TWM450139U - 可調節輸出電壓的轉換器 - Google Patents

Description

可調節輸出電壓的轉換器

本創作有關於一種可調節輸出電壓的轉換器，且特別是關於節能的一可調節輸出電壓的轉換器。

近來，由於一般可調節輸出電壓的轉換器為了實現諧振的應用，於變壓器兩側轉換電路其中一者大多會再耦接一升壓式(Boost)、一降壓式(Buck)或一降壓式/升壓式電路(Buck/Boost Circuit)之調節電路設計。

一般可調節輸出電壓的轉換器運作時，由於電力經由一般可調節輸出電壓的轉換器傳輸的過程中常會有能量損失，藉此變壓器兩側轉換電路其中一者耦接調節電路之電路設計，將增加電路的複雜性。然而，複雜的電路設計將提升電能損耗或增加製造成本等情形。

有鑑於此，本創作提供一種可調節輸出電壓的轉換器，利用LCL諧振電路中的第一電容與第二電感以及調節電路，來形成降壓式、升壓式或降壓式/升壓式電路，藉此調節輸入與輸出電壓的比例關係，因此提升可調節輸出電壓的轉換器的電能轉換效率的機會。

本創作提出一種可調節輸出電壓的轉換器，耦接於一第一電源側與一第二電源側之間，包括一變壓器、一第一轉換電路、一第二轉換電路、一諧振電路與一調節電路。第一轉換電路具有複數個第一開關元件，各第一開關元件耦接於變壓器。第二轉換電 路具有複數個第二開關元件，各第二開關元件耦接於變壓器。諧振電路具有一第一電感、至少一第一電容與一第二電感，第一電感串接變壓器，第一電容並聯於第二轉換電路，第二電感耦接第一電容；以及調節電路耦接於第二電源側與第二轉換電路之間，調節電路具有一第三開關元件與一第四開關元件，第三開關元件並聯於第一電容，第四開關元件於耦接於第二電源側與第二電感之間。

在本創作一實施例中，上述第三開關元件具有一切換開關與一並聯切換開關的二極體，第四開關元件具有一切換開關與一並聯切換開關的二極體。

在本創作一實施例中，上述第三開關元件具有一切換開關與一並聯切換開關的二極體，第四開關元件為一二極體。

在本創作一實施例中，上述第三開關元件為一二極體，第四開關元件具有一切換開關與一並聯切換開關的二極體。

在本創作一實施例中，上述第一電感為電壓器漏感。

在本創作一實施例中，上述第一轉換電路為全橋式電路、半橋式電路或推挽式電路。

在本創作一實施例中，上述第二轉換電路為全橋式電路、半橋式電路或推挽式電路。

在本創作一實施例中，上述各第一開關元件包括一切換開關與一並聯切換開關的二極體，各第二開關元件包括一切換開關與一並聯切換開關的二極體。

在本創作一實施例中，上述電流自第一電源側傳遞至第二電源側，該些第一開關元件至少一者導通，使第一轉換電路放電，經由變壓器傳遞，該些第二開關元件至少一者導通，使第二轉換電路充電，該些第一開關元件至少一者的切換開關的導通週期大 致相同於第一電感與至少一第一電容的諧振週期，電流經諧振電路之第一電感限流，減少功率損耗。

在本創作一實施例中，上述電流自第二電源側傳遞至第一電源側，該些第一開關元件至少一者導通，使第一轉換電路充電，經由變壓器傳遞，該些第二開關元件至少一者導通，使第二轉換電路放電，該些第一開關元件至少一者的二極體的導通週期大致相同於諧振電路的電流諧振，電流諧振至一零值或一趨近零值，減少功率損耗。

在本創作一實施例中，上述該些第一開關元件至少一者的切換開關被導通時，該些第二開關元件至少一者的切換開關截止；該些第一開關元件至少一者的切換開關截止且並聯二極體導通時，該些第二開關元件至少一者的切換開關被導通。

綜上所述，本創作之可調節輸出電壓的轉換器的基本工作原理係控制變壓器兩側的第一轉換電路與第二轉換電路的電路設計，以實現電流的雙向或單向流動，再利用第一電容、第二電感與調節電路形成降壓式、升壓式或降壓式/升壓式電路，來調節輸入與輸出電壓的比例關係，因此提升可調節輸出電壓的轉換器的電能轉換效率的機會。

為讓本創作之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉本創作之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

