[0001] 本发明涉及一种变压装置，尤其涉及一种能够兼顾增益与效率的变压装置。

[0002] 为了满足相关能源法规所制订的功率因素的规范，会使用功率因素修正(power factor correction，PFC)电路来满足功率因素的规范(如能源之星的规范)。一般而言，功率因素(或称效率)可通过升压转换器来提升，并且在不同的输入电压下，将输出电压维持在固定的高电压准位。例如在输入电压为90伏特至264伏特的应用范围中，功率因素可通过升压转换器提升，并将输出电压固定在390V的电压准位。固定的高电压准位能够使下一级的转换器达到最佳效率的增益设计。

[0003] 随着电力传输(Power Delivery，PD)应用的普及，输出电压可以是变动的。然而，基于变动的输出电压的需求，现行功率因素修正电路以及转换器的电路架构难以兼顾电压的增益以及维持高效率。也就是说，上述的电路架构若要提升效率，则会导致电压的增益不足。上述的电路架构若要达到电源的预期增益，则会使效率降低。因此，在PD应用下，如何兼顾增益与效率的设计就成了本领域技术人员的研究重点之一。

[0057] 现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

[0058] 请参考图1，图1是依据本发明第一实施例所绘示的变压装置示意图。在本实施例中，变压装置100能够将输入电压VIN转换为对应于来自于外部的电压需求VREQ的输出电压VOUT。举例来说，电压需求VREQ是由与变压装置100连接的电子装置所提供。

[0059] 在本实施例中，变压装置100包括一次测电路110、LLC转换器120以及二次测电路130。一次测电路110包括第一整流滤波电路111、一次测控制器112以及升压转换器113。第一整流滤波电路111对输入电压VIN进行整流并滤波以提供经调整输入电压VIN’。举例来说，第一整流滤波电路111可以包括任意型式的整流器以及滤波器。整流器可例如是全桥式整流器或半桥式整流器。滤波器可以滤除输入电压VIN的噪声。一次测控制器112耦接于第一整流滤波电路111。一次测控制器112反应于第一反馈控制信号SCFB1来提供升压控制信号SC1。升压转换器113耦接于第一整流滤波电路111以及一次测控制器112。升压转换器113反应于升压控制信号SC1对经调整输入电压VIN’进行升压，以产生升压电压VBST。

[0060] 在本实施例中，LLC转换器120耦接于升压转换器113。在本实施例中，一次测控制器112反应于第一反馈控制信号SCFB1来提供转换控制信号SC2。LLC转换器120基于转换控制信号SC2进行操作。

[0061] 在本实施例中，二次测电路130包括二次侧反馈控制器131、第二整流滤波电路132以及降压转换器133。在本实施例中，二次侧反馈控制器131接收来自于外部的电压需求VREQ，并反应于电压需求VREQ提供第一反馈控制信号SCFB1以及降压控制信号SC3。也就是说，二次侧反馈控制器131会利用第一反馈控制信号SCFB1来控制一次测控制器112以及LLC转换器120。第二整流滤波电路132耦接于LLC转换器120。举例来说，第二整流滤波电路132可以包括任意型式的整流器以及滤波器。整流器可例如是半桥式整流器。滤波器可以滤除LLC转换器120所提供的电压信号的噪声。此外，第二整流滤波电路132与LLC转换器120会共同基于固定的增益条件来对升压电压VBST进行转换以提供转换电压VT。

[0062] 举例来说，二次侧反馈控制器131会基于增益条件提供第一反馈控制信号SCFB1。基于第一反馈控制信号SCFB1，LLC转换器120与第二整流滤波电路132能够共同提供转换电压VT。升压电压VBST相较于转换电压VT具有固定的增益。应注意的是，上述固定的增益会使变压装置100维持较高的效率。如此一来，变压装置100能够基于升压转换器113、LLC转换器
120以及第二整流滤波电路132的协同操作维持高效率。在一些实施例中，上述固定的增益可以由LLC转换器120单独来产生。也就是说，第二整流滤波电路132可以不参与任何的升降压操作。

