为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第一实施例的电 路图； 图3为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第二实施例的电 路图； 图4为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第三实施例的电 路图； 5为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第四实施例的电路 图； 图6为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第五实施例的电 路图； 图7为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第六实施例的电 路图； 图8(a)至图8(h)为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的各节 点电压波形图。其中，附图标记100直流电源Cr谐振电容102方波产生电路Cout滤波电容器104谐振电路Dl D4整流二极管106转换电路nl一次侧绕组108整流电路n2二次侧绕组110滤波电路QT、QB半导体组件120控制器Ta、Tb变压器A节点Vout输出端本实用新型[0046]200直流电源C11、C12谐振电容202方波产生电路nl一次侧绕组204谐振电路nil第一一次侧绕组206转换电路n12第二一次侧绕组208整流电路n2二次侧绕组210滤波电路n21第一二次侧绕组300直流电源n22第二二次侧绕组302方波产生电路n23第三二次侧绕组304谐振电路n24第四二次侧绕组306转换电路p、 q节点308整流电路Ql第一半导体组件310滤波电路Q2第二半导体组件400直流电源Q3第三半导体组件402方波产生电路Q4第四半导体组件404谐振电路r、 x、节点406转换电路xl、x2节点408整流电路S1、S1'第一开关组件410滤波电路S2、S2'第二开关组件500直流电源S3、 S3'第三开关组件502方波产生电路S4、S4'第四开关组件504谐振电路Tl第一变压器506转换电路T2第二变压器508整流电路Vin电源输入端510滤波电路Vout输出端604谐振电路Voutl第一输出端704谐振电路Vout2第二输出端■控制器Vp脉波直流CI第一电容器Vq脉波直流C2第二电容器Vr谐振电压C3第三电容器Vx整流电压C4第四电容器Vxl、Vx2整流电压
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与图8 (a)至图8 (g)，分别为本实用新型具桥式整流电路的均流式电 源供应装置第一实施例的电路示意图与各节点电压波形图。该具桥式整流电路的均流式电 源供应装置为一直流对直流转换器，包含有一 电源输入端Vin，用以将一直流电源200 (如 图8(a)所示)转换为后端电路所需的电压大小，并经由一输出端Vout传输到后端电路。该 具桥式整流电路的均流式电源供应装置包含一方波产生电路202、一谐振电路2Q4、一转换电路206以及一整流电路208。 该转换电路206电连接至该谐振电路204，且包含有两个变压器，分别为第一变压 器Tl与第二变压器T2，该些变压器T1、T2分别包含有一个一次侧绕组与一个二次侧绕组， 其中位于该转换电路206左侧的绕组称为一次侧绕组nl，而位于该变换电路206右侧的绕 组称为二次侧绕阻n2。该第一变压器T1具有一第一一次侧绕组nll，以及对应的一第一二 次侧绕组n21 ;该第二变压器T2具有一第二一次侧绕组n12，以及对应的一第二二次侧绕 阻n22。其中该第一一次侧绕阻nll与该第二一次侧绕阻n12并联连接，该第一二次侧绕阻 n21串联该第二二次侧绕阻n22。 该方波产生电路202电连接至该直流电源200，且该方波产生电路202为一半桥式 方波产生电路，包含有两个半导体组件，分别为第一半导体组件Q1与第二半导体组件Q2。 该方波产生电路202利用一控制器800交替地切换该些半导体组件Q1、Q2为导通与截止的 状态，并于P点形成一脉波直流Vp (如第八图(b)所示)。 该谐振电路204电连接至该方波产生电路202，且该谐振电路204包含一第一电容 器C1以及该转换电路206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 滤除该直流脉波Vp的直流成份并与该些变压器Tl、 T2的一次侧绕组nl产生谐振，于r点 产生一谐振电压Vr (如图8 (c)所示)，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电连接至该转换电路206的二次侧绕阻n2，该整流电路208包含 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，以构成一桥式整流电路。该整流电路208利用该些开关组件Sl S4单向导通的 特性，对经过该整流电路208的电压波形进行整流，并于x点输出一经整流后的整流电压 Vx(如图8(d)所示)，并经由该输出端Vout输出至后端电路。