谐振式电源转换电路的制作方法
专利名称：谐振式电源转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源转换电路，尤其涉及一种谐振式电源转换电路。
背景技术：
近年来随着科技的进步，具有各式各样不同功能的电子产品已逐渐被研发出来， 这些具有各式各样不同功能的电子产品不但满足了人们的各种不同需求，更融入每个人的日常生活，使得人们生活更为便利。这些各式各样不同功能的电子产品由各种电子元件所组成，每一个电子元件需要在适当的电压下才能正常运行，因此，需要利用电源转换电路提供适当的电压值至各个电子元件，使电子产品可以正常运行。为了提高电源转换电路的效率，于一些电子产品会使用效率较高的LLC谐振式电源转换电路，然而，传统LLC谐振式电源转换电路的增益在高频段 (高于谐振频率)下降有限，且输出整流元件和变压器的寄生电容更会使增益在高频段上升(PeakCharge)，造成输出电压在轻载或空载时输出电压不稳定，甚至超过额定电压值。为了增加电源转换电路的效率，电源转换电路会选用较低导通电阻(Rds)的 M0SFET，以降低MOSFET导通时的传导损失。但是，低导通电阻(Rds)的MOSFET却具有较大的寄生电容，使用于传统LLC谐振式电源转换电路却会造成传统LLC谐振式电源转换电路在轻载或空载时输出电压超过额定电压值。目前有下例几个解决方式(1)增加假负载(Dummy Load)此方法须增加额外负载元件连接于LLC谐振式电源转换电路的输出端，除了无法达到实际需求的负载条件外，更会增加损失而降低效率，在目前强调高效率电源与节能环保的条件下并不适用。(2)间歇模式控制(Burst Mode Control) :LLC谐振式电源转换电路在轻载或空载时，将MOSFET间歇性地运行，以降低LLC谐振式电源转换电路的输出电压，但是，此方法会造成输出电压的纹波(Ripple)及噪声(Noise)变大。(3)凹型滤波器(Notch Filter)通过额外增加谐振元件，使LLC谐振式电源转换电路在高频区段的增益快速下降，以达到在轻载或空载时低增益需求，却会影响到原本优化的谐振参数设计值，造成效率下降。(4)滞定时间控制(Dead Time Control)由于滞定时间的长短会影响LLC谐振式电源转换电路的输出电压，在高频段时，通过调整滞定时间的长短来降低寄生电容效应影响，但此一方法会限制滞定时间的长短必需小于四倍最大工作频率的周期(l/GXfmax))， 使LLC谐振式电源转换电路的复杂度增加。此外，目前MOSFET的寄生电容Cds较大，也会造成滞定时间变小。当输入电压以及输出电压的电压值为可调整且范围较广时，上述四种方法，在轻载或空载时同样无法解决输出电压不稳定的问题。因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的谐振式电源转换电路，实为相关技术领域目前所迫切需要解决的问题
发明内容
本发明的目的在于提供一种谐振式电源转换电路，用以提供额定的输出电压，不论谐振式电源转换电路运行在高频区段的工作频率、轻载或空载时，一样可以提供额定的输出电压，不会造成输出电压的电压值超过额定电压值。即使输入电压以及输出电压的电压值为可调整且范围较广时，一样可以提供稳定的输出电压，在提供稳定负载时，不会造成输出电压的电压值超过额定电压值。同时，不会增加损失而降低效率，也不会造成输出电压的纹波及噪声变大，更不会限制谐振式电源转换电路的工作频率而增加复杂度。为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种谐振式电源转换电路，用以接收输入电压的电能并转换为输出电压，该谐振式电源转换电路包含开关电路；谐振电路，与开关电路连接；变压器，包含初级绕组与次级绕组，且初级绕组连接于开关电路与谐振电路；整流电路，与变压器的次级绕组连接，用以将次级绕组的电压整流以产生输出电压；以及控制单元，连接于开关电路与谐振式电源转换电路的输出，用以依据输出电压控制开关电路导通或截止，使输入电压的电能选择性地经由开关电路传递至变压器的初级绕组；其中，控制单元依据输出电压的电压值变化调整开关电路的运行频率与导通时的运行模式。为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式为提供一种谐振式电源转换电路， 用以接收输入电压的电能并转换为输出电压，该谐振式电源转换电路包含开关电路；谐振电路，与开关电路连接；变压器，包含初级绕组与次级绕组，且初级绕组连接于开关电路与谐振电路；整流电路，与变压器的次级绕组连接，用以将次级绕组的电压整流以产生输出电压；以及控制单元，连接于开关电路与谐振式电源转换电路的输出，用以依据输出电压控制开关电路导通或截止，使输入电压的电能选择性地经由开关电路传递至变压器的初级绕组，且控制整流电路导通或截止，使整流电路将次级绕组的电压整流；其中，控制单元依据输出电压的电压值变化调整开关电路的运行频率与整流电路导通时的运行模式。本发明的谐振式电源转换电路可以提供额定的输出电压，不论谐振式电源转换电路运行在高频区段的工作频率、轻载或空载时，一样可以提供额定的输出电压，不会造成输出电压的电压值超过额定电压值。由于本发明的谐振式电源转换电路通过调整整流电路的运行模式、开关电路的运行频率、运行模式以及滞定时间，因此，即使输入电压以及输出电压的电压值为可调整且范围较广或运行于高频段(高于谐振频率)时，一样可以提供额定的输出电压，不会因为输出整流元件和变压器的寄生电容导致输出电压的电压值超过额定电压值。同时，不会增加损失而降低效率，也不会造成输出电压的纹波及噪声变大，更不会限制谐振式电源转换电路的工作频率而增加复杂度。