為了充分瞭解本創作，於下文將例舉實施例並配合附圖作詳細說明，且其並非用以限定本創作。

本創作所運用之技術內容、發明目的與其達成之功效係參照各 圖式於以下內容進行說明：

〔第一實施例〕

圖1是本創作實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖。請參照圖1。一種可調節輸出電壓的轉換器1耦接於一第一電源側P1與一第二電源側P2之間，包括一變壓器10、一第一轉換電路11、一第二轉換電路12、一諧振電路與調節電路16。本創作之可調節輸出電壓的轉換器1可以雙向傳輸電能，例如電能自第一電源側P1傳遞至第二電源側P2，其中調節電路16可以產生升壓的功效，或是電能自第二電源側P2傳遞至第一電源側P1，其中調節電路16可以產生降壓的功效，藉此使輸入與輸出電壓產生一定比例關係。

在其他實施例中，本創作之可調節輸出電壓的轉換器1也可以單向傳輸電能，例如電能自第一電源側P1傳遞至第二電源側P2，其中調節電路16可以產生升壓的功效，而為了方便說明，本實施例中係以可調節輸出電壓的轉換器1可以雙向傳輸電能來做說明，本實施例不限制可調節輸出電壓的轉換器1的態樣。

變壓器10具有對應磁性耦合之一次側繞組N1及二次側繞組N2。在實務上，變壓器10透過磁性耦合之一次側繞組N1及二次側繞組N2來傳遞或轉換能量，例如一次側繞組N1的線圈匝數多於二次側繞組N2的線圈匝數，藉此變壓器10調降電壓，例如將120伏特的電壓調降為12V伏特的電壓。當然，一次側繞組N1的線圈匝數可以等於或少於二次側繞組N2的線圈匝數，藉此變壓器10專遞能量或提升電壓，本實施例不限制變壓器10的態樣，其餘部分則相同，在此即不予以贅述。

第一轉換電路11具有複數個第一開關元件111、112、113、114，各第一開關元件111、112、113、114分別包括一切換開關S1 、S2、S3、S4與一反向並聯切換開關S1、S2、S3、S4的二極體D1、D2、D3、D4，各第一開關元件111、112、113、114耦接於變壓器10之一次側繞組N1。

在實務上，第一開關元件111、112、113、114用以導通或截止第一轉換電路11，藉此第一轉換電路11可以放電或充電。第一開關元件111、112、113、114的切換開關S1、S2、S3、S4並聯反向的二極體D1、D2、D3、D4，藉此切換開關S1、S2、S3、S4截止時，反向並聯的二極體D1、D2、D3、D4導通，或是切換開關S1、S2、S3、S4導通時，而反向並聯的二極體D1、D2、D3、D4截止。切換開關S1、S2、S3、S4用以導通或截止第一開關元件111、112、113、114的電路，而切換開關S1、S2、S3、S4可以透過功率電晶體或場效電晶體實現，本實施例不限制第一開關元件111、112、113、114、切換開關S1、S2、S3、S4與二極體D1、D2、D3、D4的態樣。

第二轉換電路12具有複數個第二開關元件115、116、117、118，各第二開關元件115、116、117、118包括一切換開關S5、S6、S7、S8與一反向並聯切換開關S5、S6、S7、S8的二極體D5、D6、D7、D8，各第二開關元件115、116、117、118耦接於變壓器10之二次側繞組N2。

在實務上，第二開關元件115、116、117、118用以導通或截止第二轉換電路12，藉此第二轉換電路12可以放電或充電。第二開關元件115、116、117、118的切換開關S5、S6、S7、S8並聯反向的二極體D5、D6、D7、D8，藉此切換開關S5、S6、S7、S8截止時，反向並聯的二極體D5、D6、D7、D8導通；或是切換開關S5、S6、S7、S8導通時，而反向並聯的二極體D5、D6、D7、D8截止。切換開關S5、S6、S7、S8用以導通或截止第二開關 元件115、116、117、118的電路，而切換開關S5、S6、S7、S8可以透過功率電晶體或場效電晶體實現，本實施例不限制第二開關元件115、116、117、118、切換開關S5、S6、S7、S8與二極體D5、D6、D7、D8的態樣。

詳細來說，第一轉換電路11放電時，經由變壓器10的一次側繞組N1與二次側繞組N2傳遞或轉換能量，藉此第二轉換電路12充電。相反地，第一轉換電路11充電時，經由變壓器10的一次側繞組N1與二次側繞組N2的傳遞或轉換能量，藉此第二轉換電路12放電。此外，第一轉換電路11為全橋式電路，而第二轉換電路12為全橋式電路，藉此組成之二全橋式電路之可調節輸出電壓的轉換器1。

