直流轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專利摘要】一種直流轉(zhuǎn)換電路，包括降升壓轉(zhuǎn)換器、第一二極管、第一電容、第二二極管、第一電感與第二電容。降升壓轉(zhuǎn)換器具有兩輸入端與兩輸出端，兩輸入端用以接收第一直流信號，兩輸出端用以輸出第二直流信號。第一二極管耦接兩輸出接點之間。第一電容的第一端耦接第一二極管的陰極端，第一電容的第二端耦接負載。第二二極管的陽極端耦接第一二極管的陰極端。第一電感的第一端耦接第二二極管的陰極端，第一電感的第二端耦接第一電容的第二端。第二電容的第一端耦接第一電感的第二端，第二電容的第二端耦接第一二極管的陽極端與負載。
【專利說明】直流轉(zhuǎn)換電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換電路，特別涉及一種直流轉(zhuǎn)換電路。
【背景技術】
[0002]一般來說，直流轉(zhuǎn)換電路會配置有儲能元件，而儲能元件所選配的電感值，將會影響直流轉(zhuǎn)換電路的輸入電流的響應速度及輸出電壓漣波。若儲能元件所選配的電感值較小，直流轉(zhuǎn)換電路的輸入電流的響應速度較快，但是輸出電壓漣波會較大。相反地，若儲能元件所選配的電感值較大，直流轉(zhuǎn)換電路的輸入電流的響應速度較慢，但是可獲得較小的輸出電壓鏈波。
[0003]因此，對于一般直流轉(zhuǎn)換電路的使用上來說，常使用較小的電感值的電感以及較大電容值的電容(亦即使用電感值較小與電容值較大的儲能元件)，使得直流轉(zhuǎn)換電路可兼具較快的輸入電流的響應速度與較小的輸出電流漣波。并且，在選用較大電容值的電容應用上，使用者往往必須使用電解電容，以達到前述的響應速度以及輸出電流漣波的效果。
[0004]然而，由于電解電容易受到開關切換以及溫度等外在環(huán)境因素影響，而造成使用壽命較其他材料構成的電容來的短，進而縮短直流轉(zhuǎn)換電路的使用壽命。因此，直流轉(zhuǎn)換電路仍有改善的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種直流轉(zhuǎn)換電路，藉以降低設計的復雜度，并達成輸入響應快速、低漣波輸出電壓、使用壽命長等作用。
[0006]本發(fā)明的一種直流轉(zhuǎn)換電路，包括降升壓轉(zhuǎn)換器、第一二極管、第一電容、第二二極管、第一電感與第二電容。降升壓轉(zhuǎn)換器具有兩輸入端與兩輸出端，兩輸入端用以接收第一直流信號，兩輸出端用以輸出第二直流信號。第一二極管具有陽極端與陰極端，第一二極管的陽極端耦接降升壓轉(zhuǎn)換器的兩輸出端的其中之一，第一二極管的陰極端耦接降升壓轉(zhuǎn)換器的兩輸出端的其中另一。第一電容具有第一端與第二端，第一電容的第一端稱接第一二極管的陰極端，第一電容的第二端耦接負載。
[0007]第二二極管具有陽極端與陰極端，第二二極管的陽極端耦接第一二極管的陰極端。第一電感具有第一端與第二端，第一電感的第一端耦接第二二極管的陰極端，第一電感的第二端耦接第一電容的第二端。第二電容具有第一端與第二端，第二電容的第一端耦接第一電感的第二端，第二電容的第二端耦接第一二極管的陽極端與負載。其中，第二直流信號開始輸出至第一電感與第一電容，以進行能量的儲存，并以此能量對第二電容進行充電。當?shù)诙绷餍盘柾Ｖ箷r輸出前述能量，使得第一電容上的跨壓的極性反轉(zhuǎn)，而將第一電容的儲能轉(zhuǎn)換成第一電感的電感電流，同時將第一電容的跨壓極性反轉(zhuǎn)，使得第一二極管導通后改變電路結構，構成具負電壓源特性的共振電路，以達到電路能量平衡與持續(xù)運轉(zhuǎn)的目的。
[0008]本發(fā)明的直流轉(zhuǎn)換電路，利用降升壓轉(zhuǎn)換器、第一二極管、第二二極管、第一電感及第一電容所形成的共振電路以及第二電容的電路結構，并且利用第一電容上的跨壓會產(chǎn)生極性反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生負電壓，以克服負載電壓的電位障避問題。另外，在降升壓轉(zhuǎn)換器與第一電感之間配置第二二極管，使直流轉(zhuǎn)換電路具有較好的工作條件。此外，使用較小電容值的第一電容與第二電容，而無需使用電解電容。如此一來，可降低設計的復雜度，并達成輸入響應快速、低漣波輸出電壓、使用壽命長等作用。
