本發(fā)明涉及一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，特別是一種可依據(jù)電子裝置的操作狀態(tài)改變輸出電力的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)使用二極管或蕭特基二極管(Schottky)的整流電路因二極管、蕭特基二極管的順向?qū)妷捍?，使得整流電路的損耗成為電源轉(zhuǎn)換器的主要損耗。金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管具有導(dǎo)通電阻低、開關(guān)時間短、輸入阻抗高，成為低電壓大電流的電源轉(zhuǎn)換器首選的整流元件，根據(jù)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的控制特點，因而有同步整流的技術(shù)產(chǎn)生。

傳統(tǒng)的具備多組輸出的電源轉(zhuǎn)換器包含多組同步整流單元，當(dāng)電子裝置啟動時，所述的多組同步整流單元同時啟動，并輸出電力至電子裝置。而當(dāng)電子裝置關(guān)閉時，多組同步整流單元同時關(guān)閉，而停止輸出電力至電子裝置。前述的同步整流單元的控制方式雖然具備簡易控制的特點，然不論電子裝置是操作在輕載或非輕載狀態(tài)，電源轉(zhuǎn)換器輸出的電力皆為定值，這使得電源轉(zhuǎn)換器于電子裝置輕載操作時的損耗提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以依據(jù)電子裝置的操作狀態(tài)改變輸出電力。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用以提供一電子裝置于不同操作狀態(tài)下的多個需求電力，其中，該電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含：

一隔離變壓器，包含一初級繞組及多個次級繞組，該多個次級繞組與該初級繞組間具有至少一耦合距離，該隔離變壓器的一漏感隨著該耦合距離增加而增加；

一諧振模塊，電連接于該初級繞組；

一切換模塊，電連接于該諧振模塊；以及

一輸出控制裝置，包含一控制器及多個輸出控制模塊，該控制器電連接于該多個輸出控制模塊，每一輸出控制模塊電連接于其中的一次級繞組，

其中，該控制器依據(jù)該電子裝置的操作狀態(tài)驅(qū)使該輸出控制裝置的至少一輸出控制模塊輸出對應(yīng)其中之一需求電力中的一操作電力。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，各該輸出控制模塊包含一同步整流單元，該控制器電連接于該多個同步整流單元，每一次級繞組至少連接于其中的一同步整流單元，該控制器依據(jù)該電子裝置的操作狀態(tài)驅(qū)使至少一同步整流單元進(jìn)行同步整流并輸出對應(yīng)其中之一需求電力中的一操作電力。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，各該輸出控制模塊包含一同步整流單元及一輸出開關(guān)，每一輸出開關(guān)分別電連接于其中的一同步整流單元，該控制器依據(jù)該電子裝置的操作狀態(tài)驅(qū)使該輸出控制裝置中的至少一輸出開關(guān)導(dǎo)通并輸出對應(yīng)其中之一需求電力中的一操作電力。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，該多個次級繞組分別排列于該初級繞組的兩側(cè)，該控制器使電連接于該初級繞組兩側(cè)具有相同的該耦合距離的該多個次級繞組的該多個同步整流單元交錯進(jìn)行同步整流。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，該控制器驅(qū)使該隔離變壓器產(chǎn)生相近漏感的該多個同步整流單元交錯進(jìn)行同步整流。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，該隔離變壓器還包含：

一繞線架，該多個次級繞組等間隔設(shè)于該繞線架上，該初級繞組纏繞于該繞線架上，并位于各該次級繞組的一側(cè)，使該多個初級繞組與該多個次級繞組呈交錯排列；以及

一磁芯，套設(shè)于該繞線架。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，該控制器使該多個同步整流單元按次序進(jìn)行同步整流，并使進(jìn)行同步整流的該多個同步整流單元與該繞線架的一中心軸間的間距逐步收斂。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，該多個次級繞組與該初級繞組間的耦合距離皆相異。

上述的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，當(dāng)該隔離變壓器的該漏感逐漸增加，該電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的該操作電力逐漸降低。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明的電能轉(zhuǎn)換方法透過控制器以控制同步整流單元進(jìn)行同步整流與否或輸出開關(guān)的導(dǎo)通或截止，以改變隔離變壓器的漏感，并使電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出對應(yīng)于不同需求電力的操作電力。

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施方式的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電路框圖；

