电力变换器、电力变换系统以及电力变换方法

电力变换器、电力变换系统以及电力变换方法
【专利摘要】本发明揭露一种电力变换器、电力变换系统以及电力变换方法。电力变换器包含变换单元、信号产生单元以及控制单元。变换单元用以输出变换电力。信号产生单元用以接收检测信号，产生参考信号。控制单元耦接变换单元和信号产生单元，用以接收参考信号，并依据参考信号控制变换单元，以调整变换单元的一受控量。上述受控量具有多个分段部分，上述分段部分中每一者具有相应的斜率，且上述分段部分中至少二者的斜率相异。
【专利说明】电力变换器、电力变换系统以及电力变换方法

【技术领域】
[0001]本发明是关于一种电力变换器，且特别是有关于一种其受控量具有多个分段部分的电力变换器。

【背景技术】
[0002]随着分布式电源系统不断地演进，市场上对于高效率、小尺寸、低成本、高兼容性、高功率密度、高可靠性以及高开关频率的电力变换器的需求日益增加。
[0003]在宽输入电压范围的应用上，传统的电力变换器采用恒定输出电压设计，然而，在这种设计中电源的输入电压范围窄，无法兼容多种母线(bus)电压，致使电源的兼容性不佳，无法降低成本，在使用上存在效率低、成本高、电源兼容性差等缺点。另一种传统电力变换器采用的开环控制设计虽然可以改善效率问题，但其缺点则是无法在母线电压的典型值附近提供一个具有恒压区间的电源。
[0004]综合上述，迄今为止未解决的需求存在于本【技术领域】中，以解决前述缺陷与不足。


【发明内容】

[0005]本发明是关于一种电力变换器、电力变换系统以及电力变换方法，用以通过变换单元中具有多个分段部分的受控量，使得电力变换的效率提高。
[0006]本发明的一方面是关于一种电力变换器，其包含变换单元、信号产生单元以及控制单元。变换单元用以输出变换电力。信号产生单元用以接收检测信号，产生参考信号。控制单元耦接变换单元和信号产生单元，用以接收参考信号，并依据参考信号控制变换单元，以调整变换单元的一受控量。上述受控量具有多个分段部分，上述多个分段部分中每一者具有相应的斜率，且上述多个分段部分中至少二者的斜率相异。
[0007]在一实施例中，上述受控量包含输入电压、输入电流、输出电压以及输出电流中至少一者。
[0008]在一实施例中，上述检测信号相应于输入电压、输入电流、输出电压以及输出电流中至少一者而产生。
[0009]在一实施例中，参考信号具有多个分段部分。
[0010]在一实施例中，信号产生单元还用以接收一给定信号，信号产生单元用以依据检测信号和给定信号产生参考信号，控制单元用以依据参考信号控制变换单元，以调整变换单元的受控量。
[0011]在一实施例中，上述多个分段部分中相邻两分段部分的斜率间夹角大于或等于九十度。
[0012]在一实施例中，变换单元还包含隔离电路。
[0013]在一实施例中，变换单元还包含谐振变换电路。
[0014]在一实施例中，上述谐振变换电路为LLC型谐振变换电路。
[0015]在一实施例中，控制单元控制变换单元,使得变换单元的操作频率相应于上述受控量的多个分段部分在一个频率调节范围内振荡变化。
[0016]在一实施例中，控制单元控制变换单元,使得变换单元的占空比相应于上述受控量的多个分段部分在一个占空比调节范围内振荡变化。
[0017]本发明的另一方面是关于一种电力变换方法，其步骤包含:通过变换单元输出变换电力；通过一信号产生单元接收一检测信号，产生一参考信号；以及通过一控制单元接收该参考信号且依据该参考信号控制该变换单元，用以调整该变换单元的受控量。上述受控量具有多个分段部分，上述多个分段部分中每一者具有相应的斜率，且上述多个分段部分中至少二者的斜率相异。
[0018]在一实施例中，上述参考信号具有多个分段部分。
[0019]在一实施例中，通过该信号产生单元接收该检测信号，产生该参考信号，再通过该控制单元接收该参考信号且依据该参考信号控制该变换单元的步骤还包含:通过该信号产生单元接收一给定信号，且依据该检测信号和该给定信号产生该参考信号，该控制单元用以依据该参考信号控制该变换单元，以调整该变换单元的该受控量。
[0020]在一实施例中，上述多个分段部分中相邻两分段部分的斜率间夹角大于或等于九十度。
[0021]本发明的另一方面是于一种电力变换系统，其包含多个电力变换器并联耦接。电力变换器中每一者包含变换单元、信号产生单元以及控制单元。变换单元用以输出一变换电力。信号产生单元用以接收一检测信号，产生一参考信号。控制单元，耦接该变换单元和该信号产生单元，用以接收该参考信号，并依据该参考信号控制该变换单元，以调整该变换单元的一受控量。上受控量具有多个分段部分，所述多个分段部分中每一者具有相应的斜率，且所述多个分段部分中至少二者的斜率相异。
[0022]在一实施例中，上述参考信号具有多个分段部分。
[0023]在一实施例中，信号产生单元还用以接收一给定信号，该信号产生单元依据该检测信号和该给定信号产生该参考信号，该控制单元用以依据该参考信号控制该变换单元，以调整该变换单元的该受控量。
[0024]应用本发明的技术内容，不仅可以提升电力变换效率，还可以减少成本，或是在同样的成本下缩小电力变换器所需的体积或尺寸。
