TWI581552B - 升壓轉換裝置 - Google Patents

Description

升壓轉換裝置

本發明有關於一種升壓轉換裝置，且特別是有關於電性連接直流電源之升壓轉換裝置。

在許多發電系統，如風力發電、太陽能發電、燃料電池及複合動力車等，皆需使用具有高電壓轉換比(或稱高升壓比)的升壓轉換器，來提升前級發電端的輸出電壓至較高電壓以提供給後級負載端用電。除了在上述的電源系統外，具有高電壓轉換比之升壓轉換器亦常應用在如不斷電系統(UPS)、車用之氣體放電式頭燈(HID)等其它場合。

有鑑於此，許多學者提出了許多新型的高升壓型轉換器，例如：使用耦合電感之匝數比來提升電壓增益比；或是將耦合電感搭配倍壓電路，或搭配切換式電容來進行電壓疊加以更進一步地提高電壓轉換比。但以上所提之提高電壓轉換比之方法皆各有其缺點，包括：有的技術採用的電路元件過多致使設計複雜造成電路成本提高、有的技術採用的是浮接式開關而必須隔離驅動；有的技術需額外增加開關來實現主動箝位電路，導致電路分析不易。藉此於使用上升壓轉換裝置往往會造成不便性。

本發明在於提供一種升壓轉換裝置，透過兩組耦合電感的二次側採用倍壓電路之設計，致使該些儲能單元疊加以達成高昇壓比，並提升升壓轉換裝置的使用方便性。

本發明提出一種升壓轉換裝置，電性連接一直流電源。升壓 轉換裝置包括一第一耦合電感、一第二耦合電感、一第三耦合電感、一第四耦合電感、一開關模組、一第一儲能單元、一第二儲能單元、一第三儲能單元、一第四儲能單元及一第五儲能單元。第一耦合電感經由一第一漏電感電性連接直流電源，用以與一第二耦合電感電性耦合，且第一耦合電感與一第一電感並聯。第三耦合電感電性連接直流電源，用以與一第四耦合電感電性耦合，且第三耦合電感與一第二電感並聯。開關模組電性連接第一耦合電感及第三耦合電感。第一儲能單元經由一第一單向導通單元而電性連接第二耦合電感。第二儲能單元經由一第二單向導通單元而電性連接第二耦合電感。第三儲能單元經由一第二漏電感電性連接第三耦合電感，並經由一第三單向導通單元而電性連接第一耦合電感。第四儲能單元經由一第四單向導通單元而電性連接第四耦合電感。第五儲能單元經由一第五單向導通單元而電性連接第四耦合電感。其中，第一儲能單元、第二儲能單元、第三儲能單元、第四儲能單元及第五儲能單元串聯，而串聯的該些儲能單元與一負載並聯。

本發明的具體手段為利用一種升壓轉換裝置，透過開關模組以切換升壓轉換裝置內迴路的充、放電運作，並於兩組耦合電感的二次側採用倍壓電路之設計，致使該些儲能單元疊加以達成高昇壓比。另外，在開關模組截止時，本實施例利用第三儲能單元回收第一及第二漏電感的能量，藉此能有效地箝制開關模組之開關上的電壓。如此一來，本實施例確實適合應用於高升壓的應用並提升升壓轉換裝置的使用方便性。