图1 为本发明较佳实施例的谐振式电源转换电路的电路示意图。图2 为本发明较佳实施例的谐振式电源转换电路的详细电路示意图。图3 为本发明另一较佳实施例的谐振式电源转换电路的电路示意图。上述附图中的附图标记说明如下1 谐振式电源转换电路 11 开关电路12:谐振电路13:整流电路14:控制单元141:开关驱动电路
142 驱动电源电路143 反馈电路
144 控制电路1441 控制器
1442 信号处理电路145 整流驱动电路
15滤波电路Tr 变压器
N ‘初级绕Ns 次级绕组
OPl 0P3 第一 第三运算放大器
Rp 补偿电阻R1-R7 第一 第七电阻
Qr Q4 第一 第四开关 A 第一整流开关
Qb 第二整流开关D1 第一二极管
D2 第二二极管V” V2 电压降
Vrefl Vref3 :弟"" 弟三参考电压
Vgl Vg4 第一 第四开关驱动信号
Vrl第一整流驱动信号Vr2 第二整流驱动信号
Vel第一误差信号Ve2 第二误差信号
VT:电压调整信号Va:驱动电压
V CC辅助电压Vf 反馈信号
Vin输入电压V0 输出电压
C ,补偿电容C。输出电容
Cj, I谐振电容Lr 谐振电感
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。请参阅图1，其为本发明较佳实施例的谐振式电源转换电路的电路示意图。如图1 所示，谐振式电源转换电路1用以接收输入电压Vin的电能并转换为输出电压V。，谐振式电源转换电路1包含开关电路11、谐振电路12、变压器 ；、整流电路13、控制单元14以及滤波电路15。其中，开关电路11与谐振电路12连接，于本实施例中，开关电路11由第一开关 Q1与第二开关A构成半桥式的开关电路11，且第一开关A与第二开关％的控制端分别连接于开关驱动电路141。谐振电路12连接于开关电路11与变压器 ；的初级绕组Np，用以使电路产生谐振反应，于本实施例中，谐振电路12由谐振电容C；与谐振电感k串联连接构成。变压器 ；包含初级绕组Np与次级绕组Ns，且初级绕组Np连接于开关电路11与谐振电路12，于本实施例中，变压器T,的次级绕组Ns还包含中心抽头(center tap)与谐振式电源转换电路1的输出连接。整流电路13与变压器 ；的次级绕组Ns连接，滤波电路15连接于整流电路13 与谐振式电源转换电路1的输出，于本实施例中，滤波电路15可以是但不限为输出电容C。， 而整流电路13是由第一二极管D1与第二二极管&构成的全波整流电路。其中次级绕组Ns的电压分别经由整流电路13与滤波电路15整流以及滤波而产生额定的输出电压V。。控制单元14连接于开关电路11与谐振式电源转换电路1的输出，用以依据输出电压V。产生对应的第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2控制开关电路11导通或截止，使输入电压Vin的电能选择性地经由开关电路11传递至变压器 ；的初级绕组Np。于本实施例中，控制单元14包含开关驱动电路141、驱动电源电路142、反馈电路 143以及控制电路144。其中，开关驱动电路141分别连接于驱动电源电路142、控制电路 144、第一开关A的控制端以及第二开关％的控制端，用以产生第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2使开关电路11对应导通或截止。驱动电源电路142分别连接于开关驱动电路141与控制电路144，用以接收辅助电压V。。的电能，并产生驱动电压Va至开关驱动电路141，以提供开关驱动电路141所需的电能，使第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的电压振幅随着驱动电压Va的电压大小变化。反馈电路143分别连接于控制电路144与谐振式电源转换电路1的输出，用以根据输出电压V。产生对应的反馈信号Vf。于一些实施例中，控制电路144可以使用数字信号处理器(DSP)实现，于运行时， 控制电路144会依据反馈信号Vf与第一参考电压V,efl分别控制开关驱动电路141与驱动电源电路142运行，以改变第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率与电压振幅(amplitude)大小，而第一开关仏与第二开关( 导通的运行模式会分别根据第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的电压振幅大小改变运行模式。