[0025]虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1是绘示依照本发明一实施例的电力变换器的电路示意图；
[0027]图2A?图2D是绘示依照本发明一实施例的受控量相对检测信号变化的曲线示意图；
[0028]图3A?图3B是绘示依照本发明另一实施例的受控量相对检测信号变化的曲线示意图；
[0029]图4A?图4B是绘示依照本发明次一实施例的受控量相对检测信号变化的曲线示意图；
[0030]图5A?图是绘示依照本发明再一实施例的受控量相对检测信号变化的曲线示意图；
[0031]图6A?图6D是绘示依照本发明另一实施例的受控量相对检测信号变化的曲线示意图；
[0032]图7A?图7B是绘示依照本发明次一实施例的受控量相对检测信号变化的曲线示意图；
[0033]图8是绘示依照本发明另一实施例的电力变换器的电路示意图；
[0034]图9是绘示依照本发明次一实施例的电力变换器的电路示意图；
[0035]图10是绘示依照本发明一实施例的变换单元的电路示意图；
[0036]图11是依照本发明实施例绘示一种应用图10所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下输出电压相对输入电压变化的曲线示意图；
[0037]图12是依照本发明实施例绘示一种应用图10所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下操作频率相对输入电压变化的曲线示意图；
[0038]图13是依照本发明实施例绘示一种应用图10所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下效率相对操作频率变化的曲线示意图；
[0039]图14是绘示依照本发明另一实施例的变换单元的电路示意图；
[0040]图15是依照本发明实施例绘示一种应用图14所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下输出电压相对输入电压变化的曲线示意图；
[0041]图16是依照本发明实施例绘示一种应用图14所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下占空比相对输入电压变化的曲线示意图；
[0042]图17是依照本发明实施例绘示一种应用图14所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下效率相对占空比变化的曲线示意图；
[0043]图18是绘示依照本发明一实施例的电力变换系统的电路示意图；
[0044]图19A是绘示依照本发明一实施例的电力变换器与其他电源电路串联的电路示意图；
[0045]图19B是绘示依照本发明另一实施例的电力变换器与其他电源电路串联的电路示意图。

【具体实施方式】
[0046]本发明在此将参考随附附图更充分地陈述如下，其中随附附图绘有本发明的实施例。然而本发明会以许多不同形式实现而不应受限于本说明书陈述的实施例。相反地，提出这些实施例将令本说明书详尽且完整，而将充分表达本发明范围予本发明所属【技术领域】的通常知识者。本文中相同的参考编号意指相同的元件。
[0047]本说明书所用的用语只为描述特定实施例，而无意为本发明的限制。单数形式如“一”、“这”以及“该”，如本说明书所用，同样也包含多形式。更可理解的是，当用语“包含”、“包括”或“具有”于本说明书中被使用时，其是详列所陈特征、部位、整数、步骤、操作、元件与/或部件的存在，但不排除其他特征、部位、整数、步骤、操作、元件、部件与/或其中群组的一者或以上的存在或添加。
[0048]除非另外定义，本说明书所用的所有用语(包含技术与科学用语)所具意义，与本发明所属【技术领域】的通常知识者的通常理解相同。更可理解的是，例如被定义于广泛使用的字典中的用语，用语应被理解为具有意义与本发明以及相关技术中文章脉络里的用语意义一致，除非在本说明书中被明确地定义，否则不应以理想或过度字面上的意思作解释。
[0049]关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的元件或操作而已。
[0050]另外，关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
[0051]如本说明书中所用的用语，“约”、“大约”或“近似”一般应意指在特定值或范围的百分之二十以内，在百分之十以内较佳，而在百分之五以内最适当。本文中所提数值为近似值，意思是即使未被明确表示，其均隐含用语“约”、“大约”或“近似”的意思。
[0052]图1是绘示依照本发明一实施例的电力变换器的电路示意图。如图1所示，电力变换器100包含变换单元120、信号产生单元130以及控制单元140。变换单元120用以输出变换电力(例如与输出电压Vo或输出电流1对应的变换电力)。信号产生单元130用以接收一检测信号SD，并产生一参考信号SR。控制单元140与变换单元120和信号产生单元130耦接，且控制单元140用以接收参考信号SR，并依据参考信号SR控制变换单元120，以调整变换单元120的受控量。前述受控量具有多个分段部分，且这些分段部分中每一者具有相应的斜率，且这些分段部分中至少二者的斜率相异。
