技术领域

本发明与电源转换有关， 更详细来说是指一种隔离式电源转换装置及 其电源转换方法。 背景技术

隔离型电能传输系统与一般接触型电能传输系 统最大的不同， 在于隔 离型电能传输系统不须经由电力线直接传输能 量， 而是利用隔离型变压器 电磁耦合而将能量由一次侧传递至二次侧电路 ， 然而隔离型变压器因其先 天耦合不良因素， 使得电力转换效率较低。 因此， 传统隔离型电能传输系 统常利用共振式阻抗匹配方式， 来提升电源转换效率， 但是利用阻抗匹配 电路方式实现的电路， 甚易受变压器耦合系数参数影响， 而达不到预期效 果， 造成电源转换效率低落。 此外， 由于电能传输系统的输出电压需大于 负载电压， 才能够克服输出端的电位而将能量传送至负载 ， 因此隔离型电 能传输电路中， 往往需要较大匝数比的变压器才能够将电压提 升至所需电 压， 如此一来， 而变压器的铜损随着线圈匝数增加而增加， 以致电源转换 效率降低。 发明内容

有鉴于此， 本发明的主要目的在于提供一种隔离式电源转 换装置及其 电源转换方法， 可以提供负电位以补偿负载电压的阻障， 进而可降低变压 器的线圏匝数比， 以降低铜损提升电源转换效率， 使得变压器一次侧能量 能够更平顺更有效率的传送至负载， 进一步增进电源转换效率。

为了达成上述目的， 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技 术 方案来实现的。 依据本发明所提出的隔离式电源转换装置， 用于将脉冲电 源的电能转换后， 输出供予负载； 该隔离式电源转换装置包含有隔离式变 压器以及自动电荷抽放（ auto cha rge pump ) 电路； 其中， 该隔离式变压 器具有一次侧以及二次侧， 且该一次侧与该脉冲电源电性连接， 而该二次 侧具有第一端以及第二端； 该自动电荷抽放电路一側电性连接该隔离式变 压器， 另一侧电性连接该负载； 该自动电荷抽放电路包含有： 第一二极管， 其正极连接该二次侧的第二端， 其负极电性连接该二次侧的第一端； 第一 电容， 其一端电性连接该二次侧的第一端与该第一二 极管的负极； 电感， 其一端连接该第一电容的另一端， 而另外一端则电性连接该第一二极管的 负极； 第二电容， 并联连接该负载， 且其一端连接该第一电容与该电感， 而另一端连接该第一二极管的正极与该二次侧 的第二端。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下 技术措施进一步实现。 前述的隔离式电源转换装置， 其中该电感通过第二二极管电性连接该 第一二极管的负极； 另外， 该第二二极管的正极连接该第一二极管的负极 ， 而其负极连接该电感。

前述的隔离式电源转换装置， 其中该隔离式变压器的二次侧的第一端 上设有第三二极管， 且该第三二极管的负极连接该第一二极管的负 极与该 第一电容， 而其正极连接该二次侧。

前述的隔离式电源转换装置， 其中该第一电容为无极性电容。

前述的隔离式电源转换装置， 其中该第二电容为非电解电容。

依据上述构思， 本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技 术方案 来实现。 依据本发明提出的该隔离式电源转换装置的电 源转换方法， 包含 有下列步骤：

A. 当该脉沖电源输出电能时， 对该隔离式变压器的一次侧充电， 而该 电感、 该第一电容与该第二电容对该负载释能；

B. 当该脉沖电源停止输出电能时，该隔离式变压 器的二次侧对该电感、 该第一电容与该第二电容充电， 使该第二电容持续对该负载释能；

C. 导通该第一二极管， 使该第一电容与该电感产生反向的电压， 并对 该第二电容充电， 使该第二电容持续对该负载释能。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下 技术措施进一步实现。 前述的电源转换方法， 其中在步骤 C后， 还包含有重复执行步骤 A至 步骤 C的步骤。