当系统电路2的负载变小(负载量足够稳定输出电压)而使输出电压V。上升超过额定电压值时，反馈信号Vf也会对应上升，此时，控制电路144通过上升的反馈信号Vf判断出输出电压V。上升超过额定电压值，并对应控制开关驱动电路141提高第一开关驱动信号 Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率，使输出电压V。下降至额定电压值，从而使反馈信号Vf的电压值下降为第一参考电压Vrefl的电压值。此时，第一开关A与第二开关A导通的运行模式为线性模式(linear mode)，即第一开关仏与第二开关％导通时运行于线性区(linear region)。由于第一开关仏与第二开关％导通的运行模式为线性模式，所以第一开关仏与第二开关02的电压降(Voltage (Ir0P)V1J2相对较小，即使系统电路2为高负载量，第一开关A与第二开关A的开关损失(switching loss)只会增加微小值。相反地，当系统电路2的负载变大而使输出电压V。下降低于额定电压值时，反馈信号Vf也会对应下降，此时，控制电路144会对应控制开关驱动电路141降低第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率，使输出电压V。上升至额定电压值，从而使反馈信号Vf的电压值上升为第一参考电压VMfl的电压值。此时，第一开关％与第二开关％导通的运行模式也为线性模式。当系统电路2未运行或负载量很低时，谐振式电源转换电路1会运行于空载(no load)或很轻载(light load)的状态，例如额定输出电量的1 10%，输出电压V。除了会上升超过额定电压值外，输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值相对会较大，对应地，反馈信号Vf的电压值与第一参考电压Vrefl间的差值也会较大。此时，控制电路144若只控制开关驱动电路141提高第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率，由于最低增益的限制，无法有效将输出电压V。降低至额定电压值，因此，控制电路144更会控制驱动电源电路142降低驱动电压Va的电压值，使第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的电压振幅减低，以改变第一开关％与第二开关％导通的运行模式为饱和模式(saturation mode)或有源模式(active mode)，即第一开关仏与第二开关％运行于饱和区(saturationregion)或有源区(activeregion)。由于第一开关仏与第二开关( 导通的运行模式为饱和模式或有源模式，所以第一开关A与第二开关％的电压降A、V2相对比线性模式时大很多，在相同频率之下可以使较大的输出电压V。下降较多的电压值，使输出电压V。的电压值为额定电压值。请参阅图2并配合图1，其为本发明较佳实施例的谐振式电源转换电路的详细电路示意图。如图2所示，反馈电路143由第一电阻R1与第二电阻&构成的分压电路实现， 且通过分压电路将输出电压V。分压而产生反馈信号Vf。控制电路144包含控制器1441以及信号处理电路1442，其中信号处理电路1442连接于控制器1441、反馈电路143以及驱动电源电路142，用以依据反馈信号Vf以及第一参考电压Vrefl分别产生对应的第一误差信号 Vel、第二误差信号Ve2以及电压调整信号VT。第一误差信号Vel大小正比于反馈信号Vf与第一参考电压间的差值(VMfl-Vf)，第二误差信号Ve2大小正比于第一误差信号Vel与第三参考电压VMf3间的差值(VMf3-Vj，电压调整信号Vt大小正比于第一误差信号Vel与第二参考电压Vrrf2间的差值(Vref2-VJ。控制器1441连接于开关驱动电路141与信号处理电路1442，用以利用第一误差信号Vel取得输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值，且控制器1441会依据第一误差信号Vel对应改变第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率。当输出电压V。上升超过额定电压值时，控制器1441会提高第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率，相反地，当输出电压V。下降低于额定电压值时，控制器1441会降低第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率。 当输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值超过第一设定值时，表示谐振式电源转换电路1运行于空载或很轻载的状态，此时，信号处理电路1442所产的电压调整信号 Vt会使驱动电源电路142提供较低电压值的驱动电压Va至开关驱动电路141，所以开关驱动电路141会输出较小电压振幅的第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2使第一开关A与第二开关A导通的运行模式为饱和模式或有源模式。