[0063] 进一步举例来说，LLC转换器120包括一次侧线圈以及二次侧线圈。一次侧线圈的圈数与二次侧线圈的圈数的N倍。增益条件会符合以下公式：

[0064] M＝2×N×(V2/V1)

[0065] 其中M为增益条件。V1为输入端的电压值(即，升压电压VBST的电压值)。V2为输出端的电压值(即，转换电压VT的电压值)。N为一次侧线圈的圈数与二次侧线圈的圈数的圈数比。增益条件例如被设计为等于1(本发明并不以此为限)可维持较佳的效率。因此，当一次侧线圈的圈数是二次侧线圈的圈数的10倍时，输入端的电压值则会被控制为输出端的电压值的20倍。因此，在本例中，为维持较佳的效率，转换电压VT的电压值会被控制为升压电压VBST的电压值的0.05倍。

[0066] 在本实施例中，降压转换器133耦接于第二整流滤波电路132。降压转换器133反应于降压控制信号SC3对转换电压VT进行转换以提供输出电压VOUT。如此一来，变压装置100能够基于电压需求VREQ产生对应于电压需求VREQ的输出电压VOUT。此外，基于增益条件，不论输出电压VOUT为何，变压装置100的高效率都可以被维持。

[0067] 顺带一提，基于一次测电路110、LLC转换器120以及二次测电路130的协同操作，变压装置100能够提供符合PD应用的任意电压需求VREQ的输出电压VOUT。相较于现行的架构，变压装置100不需要利用多个变压器组件来满足PD应用的多种输出电压VOUT。因此，相较于现行的架构，变压装置100的体积也较小。

[0068] 请同时参考图1以及图2，图2是依据本发明一实施例所绘示的需求电压值区间示意图。在本实施例中，二次侧反馈控制器131会基于电压需求VREQ判断输出电压VOUT的电压值位于需求电压值区间VR1～VR3的其中之一以获得判断结果。二次侧反馈控制器131还会依据判断结果来提供第一反馈控制信号SCFB1以及降压控制信号SC3。

[0069] 在本实施例中，需求电压值区间VR1低于需求电压值区间VR2。需求电压值区间VR1高于需求电压值区间VR3。在本实施例中，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值被维持在需求电压值区间VR1时，二次侧反馈控制器131会提供对应的第一反馈控制信号SCFB1。一次测电路110会反应于第一反馈控制信号SCFB1来维持住升压电压VBST的电压值。也就是说，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值被维持在需求电压值区间VR1时，升压转换器113会反应于升压控制信号SC1来维持升压电压VBST的电压值。

[0070] 当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要被下降并且维持在相同的需求电压值区间VR1时，升压转换器113会反应于升压控制信号SC1以维持升压电压VBST的电压值。此外，降压转换器133会反应于降压控制信号SC3对转换电压VT进行降压。因此，输出电压VOUT的电压值会被维持在需求电压值区间VR1，并且被下降以符合电压需求VREQ。

[0071] 当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值是在相同的需求电压值区间VR1的最大值VR1max时，升压转换器113会反应于升压控制信号SC1以维持升压电压VBST的电压值。此外，降压转换器133反应于降压控制信号SC3不对转换电压VT进行降压。因此，输出电压VOUT的电压值会被控制在需求电压值区间VR1的最大值VR1max。

[0072] 也就是说，转换电压VT大致上会等于需求电压值区间VR1～VR3的其中一者的最大值。

[0073] 在本实施例中，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要从需求电压值区间VR1被抬升到需求电压值区间VR2时，二次侧反馈控制器131会提供对应的第一反馈控制信号SCFB1以及降压控制信号SC3。一次测电路110会反应于第一反馈控制信号SCFB1以抬升升压电压VBST的电压值。因此，升压转换器113会反应于升压控制信号SC1以将升压电压VBST的电压值自需求电压值区间VR1抬升到需求电压值区间VR2。