以上之概述與接下來的實施例，皆是為了進一步說明本發明之技術手段與達成功效，然所敘述之實施例與圖式僅提供參考說明用，並非用來對本發明加以限制者。

1‧‧‧升壓轉換裝置

L1‧‧‧第一耦合電感

L2‧‧‧第二耦合電感

L3‧‧‧第三耦合電感

L4‧‧‧第四耦合電感

LF‧‧‧第一電感

LS‧‧‧第二電感

Lk1‧‧‧第一漏電感

Lk2‧‧‧第二漏電感

DS‧‧‧直流電源

SM‧‧‧開關模組

S1‧‧‧第一開關

S2‧‧‧第二開關

C1~C5‧‧‧儲能單元、電容

D1~D5‧‧‧單向導通單元、二極體

RL‧‧‧負載

VGS1、VGS2、VDS1、VDS2、Vo‧‧‧電壓

IL1、IL2、ILF、ILS、ID1、ID2、ID3、ID4、ID5、IN1、IN2、Ii、Io‧‧‧電流

T、Ton‧‧‧區間

t0、t1、t2、t3‧‧‧時間

圖1為本發明一實施例之升壓轉換裝置之功能方塊示意圖。

圖2為根據圖1之本發明另一實施例之升壓轉換裝置之電路圖。

圖3為根據圖2之本發明另一實施例之升壓轉換裝置之開關模組處於導通狀態之操作示意圖。

圖4為根據圖2之本發明另一實施例之升壓轉換裝置之開關模組處於截止狀態之操作示意圖。

圖5為根據圖2之本發明另一實施例之升壓轉換裝置之開關模組處於截止狀態之操作示意圖。

圖6為根據圖2之本發明另一實施例之升壓轉換裝置的電壓及電流波形圖。

圖7為本發明另一實施例之升壓轉換裝置比較習知升壓轉換電路之輸出電壓-責任週期之關係曲線圖。

圖1為本發明一實施例之升壓轉換裝置之功能方塊示意圖。請參閱圖1。一種升壓轉換裝置1，電性連接一直流電源DS。升壓轉換裝置1包括一第一耦合電感L1、一第二耦合電感L2、一第三耦合電感L3、一第四耦合電感L4、一開關模組SM、一第一儲能單元C1、一第二儲能單元C2、一第三儲能單元C3、一第四儲能單元C4、一第五儲能單元C5及一控制模組(未繪示)。在實務上，升壓轉換裝置1例如為升壓轉換電路(boost circuit)、直流-直流升壓轉換電路、或是具倍壓電路之切換耦合電感式升壓電路，用以將低電壓轉換為高電壓輸出。本實施例不限制升壓轉換裝置1的態樣。

直流電源DS例如為低電壓的直流電，例如透過太陽能板光伏發電、風力、水力或自然能源發電、蓄電池或其他發電之直流電源。另直流電源DS經由本實施例之升壓轉換裝置1升壓轉換後， 以輸出高電壓給負載RL。本實施例不限制直流電源DS的態樣。

詳細來說，第一耦合電感L1經由一第一漏電感Lk1電性連接直流電源DS，用以與一第二耦合電感L2電性耦合，且第一耦合電感L1與一第一電感LF並聯。另外，第三耦合電感L3電性連接直流電源DS，用以與一第四耦合電感L4電性耦合，且第三耦合電感L3與一第二電感LS並聯。其中，第一電感LF及第二電感LS例如為變壓器內的激磁電感。本實施例不限制第一電感LF及第二電感LS的態樣。

在實務上，第一耦合電感L1及第二耦合電感L2例如為第一組變壓器。第三耦合電感L3及第四耦合電感L4例如為第二組變壓器。其中，第一耦合電感L1及第二耦合電感L2例如分別配置於第一組變壓器的一次側繞組及二次側繞組。第三耦合電感L3及第四耦合電感L4例如分別配置於第二組變壓器的一次側繞組及二次側繞組。本實施例不限制第一、第二、第三及第四耦合電感L1、L2、L3、L4的態樣。

值得一提的是，第一耦合電感L1與第二耦合電感L2的匝數比為1比N，第三耦合電感L3與第四耦合電感L4的匝數比為1比N，N為大於零的數值。也就是說，這兩組變壓器的匝數比係為一次側繞組的匝數等於或小於二次側繞組的匝數，例如為1：1、1：2、1：3或1：N。舉例來說，N例如為2。其中，第一與第二耦合電感L1、L2的匝數比相同於第三與第四耦合電感L3、L4的匝數比，匝數比均為1：2。

在實務上，變壓器具有對應磁性耦合之一次側繞組及二次側繞組。其中，一次側繞組例如為第一或第三耦合電感L1、L3。二次側繞組例如為第二或第四耦合電感L2、L4。變壓器透過磁性耦合之一次側繞組及二次側繞組來傳遞或轉換能量，例如二次側繞組的線圈匝數多於一次側繞組的線圈匝數，藉此變壓器調升電壓，例如將15伏特的電壓調升為400V伏特的電壓。當然，一次 側繞組的線圈匝數可以等於二次側繞組的線圈匝數，藉此變壓器傳遞能量。