相反地，当输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值未超过第一设定值时，表示谐振式电源转换电路1未运行于空载或很轻载的状态，此时，信号处理电路1442所产的电压调整信号Vt会使驱动电源电路142 提供较高电压值的驱动电压^至开关驱动电路141，且开关驱动电路141输出较大电压振幅的第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2使第一开关％与第二开关％导通的运行模式为线性模式。整体而言，当谐振式电源转换电路1运行于空载或很轻载的状态时，控制单元14 除了会提高第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率外，更会降低驱动电压Va 的电压值，使第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的电压振幅减低，以改变第一开关仏与第二开关A导通的运行模式为饱和模式或有源模式。于本实施例中，谐振式电源转换电路ι运行于空载或很轻载的状态时，即输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值超过第一设定值或第二设定值时，控制器1441更会依据第二误差信号ν 调整第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的滞定时间(Dead Time)大小。换言之，输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值越大，第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的滞定时间越大，使得输出电压V。的电压值可以更稳定地维持为额定电压值。于本实施例中，补偿电容Cp与补偿电阻在第一运算放大器(OperationalAmplifier)OPl的正相输入端与输出端之间串联连接，第三电阻R3连接于第一运算放大器 OPl的输出端与控制器1441之间，第一运算放大器OPl的正相输入端与反相输入端分别为第一参考电压与反馈信号Vf，并经由第一运算放大器0P1、补偿电容(；以及补偿电阻构成的第一误差电路产生第一误差信号ν…其关系式为vel - VMfi-Vf。于本实施例中，第六电阻&连接于第一运算放大器OPl的输出端与第三运算放大器0P3的反相输入端之间，第七电阻R7连接于第三运算放大器0P3的输出端与反相输入端之间，第三运算放大器0P3的正相输入端为第三参考电压V,ef3，并经由第三运算放大器0P3、第六电阻&以及第七电阻R7构成的第二误差电路产生第二误差信号V62，控制器 1441再通过与第三运算放大器0P3的输出端连接而取得第二误差信号Ve2，其关系式为 Ve2 ^ (Vref3-Vel) X (-R7A6)。于本实施例中，第四电阻R4连接于第一运算放大器OPl的输出端与第二运算放大器0P2的反相输入端之间，第五电阻&连接于第二运算放大器0P2的输出端与反相输入端之间，第二运算放大器0P2的输出端更与驱动电源电路142连接，第二运算放大器0P2的正相输入端为第二参考电压VMf2，并经由第二运算放大器0P2、第四电阻R4以及第五电阻&构成的第三误差电路产生电压调整信号Vt，其关系式为VT - (Vref2-Vel) X (-R5/R4)。请参阅图3并配合图1，其为本发明另一较佳实施例的谐振式电源转换电路的电路示意图。图3的开关电路11、整流电路13以及控制单元14不同于图1，如图3所示，开关电路11除了包含第一开关A与第二开关％外，还包含第三开关％与第四开关Q4,由四个开关构成全桥式的开关电路11。整流电路13由第一整流开关A与第二整流开关A构成的全波整流电路，第一整流开关A与第二整流开关％的控制端连接于控制单元14的整流驱动电路145，并根据第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号Vrt导通或截止。至于，控制单元14除了包含开关驱动电路141、驱动电源电路142、反馈电路143 以及控制电路144外，还包含整流驱动电路145，于本实施例中，驱动电源电路142分别连接于整流驱动电路145与控制电路144，整流驱动电路145分别连接于控制电路144、驱动电源电路142、第一整流开关Qa以及第二整流开关％的控制端，用以产生第一整流驱动信号 Vrl与第二整流驱动信号Vrt使第一整流开关A与第二整流开关％对应导通或截止。不同于图1，提供至开关驱动电路141为固定电压值的辅助电压V。。，对应使第一开关驱动信号Vgl、第二开关驱动信号Vg2、第三开关驱动信号Vg3以及第四开关驱动信号Vg4为固定电压振幅，因此，第一开关A、第二开关( 、第三开关( 以及第四开关A导通的运行模式会固定为线性模式。