[0074] 进一步地，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要从需求电压值区间VR1被抬升到需求电压值区间VR2的最大值VR2max时，降压转换器133反应于降压控制信号SC3不对转换电压VT进行降压。在另一方面，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要被抬升到需求电压值区间VR2并且低于需求电压值区间VR2的最大值VR2max时，降压转换器133则会反应于降压控制信号SC3对转换电压VT进行降压。

[0075] 在本实施例中，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要从需求电压值区间VR1被下拉到需求电压值区间VR3时，升压转换器113会反应于升压控制信号SC1下拉升压电压VBST的电压值。因此，升压电压VBST的电压值自需求电压值区间VR1被下降到需求电压值区间VR3。

[0076] 进一步地，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要从需求电压值区间VR1被下降到需求电压值区间VR3的最大值VR3max时，降压转换器133会反应于降压控制信号SC3不对转换电压VT进行降压。在另一方面，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要被下降到需求电压值区间VR3并且低于需求电压值区间VR3的最大值VR3max时，降压转换器133则会反应于降压控制信号SC3对转换电压VT进行降压。

[0077] 请同时参考图2以及图3，图3是依据本发明第一实施例所绘示的另一变压装置示意图。图3示例出升压转换器113、LLC转换器120以及降压转换器133的电路配置。在本实施例中，升压转换器113包括升压电感器LB1、升压二极管DB1、升压电容器CB1以及升压控制开关SWB1。升压电感器LB1的第一端耦接于第一整流滤波电路111以接收经调整输入电压VIN’。升压二极管DB1的阳极耦接于升压电感器LB1的第二端。升压电容器CB1的第一端耦接于升压二极管DB1的阴极。升压电容器CB1的第二端耦接于参考电源(例如是接地)。升压控制开关SWB1的第一端耦接于升压电感器LB1的第二端。升压控制开关SWB1的第二端耦接于参考电源。升压控制开关SWB1的控制端耦接于一次测控制器112以接收升压控制信号SC1。

[0078] 在本实施例中，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值被维持在需求电压值区间VR1时，升压转换器113反应于升压控制信号SC1的第一工作周期以维持升压电压VBST的电压值。当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要从需求电压值区间VR1被抬升到需求电压值区间VR2中时，升压转换器113反应于升压控制信号SC1的第二工作周期以抬升升压电压VBST的电压值。在本实施例中，第二工作周期高于第一工作周期。

[0079] 当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值需要从需求电压值区间VR1被下拉到需求电压值区间VR3中时，升压转换器113反应于升压控制信号SC1的第三工作周期以抬升升压电压VBST的电压值。在本实施例中，第三工作周期低于第一工作周期。

[0080] 在本实施例中，升压转换器113还包括电阻器R1。电阻器R1耦接于升压控制开关SWB1的第二端与参考电源之间。电阻器R1可用以限制流经升压控制开关SWB1的第一端与第二端的电流。因此，电阻器R1可保护升压控制开关SWB1。

[0081] 在本实施例中，LLC转换器120包括开关SW1、SW2、谐振电容器CR、谐振电感器LR、一次侧线圈CL1以及二次侧线圈CL2_1、CL2_2。开关SW1的第一端耦接于升压转换器113。开关SW2的第一端耦接于开关SW1的第二端。开关SW1、SW2受控于一次测控制器112。在本实施例中，开关SW1、SW2的控制端分别用以接收转换控制信号SC2。在本实施例中，一次侧线圈CL1、谐振电容器CR以及谐振电感器LR串连耦接于开关SW1的第二端与开关SW2的第二端之间。举例来说，谐振电容器CR的第一端耦接于开关SW1的第二端。谐振电感器LR的第一端耦接于谐振电容器CR的第二端。一次侧线圈CL1的第一端耦接于谐振电感器LR的第二端。一次侧线圈CL1的第二端耦接于开关SW2的第二端。在本实施例中，二次侧线圈CL2_2与二次侧线圈CL2_1串联连接。二次侧线圈CL2_2的第一端连接到二次侧线圈CL2_1的第一端。二次侧线圈CL2_
2与二次侧线圈CL2_1耦接到第二整流滤波电路132。也就是说，二次侧线圈CL2_2的第二端以及二次侧线圈CL2_1的第二端会耦接到第二整流滤波电路132。在本实施例中，LLC转换器
120可反应于转换控制信号SC2来运行。

