混合式电源转换电路制造技术

一种混合式电源转换电路转换输入电压为输出电压，包括高侧开关

【技术实现步骤摘要】
混合式电源转换电路


[0001]本专利技术是有关一种混合式电源转换电路，特别涉及一种具混合返驰转换模式与谐振转换模式的混合式电源转换电路
。

技术介绍

[0002]过去各种移动装置如笔记本电脑
、
手机
…
等因品牌及所设计使用的芯片商不同，通常会采用不同的充电接口，导致市面上许多随移动装置所附赠的充电器无法跨品牌相容，进而造成装置淘汰后充电器的浪费与环保问题
。
又因移动装置功能应用的多元化高速窜起，导致耗电相对提高不少，电池容量也相对提高以因应更多不同的使用需求
。
[0003]USB Power Delivery(USB PD)
是目前主流的快充协议之一，其是由
USB
开发者论坛
(USB
‑
IF,USB Implementers Forum)
制定的一种快速充电规范
。
该规范可实现更高的电压和电流，输送更高的功率，并可以自由地改变电力的输送方向
。
通过
USB Type
‑
C
接口做高速
(
快速
)
充电，同时加入数据传输功能，涵盖范围从手机
、
笔记本电脑外接存储周边
、AIO(All In One)
显示器，让所有充电与数据传输使用一条
Type
‑
C
线即可完成
。
[0004]最新于/>2021
年6月2日
USB
开发者论坛
(
协会
)
发布更新的
USB PD3.1
快充标准规范，充电功率从原本的
100
瓦特提升至
240
瓦特，可以支援最大
48
伏特
/5
安培的电压
/
电流功率输出，此一新的规范引发业界广泛关注讨论
。
[0005]现行普遍输出变电压的做法为采用返驰式转换
(flyback)
架构或谐振转换与降压转换
(LLC+buck)
架构
。
对返驰式转换架构而言，受限于工作模式与较低的磁通利用率的影响，其效率的提升有限
。
而对而谐振转换
(LLC)
架构而言，虽然可以补偿返驰式转换架构的缺点，意即可提高效率，但其受限于增益
(gain)
的设计而无法实现宽范围的变电压模式，因此若仅使用返驰式转换架构，将无法达到
USB
开发者论坛
(
协会
)
规定输出电压5～
48
伏特的要求
。
所以谐振转换架构通常需要搭配降压转换
(buck)
架构来实现
。
然而，降压转换架构本身也有功率损耗
(power loss)
的问题，使得变电压在谐振转换与降压转换
(LLC+buck)
架构下，其平均效率无法达到最佳优化，因而造成不必要的成本支出，并且在日趋严格的节能法规下，此两种常用的架构早已不符合期待
。
[0006]为此，如何设计出一种混合式电源转换电路，解决现有技术所存在的问题与技术瓶颈，乃为本公开专利技术人所研究的重要课题
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种混合式电源转换电路，解决现有技术的问题
。
[0008]为实现前揭目的，本专利技术所提出的混合式电源转换电路用以转换输入电压为输出电压
。
混合式电源转换电路包括高侧开关
、
低侧开关
、
变压器
、
谐振槽
、
第一开关
、
第二开关
、
第一同步整流开关
、
第二同步整流开关以及第三开关
。
高侧开关与低侧开关连接于第一节点，其中高侧开关连接输入电压的正电压端，低侧开关连接输入电压的负电压端
。
变压器具有初级侧线圈与次级侧线圈
。
谐振槽具有串联耦接的外部电感
、
外部电容以及初级侧线圈
的内部电感，其中谐振槽并联低侧开关
。
第一开关并联外部电感
。
第二开关与第一电容形成串联支路，其中串联支路并联外部电容
。
第一同步整流开关与第二同步整流开关分别耦接次级侧线圈的第一绕组与第二绕组
。
第三开关串联第二同步整流开关
。
其中，输出电压低于电压区间时，混合式电源转换电路操作在混合返驰转换模式；输出电压高于电压区间时，混合式电源转换电路操作在谐振转换模式
。
[0009]通过所提出的混合式电源转换电路，通过判断输出侧电压，决定混合式电源转换电路须操作于
HFB
模式或
LLC