另一个不同于图1之处，整流驱动电路145所需的电能由驱动电源电路142产生的驱动电压Va提供，因此，第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号Vrt的电压振幅会随着驱动电压Va的电压值大小变化于本实施例，当输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值未超过第一设定值时，表示谐振式电源转换电路1未运行于空载或轻载的状态，此时，控制电路144所产生的电压调整信号Vt会使驱动电源电路142提供较高电压值的驱动电压Va至整流驱动电路 145，且整流驱动电路145输出较大电压振幅的第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号 Vr2至第一整流开关A与第二整流开关％的控制端，对应使第一整流开关A与第二整流开关A导通的运行模式为线性模式。相反地，当输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值超过第一设定值时，表示谐振式电源转换电路ι运行于空载或轻载的状态，此时，控制电路
10144除了会提高第一开关驱动信号Vgl、第二开关驱动信号Vg2、第三开关驱动信号Vg3以及第四开关驱动信号Vg4的频率外，更会通过降低驱动电压Va的电压值，使第一整流驱动信号Vri 与第二整流驱动信号\2的电压振幅减低，以改变第一整流开关Qa与第二整流开关％导通的运行模式为饱和模式或有源模式。 整体而言，当谐振式电源转换电路1运行于空载或轻载的状态时，控制电路144除了会提高第一开关驱动信号Vgl、第二开关驱动信号Vg2、第三开关驱动信号Vg3以及第四开关驱动信号Vg4的频率外，更会通过降低第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号\2的电压振幅，以改变第一整流开关A与第二整流开关A导通的运行模式为饱和模式或有源模式。于本实施例中，谐振式电源转换电路1运行于空载或轻载的状态时，控制电路144更会依据反馈信号Vf与第一参考电压Vrefl间的差值调整第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号Vrt的滞定时间大小。换言之，输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值越大，第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号\2的滞定时间越大，使得输出电压V。的电压值可以更稳定地维持为额定电压值。 上述的第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关A以及第四开关Q4、第一整流开关A以及第二整流开关A可以是但不限为金属氧化物半导体场效应晶体管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)或双极结型晶体管 (Bipolar Junction Transistor, BJT)。综上所述，本发明的谐振式电源转换电路可以提供额定的输出电压，不论谐振式电源转换电路运行在高频区段的工作频率、轻载或空载时，一样可以提供额定的输出电压， 不会造成输出电压的电压值超过额定电压值。由于本发明的谐振式电源转换电路通过调整整流电路的运行模式、开关电路的运行频率、运行模式以及滞定时间，因此，即使输入电压以及输出电压的电压值为可调整且范围较广或运行于高频段(高于谐振频率)时，一样可以提供额定的输出电压，不会因为输出整流元件和变压器的寄生电容导致输出电压的电压值超过额定电压值。同时，不会增加损失而降低效率，也不会造成输出电压的纹波及噪声变大，更不会限制谐振式电源转换电路的工作频率而增加复杂度。本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护的范围。
权利要求
1.一种谐振式电源转换电路，接收一输入电压的电能并转换为一输出电压，该谐振式电源转换电路包含一开关电路；一谐振电路，与该开关电路连接；一变压器，包含一初级绕组与一次级绕组，且该初级绕组连接于该开关电路与该谐振电路；一整流电路，与该变压器的该次级绕组连接，以将该次级绕组的电压整流以产生该输出电压；以及一控制单元，连接于该开关电路与该谐振式电源转换电路的输出，以依据该输出电压控制该开关电路导通或截止，使该输入电压的电能选择性地经由该开关电路传递至该变压器的该初级绕组；其中，该控制单元依据该输出电压的电压值变化调整该开关电路的运行频率与导通时的运行模式。
2.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值超过一第一设定值时，该控制单元控制该开关电路导通的运行模式为饱和模式或有源模式。
3.如权利要求2所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值未超过该第一设定值时，该控制单元控制该开关电路导通的运行模式为线性模式。