[0053]在本实施例中，变换单元120还可包含至少一开关电路Ql，且控制单元140依据参考信号SR相应地控制开关电路Ql，使得变换单元120的受控量相应于开关电路Ql的操作而作调整。
[0054]实作上，变换单元120包括脉冲宽度调节变换器，此脉冲宽度调节变换器可为全桥、半桥、flyback、forward、buck、boost、buck-boost 等型式的变换器。
[0055]在一实施例中，上述受控量包含输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vo以及输出电流1中至少一者；换言之，上述受控量可以是输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vo以及输出电流1其中之一或是其中数者。举例来说，上述受控量可以是输出电压Vo，或者也可以同时包括输出电压Vo以及输出电流1，但不以此为限。
[0056]其次，在一实施例中，检测信号SD相应于输入电压Vin、输入电流I in、输出电压Vo以及输出电流1中至少一者而产生；换言之,上述检测信号SD可以相应于输入电压Vin、输入电流Iiru输出电压Vo以及输出电流1其中之一或是其中数者而产生。举例来说，检测信号SD可相应地于检测输出电压Vo后产生,或者也可以于检测输出电压Vo以及输出电流1后产生，但不以此为限。
[0057]在次一实施例中，参考信号SR具有多个分段部分，使得控制单元140可据以控制变换单元120相应地调整前述受控量。
[0058]在操作上，对图1所绘示的电力变换器100而言，变换单元120接收输入电力(例如:与输入电压Vin或输入电流Iin对应的输入电力)，然后变换上述输入电力为变换电力(例如:与输出电压Vo或输出电流1对应的变换电力)。
[0059]再者，针对变换单元120的控制操作，控制单元140根据参考信号SR控制变换单元120中的开关元件,使得变换单元120的受控量所具有的至少一个或是全部的分段部分相应于开关元件的操作而作调整。需说明的是，前述所称受控量具有多个分段部分，可以指变换单元120受控制而接收具不同量值的输入电压Vin或输入电流I in，或是受控制而产生具不同量值的输出电压Vo或输出电流Ιο。
[0060]在一实施例中，信号产生单元130可通过反馈控制回路(图1未绘示)产生的检测信号SD (例如:相应地于检测输出电压Vo或输出电流1后产生的检测信号SD)产生参考信号SR，而控制单元140根据参考信号SR控制变换单元120，使得上述受控量的其中一个或多个分段部分据以产生。
[0061]在另一实施例中，信号产生单元130可通过前馈控制回路(图1未绘示)产生的检测信号SD (例如:相应地于检测输入电压Vin或输入电流Iin后产生的检测信号SD)产生参考信号SR，而控制单元140根据参考信号SR控制变换单元120，使得上述受控量的其中一个或多个分段部分据以产生。
[0062]在次一实施例中，信号产生单元130接收检测信号SD，产生参考信号SR，控制单元140通过开环回路(图1未绘示)的操作根据参考信号SR控制变换单元120，使得上述受控量的其中一个或多个分段部分据以产生。
[0063]由以上实施例可知，变换单元120的受控量具有至少二斜率相异的多个分段部分，可应用在各种控制操作的控制回路中(例如:反馈控制回路、前馈控制回路以及开环回路)，使得电力变换器的设计具有更大弹性。
[0064]以下实施例描述本发明所述电力变换器中变换单元的受控量相对检测信号SR的变化。请参照图2Α?图2D，图2Α?图2D是绘示依照本发明一实施例的受控量相对检测信号SD变化的曲线示意图，其中图2Α?图2D绘示的受控量与检测信号的相对变化方式可应用在本发明各种实施例的电力变换器中，但不以此为限。
[0065]在本实施例中，图2Α?图2D所示的受控量中每一者均具有多个分段部分，这些分段部分中每一者具有相应的斜率，且这些分段部分中至少二者的斜率相异；举例而言，如图2Α?图2D中任一者所绘示，一个分段部分的斜率为恒定零，与其相邻的另一个分段部分的斜率为非零恒定值。
[0066]如图2Α所示，受控量的分段部分SAl的斜率为恒定负值，紧接在分段部分SAl之后的分段部分SA2的斜率为恒定零。再者，如图2Β所示，受控量的分段部分SA4的斜率为恒定负值，然而紧接在分段部分SA4之前的分段部分SA3的斜率为恒定零。其次，如图2C所不，受控量的分段部分SA5的斜率为恒定正值,紧接在分段部分SA5之后的分段部分SA6的斜率为恒定零。此外，如图2D所示，受控量的分段部分SA8的斜率为恒定正值，然而紧接在分段部分SA8之前的分段部分SA7的斜率为恒定零。
[0067]在另一实施例中，如图2Α?图2D中任一者所示，受控量的分段部分中相邻两分段部分(如:SA1与SA2，或是SA3与SA4，或是SA5与SA6，或是SA7与SA8)的斜率间夹角(如:0 a、0b、0C或0d)大于九十度。如此一来，可避免分段部分之间的变化过于剧烈，以获得稳定的变换电力输出。
