CN101834526B

CN101834526B - 电源转换电路及其所适用的便携式供电装置

Info

Publication number: CN101834526B
Application number: CN 200910128627
Authority: CN
Inventors: 陈金火; 倪嘉隆; 曹文昇; 萧克域
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: CN101834526A

Abstract

本发明为一种电源转换电路及其所适用的便携式供电装置，该电源转换电路接收一直流电压，至少包含：返驰式直流-直流转换器，用以接收直流电压，并将直流电压转换成固定的高压直流电压；电容器，与返驰式直流-直流转换器连接，用以对高压直流电压进行滤波；以及直流交流转换器，与电容器连接，用以将滤波后的高压直流电压转换成交流电压输出。本发明可简化内部电路控制方式，且变压器只需设置单一组初级绕组，可降低制造成本，另外于交流电压为零电压电平时，控制第一切换开关元件停止切换动作，可达到减少能量损耗的功效。

Description

电源转换电路及其所适用的便携式供电装置

技术领域

本发明涉及一种电源转换电路，尤其涉及一种电源转换电路及其所适用的便携式供电装置。

背景技术

逆变器（inverter）是一种将直流电压转换成交流电压输出的电源转换器，其适用在可供应直流电源的场所，以将直流电源转换成交流电源。而应用在汽车上或便携式的直流电瓶上，将其直流电源通过逆变器转换成交流电源，以供给各式便携式电子产品，例如：笔记本电脑、手机、MP3随身听、照相机、照明灯或需紧急供应交流电的救生用途等，以解决目前许多便携式电子装置于使用者外出时无法充电，造成有设备却无电可用的窘境。

公知逆变器接收直流电源后利用推挽式直流-直流转换器（Push PullDC-DC Converter）将输入的直流电压进行升压，再利用一全桥直流交流转换器（Full Bridge DC-AC Converter）将高压直流电压转换成一仿交流电压输出，以对所连接的负载进行供电。

虽然公知逆变器利用推挽式直流-直流转换器(Push Pull DC-DCConverter)以及全桥直流交流转换器将直流电压转换成仿交流电压输出，而对负载进行供电，但是公知推挽式直流-直流转换器，是经由两个切换开关间交互切换并通过变压器动作进行升压以于次级侧产生高压直流电压，而次级侧则需要设置四个二极管所组成的整流电路来进行整流，其所需电子元件数量众多，包含两个主切换开关、变压器初级侧需两个绕组、及四个整流二极管，造成线路复杂，体积庞大，成本提高。

再者，推挽式直流-直流转换器的初级侧输入直流电压与次级侧高压直流电压的关系，即为变压器初次级侧的圈数比，也即为输出仿交流电压峰值与输入电压呈一定比值。因此，输入电压的高低不同会造成输出电压高低差距太大，即电压变化率太大，容易对负载造成损害。

另外，推挽式直流-直流转换器的占空比(Duty Cycle)为固定，造成轻载或空载时输入电源的浪费，无法达成节能省电的功效。

且使用公知推挽式直流-直流转换器进行转换电压时，所产生的高压直流电压会随着输入直流电压的波动而跟着改变，将造成全桥直流交流转换器所转换输出的高压交流电压跟着波动。

为了解决上述问题，更发展出利用检测输出仿交流电压大小，以反馈控制推挽式直流-直流转换器的占空比大小。此控制方法仅能使输入电压为高电平时，输出电压不致于过高而损毁负载。而此种控制方式复杂，且响应速度慢，也无法提供良好的电源品质。

为了解决上述响应速度慢，且无法提供良好电源品质的问题，更发展出利用检测高压直流电电平，以控制全桥直流交流转换器的占空比大小，使输出仿交流电压值为一定值，而此种控制方式复杂，且响应速度慢，也无法提供良好的电源品质。