在其他實施例中，第一轉換電路11為全橋式電路、半橋式電路或推挽式電路，而第二轉換電路12為全橋式電路、半橋式電路或推挽式電路，藉此組成可調節輸出電壓的轉換器1。本實施例不限制圖1中的第一轉換電路11與第二轉換電路12的態樣。

諧振電路具有一第一電感13、至少一第一電容14與一第二電感15，第一電感13串接變壓器10之二次側繞組N2，至少一第一電容14並聯第二轉換電路12，第二電感15耦接於第二電源側P2與第二轉換電路12之間。在實務上，本實施例之可調節輸出電壓的轉換器1包括有第一電感13、第一電容14與第二電感15之LCL諧振電路設計。

在其他實施例中，諧振電路也可以設置於變壓器10之一次側繞組N1，而為了方便說明，本實施例係以諧振電路設置於變壓器10之二次側繞組N2來做說明。本實施例不限制諧振電路設置於變壓器10之一次側繞組N1或二次側繞組N2的態樣。

詳細來說，第一電感13例如為變壓器漏感(Leakage inductance) ，用於限制電流。例如變壓器10中一次側繞組N1與二次側繞組N2的耦合係數小於1，變壓器10部分繞線不會有變壓作用，只有類似抑流電感的作用。變壓器10的二次側繞組N2與第一電容14並聯，第一電容14例如為諧振電容，藉此使變壓器10的二次側繞組N2的第一電感13與第一電容14可以進行充放電的往復運作。當然，第二電感15作為第一電感13與第一電容14的諧振濾波，藉此LCL諧振電路可以達到限制傳遞能量的電流。

當電流自第一電源側P1傳遞至第二電源側P2，該些第一開關元件111、112、113、114至少一者導通，使第一轉換電路11放電，經由變壓器10傳遞，該些第二開關元件115、116、117、118至少一者導通，使第二轉換電路12充電，該些第一開關元件111、112、113、114至少一者的切換開關S1、S2、S3、S4的導通週期大致相同於第一電感13與至少一第一電容14的諧振週期。該些第一開關元件111、112、113、114至少一者的切換開關S1、S2、S3、S4的導通週期大致相同於第一電感13與至少一第一電容14的諧振週期，電流經諧振電路之第一電感13限流，減少功率損耗。

當電流自第二電源側P2傳遞至第一電源側P1，該些第一開關元件111、112、113、114至少一者導通，使第一轉換電路11充電，經由變壓器10傳遞，該些第二開關元件115、116、117、118至少一者導通，使第二轉換電路12放電，該些第一開關元件111、112、113、114至少一者的二極體D1、D2、D3、D4的導通週期大致相同於諧振電路的電流諧振。該些第一開關元件111、112、113、114至少一者的二極體D1、D2、D3、D4的導通週期大致相同於諧振電路的電流諧振，電流諧振至一零值或一趨近零值，減少功率損耗。

值得一提的是，該些第一開關元件111、112、113、114至少一者的切換開關S1、S2、S3、S4導通時，該些第二開關元件115、116、117、118至少一者的切換開關S5、S6、S7、S8截止；該些第一開關元件111、112、113、114至少一者的切換開關S1、S2、S3、S4截止且反向並聯的二極體D1、D2、D3、D4導通時，該些第二開關元件115、116、117、118至少一者的切換開關S5、S6、S7、S8導通。在實務上，本創作透過第一及第二開關元件111、112、113、114、115、116、117、118的切換開關S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8的作動來控制電流雙向傳遞，並透過諧振電路來限制每次能量傳遞時的電流。

調節電路16耦接於第二電源側P2與第二轉換電路12之間。調節電路16具有一第三開關元件161與一第四開關元件162，第三開關元件161並聯於第一電容14，第四開關元件162耦接於第二電源側P2與第二電感15之間。

本實施例中第三開關元件161具有一切換開關S10與一並聯切換開關S10的二極體D10，且第四開關元件162也具有一切換開關S12與一並聯切換開關S12的二極體D12，而第一電容14、第二電感15、第三開關元件161與第四開關元件162形成降壓式/升壓式電路(Buck/Boost Circuit)。當電能自第一電容14傳遞至第二電源側P2時，藉此形成升壓式電路(Boost Circuit)；當電能自第二電源側P2傳遞至第一電容14時，藉此形成降壓式電路(Buck Circuit)。當然，本創作之降壓式與升壓式電路的工作原理與一般的降壓式與升壓式電路相同。

