专利名称：电源转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源转换器，尤其涉及一种交流直流电源转换器。
背景技术：
图I为现有的交流直流电源转换器(AC to DC power converter)的电路图。参照图1，交流直流电源转换器100利用变压器110接收交流电压AC1，并藉此进行升压或是降压。之后，二极管Dll与电容Cll会对升/降压后的信号进行滤波与整流。此外，电感LI与开关SWl将形成一电压调整电路，并在控制电路120的控制下，进行电压位准的调整。再者，信号将通过二极管D12与电容C12再次进行滤波与整流，以产生负载101所需的直流电 压 DC1。此外，为了维持输出电流的稳定度，限流电路130用以检测流经负载101的输出电流的大小，并依据检测结果传送一反馈信号SI给控制电路120。藉此，控制电路120将可以依据反馈信号SI进行输出电流的调整。换言之，现有的交流直流电源转换器100会先通过电感LI与开关SWl所形成的电压调整电路进行电压位准的调整，之后再通过限流电路130与电压调整电路进行输出电流的调整。然而，信号在通过电感LI与开关SWl所形成的电压调整电路进行电压位准与输出电流的调整时，将造成庞大的耗电量，进而降低交流直流电源转换器100的转换效率。此夕卜，现有的交流直流电源转换器100具有电磁干扰(electromagnetic interference,简称EMI)的问题，进而对人体以及内部电路造成影响。
发明内容
本发明提供一种电源转换器，利用切换单元于不同时间点传送不同的整流电压，进而达到电压位准的调整。藉此，电源转换器将无须配置由电感与开关所形成的电压调整电路，进而提升电源转换器的转换效率。本发明提出一种电源转换器，包括变压器、二极管阵列、多个切换单元、控制电路、以及滤波电路。变压器将交流电压转换成多个子交流电压。二极管阵列电性连接变压器，并对这些子交流电压进行整流，以产生多个整流电压。这些切换单元的第一端接收这些整流电压，且这些切换单元的第二端彼此电性相连。另一方面，控制电路将这些整流电压分别与一参考电压进行比较。其中，当具有两个以上的整流电压大于参考电压时，控制电路从这些整流电压中挑选出大于参考电压的最小整流电压，并控制这些切换单元传送最小整流电压。此外，当不具有两个以上的整流电压大于参考电压时，控制电路从这些整流电压中挑选出一最大整流电压，并控制这些切换单元传送最大整流电压。滤波电路对来自这些切换单元的电压进行整流与滤波，以产生直流电压。在本发明的一实施例中，上述的电源转换器传送直流电压至一负载，且电源转换器还包括调整电路。其中，调整电路电性连接负载与滤波电路，并判别直流电压的大小，以切换至充电模式、升压模式、或是正常模式。其中在充电模式下，调整电路利用直流电压进行充电。在升压模式下，调整电路利用充电所得的电荷提高直流电压的电压位准。在正常模式下，调整电路停止充电与升压。基于上述，本发明利用切换单元于不同时间点传送不同的整流电压，进而致使切换单元所产生的电压趋近于参考电压。藉此，本发明的电源转换器将无须配置由电感与开关所形成的电压调整电路，进而提升电源转换器的转换效率。此外，当电源转换器所产生的直流电压过高或是过低时，本发明还利用调整电路进行充电或是升压，进而更进一步地提升电源转换器的转换效率。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图I为现有的交流直流电源转换器的电路图；图2为依据本发明的一实施例的电源转换器的电路图；图3为依据本发明的一实施例的波形时序图；图4为依据本发明的另一实施例的波形时序图；图5为依据本发明的一实施例的调整电路的电路图；图6为依据本发明的另一实施例的调整电路的电路图。附图标记100 :交流直流电源转换器；110:变压器；120:控制电路；130:限流电路；D11、D12: 二极管;C11、C12:电容；LI 电感；Sffl :开关；101 :负载；ACl :交流电压；DCl :直流电压；SI :反馈信号；200 电源转换器；AC2 :交流电压；DC2:直流电压；201 :负载；210 :变压器；211 : 一次侧；212 : 二次侧；N21 N24 :绕组线圈；220 :二极管阵列；