因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的电源转换电路及其所适用的便携式供电装置，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电源转换电路及其所适用的便携式供电装置，以解决传统逆变器所使用的推挽式直流-直流转换器的如下缺陷：即，其组成电子元件数量众多，且推挽式直流-直流转换器为配合两个切换开关，其内部的变压器必需设置两组，加上次级侧需四个整流二极管，使得制造成本较高，反馈控制方式也复杂，且效果不显著，且于空载及轻载时较不省电，以及推挽式直流-直流转换器所产生的高压直流电压会随着输入直流电压的波动而跟着改变，造成直流交流转换器所转换输出的仿交流电压跟着波动，会造成负载误动作或是烧毁等缺点。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种电源转换电路，其接收直流电压，至少包含：返驰式直流-直流转换器(Flyback DC-DCConverter)，用以接收直流电压，并将直流电压转换成固定的高压直流电压，且包含一第一级电源电路及一第一控制电路；电容器，与返驰式直流-直流转换器连接，用以对高压直流电压进行滤波；以及直流交流转换器，与电容器连接，用以将滤波后的高压直流电压转换成交流电压输出；其中该交流电压的输出波形为一仿正弦波的交流电压信号；其中于该交流电压为零电压电平时，该第一控制电路控制该第一级电源电路的一第一切换开关元件停止运作。

为达上述目的，本发明另提供一种便携式供电装置，至少包含：储能元件，用以提供直流电压；电源转换电路，其与储能元件连接，并接收直流电压，至少包含：返驰式直流-直流转换器，用以接收直流电压，并将直流电压转换成固定的高压直流电压，且包含一第一级电源电路及一第一控制电路；电容器，与返驰式直流-直流转换器连接，用以对高压直流电压进行滤波；以及直流交流转换器，与电容器连接，用以将滤波后的高压直流电压转换成交流电压输出；其中该交流电压的输出波形为一仿正弦波的交流电压信号；其中于该交流电压为零电压电平时，该第一控制电路控制该第一级电源电路的一第一切换开关元件停止运作。

本发明的电源转换电路及其所适用的便携式供电装置的返驰式直流-直流转换器输出固定的高压直流电压，可使直流交流转换器转换输出稳定及高暂态响应的高压交流电压，且返驰式直流-直流转换器的内部组成电子元件数量少，更没有多个切换开关交互切换，可简化内部电路控制方式，且变压器只需设置单一组初级绕组，可降低制造成本，另外于交流电压为零电压电平时，控制第一切换开关元件停止切换动作，可达到减少能量损耗的功效。

附图说明

图1：其为本发明第一优选实施例的电源转换电路的电路方块结构图。

图2：其为图1内部的组成元件结构图。

图3：其为图2所示的电源转换电路的运行波形图。

图4：其为本发明第二优选实施例的电路方块结构示意图。

上述附图中的附图标记说明如下：

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，其为本发明第一优选实施例的电源转换电路的电路方块结构图，如图所示，本发明的电源转换电路1接收一直流电压Vin，至少包含返驰式直流-直流转换器11、电容器12以及直流交流转换器13，用以将直流电压Vin升压并转换成一交流电压Vo输出，以供电给所连接的负载，其中返驰式直流-直流转换器11主要接收直流电压Vin，并将直流电压Vin转换成一固定的高压直流电压V1，电容器12则连接于返驰式直流-直流转换器11的输出端与直流交流转换器13的输入端，用以对高压直流电压V1进行滤波，最后则利用与电容器12连接的直流交流转换器13将滤波后的高压直流电压V1转换成交流电压Vo输出。

请参阅图2，其为图1内部的组成元件结构图，如图所示，在一些实施例中，返驰式直流-直流转换器11可包含一第一级电源电路111，该第一级电源电路111可由变压器112、第一切换开关元件113以及整流电路114所组成，变压器112的初级侧Np与第一切换开关元件113连接且接收输入的直流电压Vin，其根据第一切换开关元件113的导通或截止而使变压器112储能与释能及升压，再经由整流电路114整流输出该高压直流电压V1，而整流电路114可为但不限为一二极管元件，其与变压器112的次级侧Ns连接，主要对变压器112的次级侧Ns所感应的电压进行整流而输出的高压直流电压V1，由上述内容可知，本实施例的返驰式直流-直流转换器11其内部仅设置单一个第一切换开关元件113及单一二极管，所需的电子元件数量较少，且不需要多个切换开关交互切换，整个内部电路的控制方式较简易，且变压器112仅需设置一组的初级绕线，可降低制造成本，此改善了公知技术零件众多，变压器制作复杂，制作成本高的缺点。

在一些实施例中，返驰式直流-直流转换器11的内部更可包含一反馈电路115以及一第一控制电路116，该第一控制电路116可为但不限为一脉冲宽度调制控制电路（PWM control circuit）或一脉冲宽度调制控制器（PWMcontroller），且与反馈电路115及第一切换开关元件113连接，主要通过输出一控制信号V2至第一切换开关元件113的方式来控制第一切换开关元件113运行。