[0068]图3A?图3B是绘示依照本发明另一实施例的受控量相对检测信号变化的曲线示意图，其中图3A?图3B绘示的受控量与检测信号可应用在本发明各种实施例的电力变换器中，但不以此为限。
[0069]在本实施例中，图3A?图3B所的受:控量中每一者均具有多个分段部分，这些分段部分中每一者具有相应的斜率，且这些分段部分中至少二者的斜率相异；举例而言，如图3A?图3B中任一者所绘示，一个分段部分的斜率为恒定正值，与其相邻的另一个分段部分的斜率为恒定负值。
[0070]如图3A所示，受控量的分段部分SAl的斜率为恒定负值，紧接在分段部分SAl之后的分段部分SA2的斜率为恒定正值。再者，如图3B所示，受控量的分段部分SA4的斜率为恒定负值，然而紧接在分段部分SA4之前的分段部分SA3的斜率为恒定正值。
[0071]在另一实施例中，如图3A?图3B中任一者所示，受控量的分段部分中相邻两分段部分(如:SAl与SA2，或是SA3与SA4)的斜率间夹角(如:0&或0b)大于九十度。如此一来，可避免分段部分之间的变化过于剧烈，以获得稳定的变换电力输出，然而在本【技术领域】中具有通常知识者可依实际需求实现相邻两分段部分的斜率间夹角小于或等于九十度，而不以本实施例为限。
[0072]图4A?图4B是绘示依照本发明次一实施例的受控量相对检测信号SD变化的曲线示意图，其中图4A?图4B绘示的受控量与检测信号可应用在本发明各种实施例的电力变换器中，但不以此为限。
[0073]在本实施例中，图4A?图4B所示的受控量中每一者均具有多个分段部分，这些分段部分中每一者具有相应的斜率，且这些分段部分中至少二者的斜率相异；举例而言，如图4A?图4B中任一者所绘示，两相邻分段部分均为恒定值，且两者的量值相异。如图4A所示，受控量的分段部分SAl与SA3均为恒定值，且SA3的量值大于SAl的量值。再者，如图4B所示，受控量的分段部分SA4与SA6均为恒定值，且SA4的量值大于SA6的量值。
[0074]图5A?图是绘示依照本发明再一实施例的受控量相对检测信号SD变化的曲线示意图，其中图5A?图绘示的受控量与检测信号SR可应用在本发明各种实施例的电力变换器中，但不以此为限。
[0075]在本实施例中，图5A?图所不的受控量中每一者均具有多个分段部分,不同分段部分具有不同的斜率。举例而言，如图5A?图中任一者所绘示，一个分段部分的斜率为非恒定正值或非恒定负值，与其相邻的另一个分段部分的斜率为恒定零。
[0076]如图5A所示，受控量的分段部分SAl的斜率为恒定零，紧接在分段部分SAl之后的分段部分SA2的斜率为非恒定的正值。再者，如图5B所示，受控量的分段部分SA3的斜率为恒定零，然而紧接在分段部分SA3之后的分段部分SA4的斜率为非恒定的负值。其次，如图5C所示，受控量的分段部分SA6的斜率为恒定零，紧接在分段部分SA6之前的分段部分SA5的斜率为非恒定的正值。此外，如图所示，受控量的分段部分SA8的斜率为恒定零，然而紧接在分段部分SA8之前的分段部分SA7的斜率为非恒定的负值。
[0077]此外，如图5A?图中任一者所不,受控量的分段部分中相邻两分段部分(如:SAl与SA2，或是SA3与SA4，或是SA5与SA6，或是SA7与SA8)的斜率间夹角(如:Θ a、Θ b、Θ c或Θ d)大于九十度。
[0078]图6A?图6D是绘示依照本发明另一实施例的受控量相对检测信号SD变化的曲线示意图，其中图6A?图6D绘示的受控量与检测信号SD可应用在本发明各种实施例的电力变换器中，但不以此为限。
[0079]在本实施例中，图6A?图6D所示的受控量中每一者均具有多个分段部分，这些分段部分中每一者具有相应的斜率，且这些分段部分中至少二者的斜率相异；举例而言，如图6A?图6D所绘示，一个分段部分的斜率为恒定正值或恒定负值，与其相邻的另一个分段部分的斜率为非恒定的负值或非恒定的正值。
[0080]如图6A所示，受控量的分段部分SAl的斜率为非恒定的正值，紧接在分段部分SAl之后的分段部分SA2的斜率为恒定负值。再者，如图6B所示，受控量的分段部分SA3的斜率为恒定负值，然而紧接在分段部分SA3之后的分段部分SA4的斜率为非恒定的正值。其次，如图6C所示，受控量的分段部分SA5的斜率为恒定正值，紧接在分段部分SA5之后的分段部分SA6的斜率为非恒定的负值。此外，如图6D所示，受控量的分段部分SA8的斜率为恒定正值，然而紧接在分段部分SA8之前的分段部分SA7的斜率为非恒定的负值。
[0081]此外，如图6A?图6D中任一者所不，受:控量的分段部分中相邻两分段部分(如:SAl与SA2，或是SA3与SA4，或是SA5与SA6，或是SA7与SA8)的斜率间夹角(如:Θ a、Θ b、Θ c或Θ d)可大于九十度，避免分段部分之间的变化过于剧烈，以获得稳定的变换电力输出。然而在本【技术领域】中具有通常知识者可依实际需求实现相邻两分段部分的斜率间夹角等于或小于九十度，而不以本实施例为限。
[0082]图7A?图7B是绘示依照本发明次一实施例的受控量相对检测信号SD变化的曲线示意图，其中图7A?图7B绘示的受控量与检测信号SD可应用在本发明各种实施例的电力变换器中，但不以此为限。
