交直流功率转换模块及其驱动方法与流程

本发明设计一种交直流功率转换模块及其驱动方法，尤指一种模块化而具备整流和变压功能的功率转换模块及其驱动方法，特别适用于电源供应或电子负载等电源类的仪器设备。

背景技术：

1、随着技术不断地演进，尽管电源供应及电子负载等电源类的仪器设备的功能越来越趋于多元和强大，但对于附设在其内部的交直流功率转换器电路的进步却相当地有限，始终维持旧有模式，也就是各厂商的各款机台都是针对该各款机台的特性和特殊需求而独立设计，且整个嵌入并混杂于主体电路中，无法分离个别功能的转换器而共享设计。

2、再者，在传统电源类的仪器设备中，实际电源输入和预定电源的输出是需要另一组辅助电源来协助判断及控制，无法达成单一入电的运作模式。更进一步说明，以电源供应器为例，整个启动机制是除了以主电源接通至电源供应器后，还需要另一电源所驱动的辅助电路来进行侦测、处理以及输出控制，无法达成单一电路、单一电源处理和输出。

3、此外，在现有的电源类的仪器设备内部的交直流功率转换器电路并没有异常情况通知和保护的机制，一旦发生异常情况，交直流功率转换器电路本身无法立即停止工作并通报，仍须依赖末端的功率输出转换模块察觉异常时才由主控制器做出相应的处置。然而这一现有的保护和通知机制，无法在第一时间就通报输出模块来停止工作，所以往往会造成仪器设备比较严重的损坏。

4、由此可知，一种可将交直流功率转换器电路模块化，且完全无需另外电源所驱动的辅助电路来协助处理和控制，又具备保护机制和通知机制的交直流功率转换模块及其驱动方法，实为相关产业界和社会大众所殷切期盼的。

技术实现思路

1、本发明主要目的之一是实现了交直流功率转换的模块化，可作为与市电并联的功率转换器，而其后端可任意搭配以直流电流输入的输出功率转换模块，例如电源供应模块或电子负载模块，让各类双向功率电源类仪器得以共享模块化的成果。据此，本发明模块化的设计相当有利于仪器故障时的维护，且对于各种电源类产品的开发设计也相当便利。

2、本发明的另一主要目的是实现了给电后会自动启动、自动运作，无须通过另一外部电源所驱动的额外电路来协助处理或判断；详言之，当接入外部电源后，模块本身会自动进行启动程序，并建立输出功率转换器所需要的输入电压；且一旦建立输入电压后，并会自动通知输出功率转换器可开始进行操作，实现单一入电、直接处理以及直接输出的一贯化处理流程。

3、为达成前述目的，本发明的一种交直流功率转换模块主要包括ac/dc转换器、dc/dc转换器、降压辅助电路及微处理器；ac/dc转换器包括第一功率元件，其电耦接至外部电源；dc/dc转换器包括第二功率元件及第三功率元件，而第二功率元件及第三功率元件彼此电耦接，且第二功率元件电耦接于ac/dc转换器，第三功率元件电耦接至输出功率转换模块；降压辅助电路电耦接于ac/dc转换器与dc/dc转换器之间；微处理器电耦接ac/dc转换器、dc/dc转换器及降压辅助电路；其中，当ac/dc转换器电耦接至外部电源，由降压辅助电路供电于微处理器，而微处理器控制启动第二功率元件及第三功率元件特定时间后，微处理器控制启动第一功率元件；ac/dc转换器的输出电压升压，且dc/dc转换器的输出电压随之升压。

4、为达成前述目的，本发明的一种交直流功率转换模块的驱动方法，其中，交直流功率转换模块主要包括ac/dc转换器、dc/dc转换器、降压辅助电路及微处理器，而降压辅助电路电耦接于ac/dc转换器与dc/dc转换器之间；该驱动方法包括以下步骤：首先，提供外部电源给ac/dc转换器和降压辅助电路；再者，降压辅助电路调变所接收的外部电源并供电于微处理器；接着，微处理器启动dc/dc转换器内的功率元件特定时间后，微处理器才启动ac/dc转换器内的功率元件；最后，ac/dc转换器调变外部电源的电压，且dc/dc转换器的输出电压随之调变。

5、据此，本发明通过降压辅助电路先提供了各主要构件(例如微处理器)的驱动电源，让各主要构件得以先行启动运作，而且降压辅助电路是电耦接外部电源，这也表示一旦接入外部电源后，降压辅助电路将自动降压并供电，让模块自动启动运作，实现了给电后会自主运作，无须通过额外电路来供电或控制。

6、另外，本发明设定后端dc/dc转换器内的功率元件先启动后，才启动前端ac/dc转换器内的功率元件，借此可有效抑制涌浪电流(inrush current)，进而避免变压器的一次侧线路上的电子元件因为涌浪电流的冲击而毁损。此外，本发明的交直流功率转换模块共享同一个微处理器，除了可以降低成本外，整体运作可以更为顺畅，效率更佳。