圖2為本發(fā)明第一實施方式的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電路圖；

圖3為對應(yīng)本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出電流與整流開關(guān)及輸出開關(guān)的切換時序圖；

圖4a及圖4b為本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在輕載時第一至第四功率開關(guān)柵極控制信號極相對應(yīng)的初級側(cè)電流和電壓波形；

圖5a及圖5b為本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在中載時第一至第四功率開關(guān)柵極控制信號極相對應(yīng)的初級側(cè)電流和電壓波形；

圖6a及圖6b為本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在滿載時第一至第四功率開關(guān)柵極控制信號極相對應(yīng)的初級側(cè)電流和電壓波形；

圖7為本發(fā)明的隔離變壓器的剖視圖；

圖8為本發(fā)明的隔離變壓器于第一操作狀態(tài)的漏感及磁通密度分布圖；

圖9為本發(fā)明的隔離變壓器在第二操作狀態(tài)的漏感及磁通密度分布圖；

圖10為本發(fā)明的隔離變壓器在第三操作狀態(tài)的漏感及磁通密度分布圖；

圖11為本發(fā)明第二實施方式的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電路圖。

其中，附圖標(biāo)記

10 全橋切換模塊

20 諧振模塊

30 隔離變壓器

310 初級繞組

320a、320b、320c、320d 次級繞組

330 繞線架

340 磁芯

40 輸出控制模塊

400a～400d 輸出控制模塊

410a 第一同步整流單元

410b 第二同步整流單元

410c 第三同步整流單元

410d 第四同步整流單元

420 控制器

C 電容器

Cb 隔離直流電容器

Co 輸出電容器

Ip 初級側(cè)電流

L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8 濾波器

Lr 諧振電感器

QA 第一功率開關(guān)

QB 第二功率開關(guān)

QC 第三功率開關(guān)

QD 第四功率開關(guān)

Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8 整流開關(guān)

S1、S2、S3、S4、SR1、SR2、SR3、SR4、SR5、SR6、SR7、SR8 柵極

SW1、SW2、SW3、SW4 輸出開關(guān)

Vi 輸入電壓

Vo 輸出電壓

Vp 初級側(cè)電壓

VQ4 第四功率開關(guān)汲源極跨壓

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：

請參照圖1，其為本發(fā)明第一實施方式的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電路框圖。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)接收輸入電壓Vi并產(chǎn)生多組輸出電壓Vo。在圖1中，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 包含被隔離變壓器30劃分成初級側(cè)及次級側(cè)。隔離變壓器30包含初級繞組310及次級繞組320a-320d。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的初級側(cè)包含全橋切換模塊10、諧振模塊20及初級繞組310，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的次級側(cè)包含輸出控制裝置40及耦合于初級繞組310的次級繞組320a-320d，其中輸出控制裝置40包含輸出控制模塊400a～400d，每個輸出控制模塊400a～400d包含同步整流單元(如圖1所示的第一至第四同步整流單元410a～410d)及輸出開關(guān)SW1～SW4。

請參照圖2，其為本發(fā)明第一實施方式的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電路圖。全橋切換模塊10電連接于輸入電壓Vi，包含第一功率開關(guān)QA、第二功率開關(guān)QB、第三功率開關(guān)QC及第四功率開關(guān)QD；第一至第四功率開關(guān)QA～QD分別為金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管。第一功率開關(guān)QA與第三功率開關(guān)QC的漏極連接輸入電壓Vi，第一功率開關(guān)QA的源極電連接于第二功率開關(guān)QB的漏極及諧振模塊20，第三功率開關(guān)QC的源極電連接于第四功率開關(guān)QD的漏極及隔離變壓器30的初級繞組310。第二功率開關(guān)QB及第四功率開關(guān)QD的源極連接輸入電壓Vi。

如圖2所示，第一至第四功率開關(guān)QA～QD分別并聯(lián)連接二極管D，其中第一至第四功率開關(guān)QA～QD的漏極連接二極管D的陰極，第一至第四功率開關(guān)QA～QD的源極連接二極管D的陽極；二極管D可例如為第一至第四功率開關(guān)QA～QD的內(nèi)部的本體二極管。此外，第一至第四功率開關(guān)QA～QD的漏極及源極間還并聯(lián)連接電容器C，電容器C也可以例如是第一至第四功率開關(guān)QA～QD的內(nèi)部的寄生電容器。