4.如权利要求2所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值超过该第一设定值或一第二设定值时，该控制单元控制该开关电路的滞定时间依据该输出电压的电压值变化。
5.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，还包含一滤波电路连接于该整流电路与该谐振式电源转换电路的输出。
6.如权利要求5所述的谐振式电源转换电路，其中该滤波电路为一输出电容。
7.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，其中该控制单元包含一开关驱动电路，连接于该开关电路的控制端，以产生至少一第一开关驱动信号使该开关电路对应导通或截止；一驱动电源电路，与该开关驱动电路连接，以接收一辅助电压的电能，并产生一驱动电压至该开关驱动电路，以提供该开关驱动电路所需的电能；一反馈电路，连接于该谐振式电源转换电路的输出，以根据该输出电压产生对应的一反馈信号；以及一控制电路，连接于该开关驱动电路、该驱动电源电路与该反馈电路，以依据该反馈信号与一第一参考电压控制该开关驱动电路与该驱动电源电路运行，以改变该第一开关驱动信号的频率与电压振幅；其中，该开关电路导通的运行模式根据该第一开关驱动信号的电压振幅大小改变。
8.如权利要求7所述的谐振式电源转换电路，其中该控制电路为数字信号处理器。
9.如权利要求7所述的谐振式电源转换电路，其中该控制电路包含一信号处理电路，连接于该反馈电路与该驱动电源电路，以依据该反馈信号与该第一参考电压产生对应的一第一误差信号与一电压调整信号；以及一控制器，连接于该开关驱动电路与该信号处理电路，以依据该第一误差信号对应改变该第一开关驱动信号的频率；其中，该第一误差信号大小正比于该反馈信号与该第一参考电压间的差值，该电压调整信号大小正比于该第一误差信号与该第二参考电压间的差值，该驱动电压随着该电压调整信号变化。
10.如权利要求9所述的谐振式电源转换电路，其中该信号处理电路更依据该反馈信号与该第一参考电压产生对应的一第二误差信号，该第二误差信号大小正比于该第一误差信号与一第三参考电压间的差值，且该控制器依据第二误差信号调整该第一开关驱动信号的滞定时间。
11.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，其中该开关电路为半桥式或全桥式的开关电路。
12.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，其中该谐振电路包含一谐振电容与一谐振电感。
13.如权利要求12所述的谐振式电源转换电路，其中该谐振电容与该谐振电感串联连接。
14.一种谐振式电源转换电路，接收一输入电压的电能并转换为一输出电压，该谐振式电源转换电路包含一开关电路；一谐振电路，与该开关电路连接；一变压器，包含一初级绕组与一次级绕组，且该初级绕组连接于该开关电路与该谐振电路；一整流电路，与该变压器的该次级绕组连接，以将该次级绕组的电压整流以产生该输出电压；以及一控制单元，连接于该开关电路与该谐振式电源转换电路的输出，以依据该输出电压控制该开关电路导通或截止，使该输入电压的电能选择性地经由该开关电路传递至该变压器的该初级绕组，且控制该整流电路导通或截止，使该整流电路将该次级绕组的电压整流；其中，该控制单元依据该输出电压的电压值变化调整该开关电路的运行频率与该整流电路导通时的运行模式。
15.如权利要求14所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值超过一第一设定值时，该控制单元控制该整流电路导通的运行模式为饱和模式或有源模式。
16.如权利要求15所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值未超过该第一设定值时，该控制单元控制该整流电路导通的运行模式为线性模式。
17.如权利要求15所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值超过该第一设定值或一第二设定值时，该控制单元控制该整流电路的滞定时间依据该输出电压的电压值变化。
18.如权利要求14所述的谐振式电源转换电路，还包含一滤波电路连接于该整流电路与该谐振式电源转换电路的输出。
19.如权利要求14所述的谐振式电源转换电路，其中该控制单元包含一开关驱动电路，连接于该开关电路的控制端，以产生至少一第一开关驱动信号使该开关电路对应导通或截止；一整流驱动电路，连接于该整流电路的控制端，以产生至少一第一整流驱动信号使该整流电路对应导通或截止；一驱动电源电路，与该开关驱动电路连接，以接收一辅助电压的电能，并产生一驱动电压至该整流驱动电路，以提供该整流驱动电路所需的电能；一反馈电路，连接于该谐振式电源转换电路的输出，以根据该输出电压产生对应的一反馈信号；以及一控制电路，连接于该开关驱动电路、该驱动电源电路、该整流驱动电路与该反馈电路，以依据该反馈信号与一第一参考电压控制该开关驱动电路、该整流驱动电路与该驱动电源电路运行，以改变该第一开关驱动信号的频率、该驱动电压与该第一整流驱动信号的电压振幅；其中，该整流电路导通的运行模式根据该第一整流驱动信号的电压振幅大小改变。