前述的电源转换方法， 其中在步骤 B 中， 该隔离式变压器的二次侧通 过该第一电容与该电感形成的共振电路， 将其储能传导至该第二电容。

前述的电源转换方法， 其中在步骤 B 中， 该第一电容与该电感形成的 共振电路后， 该第一电容的跨压极性反转， 而使该第一二极管导通， 而进 入步骤 C。

前述的电源转换方法， 其中所述的脉冲电源具有电子开关， 当该电子 开关导通时， 该脉冲电源输出电能； 当该电子开关断开时， 该脉冲电源停 止输出电能。

依据上述构思， 本发明的目的及解决其技术问题另外再采用以 下技术 方案来实现。 依据本发明还提供的自动电荷抽放电路， 用于接收脉沖电源 的电能， 并供电予负载， 且该脉沖电源具有第一输出端以及第二输出端 ； 该自动电荷抽放电路包含有第一二极管、 第一电容、 电感以及第二电容； 其中， 该第一二极管的正极连接该脉冲电源的第二输 出端， 其负极电性连 接该脉冲电源的第一输出端； 该第一电容的一端电性连接该脉沖电源的第 一输出端与该第一二极管的负极； 该电感的一端连接该第一电容的另一端， 而另外一端则电性连接该第一二极管的负极； 该第二电容并联连接该负载， 且其一端连接该第一电容与该电感， 而另一端连接该第一二极管的正极与 该二次侧的第二端。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下 技术措施进一步实现。 前述的自动电荷抽放电路， 其中该电感通过第二二极管电性连接该第 一二极管的负极； 另外， 该第二二极管的正极连接该第一二极管的负极 ， 而其负极连接该电感。

借此， 通过上述的技术方案， 本发明至少具有下列优点： 可以在电源 转换时， 提供负电位以补偿负载电压的阻障， 进而可降低该隔离式变压器 的线圈匝数比， 以降低铜损提升电源转换效率， 使得该隔离式变压器一次 侧能量能够更平顺更有效率的传送至负载， 进一步增进电源转换效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述， 为了能够更清楚了解本发明的 技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施， 并且为了让本发明的上述和 其他目的、 特征和优点能够更明显易懂， 以下特举较佳实施例， 并配合附 图， 详细说明: ^下。 附图的简要说明

图 1为本发明优选实施例的隔离式电源转换装置� �电路图

图 2至图 4为各步骤的等效电路图。

图 5为第一电容的电压波型图。

图 6为输出电压与电流的波型图。

【主要元件符号说明】

10: 隔离式变压器； 11： 一次侧；

12： 二次侧； 121 : 第一端；

122: 第二端； 20: 自动电荷抽放电路;

Dl、 D2、 D3: 二极管; Cl、 C2: 电容；

L: 电感； 100: 脉沖电源；

V in: 电力源； SW: 电子开关；

200: 负载。 实现发明的最佳方式

为能更清楚地说明本发明， 现举优选实施例并配合图示详细说明如后。 请参阅图 1， 本发明优选实施的隔离式电源转换装置用于将 脉冲电源 100的电能转换后，输出供予负载 200，且该脉冲电源 100包含有电力源 Vin 以及电子开关 SW。该隔离式电源转换装置包含有隔离式变压� �� 10以及自动 电荷抽放 ( auto cha rge pump ) 电路 20。 其中：

该隔离式变压器 10 在本实施例中为非接触式变压器 （noncontact t ransformer ), 且具有可分离设置的一次侧 11 以及二次侧 12， 该一次侧 11与该脉冲电源 100电性连接，而该二次侧 12具有第一端 121以及第二端 122。 当然，在实际实施上，也可以一次侧与二次侧 不可分离的变压器代替。

该自动电荷抽放电路 20其一側电性连接该隔离式变压器 10，另一側电 性连接该负载 200; 该自动电荷抽放电路 20包含有两个二极管 （第一二极 管 D1与第二二极管 D2 )、 两个电容（第一电容 C1与第二电容 C2 ) 以及一 个电感 L。 这些元件的连接关系如下所述： 该第一二极管 D1的正极连接该 二次侧 12的第二端 122， 其负极电性连接该二次侧 12的第一端 121。 该第 一电容 C1为无极性电容， 其一端电性连接该二次侧 12的第一端 121与该 第一二极管 D1的负极。 该第二二极管 D2的正极连接至该第一电容 Cl。 该 电感 L的一端连接该第一电容 C1的另一端， 而另外一端则连接该第二二极 管 D2的负极。 该第二电容 C2为非电解电容， 用于并联连接该负载 200, 且 其一端连接该第一电容 C1与该电感 L，而另一端连接该第一二极管 D1的正 极与该二次侧 12的第二端 122。