[0082] 在本实施例中，降压转换器133包括降压控制开关SWB2以及转换电路1331。降压控制开关SWB2的第一端耦接于第二整流滤波电路132以接收转换电压VT。降压控制开关SWB2的控制端用以接收降压控制信号SC3。转换电路1331耦接于降压控制开关SWB2的第二端。转换电路1331会依据降压控制开关SWB2的开关状态以产生符合电压需求VREQ的输出电压VOUT。

[0083] 在本实施例中，转换电路1331包括降压电感器LB2、降压电容器CB2以及降压二极管DB2。降压电感器LB2的第一端耦接于降压控制开关SWB2的第二端。降压电感器LB2的第二端作为变压装置100的输出端。也就是说，变压装置100会经由降压电感器LB2的第二端提供输出电压VOUT。降压电容器CB2的第一端耦接于降压电感器LB2的第二端。降压电容器CB2的第二端耦接于参考电源。降压二极管DB2的阴极耦接于降压控制开关SWB2的第二端。降压二极管DB2的阳极耦接于参考电源。

[0084] 在本实施例中，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT是需求电压值区间VR1～VR3的其中一者的最大电压值时，降压控制开关SWB2会持续被导通。也就是说，降压控制开关SWB2会反应于降压控制信号SC3的100％的工作周期而持续被导通。因此，输出电压VOUT的电压值实质上会等于转换电压VT的电压值。在另一方面，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT是需求电压值区间VR1～VR3的其中一者的电压值，并且小于当前需求电压值区间的最大电压值时，降压控制开关SWB2则会反应于降压控制信号SC3的工作周期进行导通与断开的切换。

[0085] 在本实施例中，升压控制开关SWB1、开关SW1、SW2以及降压控制开关SWB2分别利用N型金属氧化物半导体场效晶体管(Metal‑Oxide‑Semiconductor Field‑Effect Transistor，MOSFET)来实现。本发明的升压控制开关SWB1、开关SW1、SW2以及降压控制开关SWB2可分别利用合适的晶体管开关来实现，并不以本实施例为限。

[0086] 在此举例来说明变压装置100反应于不同电压需求VREQ的实施方式。当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值为20伏特时，二次侧反馈控制器131会判断20伏特是需求电压值区间VR1的最大值VR1max，并且基于增益条件判断升压电压VBST的电压值需要被上升到400伏特。因此，二次侧反馈控制器131提供对应于电压需求VREQ的第一反馈控制信号SCFB1以及降压控制信号SC3。一次测控制器112反应于第一反馈控制信号SCFB1提供升压控制信号SC1以及转换控制信号SC2。升压转换器113利用升压控制信号SC1产生400伏特的升压电压VBST。反应于转换控制信号SC2，LLC转换器120与第二整流滤波电路132共同提供20伏特的转换电压VT。也就是说，基于增益条件，LLC转换器120与第二整流滤波电路132会共同提供20伏特的转换电压VT。此外，降压转换器133反应于降压控制信号SC3而不对转换电压VT进行降压，从而提供20伏特的输出电压VOUT。