詳細來說，一般的調節電路為降壓式、升壓式或降壓式 /升壓式電路，藉此增加電路的複雜度與電能損耗。本創作之調節電路16僅由第三開關元件161與第四開關元件162所構成，相較於一般的調節電路，本創作係透過第一電容14與第二電感15來替代一般的調節電路中的電容與電感，藉此降低電路的複雜度與電能損耗，且達到調節輸出電壓的功效。

在其他實施例中，第三開關元件161具有一切換開關S10與一並聯切換開關S10的二極體D10，且第四開關元件162為一二極體D12，藉此第一電容14、第二電感15與調節電路16形成升壓式電路；或是第三開關元件161為一二極體D10，第四開關元件162具有一切換開關S12與一並聯切換開關S12的二極體D12，藉此第一電容14、第二電感15與調節電路16形成降壓式電路。本實施例不限制調節電路16的態樣。

基於上述，本創作之可調節輸出電壓的轉換器1的基本工作原理係控制變壓器10兩側的第一轉換電路11與第二轉換電路12的電路設計，以實現電流的雙向或單向流動，再利用第一電容14、第二電感15與調節電路16形成降壓式、升壓式或降壓式/升壓式電路，來調節輸入與輸出電壓的比例關係，因此提升可調節輸出電壓的轉換器1的電能轉換效率的機會。

接下來，進一步說明可調節輸出電壓的轉換器的電路運作。圖2A、圖2B、圖2C與圖2D是本創作之可調節輸出電壓的轉換器的電路操作示意圖。請參照圖2A、圖2B、圖2C與圖2D。

本創作之可調節輸出電壓的轉換器2的電路運作可分為四個階段，而電路的電流流向又可區別為兩種情況，一種為「自第一 電源側P1傳遞至第二電源側P2P2」，且調節電路26、第一電容24與第二電感25形成升壓式電路；另一種為「自第二電源側P2P2傳遞至第一電源側P1」，且調節電路26、第一電容24與第二電感25形成降壓式電路。在其他實施例中，可調節輸出電壓的轉換器2的電路運作可分為一、二或多個階段，而電路的電流流向又可區別為一種單向傳輸情況，本實施例不限制可調節輸出電壓的轉換器2的電路運作的態樣。

於階段一，第一及第二開關元件211、214、215、218導通，第一及第二開關元件212、213、216、217截止。如圖2A所示，當電流由第一電源側P1傳遞至第二電源側P2時，第一電源側P1放電，電流由第一電源側P1的正極端子流出，流經第一開關元件211的切換開關S1，進入變壓器20的一次側繞組N1的a端點，再從變壓器20的一次側繞組N1的b端點流出，流經第一開關元件214的切換開關S4，流入第一電源側P1的負極端子。而於第二電源側P2，電流從變壓器20的二次側繞組N2的c端點流出，依序流經一第一電感23、第二開關元件215的反並二極體D5、一第一電容24與第二開關元件218的反並二極體D8，再流入變壓器20的二次側繞組N2的d端點，此時，第二電源側P2透過一第二電感25的濾波，實現充電。

接著，調節電路26根據第二轉換電路22的充電電流來調節輸出電壓，而充電電流自第一電容24傳遞至第二電源側P2，藉此使第四開關元件262的切換開關S12為截止狀態，且控制第三開關元件261的切換開關S10導通或截止，來使調節電路26、第一電容24與第二電感25形成升壓式電路，藉此調整輸出電壓。

詳細來說，當第四開關元件262的二極體D12反偏截止，且第三開關元件261的切換開關S10導通時，第二電感25儲能，第 一電容24向第二電源側P2提供電能，如圖2A所示。當第四開關元件262的二極體D12導通，且第三開關元件261的切換開關S10截止時，第二電感25透過二極體D12向第二電源側P2提供電能，並向第一電容24充電，如圖2B所示。