諧振模塊20包含串聯(lián)連接的諧振電感器Lr、隔離直流電容器Cb及激磁電感器。在本實施方式中，激磁電感器以隔離變壓器30的初級繞組310實現(xiàn)。諧振模塊20用以使第一至第四功率開關(guān)QA～QD達(dá)到零電壓的切換的特性，減少切換損失進(jìn)而增加電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率。

輸出控制裝置40包含數(shù)量對應(yīng)于次級繞組320a-320d的第一至第四同步整流單元410a-410d及第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4。如圖1及圖2所示，第一同步整流單元410a連接于次級繞組320a及第一輸出開關(guān)SW1，第二同步整流單元410b連接于次級繞組320b及第二輸出開關(guān)SW2，第三同步整流單元410c連接于次級繞組320c及第三輸出開關(guān)SW3，第四同步整流單元410d連接于次級繞組320d及第四輸出開關(guān)SW4。

如圖2所示，第一同步整流單元410a包含整流開關(guān)Q1、Q2，第二同步整流單元410b包含整流開關(guān)Q3、Q4，第三同步整流單元410c包含整流開關(guān)Q5、Q6，第四同步整流單元410d包含整流開關(guān)Q7、Q8。整流開關(guān)Q1的源極連接整流開關(guān)Q2的源極及輸出電容器Co，整流開關(guān)Q1、Q2的漏極分別電連接于次級繞組320a。整流開關(guān)Q3的源極連接整流開關(guān)Q4的源極，整流開關(guān)Q3、Q4的漏極分別電連接于次級繞組320b。整流開關(guān)Q5的源極連接整流開關(guān)Q6的源極，整流開關(guān)Q5、Q6的漏極分別電連接于次級繞組320c。整流開關(guān)Q7的源極連接整流開關(guān)Q8的源極，整流開關(guān)Q7、Q8的漏極分別電連接于次級繞組320d。整流開關(guān)Q1～Q8的柵極SR1～SR8分別電連接于控制器420，并接受控制器420輸出的控制信號以進(jìn)行導(dǎo)通或截止的切換動作，藉以提供同步整流的效果。

電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還可以包含濾波器L1～L8。如圖2所示，濾波器L1～L8分別為電感器。濾波器L1及濾波器L2連接于次級繞組320a的兩端及輸出開關(guān)SW1，濾波器L3及濾波器L4連接于次級繞組320b的兩端及輸出開關(guān)SW2，濾波器L5及濾波器L6連接于次級繞組320c的兩端及輸出開關(guān)SW3，濾波器L7及濾波器L8連接于次級繞組320d的兩端及輸出開關(guān)SW4。

第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4分別接受控制器420的控制而導(dǎo)通(turn off)或截止(turn on)。在此要特別說明的是，本發(fā)明的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要是用以提供電子裝置在不同操作狀態(tài)下的多個需求電力，故控制器420會依據(jù)電子裝置的操作狀態(tài)而驅(qū)使輸出控制裝置中的至少一輸出控制模塊400a～400d輸出電子裝置操作時的需求電力。其中，控制器420可以選擇藉由控制第一至第四同步整流單元410a～410d或第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4而讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出電子裝置操作時所需的電力。

諧振模塊20的諧振電感器Lr及隔離變壓器30配合提供固定漏感。為了產(chǎn)生諧振并完成零電壓切換，在第一功率開關(guān)QA及第二功率開關(guān)QB(或第三功率開關(guān)QC及第四功率開關(guān)QD)的控制信號間明顯存在一段死區(qū)時間(dead time)。所謂死區(qū)時間，是在一個開關(guān)周期內(nèi)，控制電路(圖未示)使第一功率開關(guān)QA和第二功率開關(guān)時間QB(第三功率開關(guān)QC及第四功率開關(guān)QD)同時處于截止(turn off)狀態(tài)的持續(xù)時間(其中控制電路電連接于第一至第四功率開關(guān)QA～QD的柵極S1～S4，并輸出控制信號以使第一至第四功率開關(guān)QA～QD導(dǎo) 通或截止)，如圖4a所示的時間區(qū)間t2～t3(t4～t5)。一般來說，漏感越大，則死區(qū)時間越長。