[0087] 接下来，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值为15伏特时，二次侧反馈控制器131会判断15伏特是需求电压值区间VR3的最大值VR3max，并且基于增益条件判断升压电压VBST的电压值需要300伏特。因此，二次侧反馈控制器131提供对应的电压需求VREQ的第一反馈控制信号SCFB1以及降压控制信号SC3。一次测控制器112反应于第一反馈控制信号SCFB1提供升压控制信号SC1以及转换控制信号SC2。升压转换器113利用升压控制信号SC1产生300伏特的升压电压VBST(如，升压电压VBST自400伏特被下拉到300伏特)。反应于转换控制信号SC2，LLC转换器120与第二整流滤波电路132共同提供15伏特的转换电压VT。此外，降压转换器133反应于降压控制信号SC3而不对转换电压VT进行降压，从而提供15伏特的输出电压VOUT。

[0088] 再接下来，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值为9伏特时，二次侧反馈控制器131会判断9伏特是需求电压值区间VR3中的电压值。9伏特小于需求电压值区间VR3的最大值VR3max(即，15伏特)。因此，升压转换器113会产生300伏特的升压电压VBST。LLC转换器120利用转换控制信号SC2以使第二整流滤波电路132输出15伏特的转换电压VT。此外，降压转换器133反应于降压控制信号SC3对转换电压VT进行降压以提供9伏特的输出电压VOUT。

[0089] 当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值为28伏特时，二次侧反馈控制器131会判断28伏特是需求电压值区间VR2的最大值VR2max，并且基于增益条件判断升压电压VBST的电压值需要560伏特。升压转换器113利用升压控制信号SC1产生560伏特的升压电压VBST。LLC转换器120利用转换控制信号SC2以使第二整流滤波电路132输出28伏特的转换电压VT。此外，降压转换器133反应于降压控制信号SC3以提供28伏特的输出电压VOUT。

[0090] 此外，在一些实施例中，LLC转换器120会电汽隔离一次测电路110以及二次测电路130。也就是说，一次测电路110与二次测电路130并不会实体连接。上述的电汽隔离方式可防止使用者或连接于二次测电路130的电子装置不会受到升压电压VBST的伤害。如此一来，变压装置100的使用安全性能够被提高。在此实施例中，二次侧反馈控制器131可通过无线通信方式将第一反馈控制信号SCFB1提供到一次测控制器112。举例来说，二次侧反馈控制器131可通过光通讯方式(如，利用光电耦合组件)将第一反馈控制信号SCFB1提供到一次测控制器112。另举例来说，二次侧反馈控制器131可通过隔离变压器将第一反馈控制信号SCFB1提供到一次测控制器112。

[0091] 请参考图4，图4是依据本发明第二实施例所绘示的变压装置示意图。变压装置200包括一次测电路210、LLC转换器220以及二次测电路230。一次测电路210包括第一整流滤波电路211、一次测控制器212以及升压转换器213。二次测电路230包括二次侧反馈控制器231、第二整流滤波电路232、降压转换器233以及二次测控制器234。一次测电路210以及LLC转换器220的实施细节大致上相似于第一实施例的一次测电路110以及LLC转换器120的实施细节。因此恕不在此重述。

[0092] 在本实施例中，二次测控制器234耦接于二次侧反馈控制器231与第二整流滤波电路232之间。在本实施例中，二次侧反馈控制器231还会反应于电压需求VREQ提供第二反馈控制信号SCFB2。也就是说，二次侧反馈控制器231会提供第一反馈控制信号SCFB1、第二反馈控制信号SCFB2以及降压控制信号SC3。二次测控制器234会接收第二反馈控制信号SCFB2，并且依据第二反馈控制信号SCFB2来提供开关信号SSW。第二整流滤波电路232会反应于开关信号SSW而运行。