D21 D27 : 二极管；231 234 :切换单元；240:控制电路；250:滤波电路；
260:调整电路；C21、C51 C53、C61 C63 :电容;BV21 BV24 :子交流电压；RV21 RV24 :整流电压；S21 S24 :切换信号；T41 T43 :周期；V41 :参考电压；V42 电压；501、502、531 534、541 544、601、602、631 634、641 644 :开关；510、610:限流器；520,620 :信号产生器；530 540、630 640 :升压单兀；V51、V52、V61、V62 :预设电压；S51 S60、S61 S70 :控制信号。
具体实施例方式图2为依据本发明的一实施例的电源转换器的电路图。参照图2，电源转换器200用以将交流电压AC2转换成直流电压DC2，以提供给后端的负载201。此外，电源转换器200包括变压器210、二极管阵列220、多个切换单元231 234、控制电路240、以及滤波电路250。变压器210具有一次侧211与二次侧212。其中，一次侧211包括绕组线圈N21，且绕组线圈N21用以接收交流电压AC2。此外，二次侧212包括多个绕组线圈。例如，在本实施例中，二次侧212包括3个绕组线圈(N = 3)，且绕组线圈N22 N24于电性上相互串接。也就是说，第i个绕组线圈的第二端电性连接第(i+1)个绕组线圈的第一端，i为整数且(N-I)，N为正整数。再者，绕组线圈N22 N24会产生多个子交流电压BV21 BV24,因此变压器210可将交流电压AC2转换成多个子交流电压BV21 BV24。举例来说，图3为依据本发明的一实施例的波形时序图。如图3所示，变压器210接收交流电压AC2，并将交流电压AC2转换成子交流电压BV21 BV24。二极管阵列220电性连接变压器210的绕组线圈N22 N24。更进一步来看，二极管阵列220包括二极管D21 D26。其中，二极管D21 D23的阳极电性连接绕组线圈N22 N24的第一端，且二极管D24的阳极电性连接绕组线圈N24的第二端。二极管D25的阴极电性连接绕组线圈N22的第一端，且二极管D25的阳极电性连接至接地端。二极管D26的阴极电性连接绕组线圈N24的第二端，且二极管D26的阳极电性连接至接地端。在操作上，二极管阵列220会对子交流电压BV21 BV24进行整流，并通过二极管D21 D24的阴极产生多个整流电压RV21 RV24。举例来说，图4为依据本发明的另一实施例的波形时序图。如图4所示，在周期T41内，二极管阵列220会以绕组线圈N24的第二端为接地端。因此，在周期T41内，整流电压的电压位准由高至低分别为整流电压RV21、RV22、RV230此外，在周期T42内，二极管阵列220会以绕组线圈N22的第一端为接地端。因此，在周期T42内，整流电压的电压位准由高至低分别为整流电压RV24、RV23、RV22。相似地，在周期T43内，二极管阵列220会再次以绕组线圈N24的第二端为接地端，并产生电压位准由高至低的整流电压RV21、RV22, RV230切换单元231 234的第一端接收整流电压RV21 RV24,且切换单元231 234的第二端彼此电性相连。另一方面，控制电路240将整流电压RV21 RV24分别与一参考电压进行比较，并从整流电压RV21 RV24中挑选出一最大整流电压或是大于参考电压的一最小整流电压。此外，控制电路240会依据挑选结果产生多个切换信号S21 S24。藉此，切换单元231 234将依据切换信号S21 S24调整其第一端与第二端之间的导通状态，并传送最大整流电压或是在大于参考电压的情况下的最小整流电压至滤波电路250。举例来说，如图4所示，其中V41为参考电压，且V42为切换单元231 234传送至滤波电路250的电压。在此，以周期T41内的整流电压为例来看，一开始整流电压RV21 RV23皆小于参考电压V41，故控制电路240会挑选整流电压RV21为最大整流电压，并产生相应的切换信号S21 S24,以致使切换单元231 234传送最大整流电压RV21。之后，当整流电压RV21、RV22皆大于参考电压V41时，控制电路240会从整流电压RV21、RV22中挑选出整流电压RV22作为最小整流电压，并产生相应的切换信号S21 S24,以致使切换单元231 234传送最小整流电压RV22。