請同時參照圖2及圖4a，其中圖4a為電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在電子裝置操作于輕載(例如為滿載的20％)時的初級側(cè)電流和電壓波形。在第一狀態(tài)(即圖4a所示的時間t1～t2)，圖2所示的第一功率開關(guān)QA及第四功率開關(guān)QD截止(turn off)，第二功率開關(guān)QB及第三功率開關(guān)QC導(dǎo)通(turn on)，故輸入電壓Vi經(jīng)由第二功率開關(guān)QB、第三功率開關(guān)QC、諧振電容器Cb諧振電感器Lr后，由初級繞組310耦合傳遞至次級繞組320a～320d。在這段期間，隔離變壓器30的初級側(cè)電流(Ip)會緩慢上升，諧振電感器Lr同時充電而儲存能量。

在第二狀態(tài)(即圖4a所示的時間t2～t3)，圖2所示的第二功率開關(guān)QB截止(第一功率開關(guān)QA及第四功率開關(guān)QD維持截止，第三功率開關(guān)QC維持導(dǎo)通)，隔離變壓器30的初級側(cè)電流(Ip)停止上升。然根據(jù)楞次定律，諧振電感器Lr的電流須保持持續(xù)性，故諧振電感器Lr的電流繼續(xù)往同一方向流動。此時初級側(cè)電流(Ip)對并聯(lián)在第二功率開關(guān)QB漏源極間的電容器C充電，對并聯(lián)在第一功率開關(guān)QA漏源極間的電容器C放電，直到并聯(lián)在第二功率開關(guān)QB漏源極間的電容器C的電壓相等于輸入電壓Vi。

在第三狀態(tài)(即圖4a所示的時間t3～t4)中的時間t3時，零電壓區(qū)間結(jié)束，此時第一功率開關(guān)QA的漏源極跨壓放電降至零電壓，接著跨接在第一功率開關(guān)QA漏源極間的二極管D導(dǎo)通，將第一功率開關(guān)QA上的漏源極箝位在零電壓，以使第一功率開關(guān)QA達(dá)成零電壓切換(Zero Voltage Switching,ZVS)，進(jìn)而減少切換損失。同時，隔離變壓器30的初級側(cè)電壓(Vp)為零。

在第四階段(即圖4a所示的時間t4～t5)，諧振狀態(tài)開始于第三功率開關(guān)QC截止(即時間t4)，因諧振電感器Lr的電流須保持持續(xù)性，初級側(cè)電流(Ip)會對并聯(lián)于第三功率開關(guān)QC漏源極的電容器C充電，并對并聯(lián)在第四功率開關(guān)QD漏源極間的電容器C放電，直到并聯(lián)在第四功率開關(guān)QC漏源極間的電容器C的電壓相等于輸入電壓Vi，且第四功率開關(guān)QD的漏源極跨壓放電降至零電壓(如VQ4曲線所示)。

在圖4a所示的時間t5，并聯(lián)于第三功率開關(guān)QC漏源極的電容器C兩端的跨壓等于輸入電壓，且并聯(lián)于第四功率開關(guān)QD漏源極間的電容器C兩端的跨壓降為零，使得并聯(lián)在第四功率開關(guān)QD漏源極間的二極管D導(dǎo)通而完成 諧振。同時，在并聯(lián)于第四功率開關(guān)QD漏源極的二極管D導(dǎo)通后，使第四功率開關(guān)QD導(dǎo)通，第四功率開關(guān)QD漏源極的跨壓為零電位，因此第四功率開關(guān)QD便為零電壓切換。

在第五階段(即圖4a所示的時間t5～t7)，由于諧振電感器Lr兩端的電壓相同于輸入電壓Vi，因此初級側(cè)電流(Ip)呈線性減少。其中，在時間t6時，初級側(cè)電壓(Vp)并未于第四功率開關(guān)QD導(dǎo)通的瞬間轉(zhuǎn)換為負(fù)電位，此區(qū)段稱為工作周期損失(duty cycle loss)；其中，當(dāng)漏感越大，則工作周期損失越大。在此要特別說明的是，工作周期損失可以下式表示：

，其中：

Lr為諧振電感器的電感值；

Ip為電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的初級側(cè)電流；以及

Vp為電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的初級側(cè)電壓。

前述的圖4a所示的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是供應(yīng)電子裝置操作于輕載(例如為滿載的20％)時的初級側(cè)電流和電壓波形，圖5a及圖6a則分別為電子裝置操作于中載(例如滿載的50％)時的初級側(cè)電流和電壓波形以及電子裝置操作于滿載時的初級側(cè)電流和電壓波形。要特別說明的是，當(dāng)電子裝置需求電流提高，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的電流也對應(yīng)增加時，則工作周期損失因電流提高而增加。前述的工作周期損失使得輸入電壓Vi的維持時間(hold-up time)減少，致使電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體效率降低。