[0093] 请同时参考图4以及图5，图5是依据本发明第二实施例所绘示的LLC转换器以及第二整流滤波电路的示意图。在本实施例中，第二整流滤波电路232包括开关SW3、SW4、电容器C以及电阻器R。开关SW3的第一端耦接于二次侧线圈CL2_1的第二端。开关SW4的第一端耦接于开关SW3的第二端。开关SW4的第二端耦接于二次侧线圈CL2_2的第二端。开关SW3、SW4受控于开关信号SSW。电容器C的第一端耦接于二次侧线圈CL2_1的第一端。电容器C的第二端耦接于开关SW4的第二端。电阻器R与电容器C并联连接。在本实施例中，二次侧反馈控制器231可基于增益条件来提供第一反馈控制信号SCFB1以及第二反馈控制信号SCFB2。因此，LLC转换器220以及第二整流滤波电路232共同对升压电压VBST进行转换以提供转换电压VT。此外，第二整流滤波电路232还可以执行同步整流操作与滤波操作。也就是说，LLC转换器220以及第二整流滤波电路232可以被视为LLC同步整流转换器。

[0094] 在本实施例中，开关SW3、SW4可分别利用合适的晶体管开关来实现，并不以本实施例为限。

[0095] 在一些实施例中，LLC转换器220可能还包括开关SW3、SW4、电容器C以及电阻器R。也就是说，LLC转换器220可以是LLC同步整流转换器。第二整流滤波电路232则包括额外的整流器以及滤波器。

[0096] 请参考图6，图6是依据本发明第三实施例所绘示的变压装置示意图。在本实施例中，变压装置300包括一次测电路310、LLC转换器320、二次测电路330以及旁路开关340。一次测电路310包括第一整流滤波电路311、一次测控制器312以及升压转换器313。二次测电路330包括二次侧反馈控制器331、第二整流滤波电路332以及降压转换器333。一次测电路310以及LLC转换器320的实施细节大致上相似于第一实施例的一次测电路110以及LLC转换器120的实施细节。因此恕不在此重述。在本实施例中，旁路开关340耦接于第二整流滤波电路332与变压装置300的输出端之间，并且与降压转换器333并联连接。在本实施例中，旁路开关340可受控于二次侧反馈控制器331。当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT是需求电压值区间的最大电压值时，二次侧反馈控制器331会禁能降压转换器333，并且导通旁路开关
340。如此一来，降压转换器333的是用寿命可以被提高。在本实施例中，旁路开关340可以是至少由传输闸、晶体管开关以及继电器的其中一者来实现。

[0097] 举例来说明，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT的电压值为28伏特时，二次侧反馈控制器331会判断28伏特是需求电压值区间的最大值，并且基于增益条件判断出升压电压VBST的电压值需上升到560伏特。因此，二次侧反馈控制器331提供第一反馈控制信号SCFB1以控制升压电压VBST的电压值为560伏特并控制转换电压VT的电压值为28伏特。此外，二次侧反馈控制器331提供降压控制信号SC3以禁能降压转换器333，并且导通旁路开关340。因此，输出电压VOUT为28伏特。

[0098] 在另一方面，当电压需求VREQ指示出输出电压VOUT是需求电压值区间的电压值，并且小于当前需求电压值区间的最大电压值时，二次侧反馈控制器331会致能降压转换器333，并且断开旁路开关340。

[0099] 综上所述，本发明的变压装置中，第二整流滤波电路与LLC转换器会共同基于固定的增益条件来对升压电压进行转换以提供转换电压。因此，变压装置的高效率可以被维持。降压转换器能够将转换电压转换为输出电压。因此，变压装置能够基于电压需求来产生对应于电压需求的输出电压。如此一来，基于增益条件，不论输出电压为何，变压装置的高效率都可以被维持。本发明的变压装置能够同时符合效率的规范以及满足目前的PD需求。此外，基于一次测电路、LLC转换器以及二次测电路的协同操作，本发明的变压装置能够提供符合应用的任意电压需求的输出电压。相较于现行的架构，本发明的变压装置不需要利用多个变压器组件来满足应用的多种输出电压。因此，相较于现行的架构，本发明的变压装置的体积也较小。

[0100] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。