接下來，如圖2C所示，當電流自第二電源側P2傳遞至第一電源側P1時，第一開關元件211、214的反並二極體D1、D4導通，第一電源側P1充電，電流由第一電源側P1的負極端子流出，流經第一開關元件214的反並二極體D4，進入變壓器20的一次側繞組N1的b端點，再從變壓器20的一次側繞組N1的a端點流出，流經第一開關元件211的反並二極體D1，流入第一電源側P1的正極端子；而於第二電源側P2，電流從變壓器20的二次側繞組N2的c端點流入，再由變壓器20的二次側繞組N2的d端點流出後，依序流經第二開關元件218的切換開關S8、一第一電容24、第二開關元件215的切換開關S5與一第一電感23，再流入變壓器20的二次側繞組N2的c端點，此時，第二電源側P2透過一第二電感25的濾波，實現放電。

接著，調節電路26根據第二轉換電路22的放電電流來調節輸出電壓，而放電電流自第二電源側P2傳遞至第一電容24，藉此使第三開關元件261的切換開關S10為截止狀態，且控制第四開關元件262的切換開關S12導通或截止，來使調節電路26、第一電容24與第二電感25形成降壓式電路，藉此調整輸出電壓。

詳細來說，當第三開關元件261的二極體D10反偏截止，且第四開關元件262的切換開關S12導通時，第二電感25儲能，如圖2C所示。當第三開關元件261的二極體D10導通，且第四開關元件262的切換開關S12截止時，第二電感25釋放電能，如圖2D所示。由此可知，本創作透過調節電路26的切換開關S10、S12 的控制作動，來調節輸出電壓。

值得一提的是，由於第一開關元件211、214的切換開關S1、S4的導通時間和第一電感23與第一電容24的諧振週期一樣，所以第一開關元件211、214的切換開關S1、S4導通時，由於第一電感23的限流作用，電流值極小。同樣地，由於第一開關元件211、214的二極體D1、D4的導通時間正好等於諧振週期，在第一開關元件211、214的切換開關S1、S4截止且反並二極體D1、D4導通時，電流諧振到零值或接近零值的小電流值，使得第一開關元件211、214的切換開關S1、S4導通和截止時電路電流值皆小，藉此第一開關元件211、214之能量損耗亦小。

當然，第一開關元件211、214的切換開關S1、S4導通時，第二開關元件215、218的切換開關S5、S8截止，藉此第一轉換電路21充電，第二轉換電路22放電。相同地，第一開關元件211、214的切換開關S1、S4截止時，第二開關元件215、218的切換開關S5、S8導通，藉此第一轉換電路21放電，第二轉換電路22充電。由此可知，本創作透過控制變壓器20二側的第一轉換電路21與第二轉換電路22，來實現雙向傳遞的電流。

於階段二，所有的第一及第二開關元件211、212、213、214、215、216、217、218的切換開關S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8全部關閉。變壓器20的兩側沒有能量傳遞。如果將變壓器20視為理想變壓器，則變壓器20兩側無電流流過。

同理可知，於階段三的工作模式大致與階段一相同，例如第一轉換電路21為充電，而第二轉換電路22為放電；或是第一轉換電路21為放電，而第二轉換電路22為充電，其中第一及第二開關元件212、213、216、217導通，第一及第二開關元件211、214、215、218截止，其餘部分則相同，在此即不予以贅述。

同理可知，階段四則同於階段二之電路運作，而於階段四結束後，電路運作會再迴圈至階段一，如此類推地進行迴圈工作。

綜上所述並復參照圖1，可調節輸出電壓的轉換器1為根據第一電源側P1和第二電源側P2的電壓關係，以自動實現能量的傳遞。假定變壓器10之一次側繞組N1的a端點至b端點的線圈匝數為W1，二次側繞組N2的c端點至d端點的線圈匝數為W2，第一電源側P1的電壓為Vdc1，第二電源側P2的電壓為Vdc2，則當Vdc1/W1>Vdc2/W2時，能量會從第一電源側P1傳遞到第二電源側P2，而當Vdc1/W1<Vdc2/W2時，能量從第二電源側P2傳遞到第一電源側P1。

可調節輸出電壓的轉換器2的基本工作原理係控制變壓器20兩側的電路設計以實現電流的雙向流動、再利用第一電容24、第二電感25與調節電路26形成降壓式、升壓式或降壓式/升壓式電路，來調節輸入與輸出電壓的比例關係，因此提升可調節輸出電壓的轉換器2的電能轉換效率的機會。