[0083]在本实施例中，图7A?图7B所的受:控量中每一者均具有多个分段部分，这些分段部分中每一者具有相应的斜率，且这些分段部分中至少二者的斜率相异；举例而言，如图7A?图7B中任一者所绘示，一个分段部分的斜率为非恒定的正值，与其相邻的另一个分段部分的斜率为非恒定的负值。
[0084]如图7A所示，受控量的分段部分SAl的斜率为非恒定的负值，紧接在分段部分SAl之后的分段部分SA2的斜率为非恒定的正值。再者，如图7B所示，受控量的分段部分SA4的斜率为非恒定的负值，然而紧接在分段部分SA4之前的分段部分SA3的斜率为非恒定的正值。
[0085]此外，如图7A?图7B所不,受:控量的分段部分中相邻两分段部分(如:SA1与SA2,或是SA3与SA4)的斜率间夹角(如:Θ a或Θ b)大于九十度。然而在本【技术领域】中具有通常知识者可依实际需求实现相邻两分段部分的斜率间夹角等于或小于九十度，而不以本实施例为限。
[0086]由图2A?图7B所示的实施例可知，图1所示的变换单元120的受控量具有至少二者斜率相异的多个分段部分(图4的情况除外)，而电力变换器100可应用图2A?图7B所示实施例中各种分段部分或者各种分段部分的组合，使得电力变换器100的操作具有更多弹性。
[0087]以上图2A至图7B的实施例是为了描述本发明的受控量的分段部分相对检测信号SD的变化，然而以上实施例并非用以限定本发明，换句话说，在本【技术领域】中具有通常知识者，可依本发明的精神将以上实施例中的分段部分组合或变化，借以针对实际需求实现本发明的电力变换器。
[0088]图8是绘示依照本发明另一实施例的电力变换器的电路示意图。电力变换器200同样包括变换单元220、信号产生单元230及控制单元240。相较于图1而言，变换单元220还包含隔离电路223，其中隔离电路223可包含一个隔离变压器。
[0089]图9是绘示依照本发明次一实施例的电力变换器的电路示意图。电力变换器300同样包括变换单元320、信号产生单元330及控制单元340。相较于图8，信号产生单元330还用以接收给定信号SG，并用以依据检测信号SD以及给定信号SG产生相应的参考信号SR。控制单元340根据相应的参考信号SR控制变换单元320，以调整变换单元320的受控量。
[0090]在操作上，控制单元340依据参考信号SR控制变换单元320的开关电路Qla、Qlb，使得变换单元320的受控量通过开关电路Qla、Qlb的操作而受到调整，其中变换单元320的受控量具有多个分段部分，且分段部分中每一者具有相应的斜率，上述分段部分中至少二者的斜率相异。
[0091]由图9所示的实施例可知，给定信号SG可引入于电力变换器的设计中，使得电力变换器的设计具有更多弹性，换言之，变换单元320的控制操作不需受限于检测信号SD。
[0092]图10是绘示依照本发明一实施例的变换单元的电路示意图。此变换单元420可应用在图1、图8、图9所示的电力变换器，但不以此为限。
[0093]在本实施例中，变换单元420包含谐振变换电路421，其中谐振变换电路421可为全桥LLC型谐振变换电路，但不以此为限，亦即在本【技术领域】中具有通常知识者，可针对实际需求以串联谐振变换电路、并联谐振变换电路、串并联谐振变换电路、LLC串联谐振电路或者其他类似的谐振变换电路来实现谐振变换电路421。
[0094]图11是依照本发明实施例绘示一种应用图10所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下输出电压Vo (亦即，输出电容COUT两端的电压)相对输入电压Vin变化的曲线示意图。虚线表示电力变换器采用传统恒压设计，传统的电力变换器的输出电压为恒压输出。实线表不米用本发明技术的电力变换器的输出电压。相较于传统恒压设计，变换单元420的输出电压Vo随着输入电压Vin的变化具有多个分段部分，每个分段部分具有相应的斜率，其中部分的分段部分是恒压区间(分段部分的斜率为零)，部分的分段部分不是恒压区间(分段部分的斜率不为零)，输入电压Vin与输出电压No满足分段函数关系。
[0095]图12是依照本发明实施例绘示一种应用图10所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下操作频率相对输入电压Vin变化的曲线示意图。如图12所示，虚线表示电力变换器采用传统恒压设计的操作频率变化，实线表示电力变换器采用本发明实施例的操作频率变化。以采用传统恒压设计的电力变换器而言，电力变换器的操作频率(例如:开关的操作频率)在频率调节范围fmin?fmax内变化,而以电力变换器采用本发明实施例而言，其变换单元的操作频率变化则相应具有多个分段部分的受控量(如:输出电压Vo)在频率调节范围fminl?fmaxl内振荡变化,该电力变换器的谐振频率fr处于该频率调节范围之内，其中谐振频率fr可由图10的谐振电感LR以及谐振电容CR所决定。
[0096]由上述实施例可知，相较于传统恒压设计，本发明实施例的电力变换器中的变换单元其操作频率变化较小。因此，在一定的操作频率变化量的情形下，本发明实施例的电力变换器的输入电压范围较宽，可以兼容多种母线电压。