再者，当整流电压RV21、RV22、RV23皆大于参考电压V41时，控制电路240会从整流电压RV21、RV22、RV23中挑选整流电压RV23作为最小整流电压RV23,并产生相应的切换信号S21 S24,以致使切换单元231 234传送最小整流电压RV23。换言之，控制电路240会判别是否有2个以上的整流电压大于参考电压V41。此外，当没有2个以上的整流电压大于参考电压V41时，则控制电路240会选出最大整流电压，并控制切换单元231 234传送最大整流电压。反之，当具有2个以上的整流电压大于参考电压V41时，控制电路240则会从大于参考电压V41的多个整流电压中，挑选出最小整流电压，并控制切换单元231 234传送最小整流电压。如此一来，在周期T41内，随着整流电压RV21 RV23的不断升高，切换单元231 234将依序传送电压位准由高至低的整流电压RV21、RV22、RV23。此外，在周期T41内，随着整流电压RV21 RV23的不断降低，切换单元231 234将依序传送电压位准由低至高的整流电压RV23、RV22、RV21。藉此，传送至滤波电路250的电压V42将趋近于参考电压V41。因此，滤波电路250在对电压V42进行滤波之后将可产生直流电压DC2。值得一提的是，与图I的交流直流电源转换器100相较之下，电源转换器200无须配置由电感与开关所形成的电压调整电路即可进行电压位准的调整，因此电源转换器200具有较佳的转换效率。此外，与图I的交流直流电源转换器100相较之下，电源转换器200具有较低的电磁干扰，进而避免对人体及其内部电路造成影响。请继续参照图2，滤波电路250包括二极管D27与电容C21。其中，二极管D27的 阳极电性连接切换单元231 234的第二端，且二极管D27的阴极产生直流电压DC2。电容C21的第一端电性连接二极管D27的阴极，且电容C21的第二端电性连接至接地端。在此，虽然图2实施例列举了滤波电路250的细部电路，但本领域具有通常知识者也可依据设计所需，更改滤波电路250的细部电路。例如，滤波电路250也可由单一的电容C21所构成。更进一步来看，电源转换器200还包括调整电路260。其中，调整电路260电性连接至负载201以及滤波电路250。在操作上，调整电路260会判别直流电压DC2的大小，以切换至一充电模式、一升压模式、或是一正常模式。其中，在充电模式下，调整电路260会利用直流电压DC2进行充电。在升压模式下，调整电路260会利用充电所得的电荷提高直流电压DC2的电压位准。再者，在正常模式下，调整电路260会停止充电与升压，并主要用以限定流经负载201的电流。如此一来，当直流电压DC2过高时，调整电路260会切换至充电模式，以利用过高的直流电压DC2进行充电。相对地，当直流电压DC2过低时，调整电路260会切换至升压模式，以利用充电所得的电荷提高直流电压DC2。此外，当直流电压DC2稳定时，调整电路260 将切换至正常模式，以限定流经负载201的电流。藉此，直流电压DC2将可再次地被利用，进而有助于提升电源转换器200的转换效率。为了致使本领域普通技术人员可以更加了解本实施例，以下将列举调整电路260的电路架构。图5为依据本发明的一实施例的调整电路的电路图，其中为了说明方便起见，图5还显示出负载201。参照图5，调整电路260包括开关501、开关502、电容C51、限流器510、信号产生器520、以及多个升压单元530 540。在整体架构上，开关501的第一端电性连接负载201。限流器510电性连接在开关501的第二端与接地端之间。电容C51的第一端接收直流电压DC2。开关502电性连接在电容C51的第二端与接地端之间。信号产生器520电性连接开关501。升压单元530电性连接负载201、电容C51的第二端、开关501的第二端以及接地端。此外，升压单元540电性连接负载201、升压单元530、开关501的第二端以及接地端。在操作上,开关501的第一端与第二端分别产生预设电压V51与V52。此外,信号产生器520会依据预设电压V51与V52判别直流电压DC2的大小，并依据判别结果进行调整电路260的模式的切换。此外，信号产生器520会在不同的模式产生不同的控制信号S51 S60，以控制开关501、开关502以及升压单元530 540。