20.如权利要求19所述的谐振式电源转换电路，其中该控制电路更依据该反馈信号与该第一参考电压间的差值调整该第一整流驱动信号的滞定时间。
全文摘要
本发明提供一种谐振式电源转换电路，接收输入电压的电能并转换为输出电压，其包含开关电路；谐振电路，与开关电路连接；变压器，包含初级绕组与次级绕组，且初级绕组连接于开关电路与谐振电路；整流电路，与变压器的次级绕组连接，以将次级绕组的电压整流以产生输出电压；以及控制单元，连接于开关电路与谐振式电源转换电路的输出，以依据输出电压控制开关电路导通或截止，使输入电压的电能选择性地经由开关电路传递至变压器的初级绕组；其中，控制单元依据输出电压的电压值变化调整开关电路的运行频率与导通时的运行模式。本发明不会因为输出整流元件和变压器的寄生电容导致输出电压的电压值超过额定电压值。
文档编号H02M3/335GK102545614SQ201010597460
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者李文章 申请人:台达电子工业股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种电源转换电路，尤其涉及一种谐振式电源转换电路。
背景技术：
近年来随着科技的进步，具有各式各样不同功能的电子产品已逐渐被研发出来， 这些具有各式各样不同功能的电子产品不但满足了人们的各种不同需求，更融入每个人的日常生活，使得人们生活更为便利。这些各式各样不同功能的电子产品由各种电子元件所组成，每一个电子元件需要在适当的电压下才能正常运行，因此，需要利用电源转换电路提供适当的电压值至各个电子元件，使电子产品可以正常运行。为了提高电源转换电路的效率，于一些电子产品会使用效率较高的LLC谐振式电源转换电路，然而，传统LLC谐振式电源转换电路的增益在高频段 (高于谐振频率)下降有限，且输出整流元件和变压器的寄生电容更会使增益在高频段上升(PeakCharge)，造成输出电压在轻载或空载时输出电压不稳定，甚至超过额定电压值。为了增加电源转换电路的效率，电源转换电路会选用较低导通电阻(Rds)的 M0SFET，以降低MOSFET导通时的传导损失。但是，低导通电阻(Rds)的MOSFET却具有较大的寄生电容，使用于传统LLC谐振式电源转换电路却会造成传统LLC谐振式电源转换电路在轻载或空载时输出电压超过额定电压值。目前有下例几个解决方式(1)增加假负载(Dummy Load)此方法须增加额外负载元件连接于LLC谐振式电源转换电路的输出端，除了无法达到实际需求的负载条件外，更会增加损失而降低效率，在目前强调高效率电源与节能环保的条件下并不适用。(2)间歇模式控制(Burst Mode Control) :LLC谐振式电源转换电路在轻载或空载时，将MOSFET间歇性地运行，以降低LLC谐振式电源转换电路的输出电压，但是，此方法会造成输出电压的纹波(Ripple)及噪声(Noise)变大。(3)凹型滤波器(Notch Filter)通过额外增加谐振元件，使LLC谐振式电源转换电路在高频区段的增益快速下降，以达到在轻载或空载时低增益需求，却会影响到原本优化的谐振参数设计值，造成效率下降。(4)滞定时间控制(Dead Time Control)由于滞定时间的长短会影响LLC谐振式电源转换电路的输出电压，在高频段时，通过调整滞定时间的长短来降低寄生电容效应影响，但此一方法会限制滞定时间的长短必需小于四倍最大工作频率的周期(l/GXfmax))， 使LLC谐振式电源转换电路的复杂度增加。此外，目前MOSFET的寄生电容Cds较大，也会造成滞定时间变小。当输入电压以及输出电压的电压值为可调整且范围较广时，上述四种方法，在轻载或空载时同样无法解决输出电压不稳定的问题。因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的谐振式电源转换电路，实为相关技术领域目前所迫切需要解决的问题
发明内容
本发明的目的在于提供一种谐振式电源转换电路，用以提供额定的输出电压，不论谐振式电源转换电路运行在高频区段的工作频率、轻载或空载时，一样可以提供额定的输出电压，不会造成输出电压的电压值超过额定电压值。即使输入电压以及输出电压的电压值为可调整且范围较广时，一样可以提供稳定的输出电压，在提供稳定负载时，不会造成输出电压的电压值超过额定电压值。同时，不会增加损失而降低效率，也不会造成输出电压的纹波及噪声变大，更不会限制谐振式电源转换电路的工作频率而增加复杂度。