[0097]图13是依照本发明实施例绘示一种应用图10所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下效率相对操作频率变化的曲线示意图。由图12可知，以采用本发明实施例中具有多个分段部分的受控量的变换单元而言，变换单元的操作频率在频率调节范围fminl?fmaxl内振荡变化，比采用传统恒压设计的电力变换器的操作频率(该操作频率在频率调节范围fmin?fmax内变化)小，因此，由图13可知,在同样硬件设计条件下,采用本发明中具有多个分段部分的受控量比起传统恒压设计更容易设计具有高效率表现的电力变换器(例如:效率提高约1%以上)，使得在同样的效率需求下，比起传统的电力变换器，采用本发明技术的电力变换器可不需提升效率的硬件设计，使得电力变换器的成本降低约15%以上，并且在同样成本条件下，电力变换器的尺寸缩小15%以上。
[0098]图14是绘示依照本发明另一实施例的变换单元的电路示意图。此变换单元520可应用在图1、图8、图9所示的电力变换器，但不以此为限。
[0099]在本实施例中，变换单元520包含脉冲宽度调制(Pulse-Width-Modulat1n, PWM)变换电路521，以下简称PWM变换电路，其中PWM变换电路521可为全桥式(full_bridge)PWM变换电路，但不以此为限。换句话说，在本【技术领域】中具有通常知识者，可针对实际需求以及依本发明的精神以半桥式(half-bridge) PWM变换电路、反驰式(flyback) PWM变换电路、前馈式(feed-forward)PWM变换电路、降压式(buck)PWM变换电路、升压式(boost)PWM变换电路、升降压式(buck-boost) PWM变换电路或者其他类似的PWM变换电路实现PWM变换电路521。
[0100]图15是依照本发明实施例绘示一种应用图14所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下输出电压Vo (亦即，输出电容COUT两端的电压)相对输入电压Vin变化的曲线示意图。虚线表示电力变换器采用传统恒压设计，传统的电力变换器的输出电压为恒压输出。实线表不米用本发明技术的电力变换器的输出电压。相较于传统恒压设计，变换单元520的输出电压Vo随着输入电压Vin的变化具有多个分段部分，每个分段部分具有相应的斜率，其中部分的分段部分是恒压区间(分段部分的斜率为零)，部分的分段部分不是恒压区间(分段部分的斜率不为零)，输入电压Vin与输出电压No满足分段函数关系。
[0101]图16是依照本发明实施例绘示一种应用图14所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下占空比相对输入电压变化的曲线示意图。如图16所示，虚线表示电力变换器采用传统恒压设计的占空比变化，实线表示电力变换器采用本发明实施例的占空比变化。以采用传统恒压设计的电力变换器而言，电力变换器的占空比(例如:开关的操作占空比)在范围Dmin?Dmax内变化,而以采用本发明实施例的电力变换器而言,其变换单元的占空比变化则相应于具有多个分段部分的受控量(如:输出电压Vo)在占空比调节范围Dminl?Dmax内振荡变化。在本实施例中，以采用本发明实施例的电力变换器而言，其变换单元的占空比(duty)对应于变换单元的工作周期(duty cycle)。
[0102]由上述实施例可知，相较于传统恒压设计，本发明实施例的电力变换器中的变换单元其占空比变化较小。因此，在一定的占空比变化量的情形下，相较于传统恒压设计的电力变换器的输入电压范围，本发明实施例的电力变换器的输入电压范围较宽，可以兼容多种母线电压。
[0103]图17是依照本发明实施例绘示一种应用图14所示的变换单元于图1所示的电力变换器的情形下效率相对占空比变化的曲线示意图。由图16可知，以采用本发明的具有多个分段部分的受控量的变换单元而言，变换单元的占空比在范围Dminl?Dmax内振荡变化，比采用传统恒压设计的电力变换器的占空比范围Dmin?Dmax小，因此，由图17可知，在同样硬件设计条件下，采用本发明中具有多个分段部分的受控量比起传统恒压设计更容易设计具有高效率表现的电力变换器(例如:效率提高约1%以上)，使得在同样的效率需求下，比起传统的电力变换器，采用本发明技术的电力变换器可不需提升效率的硬件设计，使得电力变换器的成本降低约15%以上，并且在同样成本条件下，电力变换器的尺寸缩小15%以上。
[0104]由以上实施例可知，本发明技术的具有多个分段部分的受控量可应用于各种不同的变换电路(谐振变换电路或PWM变换电路)，使得电力变换器的设计具有更高的弹性。
[0105]此外，在同样硬件设计条件下，采用本发明中具有多个分段部分的受控量比起传统恒压设计更容易设计具有高效率表现的电力变换器(例如:效率提高约1%以上)，使得在同样的效率需求下，比起传统的电力变换器，采用本发明技术的电力变换器可不需提升效率的硬件设计，使得电力变换器的成本降低约15%以上，并且在同样成本条件下，电力变换器的尺寸缩小15%以上。