[0009]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明第一實施例的直流轉(zhuǎn)換電路的示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明第二實施例的直流轉(zhuǎn)換電路的示意圖。
[0012]其中，附圖標記
[0013]_0、200:![流轉(zhuǎn)換電路
HO降升E轉(zhuǎn)換器
[0014]111, 112 輸入接點
113、114 輸出接點
121、141、231陽極端
122、142、232國機端
131、151、 161、 211、 221 第一端
132、152、162、212、222`第 '端
170 隨輸入源
180 負戧
213 第.:端
Cl 第.電樣
Cl 第二電界
LI 笫.電感
L2 第:電感
S 開爻
Dl 笫.:極ff
D2 第；:極f?
m m -: 'Mff
CS 拉制 ?,?”.【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作具體的描述:[0016]以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件。
[0017]請參考圖1所示,其為本發(fā)明的直流轉(zhuǎn)換電路的示意圖。本實施例的直流轉(zhuǎn)換電路100適于耦接一負載180，以提供負載180所需的工作電壓，其中負載180可為電阻、電感或電源供應器等。
[0018]直流轉(zhuǎn)換電路100包括降升壓轉(zhuǎn)換器(Buck-Boost Converter) 110、第一二極管D1、第一電容Cl、第二二極管D2、第一電感LI與第二電容C2。降升壓轉(zhuǎn)換器110具有兩輸入接點111、112與兩輸出接點113、114。其中，降升壓轉(zhuǎn)換器110的兩輸入接點111、112例如耦接一直流輸入源170，用以接收此直流輸入源170所產(chǎn)生的第一直流信號，并且降升壓轉(zhuǎn)換器110對前述的直流信號進行處理，以于降升壓轉(zhuǎn)換器110的兩輸出接點113、114輸出第二直流信號。在本實施例中，前述的直流輸入源170例如為脈沖輸入源或直流電源。進一步來說，直流電源亦可包括直流電壓源或直流電流源。
[0019]第一二極管Dl具有陽極端121與陰極端122，第一二極管Dl的陽極端121耦接降升壓轉(zhuǎn)換器110的兩輸出接點113、114的其中之一，亦即輸出接點114，第一二極管Dl的陰極端122耦接降升壓轉(zhuǎn)換器110的兩輸出接點113、114的其中另一，亦即輸出接點113。
[0020]第一電容Cl具有第一端131與第二端132,第一電容Cl的第一端1311禹接第一二極管Dl的陰極端122，第一電容Cl的第二端132耦接負載180。第二二極管D2具有陽極端141與陰極端142，第二二極管D2的陽極端141耦接第一二極管Dl的陰極端122。
[0021]第一電感LI具有第一端151與第二端152,第一電感LI的第一端1511禹接第二二極管D2的陰極端142，第一電感LI的第二端152耦接第一電容Cl的第二端132。其中，當?shù)诙O管D2導通時,第一電感LI與第一電容Cl并聯(lián)稱接,且第一電感LI與第一電容Cl例如組成一共振電路。
[0022]第二電容C2具有第一端161與第二端162,第二電容C2的第一端161 I禹接第一電感LI的第二端152，第二電容C2的第二端162耦接第一二極管Dl的陽極端121與負載180。
[0023]首先，當直流轉(zhuǎn)換電路100開始運作后，降升壓轉(zhuǎn)換器110利用切換操作，將所接收的第一直流信號轉(zhuǎn)換為第二直流信號，且第二直流信號會輸出至第一電感LI與第一電容Cl所組成的共振電路，使得第一電容Cl上的跨壓快速上升，同時將能量傳送至第二電容C2與負載。當?shù)诙绷餍盘柾Ｖ箷r，利用第一電感LI與第一電容Cl的共振作用，以將第一電容Cl所儲存的能量轉(zhuǎn)換成電感電流，并前述的能量對第二電容C2進行充電，以達到分壓的效果，進而抑制輸入能量增加所造成的輸出電壓漣波。