此外，本創作利用諧振的方式限制每次能量傳輸時的電流。而當確定能量傳遞方向時，亦可以選擇只給變壓器20一側的開關元件施加控制，而另一側的開關元件維持截止狀態，只存在二極體之自然導通電流。例如，若確定能量是從第一電源側P1傳遞到第二電源側P2，則基於上述工作原理，只需對第一開關元件211、212、213、214進行控制，而將第二開關元件215、216、217、218的切換開關S5、S6、S7、S8維持截止狀態即可。

綜上所述，本創作之可調節輸出電壓的轉換器係基於LCL諧振電路所設計，透過第一電容、第二電感與調節電路形成降壓式、升壓式或降壓式/升壓式電路，來調節輸入與輸出電壓的比例關係，因此提升可調節輸出電壓的轉換器的電能轉換效率的機會。

〔第二實施例〕

圖3是本創作另一實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖。請參照圖3與圖1。本實施例的可調節輸出電壓的轉換器3與前述第一實施例的可調節輸出電壓的轉換器1相似，例如可調節輸出電壓的轉換器3也能將雙向傳輸電能，且第一電容34、第二電感35與調節電路36形成降壓式/升壓式電路。然而，可調節輸出電壓的轉換器3、1之間仍存有差異，其在於：第一轉換電路31為半橋式電路，且第二轉換電路32為推挽式電路。

詳細來說，可調節輸出電壓的轉換器3為基於一包含有第一電感33、第二電感35與第一電容34之LCL諧振電路設計。可調節輸出電壓的轉換器3另包含有由第一開關元件313、314及電容311、312所組成之半橋式電路和由第二開關元件315、316所組成之推挽式電路、一變壓器30與一調節電路36。

復見圖3，可調節輸出電壓的轉換器3的一次側繞組N1與二次側繞組N2分別連接一第一轉換電路31與一第二轉換電路32，其中第一轉換電路31耦接一第一電源側P1且第二轉換電路32耦接調節電路36，而調節電路36耦接一第二電源側P2。第一轉換電路31由第一開關元件313、314及電容311、312所組成之半橋式電路；第二電源側P2透過第一電感33、第二電感35與第一電容34耦接一由第二開關元件315、316所組成之推挽式電路。

詳細來說，第一電感33耦接變壓器30的二次側繞組N2的e端點與第二電感35之間，第二開關元件315耦接變壓器30的二次側繞組N2的c端點與第一電容34之間，第二開關元件316耦接變壓器30的二次側繞組N2的d端點與第一電容34之間。可調節輸出電壓的轉換器3工作：電容312與第一開關元件313為導 通狀態，而電容311第一開關元件314為截止狀態；或是電容311與第一開關元件314為導通狀態，而電容312與第一開關元件313為截止狀態，其餘部分則相同，在此即不予以贅述。

除上述差異之外，所屬技術領域具有通常知識者應當知道，第二實施例的操作部分與第一實施例實質上等效，所屬技術領域具有通常知識者參考第一實施例以及上述差異後，應當可以輕易推知，故在此不予贅述。

〔第三實施例〕

圖4是本創作另一實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖。請參照圖4與圖1。本實施例的可調節輸出電壓的轉換器4與前述第一實施例的可調節輸出電壓的轉換器1相似，例如可調節輸出電壓的轉換器4也能將雙向傳輸電能，且第一電容44、45、第二電感46與調節電路47形成降壓式/升壓式電路。然而，可調節輸出電壓的轉換器4、1之間仍存有差異，其在於：第一轉換電路41為推挽式電路，且第二轉換電路42為半橋式電路。

可調節輸出電壓的轉換器4為基於一包含有第一電感43、第一電容44、45與第二電感46之LCL諧振電路設計。可調節輸出電壓的轉換器4另包含有由第一開關元件411、412所組成之推挽式電路和由第二開關元件413、414所組成之半橋式電路、一變壓器40與一調節電路47。

復見圖4，可調節輸出電壓的轉換器4的一次側繞組N1與二次側繞組N2分別連接第一轉換電路41與第二轉換電路42，其中第一轉換電路41耦接一第一電源側P1，且第二轉換電路42耦接一第二電源側P2。第一電源側P1的正極端子耦接變壓器40的一次側繞組N1的e端點，第一開關元件411耦接變壓器40的一次 側繞組N1的c端點與第一電源側P1的負極端子之間，而第一開關元件412耦接變壓器40的一次側繞組N1的d端點與第一電源側P1的負極端子之間，藉此組成推挽式電路。