于本实施例中，该些开关组 件S1 S4为整流二极管。 此外，本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置还包含一滤波电路 210，电连接于该整流电路208与该输出端Vout之间。该滤波电路210包含一第二电容器 C2 ，其中该第二电容器C2为一滤波电容器。该滤波电路210利用滤波电容器充放电的特性， 降低由该整流电路208输出的整流电压Vx的电压涟波，以提供后端电路一较为平稳的电源 (如图8(e)所示)。 其主要操作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 组件Q2截止时，则于p点对地形成一正电压。该转换电路206的该一次侧绕组nl与该二 次侧绕组n2具黑点端感应为正电压，则该整流电路208的该第一开关组件Sl与该第四开 关组件S4导通，并构成一电流回路。 当该方波产生电路202的第一半导体组件Ql截止、第二半导体组件Q2导通时，则 于P点对地形成一负电压。该转换电路206的该一次绕组nl与该二次侧绕组n2具黑点端 感应为负电压，则该整流电路208的该第二开关组件S2与该第三开关组件S3导通，并形成 一电流回路。 配合参阅图3，为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第二实 施例的电路图。该具桥式整流电路的均流式电源供应装置包含一直流电源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。其中该方波产生电路302、该谐振电路304、该转换电路306与该滤波电路310的连接方式皆与图 2相同，其不同之处在于该整流电路308的组成组件。在本实施例中，该整流电路308的该 些开关组件Sl' S4'使用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field-EffectTransistor， MOSFET)取代原先使用的整流二极管，以构成一同步整流电路 (synchronous rectifiers)。 该整流电路308还包含多个并联于该金属氧化物半导体场效应晶体管漏极 (drain)与源极(source)间的二极管，该些二极管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的切换 速度。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4，为本实用新型的第三实施例的具桥式整流电路的均流式电源供应 装置的电路图，本实施例为具有多组输出的该具桥式整流电路的均流式电源供应装置。该 具桥式整流电路的均流式电源供应装置包含一直流电源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。其中该直流电源400、该 方波产生电路402、该谐振电路404皆与图2相同，其不同之处在于增加该转换电路406的 二次侧绕阻、该整流电路408的开关组件与该滤波电路410的电容器的使用数量。 该转换电路406具有两个一次侧绕组nl与四个二次侧绕组n2，该一次侧绕组nl 分别为一第一一次侧绕组nll与一第二一次侧绕组n12 ;该些二次侧绕组n2分别为一第 一二次侧绕组n21、一第二二次侧绕组n22、一第三二次侧绕组n23、以及一第四二次侧绕组 n24。其中该第一一次侧绕组nll对应该第一二次侧绕组n21与该第三二次侧绕组n23 ;并 且，该第二一次侧绕组n12对应该第二二次侧绕组n22与该第四二次侧绕组n24。此外，该 第一二次侧绕组n21串联该第二二次侧绕组n22，该第三二次侧绕组n23串联该第四二次侧 绕组n24。 该整流电路408电连接至该转换电路406，并且具有六个开关组件，分别为第一至 第六开关组件Sl S6，其中该第一至第四开关组件Sl S4构成一桥式整流电路，电连接 至串联连接的该第一二次侧绕组n21与第二二次侧绕组n22;而该第五开关组件S5与第六 开关组件S6分别电连接至该第三二次侧绕组n23与该第四二次侧绕组n24，以构成一全波 整流电路。该经整流后的电压分别由节点xl与x2输出，其输出整流电压Vxl、 Vx2的波形 如图8(f)所示 该滤波电路410包含有一第三电容器C3与一第四电容器C4，分别电连接至该桥式 整流电路与该全波整流电路，其中该第三电容器C3与第四电容器C4为滤波电容器。该滤 波电路410主要利用该些滤波电容器C3、C4充放电的特性，降低电压涟波，以提供后端电路 一较平稳的电源，并将该经滤波后的电压由一第一输出端Voutl与一第二输出端Vout2输 出至后端电路，其输出波形如图8(g)所示。 配合参阅图5，为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应装置的第四实 施例的电路图。在本实施例中利用一全桥式方波产生电路502取代前述的半桥式方波产生 电路，该全桥式方波产生电路502包含有四个半导体组件，分别为第一半导体组件Ql、第二 半导体组件Q2、第三半导体组件Q3与第四半导体组件Q4，且两两一组电连接至一控制器 800。另外，于本实施例中，该转换电路506的该一次侧绕组nl因应该全桥式方波产生电路502的连接方式，而改以串联的方式电连接该第一一次侧绕组nll与该第二一次侧绕组 n12。 其主要运作方式说明如下当一直流电源500输入至该全桥式方波产生电路502，