[0024]在第一電容Cl所儲存的能量轉(zhuǎn)換成電感電流的同時，第一電容Cl上的跨壓極性會產(chǎn)生反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生負電壓，使得第一二極管Dl導通，以改變直流轉(zhuǎn)換電路100的結構。此時，利用第一電感L1、第一電容Cl與第二電容C2,同時將能量傳送至負載180,以提供負載180所需的工作電壓，并且第一電感L1、第一電容Cl與第二電容C2共同作為濾波電路元件，以抑制因輸入能量停止時而造成的輸出電壓漣波。如此一來，本實施例的直流轉(zhuǎn)換電路100可具有輸入響應快速、低漣波輸出電壓與壽命長等作用。
[0025]另外，在本實施例中，第一電感LI的電感值可設計成小于一般電感的電感值，使得流過第一電感LI的電流較大,并且第一電容Cl的電容值也可以設計成小于第二電容C2的電容值，使得第一電容Cl上的跨壓極性產(chǎn)生反轉(zhuǎn)時，第一電容Cl上的負電壓也足夠大。而第二二極管D2的作用在于，當?shù)谝浑娙軨l上的跨壓極性產(chǎn)生反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生負電壓，且對第一電感LI進行充電時，可對前述電壓進行箝制，以減少能量損失，使得直流轉(zhuǎn)換電路100具有較好的工作條件。
[0026]請參考圖2所示，其為本發(fā)明第二實施例的直流轉(zhuǎn)換電路的示意圖。本實施例的直流輸入源170例如為直流電壓，并且此直流電壓的“正端”耦接降升壓轉(zhuǎn)換器110的輸入接點112，而此直流電壓的“負端”耦接降升壓轉(zhuǎn)換器110的輸入接點111。
[0027]直流轉(zhuǎn)換電路200包括降升壓轉(zhuǎn)換器110、第一二極管D1、第一電容Cl、第二二極管D2、第一電感LI與第二電容C2。其中，降升壓轉(zhuǎn)換器110、第一二極管D1、第一電容Cl、第二二極管D2、第一電感LI與第二電容C2的耦接關系可以參考圖1的實施例的說明，故在此不再贅述。
[0028]在本實施例中，直流輸入源170亦為直流電流源，而降升壓轉(zhuǎn)換器110包括開關
S、第二電感L2與第三二極管D3。開關S具有第一端211、第二端212與第三端213，開關S的第一端211接收控制信號CS，開關S的第二端212作為降升壓轉(zhuǎn)換器110的兩輸入接點111、112的其中另一，亦即降升壓轉(zhuǎn)換器110的輸入接點112，開關S的第三端213作為降升壓轉(zhuǎn)換器110的兩輸出接點113、114的其中之一，亦即降升壓轉(zhuǎn)換器110的輸出接點114。
[0029]在本實施例中，開關S例如為N型晶體管，并且開關S的第一端211、第二端212與第三端213分別為N型晶體管的柵極端、漏楹端與源極端。但本發(fā)明不限于此，開關S亦可為P型晶體管或是其他開關元件。
[0030]第二電感L2具有第一端221與第二端222，第二電感L2的第一端221作為降升壓轉(zhuǎn)換器110的兩輸入接點111、112的其中之一，亦即降升壓轉(zhuǎn)換器110的輸入接點111，第二電感L2的第二端222耦接開關S的第三端213。
[0031]第三二極管D3具有陽極端231與陰極端232，第三二極管D3的陽極端231耦接第二電感L2的第一端221，第三二極管D3的陰極端232作為降升壓轉(zhuǎn)換器110的兩輸出接點113U14的其中另一，亦即降升壓轉(zhuǎn)換器110的輸出接點113。
[0032][操作實施例1]
[0033]假設第一電感LI與第二電感L2例如操作于一電流連續(xù)導通模式(ContinuousConduction Mode，CCM)。首先，在直流轉(zhuǎn)換電路200開始運作后，控制信號CS例如為高邏輯電位，使得開關S導通，則直流轉(zhuǎn)換電路200進入第一模式。此時，直流輸入源170所產(chǎn)生的第一直流信號經(jīng)由開關S，傳送至第二電感L2，以利用第一直流信號對第二電感L2進行充電。另一方面，第二二極管D2導通,則第一電感L1、第一電容Cl與第二電容C2同時對負載180釋放能量。