[0106]本发明又另一方面是有关于一种电力变换系统。图18是绘示依照本发明一实施例的电力变换系统的电路示意图。如图18所示，电力变换系统60包含多个并联耦接的电力变换器600a?600η，其中电力变换器600a?600η中至少一者可以是前述本发明实施例的电力变换器，且多个并联连接的电力变换器600a?600η电性稱接于负载上。
[0107]图19Α以及图19Β是绘示依照本发明实施例的电力变换器与其他电源电路串联的电路示意图。如图19Α所示，在一实施例中，电力变换器700是前述本发明实施例的电力变换器，并与其他电源电路800串联，其中电力变换器700靠近负载端，其他电源电路800可为电力变换器以外的电源电路，例如，汇流排转换器(bus converter)。
[0108]如图19B所示，在另一实施例中，电力变换器700与其他电源电路900串联，其中电力变换器700靠近输入端，其他电源电路900可为电力变换器以外的电源电路，例如，锁相回路电路(Phase-Lock-Loop circuit)。
[0109]由以上实施例可知，本发明的电力变换器可以并联连接的方式应用于电力变换系统中，本发明的电力变换器也可以与其他电源电路串联连接实现电力变换器的设计，使得电力变换器可以灵活应用于各种电路中。
[0110]本发明另一方面是有关于一种电力变换方法，其可应用于图1、图8、图9所不的电力变换器，但不以其为限。为清楚及方便说明起见，下述电力变换方法是以图1所示的电力变换器100为例来作说明。
[0111]首先，通过变换单元120输出变换电力(例如:与输出电压Vo或输出电流1对应的变换电力)。接着，通过信号产生单元130接收检测信号SD，以产生参考信号SR。之后，通过控制单元140接收参考信号SR，且依据参考信号SR控制变换单元120，借以调整变换单元120的受控量。上述受控量具有多个分段部分，上述每个分段部分具有相应的斜率，且至少二个分段部分的斜率相异。
[0112]在本实施例中，上述受控量包含输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vo以及输出电流1中至少一者；换言之，上述受控量可以是输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vo以及输出电流1其中之一或是其中数者。举例来说，上述受控量可以是输出电压Vo，或者也可以同时包括输出电压Vo以及输出电流1，但不以此为限。
[0113]其次，以检测信号SD而言,检测信号SD相应于输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vo以及输出电流1中至少一者而产生；换言之,上述检测信号SD可以相应于输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压No以及输出电流1其中之一或是其中数者而产生。举例来说，检测信号SD可相应地于检测输出电压Vo后产生，或者也可以于检测输出电压Vo以及输出电流1后产生，但不以此为限。
[0114]在一实施例中，参考信号SR具有多个分段部分。
[0115]需要说明的是，上述受控量和检测信号可应用图2A?图3B及图5A?图7B的实施例来设定，使得受控量具有多个分段部分，每个分段部分具有相应的斜率，且上述分段部分中至少二者的斜率相异。受控量和检测信号的具体描述如上所述，故于此不再赘述。
[0116]在又一实施例中，上述受控量的分段部分中相邻两分段部分的斜率间夹角可设计为大于或等于九十度。
[0117]在实作上，上述受控量的分段部分中至少一者相应于变换单元120的调整操作而产生，使得电力变换方法的设计具有更多弹性。具体而言，控制单元140可透过反馈控制回路、开环回路或前馈控制回路控制变换单元120以根据检测信号SD产生的参考信号SR产生上述受控量的其中一个或多个分段部分。
[0118]另一方面，下述将以图9的电力变换器300说明电力变换方法的另一实施例，但不以此为限。
[0119]在本实施例中，电力变换方法还通过信号产生单元330接收给定信号SG，且依据检测信号SD和给定信号SG产生参考信号SR ;然后，通过控制单元340接收参考信号SR，并依据参考信号SR控制变换单元320的开关电路Qla以及Qlb，以通过开关电路Qla、Qlb的操作而调整变换单元320的受控量。
[0120]由上述实施例可知，电力变换方法可引入给定信号SG于电力变换器的设计中，使得电力变换方法的设计具有更多弹性，换言之，对于变换单元340的控制操作不需受限于检测信号SD。
[0121]由以上叙述可知，以采用本发明技术的电力变换器而言，其变换单元的受控量具有多个分段部分，使得本发明的电力变换器的效率比传统恒压设计的电力变换器的效率高。因此，在同样的效率需求下，比起传统的电力变换器，采用本发明技术的电力变换器可不需提升效率的硬件设计，使得电力变换器的成本降低，并且在同样成本条件下，电力变换器的尺寸缩小。
[0122]其次，相较于传统恒压设计，以采用本发明技术的电力变换器而言，电力变换器中的变换单元的操作频率或占空比变化较小。因此，在一定的操作频率或占空比变化量的情形下，相较于传统恒压设计的电力变换器的输入电压范围，采用本发明技术的电力变换器的输入电压范围较宽，可以兼容多种母线电压。