至于，反馈电路115则与整流电路114及第一控制电路116连接，用以检测经由整流电路114输出的高压直流电压V1是否与一预定电压值相同，例如：110V，反馈电路115会依据高压直流电压V1对应产生一反馈信号Vf至第一控制电路116，使第一控制电路116根据该反馈信号Vf产生控制信号V2来控制第一切换开关元件113的切换频率或占空比，由于返驰式直流-直流转换器11的电路特性，经由控制初级侧Np切换开关的占空比，可使转换至次级侧Ns的电能经整流及滤波后，得到一固定的高压直流电压，且具有高暂态响应及高稳定度，以使第一级电源电路111输出的高压直流电压V1符合该预定电压值，改善公知技术推挽式直流-直流转换器的次级侧输出电压会随着输入电压改变的缺点。

请参阅图3，由于本发明的电源转换电路1所使用的返驰式直流-直流转换器11可通过反馈电路115及第一控制电路116来控制第一切换开关元件113的切换频率或占空比，以调整变压器112的次级侧Ns感应的电压与第一级电源电路111输出的高压直流电压V1，因此当直流电压Vin的输入电压值产生波动时，返驰式直流-直流转换器11将不受波动的影响会持续输出固定的高压直流电压V1，此V1具高稳定度及高暂态响应的特性，可解决公知技术因输出的交流电压会随着输入直流电压的变动而波动，而造成负载误动作或是烧毁等缺点。

请再参阅图2，在一些实施例中，直流交流转换器13可为但不限为一全桥直流交流转换器（Full Bridge DC-DC Converter），且可包含一第二级电源电路131及一第二控制电路132，第二级电源电路131与电容器12及第二控制电路132连接。第二级电源电路131可由多组第二切换开关元件所组成，在一些实施例中，可由第二切换开关元件Q1、Q2、Q3、Q4，请配合参阅图2及图3，其中Q1与Q3一起动作，Q2则与Q4一起动作，主要根据第二控制电路132所传送的控制信号而导通或截止，于每一工作周期T中当Q1与Q3导通而Q2与Q4关闭时，将输出正极性的高压直流电压V1(＋V1)，即占空比（duty cycle）T1所输出的电压，反之，当Q2与Q4导通而Q1与Q3关闭时，将输出负极性的高压直流电压V1(-V1)，即占空比T2所输出的电压，进而将高压直流电压V1转换成交流电压Vo输出。

由于，返驰式直流-直流转换器11可将所接收的直流电压Vin转换成一固定的高压直流电压V1输出，因此只要让第二控制电路132输出固定占空比的控制信号，再经由第二级电源电路131所转换输出的交流电压Vo也可维持于一固定交流电压，即交流电压Vo的有效值固定，不会随着直流电压Vin的电压值波动而产生波动，使电源转换电路1可提供稳定的交流电压Vo至负载端。

请再配合参阅图2及图3，如图3所示可知，本发明的直流交流转换器13所输出的交流电压Vo的输出波形为一仿正弦波的交流电压信号（ModifySine Wave AC Output），在一些实施例中，当交流电压Vo为零电压电平时，即时间周期T3时，电源转换电路1不输出功率，为了防止第一级电源电路11持续输出能量至电容器12而使高压直流电压V1瞬间上升，第一控制电路116会控制第一切换开关元件113停止运行。接续当交流电压Vo为-V1电压电平时，即时间周期T2时，电源转换电路1将恢复输出功率，为了防止电容器12因传送能量至第二级电源电路13而使得高压直流电压V1瞬间下降，第一控制电路116将控制第一切换开关元件113开始运行，而在时间周期T3使第一切换开关元件113停止运行的操作特性称为跳跃模式(SkipMode)。因此，电容器12的高压直流电压V1将维持在一固定且稳定的值，不随着输入电压Vin变动，且于时间周期T3时，第一级电源电路111并不会动作，可减少损耗，以改善公知技术无法节能省电的缺点。

请参阅图4，其为本发明第二优选实施例的便携式供电装置的电路方块示意图，如图所示，便携式供电装置2主要由储能元件21及电源转换电路1所组成，其中储能元件21可为但不限为一电池，主要用来提供直流电压Vin，而电源转换电路1的内部电路架构及动作原理已于第一优选实施例中说明，因此不再赘述。