此外，第一漏電感Lk1電性連接第一耦合電感L1。第二漏電感Lk2電性連接第三耦合電感L3。其中，第一漏電感Lk1所儲存的電能並無法傳遞至第二耦合電感L2。第二漏電感Lk2所儲存的電能並無法傳遞至第四耦合電感L4。因此，第一及第二漏電感Lk1、Lk2所儲存的電能係用以導通或截止第三導向導通單元。例如，第一及第二漏電感Lk1、Lk2所儲存的電能達到一可導通二極體之電壓，藉此導通第三導向導通單元。反之，第一及第二漏電感Lk1、Lk2所儲存的電能被釋放完後，藉此截止第三單向導通單元D3。其中，第三單向導通單元D3例如為飛輪二極體。

開關模組SM電性連接第一耦合電感L1、第三耦合電感L3、第一漏電感Lk1及第二漏電感Lk2。在實務上，開關模組SM例如透過複數個以上的功率電晶體、閘極電晶體或場效電晶體來實現。其中，開關模組SM受控於控制模組所輸出的控制訊號、脈衝寬度調變訊號或同步訊號。本實施例不限制開關模組SM的態樣。

值得一提的是，控制模組電性連接開關模組SM。在實務上，控制模組例如為中央處理單元(CPU)、微處理單元(MCU)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor)或控制晶片，用以執行升壓轉換裝置1內的訊號運算、處理與控制開關切換作業。本實施例不限制控制模組的態樣。

進一步來說，控制模組透過同步訊號以控制開關模組SM中的複數個以上的開關的同步導通或同步截止。其中，同步訊號例如包括複數個以上相同的脈衝寬度調變訊號。也就是說，開關模組SM中的這些開關根據同步訊號將同時導通或同時截止。

一第一儲能單元C1經由一第一單向導通單元D1而電性連接第二耦合電感L2。一第二儲能單元C2經由一第二單向導通單元 D2而電性連接第二耦合電感L2。一第三儲能單元C3經由一第二漏電感Lk2電性連接第三耦合電感L3，並經由一第三單向導通單元D3而電性連接第一耦合電感L1。一第四儲能單元C4經由一第四單向導通單元D4而電性連接第四耦合電感L4。一第五儲能單元C5經由一第五單向導通單元D5而電性連接第四耦合電感L4。

在實務上，第一、第二、第三、第四及第五儲能單元C1、C2、C3、C4、C5例如分別透過電容或電解電容來實現。本實施例不限制第一、第二、第三、第四及第五儲能單元C1、C2、C3、C4、C5的態樣。其中，第一儲能單元C1、第二儲能單元C2、第三儲能單元C3、第四儲能單元C4及第五儲能單元C5串聯，而串聯的該些儲能單元C1、C2、C3、C4、C5與一負載RL並聯。也就是說，本實施例可提供較高的輸出電壓給負載RL。

另外，第一、第二、第三、第四及第五單向導通單元D1、D2、D3、D4、D5例如分別透過二極體來實現。其中，該些單向導通單元D1、D2、D3、D4、D5例如為升壓轉換電路中的單向導通的元件，藉此限制電流於升壓轉換電路中的流向。本實施例不限制第一、第二、第三、第四及第五單向導通單元D1、D2、D3、D4、D5的態樣。

值得一提的是，第一及第二單向導通單元D1、D2、第一及第二儲能單元C1、C2係為一全橋式倍壓電路。而第四及第五單向導通單元D4、D5、第四及第五儲能單元C4、C5係為另一全橋式倍壓電路。也就是說，本實施例係具有兩組倍壓電路。其中，全橋式倍壓電路於本實施例之升壓轉換裝置1的運作說明如下：舉例來說，開關模組SM處於導通狀態時，第一耦合電感L1與第三耦合電感L3、第一漏電感Lk1、第二漏電感Lk2、第一電感LF及第二電感LS分別處於充電狀態。其中，第一耦合電感L1將電能傳遞至第二耦合電感L2，藉此導通第一單向導通單元D1以對第一儲能單元C1充電。同理可知，第三耦合電感L3將電能 傳遞至第四耦合電感L4，藉此導通第四單向導通單元D4以對第四儲能單元C4充電。而第二、第三及第五儲能單元C2、C3、C5係處於放電狀態，藉此供電給負載RL。也就是說，第一及第四儲能單元C1、C4係處於充電狀態。而第二、第三及第五儲能單元C2、C3、C5係處於放電狀態，藉此供電給負載RL。