[0123]虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种电力变换器，其特征在于，包含: 一变换单元，用以输出一变换电力； 一信号产生单元，用以接收一检测信号，产生一参考信号；以及 一控制单元，耦接所述变换单元和所述信号产生单元，用以接收所述参考信号，并依据所述参考信号控制所述变换单元，以调整所述变换单元的一受控量； 其中所述受控量具有多个分段部分，所述多个分段部分中每一者具有相应的斜率，且所述多个分段部分中至少二者的斜率相异。
2.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述受控量包含一输入电压、一输入电流、一输出电压以及一输出电流中至少一者。
3.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述检测信号相应于一输入电压、一输入电流、一输出电压以及一输出电流中至少一者而产生。
4.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述参考信号具有多个分段部分。
5.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述信号产生单元还用以接收一给定信号，所述信号产生单元用以依据所述检测信号和所述给定信号产生所述参考信号，所述控制单元用以依据所述参考信号控制所述变换单元，以调整所述变换单元的所述受控量。
6.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述多个分段部分中相邻两分段部分的斜率间夹角大于或等于九十度。
7.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述变换单元还包含一隔离电路。
8.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述变换单元还包含一谐振变换电路。
9.根据权利要求8所述的电力变换器，其特征在于，所述谐振变换电路为一LLC型谐振变换电路。
10.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述控制单元控制所述变换单元，使得所述变换单元的一操作频率相应于所述受控量的所述多个分段部分在一频率调节范围内振荡变化。
11.根据权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，所述控制单元控制所述变换单元，使得所述变换单元的一占空比相应于该受控量的所述多个分段部分在一占空比调节范围内振荡变化。
12.一种电力变换方法，其特征在于，包含: 通过一变换单元输出一变换电力； 通过一信号产生单元接收一检测信号，产生一参考信号；以及 通过一控制单元接收所述参考信号且依据所述参考信号控制所述变换单元，用以调整所述变换单元的受控量； 其中所述受控量具有多个分段部分，所述多个分段部分中每一者具有相应的斜率，且所述多个分段部分中至少二者的斜率相异。
13.根据权利要求12所述的电力变换方法，其特征在于，所述参考信号具有多个分段部分。
14.根据权利要求12所述的电力变换方法，其特征在于，通过所述信号产生单元接收所述检测信号，产生所述参考信号，再通过所述控制单元接收所述参考信号且依据所述参考信号控制所述变换单元的步骤还包含: 通过所述信号产生单元接收一给定信号，且依据所述检测信号和所述给定信号产生所述参考信号，所述控制单元用以依据所述参考信号控制所述变换单元，用以调整所述变换单元的所述受控量。
15.根据权利要求12所述的电力变换方法，其特征在于，所述多个分段部分中相邻两分段部分的斜率间夹角大于或等于九十度。
16.—种电力变换系统，其特征在于，包含: 多个电力变换器并联耦接，其中所述多个电力变换器中每一者包含: 一变换单元，其中所述变换单元用以输出一变换电力； 一信号产生单元，用以接收一检测信号，产生一参考信号；以及一控制单元，耦接所述变换单元和所述信号产生单元，用以接收所述参考信号，并依据所述参考信号控制该变换单元，以调整所述变换单元的一受控量； 其中所述受控量具有多个分段部分，所述多个分段部分中每一者具有相应的斜率，且所述多个分段部分中至少二者的斜率相异。
17.根据权利要求16所述的电力变换系统，其特征在于，所述参考信号具有多个分段部分。
18.根据权利要求16所述的电力变换系统，其特征在于，所述信号产生单元还用以接收一给定信号，所述信号产生单元依据所述检测信号和所述给定信号产生所述参考信号，所述控制单元用以依据所述参考信号控制所述变换单元，以调整所述变换单元的所述受控量。
【文档编号】H02M3/00GK104253532SQ201310267787
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】潘家勇, 熊雅红, 汤伟 申请人:台达电子工业股份有限公司