其中，开关501与502分别受控于信号产生器520所产生的控制信号S51与S52。藉此，当调整电路260切换至正常模式时，仅开关501与502被导通。此时，限流器510通过开关501接收到来自负载201的电流，且限流器510会限制流经其内部电流的大小。另一方面，当调整电路260切换至充电模式时，调整电路260可选择性地将直流电压DC2储存至升压单元530 540。反之，当调整电路260切换至升压模式时，调整电路260可选择性地利用升压单元530 540提高直流电压DC2。因此，在实际应用上，调整电路260可以仅配置单一的升压单元530，或是同时配置多个升压单元530 540。举例来说，在图5实施例中，升压单元530包括开关531 534以及电容C52。其中，开关531与532的第一端分别电性连接电容C51的第二端与负载201，而开关531与532的第二端则皆电性连接至电容C52的第一端。此外，开关533与534的第一端皆电性连接至电容C52的第二端，且开关533与534的第二端分别电性连接开关501的第二端以及接地端。此外，开关531 534分别受控于信号产生器520所产生的控制信号S53 S56。再者，升压单元540包括开关541 544以及电容C53。其中，开关541与542的第一端分别电性连接电容C52的第二端与负载201，而开关541与542的第二端则皆电性连接至电容C53的第一端。此外，开关543与544的第一端皆电性连接至电容C53的第二端，且开关543与544的第二端分别电性连接开关501的第二端以及接地端。此外，开关541 544分别受控于信号产生器520所产生的控制信号S57 S6(l。在实际应用上，倘若调整电路260仅配置单一的升压单元530或是仅利用升压单元530进行升压时，则调整电路260切换至不同模式时的操作将如下所示。其中，在充电模式下，升压单元530中的开关532与533导通，且其余的开关皆不导通。藉此，负载201、电容C52、与限流器510于电性上相互串接至接地端，进而致使电容C52进行充电。此外，在升压模式下，开关501导通，升压单元530中的开关531与534导通，且其余的开关皆不导通。藉此，电容C51与电容C52于电性上相互串接至接地端，进而提高直流电压DC2的电压位准。在正常模式下，开关501与502导通，且其余 的开关皆不导通。藉此，电容C52的两端皆处于浮接状态，进而致使升压单元530停止充电与升压。再者，倘若调整电路260配置多个升压单元530 540，并利用多个升压单元530 540进行升压时，则调整电路260切换至不同模式时的操作将如下所示。在充电模式下，对第一级电容C52充电时，升压单元530中的开关532与533导通，其余的开关皆不导通；藉此，负载201、电容C52、与限流器510于电性上相互串接至接地端，进而致使电容C52进行充电。对第二级电容C53充电时，升压单元540中的开关542与543导通，且其余的开关皆不导通。藉此，负载201、电容C53、与限流器510于电性上相互串接至接地端，进而致使电容C53进行充电。此外，在一级升压模式下，开关501导通，升压单元530中的开关531与534导通，其余的开关皆不导通，也就是说，此时开关的接连方式与只有单一升压单元时的接连方式相同。在多级升压模式下，以两级升压为例，升压单元530中的开关531导通，升压单元540中的开关541与544导通，开关501导通，且其余的开关皆不导通。藉此，电容C51、电容C52与电容C53于电性上相互串接至接地端，进而提高直流电压DC2的电压位准。再者，在正常模式下，开关501与502导通，且其余的开关皆不导通。藉此，电容C52与C53的两端皆处于浮接状态，进而致使升压单元530 540停止充电与升压。图6为依据本发明的另一实施例的调整电路的电路图，其中为了说明方便起见，图6还显示出负载201。参照图6，调整电路260包括开关601、开关602、电容C61、限流器610、信号产生器620、以及多个升压单元630 640。此外，升压单元630包括开关631 634以及电容C62，且升压单元640包括开关641 644以及电容C63。