混合式电源转换电路的制作方法

本发明是有关一种混合式电源转换电路，特别涉及一种具混合返驰转换模式与谐振转换模式的混合式电源转换电路。

背景技术：

1、过去各种移动装置如笔记本电脑、手机…等因品牌及所设计使用的芯片商不同，通常会采用不同的充电接口，导致市面上许多随移动装置所附赠的充电器无法跨品牌相容，进而造成装置淘汰后充电器的浪费与环保问题。又因移动装置功能应用的多元化高速窜起，导致耗电相对提高不少，电池容量也相对提高以因应更多不同的使用需求。

2、usb power delivery(usb pd)是目前主流的快充协议之一，其是由usb开发者论坛(usb-if,usb implementers forum)制定的一种快速充电规范。该规范可实现更高的电压和电流，输送更高的功率，并可以自由地改变电力的输送方向。通过usb type-c接口做高速(快速)充电，同时加入数据传输功能，涵盖范围从手机、笔记本电脑外接存储周边、aio(all in one)显示器，让所有充电与数据传输使用一条type-c线即可完成。

3、最新于2021年6月2日usb开发者论坛(协会)发布更新的usb pd3.1快充标准规范，充电功率从原本的100瓦特提升至240瓦特，可以支援最大48伏特/5安培的电压/电流功率输出，此一新的规范引发业界广泛关注讨论。

4、现行普遍输出变电压的做法为采用返驰式转换(flyback)架构或谐振转换与降压转换(llc+buck)架构。对返驰式转换架构而言，受限于工作模式与较低的磁通利用率的影响，其效率的提升有限。而对而谐振转换(llc)架构而言，虽然可以补偿返驰式转换架构的缺点，意即可提高效率，但其受限于增益(gain)的设计而无法实现宽范围的变电压模式，因此若仅使用返驰式转换架构，将无法达到usb开发者论坛(协会)规定输出电压5～48伏特的要求。所以谐振转换架构通常需要搭配降压转换(buck)架构来实现。然而，降压转换架构本身也有功率损耗(power loss)的问题，使得变电压在谐振转换与降压转换(llc+buck)架构下，其平均效率无法达到最佳优化，因而造成不必要的成本支出，并且在日趋严格的节能法规下，此两种常用的架构早已不符合期待。

5、为此，如何设计出一种混合式电源转换电路，解决现有技术所存在的问题与技术瓶颈，乃为本公开发明人所研究的重要课题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种混合式电源转换电路，解决现有技术的问题。

2、为实现前揭目的，本发明所提出的混合式电源转换电路用以转换输入电压为输出电压。混合式电源转换电路包括高侧开关、低侧开关、变压器、谐振槽、第一开关、第二开关、第一同步整流开关、第二同步整流开关以及第三开关。高侧开关与低侧开关连接于第一节点，其中高侧开关连接输入电压的正电压端，低侧开关连接输入电压的负电压端。变压器具有初级侧线圈与次级侧线圈。谐振槽具有串联耦接的外部电感、外部电容以及初级侧线圈的内部电感，其中谐振槽并联低侧开关。第一开关并联外部电感。第二开关与第一电容形成串联支路，其中串联支路并联外部电容。第一同步整流开关与第二同步整流开关分别耦接次级侧线圈的第一绕组与第二绕组。第三开关串联第二同步整流开关。其中，输出电压低于电压区间时，混合式电源转换电路操作在混合返驰转换模式；输出电压高于电压区间时，混合式电源转换电路操作在谐振转换模式。

3、通过所提出的混合式电源转换电路，通过判断输出侧电压，决定混合式电源转换电路须操作于hfb模式或llc模式，因此实现在不同输出功率需求时，达到高效率、高增益，以及实现宽范围变电压的技术效果。

4、为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

技术特征：

1.一种混合式电源转换电路，用以转换一输入电压为一输出电压，包括：

2.如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中在该混合返驰转换模式时，该第三开关关断，该第一同步整流开关切换导通；该第一开关与该第二开关导通，该高侧开关与该低侧开关切换导通。

3.如权利要求2所述的混合式电源转换电路，还包括一次级侧控制单元与一初级侧控制单元；

4.如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中该第一电容的电容值与该外部电容的电容值具有两倍以上的比例关系。

5.如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中在该谐振转换模式时，该第三开关导通，该第一同步整流开关与该第二同步整流开关切换导通；该第一开关与该第二开关关断，该高侧开关与该低侧开关切换导通。

6.如权利要求5所述的混合式电源转换电路，还包括一次级侧控制单元与一初级侧控制单元；

7.如权利要求1所述的混合式电源转换电路，还包括：

8.如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中在该混合返驰转换模式切换至该谐振转换模式的操作过程，当尚未进行该谐振转换模式的操作时，预先设定该高侧开关与低侧开关的工作周期各为50％。

9.如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中该电压区间具有一上限电压与一下限电压；在该混合返驰转换模式操作过程该输出电压未大于该上限电压时，该混合式电源转换电路维持在该混合返驰转换模式；在该谐振转换模式操作过程该输出电压未小于该下限电压时，该混合式电源转换电路维持在该谐振转换模式。

10.如权利要求1所述的混合式电源转换电路，还包含：

11.如权利要求10所述的混合式电源转换电路，其中该沟通电压为直流5伏特电压。

12.如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中该混合式电源转换电路根据一负载指定的该输出电压决定应操作在该混合返驰转换模式或操作在该谐振转换模式。

技术总结
一种混合式电源转换电路转换输入电压为输出电压，包括高侧开关、低侧开关、变压器、谐振槽、第一开关、第二开关、第一同步整流开关、第二同步整流开关以及第三开关。谐振槽具有串联耦接的外部电感、外部电容以及内部电感。第一开关并联外部电感。第二开关与第一电容形成串联支路，且串联支路并联外部电容。第一同步整流开关与第二同步整流开关分别耦接第一绕组与第二绕组。第三开关串联第二同步整流开关。输出电压低于电压区间时，混合式电源转换电路操作在混合返驰转换模式；高于电压区间时，混合式电源转换电路操作在谐振转换模式。

技术研发人员：温圣宇,林政毅,卢廷昀
受保护的技术使用者：台达电子工业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16