7、除此之外，本发明的一种交直流功率转换模块及其驱动方法是采用数字控制的方式，故可因应不同输出级需求，而轻易调整保护值。此外，本发明的交直流功率转换模块具备保护通知机制，当装置有发生异常动作时，将主动通报后端的输出功率转换模块并停止工作，以避免产生连锁反应而造成无法修复的后果。

技术特征：

1.一种交直流功率转换模块，其包括：

2.根据权利要求1所述的交直流功率转换模块，其中，该ac/dc转换器还包括第一驱动电路、输入电压感测电路以及输入电流感测电路，该第一驱动电路电耦接至该第一功率元件、该微处理器以及该降压辅助电路；该输入电压感测电路及该输入电流感测电路电耦接于微处理器与该降压辅助电路；其中，当该ac/dc转换器电耦接至该外部电源，由该降压辅助电路供电于该第一驱动电路、该输入电压感测电路以及该输入电流感测电路，该输入电压感测电路与该输入电流感测电路分别提供输入电压值及输入电流值于该微处理器。

3.根据权利要求2所述的交直流功率转换模块，其中，该dc/dc转换器还包括第二驱动电路以及第三驱动电路；该第二驱动电路电耦接至该第二功率元件、该微处理器以及该降压辅助电路，该第三驱动电路性耦接至该第三功率元件、该微处理器以及该降压辅助电路；当该ac/dc转换器电耦接至该外部电源，由该降压辅助电路供电于该第二驱动电路及该第三驱动电路。

4.根据权利要求2所述的交直流功率转换模块，其中，该ac/dc转换器还包括输出电压感测电路，其电耦接于该第一功率元件与该dc/dc转换器之间，并电耦接至该微处理器以及该降压辅助电路，该输出电压感测电路提供输出电压值于该微处理器。

5.根据权利要求4所述的交直流功率转换模块，其中，该微处理器包括电压补偿器、电流补偿器及运算单元；该电压补偿器根据预定电压值及该输出电压值产生电流控制命令；该电流补偿器根据该电流控制命令及该输入电流值产生输出控制命令；该运算单元处理该输入电压值而得到输入电压相位，并根据该输出控制命令与该输入电压相位产生功率控制信号，并输出至该第一驱动电路。

6.根据权利要求1所述的交直流功率转换模块，其中，该dc/dc转换器还包括隔离变压器，其电耦接于该第二功率元件与该第三功率元件之间。

7.根据权利要求6所述的交直流功率转换模块，其中，该dc/dc转换器还包括谐振器，其电耦接于该第二功率元件与该隔离变压器之间。

8.一种交直流功率转换模块的驱动方法，其中，该交直流功率转换模块包括ac/dc转换器、dc/dc转换器、降压辅助电路及微处理器，该降压辅助电路电耦接于该ac/dc转换器与该dc/dc转换器之间，该微处理器电耦接该ac/dc转换器、该dc/dc转换器及该降压辅助电路；该驱动方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的交直流功率转换模块的驱动方法，其中，该ac/dc转换器还包括第一驱动电路、输入电压感测电路以及输入电流感测电路，该ac/dc转换器还包括第二驱动电路、第三驱动电路及输出电压感测电路；该第一驱动电路、该第二驱动电路、该第三驱动电路、该输入电压感测电路、该输入电流感测电路以及该输出电压感测电路电耦接至该微处理器及该降压辅助电路，该第一驱动电路用于驱动该ac/dc转换器内的功率元件，该第二驱动电路与该第三驱动电路用于驱动该dc/dc转换器内的功率元件；于该步骤(b)中，该降压辅助电路亦供电于该第一驱动电路、该第二驱动电路、该第三驱动电路、该输入电压感测电路、该输入电流感测电路以及该输出电压感测电路。

10.根据权利要求9所述的交直流功率转换模块的驱动方法，其中，该微处理器包括电压补偿器、电流补偿器及运算单元；于该步骤(d)之中，该微处理器输出功率控制信号至该第一驱动电路以启动该ac/dc转换器内的功率元件；该功率控制信号经过下列处理而产生：

技术总结
本发明涉及一种交直流功率转换模块及其驱动方法，当AC/DC转换器电耦接至外部电源，由降压辅助电路供电于微处理器，而微处理器控制启动DC/DC转换器特定时间后，微处理器控制启动AC/DC转换器；此后，AC/DC转换器的输出电压升压，且DC/DC转换器的输出电压随之升压。据此，后端DC/DC转换器内的功率元件先启动后，才启动前端AC/DC转换器内的功率元件，借此可抑制涌浪电流；而且，一旦接入外部电源后，降压辅助电路将自动降压并供电，让模块自动启动运作，实现了给电后会自主运作，无须通过额外电路来供电或控制。

技术研发人员：吴程远,王志贤,王国政,李政聪
受保护的技术使用者：致茂电子（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12