[0034]接著，控制信號CS例如轉(zhuǎn)換為低邏輯電位，使得開關S斷開，則直流轉(zhuǎn)換電路200進入第二模式。此時，第三二極管D3與第二二極管D2導通，則第二電感L2的儲能電壓經(jīng)由第三二極管D3而產(chǎn)生第二直流信號，且此第二直流信號傳送至第一電感LI與第一電容Cl所組成的共振電路，以開始對第一電感L1、第一電容Cl及第二電容C2進行充電。也就是說，第二直流信號(即第二電感L2的儲能電壓)會經(jīng)由第一電感LI與第一電容Cl，將能量快速傳送至第二電容C2，以有效抑制因輸入能量增加時而造成的輸出電壓漣波。
[0035]之后，在第一電容Cl所儲存的能量轉(zhuǎn)換成電感電流的同時，將第一電容Cl上的跨壓產(chǎn)生極性反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生負電壓，使得第一二極管Dl導通，以改變直流轉(zhuǎn)換電路200的電路結構。當?shù)谝欢O管Dl導通時，直流轉(zhuǎn)換電路200進入第三模式。此時，第一電容Cl與第一電感LI經(jīng)由第二二極管D2構成回路，以及第一電容Cl與第一電感LI經(jīng)由第二電感L2與第三二極管D3構成回路，并配合第二電容C2將儲存能量傳送至負載180，以提供負載180所需的工作電壓。如此一來，直流轉(zhuǎn)換電路200即完成一個完整周期的動作。
[0036][操作實施例2]
[0037]假設第一電感LI例如操作于一連續(xù)導通模式，而第二電感L2例如操作于一不連續(xù)導通模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)0在此操作實施例2中，直流轉(zhuǎn)換電路200會具有第一模式、第二模式、第三模式與第四模式，其中的第一模式、第二模式與第三模式可參考操作實施例1中的說明，故在此不再贅述。
[0038]接著，當?shù)诙姼蠰2的儲能電壓釋放完畢時，直流轉(zhuǎn)換電路200進入第四模式。此時，第一電容Cl與第一電感LI僅經(jīng)由第二二極管D2構成回路，并配合第二電容C2持續(xù)將儲存能量傳送至負載180，以提供負載180所需的工作電壓。如此一來，直流轉(zhuǎn)換電路200即完成一個完整周期的動作。
[0039][操作實施例3]
[0040]假設第一電感LI與第二電感L2例如操作于一不連續(xù)導通模式。在此操作實施例3中，直流轉(zhuǎn)換電路200會具有第一模式、第二模式、第三模式、第四模式與第五模式，其中，第一模式、第二模式、第三模式與第四模式可參考操作實施例1及2中的說明，故在此不再贅述。
[0041]接著，當?shù)谝浑姼蠰I與第一電容Cl所組成的共振電路的儲能電壓釋放完畢時，直流轉(zhuǎn)換電路200進入第五模式。此時，僅由第二電容C2持續(xù)將儲存能量傳送至負載180，以提供負載180所需的工作電壓。如此一來，直流轉(zhuǎn)換電路200即完成一個完整周期的動作。并且，利用上述操作，本實施例的直流轉(zhuǎn)換電路200可達到輸入響應快速、低漣波輸出電壓與壽命長等作用。
[0042]另外，在本實施例中，第一電感LI及第二電感L2的電感值可設計成小于一般電感的電感值，使得流過第一電感LI及第二電感L2的電流較大，并且第一電容Cl的電容值也可以設計成小于第二電容C2的電容值,使得第一電容Cl上的跨壓極性產(chǎn)生反轉(zhuǎn)時,第一電容Cl上的負電壓也足夠大。
[0043]本發(fā)明的實施例的直流轉(zhuǎn)換電路，其利用降升壓轉(zhuǎn)換器、第一二極管、第二二極管、第一電感及第一電容所形成的共振電路以及第二電容的電路結構，并且利用第一電容上的跨壓會產(chǎn)生極性反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生負電壓，以克服負載電壓的電位障避問題。另外，在降升壓轉(zhuǎn)換器與第一電感之間配置第二二極管，使直流轉(zhuǎn)換電率具有較好的工作條件。此外，使用較小電容值的第一電容與第二電容，而無需使用電解電容。如此一來，可降低設計的復雜度，并達成輸入響應快速、低漣波輸出電壓、使用壽命長等作用。