反之，開關模組SM處於截止狀態時，第一及第二漏電感Lk1、Lk2釋放電能，藉此導通第三單向導通單元D3。其中，第一及第二漏電感Lk1、Lk2所釋放的電能將對第三儲能單元C3充電，藉此電能得以回收以及避免電能累積在開關模組SM上，因此達到有效箝制開關模組SM上的電壓。

另外，第一電感LF的一部分電能透過第三單向導通單元D3以對第三儲能單元C3充電。第一電感LF的另一部分電能以及直流電源DS的電能將透過第一耦合電感L1轉換至第二耦合電感L2，藉此導通第二單向導通單元D2以對第二儲能單元C2充電。同理可知，第二電感LS的一部分電能透過第三單向導通單元D3以對第三儲能單元C3充電。第二電感LS的另一部分電能以及直流電源DS的電能將透過第三耦合電感L3轉換至第四耦合電感L4，藉此導通第五單向導通單元D5以對第五儲能單元C5充電。也就是說，第二、第三及第五儲能單元C2、C3、C5係處於充電狀態，而第一及第四儲能單元C1、C4係處於放電狀態，以供電給負載RL。

之後，開關模組SM仍處於截止狀態時，第一及第二漏電感Lk1、Lk2的電能釋放完畢，第三單向導通單元D3截止。第一電感LF所儲存的電能全部透過第一耦合電感L1轉換至第二耦合電感L2，藉此導通第二單向導通單元D2以對第二儲能單元C2充電。同理可知，第二電感LS所儲存的電能全部透過第三耦合電感L3轉換至第四耦合電感L4，藉此導通第五單向導通單元D5以對第五儲能單元C5充電。也就是說，第二及第五儲能單元C2、C5 係處於充電狀態，而第一、第三及第四儲能單元C1、C3、C4係處於放電狀態，以供電給負載RL。

基於上述，本實施例利用切換電感式升壓型轉換器為架構，並配合於變壓器的二次側採用倍壓電路，致使該些儲能單元C1、C2、C3、C4、C5疊加來達成高昇壓比。其中，切換電感式升壓型轉換器的架構例如包括開關模組SM、第一耦合電感L1、第一漏電感Lk1、第一電感LF、第三單向導通單元D3、第三儲能單元C3、第三耦合電感L3、第二漏電感Lk2及第二電感LS。另外，在開關模組SM截止時，本實施例利用第三儲能單元C3回收第一及第二漏電感Lk1、Lk2的能量，藉此能有效地箝制開關模組SM的功率開關上的電壓。且由於其輸出負載端上的電壓是透過該些.儲能單元C1、C2、C3、C4、C5疊加，可達到有效減少各儲能單元C1、C2、C3、C4、C5上耐壓的問題，如此可以減小各儲能單元C1、C2、C3、C4、C5的體積，並可使的在挑選各儲能單元C1、C2、C3、C4、C5上有更大的餘裕。

此外，傳統升壓型電源轉換器因操作於高昇壓比時，因電路中寄生元件的影響下，在工作週期過大時將造成很大的導通損失；因此傳統升壓型電源轉換器之開關模組之工作週期受到限制，使傳統升壓型電源轉換器無法達到更高昇壓比的問題。再者，因為開關模組上所承受的電壓應力等於輸出負載端上的輸出電壓，故須選用較高電壓應力的但導通電阻較大的開關，如此將會增加開關上導通的損失，故不適合應用在高昇壓的應用。然而，本實施例可克服上述傳統升壓型電源轉換器所產生的問題。

圖2為根據圖1之本發明另一實施例之升壓轉換裝置之電路圖。請參閱圖2。為了方便說明，本實施例之開關模組SM係包括二個開關S1、S2來說明。開關模組SM包括一第一開關S1及一第二開關S2。為了方便說明，耦合電感L1、L2、L3、L4的第一 端例如為電流輸入端，以及耦合電感L1、L2、L3、L4的第二端例如為電流輸出端來說明。