為了進(jìn)一步地降低工作周期損失以提升電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整理效率，必須更進(jìn)一步地改變輸出控制裝置40的輸出控制模塊400a～400d的控制方法。

一般來說，電子裝置在滿載操作時的需求電力最大，故電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出給電子裝置的電流也較大；電子裝置在輕載操作時的需求電力最小，故電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出給電子裝置的電流則相對較小。

本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以依據(jù)電子裝置需求電流的大小，調(diào)整同步整流裝置40的操作模式，使電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在電子裝置于滿載操作時提供較大電流，并于電子裝置于輕載操作時，提供較小電流，藉以降低功率消耗。

在本發(fā)明的輸出控制裝置的其中的一個操作狀態(tài)中，若控制器420是以輸 出控制模塊400a～400d中的同步整流單元410a～410d是否進(jìn)行同步整流而決定輸出電力時，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含如下4種操作模式。復(fù)參閱圖2，在第一操作模式，控制器420控制整流開關(guān)Q1～Q8的柵極SR1～SR8的操作狀態(tài)，使第一至第四同步整流單元410a～410d的其中之一進(jìn)行同步整流，讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出第一電流I1。在此可例如讓整流開關(guān)Q1、Q2依照控制器420輸出的控制信號進(jìn)行導(dǎo)通與截止的切換而進(jìn)行同步整流(如圖3的0～t1區(qū)間所示)，以讓耦合到次級繞組320a的電力能夠傳遞至輸出端。

在第二操作模式，控制器420控制整流開關(guān)Q1～Q8的柵極SR1～SR8的操作狀態(tài)，使第一至第四同步整流單元410a～410d的其中之二進(jìn)行同步整流(如圖3的t1～t2區(qū)間所示)，讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出第二電流I2，其中第二電流I2大于第一電流I1。

在第三操作模式，控制器420控制整流開關(guān)Q1～Q8的柵極SR1～SR8的操作狀態(tài)，使第一至第四同步整流單元410a～410d中之三進(jìn)行同步整流(如圖3中t2～t3區(qū)間所示)，讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出第三電流I3，其中第三電流I3大于第二電流I2。

在第四操作模式，控制器420控制整流開關(guān)Q1～Q8的柵極SR1～SR8的操作狀態(tài)，使第一至第四同步整流單元410a～410d同時進(jìn)行同步整流(如圖3的t3之后區(qū)間所示)，讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出第四電流I4，其中第四電流I4大于第三電流I3。圖3所示為對應(yīng)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出電流與整流開關(guān)的切換時序圖。依據(jù)電子裝置操作模式而分段式地驅(qū)動第一至第四同步整流單元410a～410d，可以有效地降低電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)于電子裝置操作于輕載時的功率損耗，達(dá)到節(jié)能的效果。

在本發(fā)明的輸出控制裝置的其中的一個操作狀態(tài)中，若控制器420是以控制輸出控制模塊400a～400d中的第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4是否進(jìn)行同步導(dǎo)通而決定輸出電力時，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以包含如下4種操作模式作為說明范例。要特別說明的是，在此4種操作模式操作時，控制器420皆使第一至第四同步整流單元410a～410d持續(xù)進(jìn)行同步整流。復(fù)參閱圖2及圖3，在第一操作模式，控制器420使第一輸出開關(guān)SW1導(dǎo)通，讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出第一電流I1；在第二操作模式，控制器420使第一輸出開關(guān)SW1及第二輸出開關(guān)SW2導(dǎo)通，讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出第二電流I2；在第三操作模式，控制器420使第一 至第三輸出開關(guān)SW1～SW3導(dǎo)通，讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出第三電流I3；在第四操作模式，控制器420使第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4導(dǎo)通，讓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出第四電流I4。