图6实施例中的开关601、开关602、电容C61、限流器610、信号产生器620以及升压单元630的电路架构，皆与图5实施例中的开关501、开关502、电容C51、限流器510、信号产生器520以及升压单元530的电路架构相同或是相似。因此，与图5实施例相似地，开关601的第一端与第二端分别产生预设电压V61与V62。此外，信号产生器620会依据预设电压V61与V62判别直流电压DC2的大小，并依据判别结果进行调整电路260的模式的切换。此外，信号产生器620会在不同的模式产生不同的控制信号S61 S70,以控制开关601、开关602以及升压单元630 640。在此，图6与图5实施例的最大不同之处在于，图6实施例中的升压单元640不会电性连接至前一级的升压单元630，而是与前一级的升压单元630相互并联。因此，在实际应用上，倘若调整电路260配置多个升压单元630 640，并利用多个升压单元630 640进行升压时，则调整电路260切换至升压模式时的操作将如下所示。此时，开关601导通，升压单元630中的开关631与634导通，升压单元640中的开关641与644导通，且其余的开关皆不导通。藉此，电容C62与C63相互并联，且电容C61分别与电容C62、C63相互串连，进而提高直流电压DC2的电压位准。至于图6实施例的细部操作已包含在图5实施例，故在此不予赘述。综上所述，本发明利用切换单元于不同时间点传送不同的整流电压，进而致使切换单元所产生的电压趋近于一参考电压。藉此，本发明的电源转换器将无须配置由电感与开关所形成的电压调整电路即可进行电压位准的调整，进而提升电源转换器的转换效率。此外，当电源转换器所产生的直流电压过高或是过低时，本发明还利用调整电路进行充电 或是升压，进而更进一步地提升电源转换器的转换效率。虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，当可作些许更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种电源转换器,包括 一变压器，将一交流电压转换成多个子交流电压； 一二极管阵列，电性连接该变压器，并对该些子交流电压进行整流，以产生多个整流电压； 多个切换单元，其中该些切换单元的第一端接收该些整流电压，且该些切换单元的第二端彼此电性相连； 一控制电路，将该些整流电压分别与一参考电压进行比较，其中当具有两个以上的整流电压大于该参考电压时，该控制电路从该些整流电压中挑选出大于该参考电压的一最小整流电压，并控制该些切换单元传送该最小整流电压，当不具有两个以上的整流电压大于该参考电压时，该控制电路从该些整流电压中挑选出一最大整流电压，并控制该些切换单元传送该最大整流电压；以及 一滤波电路，对来自该些切换单元的电压进行滤波，以产生一直流电压。
2.根据权利要求I所述的电源转换器，其中该变压器具有一一次侧与一二次侧，该一次侧接收该交流电压，该二次侧包括N个绕组线圈，第i个绕组线圈的第二端电性连接第(i+1)个绕组线圈的第一端，且该些绕组线圈产生该些子交流电压，N为正整数，i为整数且 (N-I)。
3.根据权利要求2所述的电源转换器，其中该二极管阵列包括 (N+1)个第一二极管，其中第j个第一二极管的阳极电性连接第j个绕组线圈的第一端，j为整数且I彡j彡N，第(N+1)个第一二极管的阳极电性连接第N个绕组线圈的第二端，所述(N+1)个第一二极管的阴极产生该些整流电压； 一第二二极管，其阴极电性连接第I个绕组线圈的第一端，该第二二极管的阳极电性连接至一接地端；以及 一第三二极管，其阴极电性连接第N个绕组线圈的第二端，该第三二极管的阳极电性连接至该接地端。
4.根据权利要求I所述的电源转换器，其中该滤波电路包括 一第一电容，其第一端电性连接该些切换单元的第二端，该第一电容的第二端电性连接至一接地端，且该第一电容的第一端产生该直流电压。
5.根据权利要求4所述的电源转换器，其中该滤波电路还包括 一第四二极管，其阳极电性连接该些切换单元的第二端，该第四二极管的阴极电性连接该第一电容的第二端。
6.根据权利要求I所述的电源转换器，其中该电源转换器传送该直流电压至一负载，且该电源转换器还包括 一调整电路，电性连接该负载与该滤波电路，并判别该直流电压的大小，以切换至一充电模式、一升压模式、或是一正常模式，其中在该充电模式下，该调整电路利用该直流电压进行充电，在该升压模式下，该调整电路利用充电所得的电荷提高该直流电压的电压位准，在该正常模式下，该调整电路停止充电与升压。