第二電源側P2的正極端子透過第二電感46耦接第二轉換電路42，第二開關元件413、414和第一電容44、45所組成之半橋式電路，而所述半橋式電路則透過第一電感43耦接於變壓器40的二次側繞組N2。可調節輸出電壓的轉換器4工作模式為：第一及第二開關元件411、414為導通狀態、第一及第二開關元件412、613為截止狀態，或是第一及第二開關元件412、413為導通狀態、第一及第二開關元件411、414為截止狀態，其餘部分則相同，在此即不予以贅述。

除上述差異之外，所屬技術領域具有通常知識者應當知道，第三實施例的操作部分與第一實施例實質上等效，所屬技術領域具有通常知識者參考第一實施例以及上述差異後，應當可以輕易推知，故在此不予贅述。

〔第四實施例〕

圖5是本創作另一實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖。請參照圖5與圖3。本實施例之可調節輸出電壓的轉換器5與前述第二實施例的可調節輸出電壓的轉換器3相似，例如可調節輸出電壓的轉換器5的第一轉換電路51為半橋式電路，且第二轉換電路52為推挽式電路。然而，可調節輸出電壓的轉換器5、3之間仍存有差異，其在於：調節電路56的第四開關元件562為二極體，藉此第一電容54、第二電感55、第三開關元件561與第四開關元件562形成升壓式電路(Boost Circuit)，因此電能僅能由第一電容54單向傳遞至第二電源側P2。

除上述差異之外，所屬技術領域具有通常知識者應當知道，第四實施例的操作部分與第二實施例實質上等效，所屬技術領域具有通常知識者參考第二實施例以及上述差異後，應當可以輕易推知，故在此不予贅述。

〔第五實施例〕

圖6是本創作另一實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖。請參照圖6與圖4。本實施例之可調節輸出電壓的轉換器6與前述第三實施例的可調節輸出電壓的轉換器4相似，例如可調節輸出電壓的轉換器6的第一轉換電路61為推挽式電路，且第二轉換電路62為半橋式電路。然而，可調節輸出電壓的轉換器6、4之間仍存有差異，其在於：調節電路67的第三開關元件671為二極體，藉此第一電容64、65、第二電感66、第三開關元件671與第四開關元件672形成降壓式電路(Buck Circuit)，因此電能僅能由第二電源側P2單向傳遞至第一電容64、65。

除上述差異之外，所屬技術領域具有通常知識者應當知道，第五實施例的操作部分與第三實施例實質上等效，所屬技術領域具有通常知識者參考第三實施例以及上述差異後，應當可以輕易推知，故在此不予贅述。

如前述，本創作之可調節輸出電壓的轉換器中變壓器兩側之電路可應用全橋式電路、半橋式電路或推挽式電路，且第一電容、第二電感與調節電路可應用降壓式電路、升壓式電路、降壓式/升壓式電路，其可應用之組合如下表所示：

綜上所述，本創作係基於LCL諧振電路設計的一種可調節輸出電壓的轉換器，藉由控制變壓器兩側的第一及第二轉換電路，來實現能量的雙向或單向傳輸，同時透過第一電容、第二電感與調節電路形成降壓式、升壓式或降壓式/升壓式電路，來調節輸入 與輸出電壓的比例關係，因此提升可調節輸出電壓的轉換器的電能轉換效率的機會。

此外，第一及第二轉換電路中各開關元件的切換開關的導通時間和諧振電路中之第一電感與第一電容的諧振週期一致，使得於切換開關被導通時，由於諧振電路中第一電感的限流作用，電流值極小，同樣地，在切換開關截止時，電流諧振到零值或接近零值的小電流值，如此一來，切換開關導通和截止時電路電流值皆小，切換開關之能量損耗亦小，便可提高電路效率。