此外，進(jìn)一步地配合隔離變壓器30的初級繞組310及次級繞組320a～320d的排列方式，可以更有效地控制整體的功率消耗。

請參照圖7，其為本發(fā)明的隔離變壓器的剖視圖。隔離變壓器30還包含繞線架330、磁芯340，磁芯340套設(shè)于繞線架330外圍。初級繞組310及次級繞組320a～320d分別設(shè)于繞線架330上。在此要說明的是，在圖7中，隔離變壓器30包含單一個初級繞組310及四個次級繞組320a～320d，次級繞組320a～320d等間隔地設(shè)于繞線架330上，初級繞組310則纏繞在繞線架330上，并位于每個次級繞組320a～320d的一側(cè)(例如為左側(cè))，且由隔離變壓器30的側(cè)剖面觀之，初級繞組310及次級繞組320a～320d呈交錯排列。

當(dāng)施加電力于隔離變壓器30的初級繞組310，次級側(cè)電路可依輸出控制裝置40的輸出控制模塊400a～400d的不同操作而有不同的電力輸出，以下以三種不同操作狀態(tài)進(jìn)行說明。

復(fù)參閱圖2，在第一操作狀態(tài)，第一至第四同步整流單元410a～410d的整流開關(guān)Q1～Q8均接受控制器420的控制信號而進(jìn)行同步整流，或者第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4接受控制器420的控制信號而導(dǎo)通時(如圖3的t3之后區(qū)間所示)，次級繞組320a～320d會經(jīng)電磁感應(yīng)而產(chǎn)生電力輸出。同時，初級繞組310及次級繞組320a～320d之間也會產(chǎn)生磁通量耦合不完全而產(chǎn)生漏感，圖8所示為對應(yīng)圖7的隔離變壓器30的漏感、磁通密度及溫度分布圖。由圖8可以得知，隔離變壓器30的漏感在初級繞組310與次級繞組320a～320d間的耦合距離短處最低，并且漏感會隨著遠(yuǎn)離初級繞組310與次級繞組320a～320d間的耦合距離的增加而增加。因圖7所示的初級繞組310及次級繞組320a～320d呈交錯排列，故隔離變壓器30的漏感在一定范圍內(nèi)變動。

在第二操作狀態(tài)，僅有圖7所示的第一同步整流單元410a的整流開關(guān)SR1、SR2接受控制器420的控制信號而進(jìn)行同步整流，而整流開關(guān)SR3、SR4、SR5、SR6、SR7、SR8皆截止，或者第一輸出開關(guān)SW1接受控制器420的控制信號而導(dǎo)通時(如圖3的0～t1區(qū)間所示)，故僅有次級繞組320a會經(jīng)電磁感應(yīng)而產(chǎn)生電力輸出。如圖9所示，在初級繞組310與次級繞組320a間耦合距 離短處，隔離變壓器30的漏感低，隨著初級繞組310與次級繞組320a間的耦合距離增加，隔離變壓器30的漏感亦增加。

在第三操作狀態(tài)，僅有圖7所示的第一同步整流單元410a及第四同步整流單元410d的整流開關(guān)SR3、SR4、SR5、SR6接受控制器420的控制信號而進(jìn)行同步整流，整流開關(guān)SR1、SR1、SR7、SR8皆截止，或者第一輸出開關(guān)SW1及第四輸出開關(guān)SW4接受控制器420的控制信號而導(dǎo)通時，故僅有次級繞組320b、320c會經(jīng)電磁感應(yīng)而產(chǎn)生電力輸出。如圖9所示，在初級繞組310與次級繞組320a～320d間的耦合距離短處，隔離變壓器30的漏感最低，并隨著初級繞組310與次級繞組320a、320d間的耦合距離增加，隔離變壓器30的漏感亦增加。

由前述內(nèi)容可以得知，藉由控制隔離變壓器30的次級繞組320a～320d的進(jìn)行同步整流的數(shù)量及其與初級繞組310間的耦合距離，便可以有效地調(diào)整隔離變壓器30的漏感，如此一來，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)便可以依照電子裝置需求電力的不同而輸出相應(yīng)的操作電力。要讓次級繞組320a～320d導(dǎo)通并與初級繞組310產(chǎn)生電磁耦合并輸出操作電力，必須讓連接在次級繞組320a～320d后端的同步整流單元進(jìn)行同步整流；例如，當(dāng)圖2所示的第一同步整流單元410a進(jìn)行同步整流，則由初級繞組310耦合至次級繞組320a的電能才能經(jīng)由電感器L1、L2輸出，并產(chǎn)生漏感以縮減工作周期損失。換言之，藉由控制如圖2所示的第一至第四同步整流單元410a～410d的進(jìn)行同步整流與否，可以改變隔離變壓器30的漏感。下表一(漏感值僅為此例測試數(shù)據(jù))所示為對應(yīng)第一至第四同步整流單元410a～410d的進(jìn)行同步整流與否所對應(yīng)產(chǎn)生的漏感。