圖2所繪示之第一、第二、第三、第四及第五單向導通單元分別為一二極體D1、D2、D3、D4、D5。第一、第二、第三、第四及第五儲能單元分別為一電容C1、C2、C3、C4、C5。第一開關S1及第二開關S2分別為一閘極電晶體。其中，第一開關S1的汲極電性連接第一漏電感Lk1。第一漏電感Lk1電性連接第一耦合電感L1的第一端。第一開關S1的源極電性連接第二漏電感Lk2。第二漏電感Lk2電性連接第三耦合電感L3的第一端。第二開關S2的汲極電性連接第一耦合電感L1的第二端。第二開關S2的源極電性連接第三耦合電感L3的第二端。

本實施例之第一及第二電感LF、LS係操作於連續導通模式(CCM)。第一及第二電感LF、LS的電感值相同。輸出電容C1、C2、C3、C4、C5的電容值很大，可視為定電壓源。第一與第二耦合電感L1、L2的匝數比為1比N，第三與第四耦合電感L3、L4的匝數比為1比N，N為大於零的數值。其中，第一與第二耦合電感L1、L2的匝數比相同於第三與第四耦合電感L3、L4的匝數比。

其中，控制模組輸出一同步訊號給開關模組SM的第一開關S1及第二開關S2，以控制第一開關S1及第二開關S2的同步導通或同步截止。也就是說，控制模組控制第一開關S1的導通或截止之脈衝寬度調變訊號，與控制第二開關S2的導通或截止之脈衝寬度調變訊號同步。

第一耦合電感L1的第一端經由一第一漏電感Lk1而電性連接直流電源DS的陽極及開關模組SM的第一開關S1。第一耦合電感L1的第二端電性連接二極體D3的第一極及開關模組SM的第二開關S2。而第二耦合電感L2的第一端電性連接二極體D1及二極體D2之間。第二耦合電感L2的第二端電性連接電容C1及電 容C2之間。而第四耦合電感L4的第一端電性連接二極體D4及二極體D5之間。第四耦合電感L4的第二端電性連接電容C4及電容C5之間。

第三耦合電感L3的第一端經由一第二漏電感Lk2而電性連接開關模組SM的第一開關S1及電容C3。第三耦合電感L3的第二端電性連接直流電源DS的陰極及開關模組SM的第二開關S2。

舉例來說，第一及第二開關S1、S2處於導通狀態時，直流電源DS充電給第一耦合電感L1、第三耦合電感L3、第一漏電感Lk1、第二漏電感Lk2、第一電感LF與第二電感LS。其中，第一耦合電感L1轉換電能至第二耦合電感L2，電能流經二極體D1以對電容C1充電。同理，第三耦合電感L3轉換電能至第四耦合電感L4，電能流經二極體D4以對電容C4充電。也就是說，電容C1、C4係處於充電狀態。而電容C2、C3、C5係處於放電狀態，藉此供電給負載RL。

第一及第二開關S1、S2處於截止狀態時，第一及第二漏電感Lk1、Lk2所儲存的電能將被釋放以導通二極體D3。第一電感LF的一部分電能以及直流電源DS的電能將對電容C3充電。其中，第一耦合電感L1轉換電能至第二耦合電感L2，電能流經二極體D2以對電容C2充電。同理，第三耦合電感L3轉換電能至第四耦合電感L4，電能流經二極體D5以對電容C5充電。也就是說，電容C2、C3、C5係處於充電狀態。而電容C1、C4係處於放電狀態，藉此供電給負載RL。

接著，第一及第二漏電感Lk1、Lk2所儲存的電能被釋放完後，二極體D3截止。第一電感LF放電給第一耦合電感L1，第一耦合電感L1轉換電能至第二耦合電感L2，電能經二極體D2以對電容C2充電。同理，第二電感LS放電給第三耦合電感L3，第三耦合電感L3轉換電能至第四耦合電感L4，電能經二極體D5以對電容C5充電。也就是說，電容C2、C5係處於充電狀態。而電容 C1、C3、C4係處於放電狀態，藉此供電給負載RL。