1、2、3、4、5、6‧‧‧可調節輸出電壓的轉換器

10、20、30、40、50、60‧‧‧變壓器

11、21、31、41、51、61‧‧‧第一轉換電路

12、22、32、42、52、62‧‧‧第二轉換電路

13、23、33、43、53、63‧‧‧第一電感

14、24、34、44、45、54、64、65‧‧‧第一電容

15、25、35、46、55、66‧‧‧第二電感

16、26、36、47、56、67‧‧‧調節電路

111、112、113、114、211、212、213、214、313、314、411、412、413、414、513、514、611、612‧‧‧第一開關元件

115、116、117、118、215、216、217、218、315、316、515、516、613、614‧‧‧第二開關元件

161、261、361、471、561、671‧‧‧第三開關元件

162、262、362、472、562、672‧‧‧第四開關元件

311、312、511、512‧‧‧電容

a、b、c、d、e‧‧‧端點

P1‧‧‧第一電源側

P2‧‧‧第二電源側

N1‧‧‧一次側繞組

N2‧‧‧二次側繞組

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S10、S12‧‧‧切換開關

D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D10、D12‧‧‧二極體

圖1是本創作實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖；圖2A是本創作之可調節輸出電壓的轉換器的運作說明之示意圖；圖2B是本創作之可調節輸出電壓的轉換器的運作說明之示意圖；圖2C是本創作之可調節輸出電壓的轉換器的運作說明之示意圖；圖2D是本創作之可調節輸出電壓的轉換器的運作說明之示意圖；圖3是本創作另一實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖；圖4是本創作另一實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖；圖5是本創作另一實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖； 圖6是本創作另一實施例之可調節輸出電壓的轉換器的電路圖。

1‧‧‧可調節輸出電壓的轉換器

10‧‧‧變壓器

11‧‧‧第一轉換電路

12‧‧‧第二轉換電路

13‧‧‧第一電感

14‧‧‧第一電容

15‧‧‧第二電感

16‧‧‧調節電路

111、112、113、114‧‧‧第一開關元件

115、116、117、118‧‧‧第二開關元件

161‧‧‧第三開關元件

162‧‧‧第四開關元件

a、b、c、d‧‧‧端點

P1‧‧‧第一電源側

P2‧‧‧第二電源側

N1‧‧‧一次側繞組

N2‧‧‧二次側繞組

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S10、S12‧‧‧切換開關

D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D10、D12‧‧‧二極體

Claims (12)

1. 一種可調節輸出電壓的轉換器，耦接於一第一電源側與一第二電源側之間，包括：一變壓器；一第一轉換電路，具有複數個第一開關元件，各該第一開關元件耦接於該變壓器；一第二轉換電路，具有複數個第二開關元件，各該第二開關元件耦接於該變壓器；以及一諧振電路，具有一第一電感、至少一第一電容與一第二電感，該第一電感串接該變壓器，該至少一第一電容並聯於該第二轉換電路，該第二電感耦接該至少一第一電容；以及一調節電路，耦接於該第二電源側與該第二轉換電路之間，該調節電路具有一第三開關元件與一第四開關元件，該第三開關元件並聯於該至少一第一電容，該第四開關元件於耦接於該第二電源側與該第二電感之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中該第三開關元件具有一切換開關與一並聯該切換開關的二極體。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中該第四開關元件具有一切換開關與一並聯該切換開關的二極體。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中該第四開關元件為一二極體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可調節輸出電壓的轉換 器，其中該第三開關元件為一二極體，該第四開關元件具有一切換開關與一並聯該切換開關的二極體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中該第一電感為電壓器漏感。
7. 如申請專利範圍第1項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中該第一轉換電路為全橋式電路、半橋式電路或推挽式電路。
8. 如申請專利範圍第1或7項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中該第二轉換電路為全橋式電路、半橋式電路或推挽式電路。
9. 如申請專利範圍第1項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中各該第一開關元件包括一切換開關與一並聯該切換開關的二極體，各該第二開關元件包括一切換開關與一並聯該切換開關的二極體。
10. 如申請專利範圍第9項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中電流自該第一電源側傳遞至該第二電源側，該些第一開關元件至少一者導通，使該第一轉換電路放電，經由該變壓器傳遞，該些第二開關元件至少一者導通，使該第二轉換電路充電，該些第一開關元件至少一者的切換開關的導通週期大致相同於該第一電感與該至少一第一電容的諧振週期，電流經該諧振電路之該第一電感限流，減少功率損耗。
11. 如申請專利範圍第9或10項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中電流自該第二電源側傳遞至該第一電源側，該些第一開關元件至少一者導通，使該第一轉換電路充電，經由該變壓器傳遞，該些第二開關元件至 少一者導通，使該第二轉換電路放電，該些第一開關元件至少一者的二極體的導通週期大致相同於該諧振電路的電流諧振，電流諧振至一零值或一趨近零值，減少功率損耗。
12. 如申請專利範圍第9項所述之可調節輸出電壓的轉換器，其中該些第一開關元件至少一者的切換開關被導通時，該些第二開關元件至少一者的切換開關截止；該些第一開關元件至少一者的切換開關截止且並聯二極體導通時，該些第二開關元件至少一者的切換開關被導通。