在表一中，“同步整流”表示第一至第四同步整流單元中的其中的至少一個進(jìn)行同步整流，并可初級繞組310耦合至連接于其上的次級繞組320a～320d的電力輸出至電子裝置；“截止”表示第一至第四同步整流單元410a～410d中的其中的至少一個不進(jìn)行同步整流操作，且無操作電力輸出至電子裝置。

藉由改變隔離變壓器30的漏感，可以有效地縮減工作周期損失。其中，圖4b所示為對應(yīng)電源供應(yīng)器在20％負(fù)載時第一至第四功率開關(guān)柵極控制信號極相對應(yīng)的初級側(cè)電流和電壓波形。在圖4b中，時間t5-t6’所示為利用控制隔離變壓器30的次級繞組320a～320d的導(dǎo)通數(shù)量及其與初級繞組310間的耦合距離以改變隔離變壓器30的漏感后的工作周期損失，其相較于圖4a所示的工作周期損失(即時間t5-t6)來的短；換言之，圖4b所示時間t6’-t6即為工作周期損失改變(即縮減)的區(qū)段。

圖5b及圖6b分別為本發(fā)明的電源供應(yīng)器在50％及100％負(fù)載時第一至第四功率開關(guān)柵極控制信號極相對應(yīng)的初級側(cè)電流和電壓波形，其中，時間t5-t6所示為未利用控制隔離變壓器310的次級繞組320a～320d的導(dǎo)通數(shù)量及其與初級繞組310間的耦合距離以改變隔離變壓器30的漏感后的工作周期損失，時間t5-t6’所示為利用控制隔離變壓器30的次級繞組320a～320d的導(dǎo)通數(shù)量及其與初級繞組310間的耦合距離以改變隔離變壓器30的漏感后的工作周期損失。

此外，為了避免隔離變壓器30因局部的熱積蓄而損壞，可以進(jìn)一步地依 據(jù)前表一改變第一至第四同步整流單元410a～410d進(jìn)行同步整流的順序，例如控制器420可使進(jìn)行同步整流的同步整流單元逐步開啟的方式控制同步整流單元，以防止隔離變壓器30產(chǎn)生熱積蓄的問題。進(jìn)一步地，還可以藉由控制器420以讓進(jìn)行同步整流的同步整流單元與繞線架330的中心軸間的間距逐步收斂開啟的方式控制同步整流單元，以防止隔離變壓器30產(chǎn)生熱積蓄的問題；即依序由第一同步整流單元410a、第四同步整流單元410d、第二同步整流單元410b及第三同步整流單元410c單獨進(jìn)行同步整流。

此外，例如在表一所示的第一狀態(tài)及第二狀態(tài)，皆僅有單一個同步整流單元開啟，而其他三個同步整流單元停止，且開啟的同步整流單元恰好位于隔離變壓器30剖面中心線兩側(cè)相應(yīng)的位置，使得兩者的漏感差異小。因此，在電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)操作時，可以依序開啟第一同步整流單元410a及第四同步整流單元410d，使次級繞組320a及320d分別傳遞電力至電子裝置。如此一來，可以有效地避免僅有位于磁芯340特定位置的次級繞組長時間傳遞電力至電子裝置所造成熱積蓄的問題。

當(dāng)然，在實際操作時，并不限定僅有恰好位于隔離變壓器30剖面中心線兩側(cè)相應(yīng)位置的同步整流單元進(jìn)行依時序的不同進(jìn)行切換，只要是可以提供相近漏感(例如小于5μH)值得狀態(tài)所對應(yīng)的同步整流單元皆可依序開啟，藉以防止隔離變壓器30產(chǎn)生熱積蓄的問題。

綜上所述，本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可利用如下的電能轉(zhuǎn)換方法以提供電子裝置在不同操作狀態(tài)下的需求電力。