接下來，進一步說明升壓轉換裝置1的細部運作情形。

圖3為根據圖2之本發明另一實施例之升壓轉換裝置之開關模組處於導通狀態之操作示意圖。請參閱圖3。並請配合圖6之電壓及電流波形之時序圖。

於區間一(t0~t1)，t0≦時間t<t1。當時間t=t0時，第一開關S1和第二開關S2同時導通，二極體D2、D3、D5逆向偏壓截止。輸入電壓跨於一次側繞組之第一及第三耦合電感L1、L3上，能量以磁能的方式儲存在第一和第二電感LF、LS。同時一次側繞組之能量將傳遞至二次側繞組之第二及第四耦合電感L2、L4上，並分別透過二極體D1、D4分別對輸出電容C1、C4充電，並對負載RL提供能量。第一電感LF和第二電感LS上的電流ILF和ILS波形呈線性上升波形，二次側繞組之第二及第四耦合電感L2、L4之電流IN1、IN2波形亦呈線性上升波形，如圖6所繪示。

圖4為根據圖2之本發明另一實施例之升壓轉換裝置之開關模組處於截止狀態之操作示意圖。請參閱圖4。並請配合圖6之電壓及電流波形之時序圖。

於區間二(t1~t2)，t1≦時間t<t2。當時間t=t1時，第一及第二開關S1、S2同時截止，二極體D1和D4逆向偏壓截止。因第一和第二漏電感Lk1、Lk2釋放能量而迫使二極體D3導通。由於第一和第二漏電感Lk1、Lk2之能量會釋放到輸出電容C3上，能量得以回收，不致累積在第一及第二開關S1、S2上，因而能夠有效地箝制第一及第二開關S1、S2上的電壓。而第一電感LF及第二電感LS的一部份能量透過二極體D3對輸出電容C3充電，同時將另一部份的能量與輸入電壓所提供的能量傳遞給二次側繞組之第二和第四耦合電感L2、L4，透過二極體D2和D5對輸出電容C2和C5充電，並對負載RL提供能量。

此時電流ILF、ILS波形呈線性下降波形。二次側繞組之第二和第四耦合電感L2、L4的電流IN1、IN2波形分別會呈線性上升波形。這是因為第一電感LF上的電流ILF會等於第一漏電感Lk1上的電流IL1加上一次側繞組之第一耦合電感L1上的電流。又因為第一電感LF電流ILF下降之斜率小於第一漏電感Lk1上的電流IL1下降的斜率，故二次側繞組之第二耦合電感L2電流波形會呈線性上升波形，並映射回一次側繞組之第一耦合電感L1。

同理可知，第二電感LS上的電流ILS會等於第二漏電感Lk2上的電流IL2加上一次側繞組之第三耦合電感L3上的電流。又因為第二電感LS電流ILS下降之斜率小於第二漏電感Lk2上的電流IL2下降的斜率，故二次側繞組之第四耦合電感L4電流波形會呈線性上升波形，並映射回一次側繞組之第三耦合電感L3，如圖6所繪示。

圖5為根據圖2之本發明另一實施例之升壓轉換裝置之開關模組處於截止狀態之操作示意圖。請參閱圖5。並請配合圖6之電壓及電流波形之時序圖。

於區間三(t2~t3)，t2≦時間t<t3。第一和第二開關S1、S2保持截止狀態，二極體D1、D3、D4保持逆向偏壓截止。此時第一和第二漏電感Lk1、Lk2上儲存的能量釋放完，二極體D3上的電流降至零而截止。第一及第二電感LF、LS上的能量將全部透過一次側繞組之第一及第三耦合電感L1、L3傳遞至二次側繞組之第二及第四耦合電感L2、L4，以提供輸出負載RL能量。第一及第二電感LF、LS之電流ILF和ILS波形分別呈線性下降波形。二次側繞組的第二及第四耦合電感L2、L4的電流IN1和IN2波形呈線性下降波形，如圖6所繪示。

當此區間三結束時，電路動作重回區間一，進入下一個切換週期。本實施例不限制升壓轉換裝置1的運作態樣。

圖6為根據圖2之本發明另一實施例之升壓轉換裝置1的電 壓及電流波形圖。請參閱圖6。圖6所繪示兩條電壓波形圖及六條電流波形圖，包括一開關S1、S2的閘極電壓VGS1、VGS2波形；一開關S1、S2的汲極及源極之間的電壓VDS1、VDS2波形；一第一及第二漏電感Lk1、Lk2的電流IL1、IL2波形；一第一及第二電感LF、LS的電流ILF、ILS波形；一二極體D3的電流ID3波形；一二極體D1、D4的電流ID1、ID4波形；一二極體D2、D5的電流ID2、ID5波形；以及一第二及第四耦合電感L2、L4的電流IN1、IN2波形。其中，區間Ton為導通開關模組SM的導通時間。區間T為一開關模組SM之責任週期。本實施例不限制升壓轉換裝置1的電壓及電流波形的態樣。