7.根据权利要求6所述的电源转换器，其中该调整电路包括 一第一开关，其第一端电性连接该负载，且该第一开关的第一端与第二端分别产生一第一预设电压与一第二预设电压；一限流器，电性连接在该第一开关的第二端与一接地端之间，并限制流经该限流器的一内部电流的大小； 一第二电容，其第一端接收该直流电压； 一第二开关，电性连接在该第二电容的第二端与该接地端之间； 一第一升压单兀，包括一第三电容；以及 一信号产生器，依据该第一预设电压与该第二预设电压判别该直流电压的大小，以进行该调整电路的模式的切换，且该信号产生器用以控制该第一开关、该第二开关、以及该第 一升压单兀， 其中，在该充电模式下，该第一开关与该第二开关不导通，且该负载、该第三电容、与该 限流器于电性上相互串接，在该升压模式下，该第一开关导通，该第二开关不导通，且该第二电容与该第三电容于电性上相互串接，在该正常模式下，该第一开关与该第二开关导通，且该第三电容的两端皆处于一浮接状态。
8.根据权利要求7所述的电源转换器，其中该第一升压单元还包括 一第三开关，其第一端电性连接该第二电容的第二端，该第三开关的第二端电性连接该第三电容的第一端； 一第四开关，其第一端电性连接该负载，该第四开关的第二端电性连接该第三电容的弟觸； 一第五开关，其第一端电性连接该第三电容的第二端，该第五开关的第二端电性连接该第一开关的第二端；以及 一第六开关，其第一端电性连接该第三电容的第二端，该第六开关的第二端电性连接至接地端。
9.根据权利要求7所述的电源转换器，其中该调整电路还包括 一第二升压单元，包括一第四电容，并受控于该信号产生器，其中，在该充电模式下，该第四电容、该负载、与该限流器于电性上相互串接，在该升压模式下，该第四电容、该第二电容、与该第三电容于电性上相互串接，在该正常模式下，该第四电容的两端皆处于该浮接状态。
10.根据权利要求9所述的电源转换器，其中该第二升压单元还包括 一第七开关，其第一端电性连接该第一升压单元，该第七开关的第二端电性连接该第四电容的第一端； 一第八开关，其第一端电性连接该负载，该第八开关的第二端电性连接该第四电容的弟觸； 一第九开关，其第一端电性连接该第四电容的第二端，该第九开关的第二端电性连接该第一开关的第二端；以及 一第十开关，其第一端电性连接该第四电容的第二端，该第十开关的第二端电性连接至接地端。
11.根据权利要求7所述的电源转换器，其中该调整电路还包括 一第三升压单兀,包括一第五电容，并受控于该信号产生器，其中，在该充电模式下，该第五电容、该负载、与该限流器于电性上相互串接，在该升压模式下，该第五电容与该第二电容于电性上相互串接，在该正常模式下，该第五电容的两端皆处于该浮接状态。
12.根据权利要求11所述的电源转换器，其中该第三升压单元还包括 一第十一开关，其第一端电性连接该第二电容的第二端，该第十一开关的第二端电性连接该第五电容的第一端； 一第十二开关，其第一端电性连接该负载，该第十二开关的第二端电性连接该第五电容的第一端； 一第十三开关，其第一端电性连接该第五电容的第二端，该第十三开关的第二端电性连接该第一开关的第二端；以及 一第十四开关，其第一端电性连接该第五电容的第二端，该第十四开关的第二端电性连接至接地端。
全文摘要
一种电源转换器，包括变压器、二极管阵列、多个切换单元、控制电路以及滤波电路。变压器将交流电压转换成多个子交流电压。二极管阵列对这些子交流电压进行整流，以产生多个整流电压。这些切换单元的第一端接收这些整流电压，且这些切换单元的第二端彼此电性相连。控制电路将这些整流电压分别与参考电压进行比较，并从这些整流电压中挑选出最大整流电压或是大于参考电压的最小整流电压。控制电路还依据挑选结果产生多个切换信号，以致使这些切换单元传送最大整流电压或是大于参考电压的最小整流电压，且滤波电路据以产生直流电压。
文档编号H02M3/00GK102638180SQ201210029670
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月10日 优先权日2011年2月11日
发明者庄钰坚, 陈国祚 申请人:光明电子股份有限公司