请再参阅图3，由于本发明的电源转换电路1于交流电压Vo为零电压电平时，即时间周期T3时控制第一切换开关元件113停止切换动作，可减少能量损耗，因此在此时间内消耗储能元件的电力很小，可延长储能元件的使用时间。

综上所述，本发明的电源转换电路及其所适用的便携式供电装置的返驰式直流-直流转换器输出固定的高压直流电压，可使直流交流转换器转换输出稳定及高暂态响应的高压交流电压，且返驰式直流-直流转换器的内部组成电子元件数量少，更没有多个切换开关交互切换，可简化内部电路控制方式，且变压器只需设置单一组初级绕组，可降低制造成本，另外于交流电压为零电压电平时，控制第一切换开关元件停止切换动作，可达到减少能量损耗的功效。

因此，本发明的电源转换电路及其所适用的便携式供电装置极具产业的价值，依法提出申请。

本发明得由本领域的普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims

1.一种电源转换电路，其接收一直流电压，至少包含：

一返驰式直流-直流转换器，用以接收该直流电压，并将该直流电压转换成一固定的高压直流电压，且包含一第一级电源电路及一第一控制电路；

一电容器，与该返驰式直流-直流转换器连接，用以对该高压直流电压进行滤波；以及

一直流交流转换器，与该电容器连接，用以将滤波后的该高压直流电压转换成一交流电压输出；其中该交流电压的输出波形为一仿正弦波的交流电压信号；

其中于该交流电压为零电压电平时，该第一控制电路控制该第一级电源电路的一第一切换开关元件停止运作。

2.如权利要求1所述的电源转换电路，其中该第一级电源电路包含一变压器以及一整流电路，该变压器的初级侧与该第一切换开关元件连接且接收该直流电压，用以根据该第一切换开关元件的动作而于该变压器的次级侧感应电压使该第一级电源电路输出该高压直流电压，该整流电路与该变压器的该次级侧连接，用以整流。

3.如权利要求2所述的电源转换电路，其中该返驰式直流-直流转换器还包含一反馈电路，该第一控制电路与该反馈电路及该第一切换开关元件连接，该反馈电路与该整流电路连接，用以检测该整流电路输出的该高压直流电压，且依据该高压直流电压对应产生一反馈信号至该第一控制电路，使该第一控制电路根据该反馈信号产生一控制信号控制该第一切换开关元件运行，以使该高压直流电压符合一预定电压值。

4.如权利要求3所述的电源转换电路，其中该直流交流转换器包含一第二级电源电路及一第二控制电路，该第二级电源电路与该电容器连接，该第二控制电路与该第二级电源电路连接。

5.如权利要求4所述的电源转换电路，其中该第二级电源电路包含多组第二切换开关元件，其受该第二控制电路控制而导通或截止，以将该高压直流电压转换成该交流电压输出。

6.如权利要求1所述的电源转换电路，其中该直流交流转换器为一全桥直流交流转换器。

7.一种便携式供电装置，至少包含：

一储能元件，用以提供一直流电压；

一电源转换电路，其与该储能元件连接，并接收该直流电压，至少包含：

8.如权利要求7所述的便携式供电装置，其中该第一级电源电路包含一变压器以及一整流电路，该变压器的初级侧与该第一切换开关元件连接且接收该直流电压，用以根据该第一切换开关元件的动作而于该变压器的次级侧感应电压使该第一级电源电路输出该高压直流电压，该整流电路系与该变压器的该次级侧连接，用以整流。

9.如权利要求8所述的便携式供电装置，其中该返驰式直流-直流转换器还包含一反馈电路，该第一控制电路与该反馈电路及该第一切换开关元件连接，该反馈电路与该整流电路连接，用以检测该整流电路输出的该高压直流电压，且依据该高压直流电压对应产生一反馈信号至该第一控制电路，使该第一控制电路根据该反馈信号产生一控制信号控制该第一切换开关元件运行，以使该高压直流电压符合一预定电压值。

10.如权利要求9所述的便携式供电装置，其中该直流交流转换器包含一第二级电源电路及一第二控制电路，该第二级电源电路与该电容器连接，该第二控制电路与该第二级电源电路连接。

11.如权利要求10所述的便携式供电装置，其中该第二级电源电路包含多组第二切换开关元件，其受该第二控制电路控制而导通或截止，以将该高压直流电压转换成该交流电压输出。

12.如权利要求7所述的便携式供电装置，其中该直流交流转换器为一全桥直流交流转换器。