圖7為本發明另一實施例之升壓轉換裝置比較習知升壓轉換電路之輸出電壓-責任週期之關係曲線圖。請參閱圖7。圖7所繪示六條輸出電壓-責任週期之曲線，包括一本實施例之升壓轉換裝置之輸出電壓-責任週期之曲線、一習知倍壓耦合電感式升壓轉換器之輸出電壓-責任週期之曲線、一習知切換電感式升壓轉換器之輸出電壓-責任週期之曲線、一傳統升壓型轉換器之輸出電壓-責任週期之曲線、一習知疊接升壓型順向式轉換器之輸出電壓-責任週期之曲線、以及一習知疊接升壓型返馳式轉換器之輸出電壓-責任週期之曲線。

由圖7可知，本實施例可在較小的工作週期內達到升壓之目的。例如以升壓至200伏特為例，本實施例以約為0.5的責任週期即可達到升壓至200伏特。而習知倍壓耦合電感式升壓轉換器、習知切換電感式升壓轉換器、傳統升壓型轉換器、習知疊接升壓型順向式轉換器以及習知疊接升壓型返馳式轉換器分別須以約0.7~0.9的責任週期才可達到升壓至200伏特。簡單來說，本實施例改善其他升壓轉換器因須達到高升壓比，而使得工作週期過大導致效率不佳的問題。

綜上所述，本發明為一種升壓轉換裝置，透過包括開關模組、 第一耦合電感、第一漏電感、第一電感、第三單向導通單元、第三儲能單元、第三耦合電感、第二漏電感及第二電感之切換電感式升壓型轉換器為架構，並於兩組耦合電感的二次側採用倍壓電路，致使該些儲能單元疊加以達成高昇壓比。另外，在開關模組截止時，本實施例利用第三儲能單元回收第一及第二漏電感的能量，藉此能有效地箝制開關模組之開關上的電壓。再者，由於其輸出負載端上的電壓是透過該些電容疊加，可達到有效減少各電容上耐壓的問題，如此可以減小各電容的體積。除此之外，本實施例更可透過匝數比來調整各電容上的分壓，讓開關模組之開關的電壓應力可限制在所需的範圍內，在挑選電路元件方面擁有極大的優勢。如此一來，本實施例確實適合應用於高升壓的應用並提升升壓轉換裝置的使用方便性。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

1‧‧‧升壓轉換裝置

L1‧‧‧第一耦合電感

L2‧‧‧第二耦合電感

L3‧‧‧第三耦合電感

L4‧‧‧第四耦合電感

LF‧‧‧第一電感

LS‧‧‧第二電感

Lk1‧‧‧第一漏電感

Lk2‧‧‧第二漏電感

DS‧‧‧直流電源

SM‧‧‧開關模組

C1~C5‧‧‧儲能單元

D1~D5‧‧‧單向導通單元

RL‧‧‧負載

Claims (13)