另外， 为避免电路产生回流影响该隔离式变压器 10的动作， 该隔离式 变压器 10在其二次侧 12该第一端的线路上， 还设置有第三二极管 D3。 该 第三二极管 D3的正极连接该二次側 12的该第一端 121，而其负极则连接该 第一二极管 D1的负极、 该第二二极管 D2的正极与该第一电容 Cl。

在本实施例中， 这些电容 C1~C2、 该电感 L、 输入电压、 输出电压、 该 隔离式变压器 10的匝数比、 以及该负载 200的电阻如下表所示：

借此， 通过上述结构设计与规格， 再利用下述的电源转换方法， 便可 达到增进电源转换效率的目的， 而该方法包含有下列步骤：

A. 请参阅图 2 , 导通该电子开关 SW， 使该脉冲电源 100的电力源 Vin 输出电能， 以对该隔离式变压器 10的一次侧 11充电， 而该电感 该第一 电容 CI与该第二电容 C2对该负载 200释能。

B. 请参阅图 3 , 断开该电子开关 SW， 使该脉沖电源 100的电力源 V in 停止输出电能， 该隔离式变压器 10的二次侧 12对该电感 L、 该第一电容 C1充电， 并通过该第一电容 C1与该电感 L形成的共振电路，将其储能传导 至该第二电容 C2 , 以使该第二电容 C2持续对该负载 200释能。

C. 请参阅图 4， 当该第一电容 C1与该电感 L共振后， 该第一电容 C1 跨压的极性反转， 进而导通该第一二极管 Dl， 使该第一电容 C1与该电感 L 产生反向的电压， 并对该第二电容 C2充电， 使该第二电容 C2持续对该负 载 200释能。

每执行一次步骤 A至步驟 C , 则完成一次周期的动作。 所以， 在该隔离 式电源转换装置持续动作的情况下， 在步骤 C后， 便重复执行步骤 A至步 骤 (：， 直至该隔离式电源转换装置停止动作。

借此， 请参阅图 5， 通过上述的该自动电荷抽放电路 20的设计， 在每 次动作周期中， 该第一电容 C1的跨压 Vcl可自动地提供负电位， 而导通该 第一二极管 Dl， 以使该第一二极管 D1导通前后的整体电路结构改变， 并通 过负压补偿负载 200 的电压所产生的阻障。 如此一来， 便可降低该隔离式 变压器 10 的线圈匝数比， 进而降低铜损， 且也可使得该隔离式变压器 10 一次側的能量能够更平顺更有效率的传送至负 栽 200,进一步增进电源转换 效率。

另外， 由图 6 可看出， 在本实施例中， 该隔离式电源转换装置的输出 电压为 5V的情况下， 其输出电压涟波仅为 0. 2V左右， 约为输出电压的 4%。 换句话说， 本发明的隔离电源转换装置的电路设计同时具 有较低输出电压 涟波的效果， 而可避免该第二电容 C2使用寿命较短的电解电容， 借以提升 该隔离电源转换装置的使用寿命。

此外， 该第二二极管 D2的设计还可有效地防止该负载 200附近的电路 产生电路回流， 进而使得整体电路更加地稳定， 借以提升该隔离电源转换 装置能源转换与抑制涟波的效果。 当然， 在实际实施上， 即使不使用该第 二二极管 D2仍可达到抑制涟波的目的。

还有， 本发明的自动电荷抽放电路 20除使用于接收变压器产生的电能 的电路结构外， 也可适用于其它接收脉冲电源的电能的电路设 计上， 来达 到降低输出电压涟波的目的。 以上所述仅为本发明优选可行实施例而已， 并不以此为限， 且但凡应用本发明说明书及权利要求所为等效 结构与方法 的变化， 理应包含在本发明的专利保护范围内。