首先，提供隔離變壓器30，隔離變壓器30包含至少一初級繞組310及多個次級繞組(例如圖2所示的次級繞組320a～320d)，其中每個次級繞組320a、320b、320c、320d與初級繞組310間的具有至少一耦合距離；換言之，初級繞組310與次級繞組320a～320d的距離可以皆不同，或者每個次級繞組320a、320b、320c、320d與初級繞組310間的距離可以相同。隔離變壓器30的初級繞組310是電連接于諧振模塊20，諧振模塊20透過全橋切換模塊10電連接于輸入電壓Vi。隔離變壓器30的每個次級繞組310電連接于同步整流單元(例如為圖2所示的第一至第四整流單元410a～410d)，同步整流單元410a～410d透過濾波器L1～L8連接電子裝置。

接著，感測電子裝置的工作模式，即電子裝置是操作在輕載、中載或滿載 狀態(tài)，并依據(jù)電子裝置在對應(yīng)的工作模式下的操作電力以使第一至第四同步整流單元410a、410b、410c、410d中的至少一個進(jìn)行同步整流，藉以改變隔離變壓器30的漏感。

當(dāng)隔離變壓器30的漏感改變時，隔離變壓器30的初級側(cè)電流(Ip)改變，則耦合至隔離變壓器次級繞組320a～320d的電力亦改變，致使傳遞至電子裝置的電力改變，以輸出符合電子裝置在相應(yīng)工作模式下的操作電力。

配合參閱圖11，為本發(fā)明第二實施方式的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電路圖。圖11所示的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含全橋切換模塊10、諧振模塊20、變壓器30及輸出控制裝置40，變壓器30包含相耦合的初級繞組310及次級繞組320a～320d。

在此要特別說明的是，圖11所示全橋切換模塊10及諧振模塊20的電路架構(gòu)及操作方法皆相同于圖2所示的全橋切換模塊10及諧振模塊20；換句話說，圖11所示的變壓器30及輸出控制裝置40的架構(gòu)是不相同于圖2所示的變壓器30及輸出控制模塊40。

在圖11中，變壓器30為中心抽頭式變壓器，故其相較于圖2所示的變壓器30而言，具備小體積的特點，而圖2所示的變壓器30具備倍流的特點。輸出控制模塊40電連接于變壓器310的次級繞組320a～320d，輸出控制模塊40包含第一至第四同步整流單元410a-410d、控制器420及第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4。第一同步整流單元410a連接于次級繞組320a，第二同步整流單元410b連接于次級繞組320b，第三同步整流單元410c連接于次級繞組320c，第四同步整流單元410d連接于次級繞組320d。

第一同步整流單元410a包含整流開關(guān)Q1、Q2，第二同步整流單元410b包含整流開關(guān)Q3、Q4，第三同步整流單元410c包含整流開關(guān)Q5、Q6，第四同步整流單元410d包含整流開關(guān)Q7、Q8。整流開關(guān)Q1及Q2的源極分別接地，整流開關(guān)Q1、Q2的漏極電連接于次級繞組320a的兩端，濾波器L1連接于次級繞組320a的中心抽頭端。整流開關(guān)Q3及Q4的源極分別接地，整流開關(guān)Q3、Q4的漏極分別電連接于次級繞組320a的兩端，濾波器L2連接于次級繞組320b的中心抽頭端。整流開關(guān)Q5、Q6的源極分別接地，整流開關(guān)Q5、Q6的漏極電連接于次級繞組320b的兩端，濾波器L3連接于次級繞組320c的中心抽頭端。整流開關(guān)Q7、Q8的源極分別接地，整流開關(guān)Q7、Q8的漏極電連接于次級繞組320d的兩端，濾波器L4連接于次級繞組320d的中心抽頭 端。整流開關(guān)Q1～Q8的柵極SR1～SR8，以及第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4分別電連接于控制器420。整流開關(guān)Q1～Q8的柵極SR1～SR8接受控制器420輸出的控制信號以進(jìn)行導(dǎo)通或截止的切換動作，藉以提供同步整流的效果；第一至第四輸出開關(guān)SW1～SW4接受控制器420輸出的控制信號以導(dǎo)通或截止。變壓器30的次級繞組320a、320b的中心抽頭端電連接于輸出電容器Co。

圖11所示本發(fā)明第二實施方式的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的其他各元件的功用與相關(guān)說明，實際上皆與圖2所示的第二實施方式的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相同，在此不予贅述。圖11所示的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)至少可以達(dá)到與圖1及圖2所示的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相同的功能。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。