1. 一種升壓轉換裝置，電性連接一直流電源，該升壓轉換裝置包括：一第一耦合電感，經由一第一漏電感電性連接該直流電源，用以與一第二耦合電感電性耦合，且該第一耦合電感與一第一電感並聯；一第三耦合電感，電性連接該直流電源，用以與一第四耦合電感電性耦合，且該第三耦合電感與一第二電感並聯；一開關模組，電性連接該第一耦合電感及該第三耦合電感；及一第一儲能單元，經由一第一單向導通單元而電性連接該第二耦合電感；一第二儲能單元，經由一第二單向導通單元而電性連接該第二耦合電感；一第三儲能單元，經由一第二漏電感電性連接該第三耦合電感，並經由一第三單向導通單元而電性連接該第一耦合電感；一第四儲能單元，經由一第四單向導通單元而電性連接該第四耦合電感；及一第五儲能單元，經由一第五單向導通單元而電性連接該第四耦合電感；其中，該第一儲能單元、該第二儲能單元、該第三儲能單元、該第四儲能單元及該第五儲能單元串聯，而串聯的該些儲能單元與一負載並聯；其中，該開關模組處於截止狀態時，該第一漏電感及該第二漏電感釋放電能，致導通該第三單向導通單元，其中該第一漏電感及該第二漏電感所釋放的電能將對該第三儲能單元充電，以避免電能累積在該開關模組。
2. 如請求項1所述之升壓轉換裝置，更包括一控制模組，該控制模組輸出一同步訊號給該開關模組的一第一開關及一第二開關，以控制該第一開關及該第二開關的同步導通或同步截止。
3. 如請求項2所述之升壓轉換裝置，其中該第一耦合電感的第一端經由該第一漏電感而電性連接該直流電源的陽極及該開關模組的該第一開關，該第一耦合電感的第二端電性連接該第三單向導通單元的第一極及該開關模組的該第二開關。
4. 如請求項2所述之升壓轉換裝置，其中該第三耦合電感的第一端經由該第二漏電感而電性連接該開關模組的該第一開關及該第三儲能單元，該第三耦合電感的第二端電性連接該直流電源的陰極及該開關模組的該第二開關。
5. 如請求項2所述之升壓轉換裝置，其中該第二耦合電感的第一端電性連接該第一單向導通單元及該第二單向導通單元，該第二耦合電感的第二端電性連接該第一儲能單元及該第二儲能單元，該第四耦合電感的第一端電性連接該第四單向導通單元及該第五單向導通單元，該第四耦合電感的第二端電性連接該第四儲能單元及該第五儲能單元。
6. 如請求項1至5其中之一所述之升壓轉換裝置，其中該開關模組處於導通狀態時，該直流電源充電給該第一漏電感、該第一耦合電感、該第一電感、該第二漏電感、該第三耦合電感與該第二電感，該第一耦合電感轉換電能至該第二耦合電感，電能流經該第一單向導通單元以對該第一儲能單元充電，該第三耦合電感轉換電能至該第四耦合電感，電能流經該第四單向導通單元以對該第四儲能單元充電。
7. 如請求項6所述之升壓轉換裝置，其中於該些開關模組截止時，該第三儲能單元回收該第一漏電感及該第二漏電感的能量，以箝制該開關模組的電壓。
8. 如請求項1至5其中之一所述之升壓轉換裝置，其中該開關模 組處於截止狀態時，該第一漏電感及該第二漏電感釋放電能，以導通該第三單向導通單元，且該第一漏電感及該第二漏電感所釋放的電能將對該第三儲能單元充電，該第一電感及該第二電感的一部分電能透過該第三單向導通單元，以對該第三儲能單元充電，該第一電感的另一部分電能以及該直流電源的電能透過該第一耦合電感轉換至該第二耦合電感，致使導通該第二單向導通單元以對該第二儲能單元充電，該第二電感的另一部分電能以及該直流電源的電能透過該第三耦合電感轉換至該第四耦合電感，致使導通該第五單向導通單元以對該第五儲能單元充電。
9. 如請求項8所述之升壓轉換裝置，其中該第一漏電感及該第二漏電感的電能釋放完畢，該第三單向導通單元截止，該第一電感放電給該第一耦合電感，該第一耦合電感轉換電能至該第二耦合電感，電能經該第二單向導通單元以對該第二儲能單元充電，該第二電感放電給該第三耦合電感，該第三耦合電感轉換電能至該第四耦合電感，電能經該第五單向導通單元以對該第五儲能單元充電。
10. 如請求項3至5其中之一所述之升壓轉換裝置，其中該第一端為各該耦合電感的電流輸入端，該第二端為各該耦合電感的電流輸出端。
11. 如請求項1所述之升壓轉換裝置，其中該第一耦合電感與該第二耦合電感為一第一變壓器，該第一耦合電感與該第二耦合電感的匝數比為1比N，該第三耦合電感與該第四耦合電感為一第二變壓器，該第三耦合電感與該第四耦合電感的匝數比為1比N，N為大於零的數值。
12. 如請求項1所述之升壓轉換裝置，其中該第一耦合電感的電感值相同於該第三耦合電感的電感值，該第一耦合電感與該第二耦合電感的匝數比相同於該第三耦合電感與該第四耦合 電感的匝數比。
13. 如請求項2所述之升壓轉換裝置，其中該第一電感及該第二電感分別為激磁電感，該些單向導通單元分別為一二極體，該些儲能單元分別為一電容，該第一開關及該第二開關分別為一閘極電晶體。