[0044]當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種直流轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包含有: 一降升壓轉(zhuǎn)換器，具有兩輸入端與兩輸出端，該兩輸入端用以接收一第一直流信號，該兩輸出端用以輸出一第二直流信號； 一第一二極管，具有一陽極端與一陰極端，該第一二極管的該陽極端耦接該降升壓轉(zhuǎn)換器的該兩輸出端的其中之一，該第一二極管的該陰極端耦接該降升壓轉(zhuǎn)換器的該兩輸出端的其中另一； 一第一電容，具有一第一端與一第二端，該第一電容的該第一端稱接該第一二極管的該陰極端，該第一電容的該第二端耦接一負載； 一第二二極管，具有一陽極端與一陰極端，該第二二極管的該陽極端耦接該第一二極管的該陰極端； 一第一電感，具有一第一端與一第二端，該第一電感的該第一端稱接該第二二極管的該陰極端，該第一電感的該第二端耦接該第一電容的該第二端；以及 一第二電容，具有一第一端與一第二端，該第二電容的該第一端稱接該第一電感的該第二端，該第二電容的該第二端耦接該第一二極管的該陽極端與該負載； 其中，該第二直流信號輸出至該第一電感與該第一電容，以進行一能量的儲存，并以該能量對該第二電容進行充電，且將該第一電容上的跨壓極性產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，藉以將該能量傳送至該負載。
2.根據(jù)權利要求1所述的直流轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，該直流信號為一直流電源或一脈沖電源。
3.根據(jù)權利要求1所述的直流轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，該降升壓轉(zhuǎn)換器包含有: 一開關，具有一第一端、一第二端與一第三端，該開關的該第一端接收一控制信號，該開關的該第二端作為該降升壓轉(zhuǎn)換器的該兩輸入端的其中之一，該開關的該第三端作為該降升壓轉(zhuǎn)換器的該兩輸出端的其中另一； 一第二電感，具有一第一端與一第二端，該第二電感的該第一端作為該降升壓轉(zhuǎn)換器的該兩輸入端的其中另一，該第二電感的該第二端耦接該開關的該第三端；以及 一第三二極管，具有一陽極端與一陰極端，該第三二極管的該陽極端耦接該第二電感的該第一端，該第三二極管的陰極端作為該降升壓轉(zhuǎn)換器的該兩輸出端的其中之一。
4.根據(jù)權利要求3所述的直流轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，該第一電感與該第二電感均操作于一電流連續(xù)導通模式。
5.根據(jù)權利要求3所述的直流轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，該第一電感操作于一電流連續(xù)導通模式，該第二電感操作于一電流不連續(xù)導通模式。
6.根據(jù)權利要求3所述的直流轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，該第一電感與該第二電感均操作于一電流不連續(xù)導通模式。
7.根據(jù)權利要求1所述的直流轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，該第一電容的電容值小于該第二電容的電容值。
【文檔編號】H02M3/06GK103812331SQ201310006820
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年1月9日 優(yōu)先權日:2012年11月14日
【發(fā)明者】蔡文田, 李清然, 陳伯彥, 潘晴財 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院