由该控制器800交替地切换该些半导体组件Ql Q4为导通与截止的状态，并于p点与q
点分别产生一脉波电压Vp、 Vq(如图8(h)所示)。该谐振电路504的该第一电容器C1与
该转换电路506的该一次侧绕阻nl发生谐振并于r点形成一谐振电压Vr，并传送至该转换
电路506的该二次侧绕组n2。该传送至该二次侧绕组n2的谐振电压Vr再经由一整流电路
508整流，并通过一滤波电路510滤波，以提供后端电路一较为平稳的电源。 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，使两变压
器的第一二次侧绕组n21与第二二次侧绕组n22相互串联，且电连接至一桥式整流电路。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，为本实用新型的具桥式整流电路的均流式电源供应
装置的第六实施例示意图。该谐振电路704利用二个谐振电容器C11、C12分别串联连接至
该二并联连接的一次侧绕组nl，以达到滤除直流成分而使交流成分通过的功能。 综合以上所述，本实用新型的具桥式整流电路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，并且引入一桥式整流电路取代现有技术的半波整流电路，使得转换电路的二次侧绕组
数目得以减少，除了减少成本支出外，并且降低组件耗损而增加整体效率。 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。
权利要求一种具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，包含一转换电路，包含有两个变压器，且各该变压器包含一一次侧绕组与至少一二次侧绕组，其中该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源切换为一脉波直流；一谐振电路，电连接至该方波产生电路，该谐振电路包含一第一电容器以及该转换电路的该一次侧绕组；以及一整流电路，包含至少四个开关组件，电连接至该转换电路的二次侧绕组，用以将该由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所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，还 包含一滤波电路，电连接至该整流电路，该滤波电路包含有至少一第二电容器，该第二电容 器为一滤波电容器，用以降低输出直流电压的电压涟波。
3. 根据权利要求1所述的具有桥式整流电路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所述的具有桥式整流电路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的同步整流电路。
5. 根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该 整流电路还包含并联于该金属氧化物半导体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所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该 方波产生电路为一由两个半导体组件组成的半桥电路。
7. 根据权利要求1所述的具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，其特征在于，该 方波产生电路为一由四个半导体组件组成的全桥电路。
8. 根据权利要求1所述的具有桥式整流电路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。
9. 根据权利要求1所述的具有桥式整流电路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。
10. 根据权利要求1所述的具有桥式整流电路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。
专利摘要一种具有桥式整流电路的均流式电源供应装置，包含一方波产生电路、一谐振电路、一转换电路以及一整流电路。该转换电路包含有两个变压器，且各该变压器包含一一次侧绕组与至少一二次侧绕组。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，且包含有一第一电容器以及该转换电路的一次侧绕组。该整流电路包含至少四个开关组件，电连接至该转换电路的二次侧绕组，用以将该由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。
文档编号H02M3/315GK201509151SQ20092016599
公开日2010年6月16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