模式，因此实现在不同输出功率需求时，达到高效率
、
高增益，以及实现宽范围变电压的技术效果
。
[0010]为了能更进一步了解本专利技术为实现预定目的所采取的技术
、
手段及技术效果，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，相信本专利技术的目的
、
特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本专利技术加以限制者
。
附图说明
[0011]图1：为混合返驰转换模式的电路架构图
。
[0012]图2：为图1所示混合返驰转换模式的电路操作的波形图
。
[0013]图3：为本专利技术混合式电源转换电路的电路图
。
[0014]图4：为本专利技术混合式电源转换电路为非连续的操作的示意波形图
。
[0015]图5：为本专利技术混合式电源转换电路为连续的操作的示意波形图
。
[0016]图6：为本专利技术混合式电源转换电路操作于
LLC
模式下产生沟通电压的电路的电路图
。
[0017]图7：为本专利技术混合式电源转换电路操作于不同模式下的流程图
。
[0018]附图标记说明：
[0019]S
HS
：高侧开关
[0020]S
LS
：低侧开关
[0021]TR
：变压器
[0022]R
T
：谐振槽
[0023]S1：第一开关
[0024]S2：第二开关
[0025]SR1：第一同步整流开关
[0026]SR2：第二同步整流开关
[0027]S3：第三开关
[0028]S4：第四开关
[0029]V
+
：正电压端<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种混合式电源转换电路，用以转换一输入电压为一输出电压，包括：一高侧开关与连接该高侧开关于一第一节点的一低侧开关，其中该高侧开关连接该输入电压的正电压端，该低侧开关连接该输入电压的负电压端；一变压器，具有一初级侧线圈与一次级侧线圈；一谐振槽，具有串联耦接的一外部电感
、
一外部电容以及该初级侧线圈的一内部电感，其中该谐振槽并联该低侧开关；一第一开关，并联该外部电感；一第二开关与一第一电容形成一串联支路，其中该串联支路并联该外部电容；一第一同步整流开关与一第二同步整流开关，分别耦接该次级侧线圈的一第一绕组与一第二绕组；以及一第三开关，串联该第二同步整流开关；其中，该输出电压低于一电压区间时，该混合式电源转换电路操作在一混合返驰转换模式；该输出电压高于该电压区间时，该混合式电源转换电路操作在一谐振转换模式
。2.
如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中在该混合返驰转换模式时，该第三开关关断，该第一同步整流开关切换导通；该第一开关与该第二开关导通，该高侧开关与该低侧开关切换导通
。3.
如权利要求2所述的混合式电源转换电路，还包括一次级侧控制单元与一初级侧控制单元；该次级侧控制单元提供一谐振操作信号关断该第三开关，且提供一返驰反馈信号至该初级侧控制单元；该初级侧控制单元控制该高侧开关与该低侧开关切换导通；该初级侧控制单元提供一返驰操作信号导通该第一开关与该第二开关；以及该次级侧控制单元提供一同步整流信号控制该第一同步整流开关切换导通
。4.
如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中该第一电容的电容值与该外部电容的电容值具有两倍以上的比例关系
。5.
如权利要求1所述的混合式电源转换电路，其中在该谐振转换模式时，该第三开关导通，该第一同步整流开关与该第二同步整流开关切换导通；该第一开关与该第二开关关断，该高侧开关与该低侧开关切换导通
。6.
如权利要求5所述的混合式电源转换电路，还包括一次级侧控制单元与一初级侧控制单元；该次级侧控制单元提供一谐振操...

【专利技术属性】
技术研发人员：温圣宇，林政毅，卢廷昀，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：