为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种谐振式电源转换电路，用以接收输入电压的电能并转换为输出电压，该谐振式电源转换电路包含开关电路；谐振电路，与开关电路连接；变压器，包含初级绕组与次级绕组，且初级绕组连接于开关电路与谐振电路；整流电路，与变压器的次级绕组连接，用以将次级绕组的电压整流以产生输出电压；以及控制单元，连接于开关电路与谐振式电源转换电路的输出，用以依据输出电压控制开关电路导通或截止，使输入电压的电能选择性地经由开关电路传递至变压器的初级绕组；其中，控制单元依据输出电压的电压值变化调整开关电路的运行频率与导通时的运行模式。为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式为提供一种谐振式电源转换电路， 用以接收输入电压的电能并转换为输出电压，该谐振式电源转换电路包含开关电路；谐振电路，与开关电路连接；变压器，包含初级绕组与次级绕组，且初级绕组连接于开关电路与谐振电路；整流电路，与变压器的次级绕组连接，用以将次级绕组的电压整流以产生输出电压；以及控制单元，连接于开关电路与谐振式电源转换电路的输出，用以依据输出电压控制开关电路导通或截止，使输入电压的电能选择性地经由开关电路传递至变压器的初级绕组，且控制整流电路导通或截止，使整流电路将次级绕组的电压整流；其中，控制单元依据输出电压的电压值变化调整开关电路的运行频率与整流电路导通时的运行模式。本发明的谐振式电源转换电路可以提供额定的输出电压，不论谐振式电源转换电路运行在高频区段的工作频率、轻载或空载时，一样可以提供额定的输出电压，不会造成输出电压的电压值超过额定电压值。由于本发明的谐振式电源转换电路通过调整整流电路的运行模式、开关电路的运行频率、运行模式以及滞定时间，因此，即使输入电压以及输出电压的电压值为可调整且范围较广或运行于高频段(高于谐振频率)时，一样可以提供额定的输出电压，不会因为输出整流元件和变压器的寄生电容导致输出电压的电压值超过额定电压值。同时，不会增加损失而降低效率，也不会造成输出电压的纹波及噪声变大，更不会限制谐振式电源转换电路的工作频率而增加复杂度。
图1 为本发明较佳实施例的谐振式电源转换电路的电路示意图。图2 为本发明较佳实施例的谐振式电源转换电路的详细电路示意图。图3 为本发明另一较佳实施例的谐振式电源转换电路的电路示意图。上述附图中的附图标记说明如下1 谐振式电源转换电路 11 开关电路12:谐振电路13:整流电路14:控制单元141:开关驱动电路
142 驱动电源电路143 反馈电路
144 控制电路1441 控制器
1442 信号处理电路145 整流驱动电路
15滤波电路Tr 变压器
N ‘初级绕Ns 次级绕组
OPl 0P3 第一 第三运算放大器
Rp 补偿电阻R1-R7 第一 第七电阻
Qr Q4 第一 第四开关 A 第一整流开关
Qb 第二整流开关D1 第一二极管
D2 第二二极管V” V2 电压降
Vrefl Vref3 :弟"" 弟三参考电压
Vgl Vg4 第一 第四开关驱动信号
Vrl第一整流驱动信号Vr2 第二整流驱动信号
Vel第一误差信号Ve2 第二误差信号
VT:电压调整信号Va:驱动电压
V CC辅助电压Vf 反馈信号
Vin输入电压V0 输出电压
C ,补偿电容C。输出电容
Cj, I谐振电容Lr 谐振电感
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。请参阅图1，其为本发明较佳实施例的谐振式电源转换电路的电路示意图。如图1 所示，谐振式电源转换电路1用以接收输入电压Vin的电能并转换为输出电压V。，谐振式电源转换电路1包含开关电路11、谐振电路12、变压器 ；、整流电路13、控制单元14以及滤波电路15。其中，开关电路11与谐振电路12连接，于本实施例中，开关电路11由第一开关 Q1与第二开关A构成半桥式的开关电路11，且第一开关A与第二开关％的控制端分别连接于开关驱动电路141。谐振电路12连接于开关电路11与变压器 ；的初级绕组Np，用以使电路产生谐振反应，于本实施例中，谐振电路12由谐振电容C；与谐振电感k串联连接构成。变压器 ；包含初级绕组Np与次级绕组Ns，且初级绕组Np连接于开关电路11与谐振电路12，于本实施例中，变压器T,的次级绕组Ns还包含中心抽头(center tap)与谐振式电源转换电路1的输出连接。整流电路13与变压器 ；的次级绕组Ns连接，滤波电路15连接于整流电路13 与谐振式电源转换电路1的输出，于本实施例中，滤波电路15可以是但不限为输出电容C。， 而整流电路13是由第一二极管D1与第二二极管&构成的全波整流电路。其中次级绕组Ns的电压分别经由整流电路13与滤波电路15整流以及滤波而产生额定的输出电压V。。控制单元14连接于开关电路11与谐振式电源转换电路1的输出，用以依据输出电压V。产生对应的第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2控制开关电路11导通或截止，使输入电压Vin的电能选择性地经由开关电路11传递至变压器 ；的初级绕组Np。于本实施例中，控制单元14包含开关驱动电路141、驱动电源电路142、反馈电路 143以及控制电路144。其中，开关驱动电路141分别连接于驱动电源电路142、控制电路 144、第一开关A的控制端以及第二开关％的控制端，用以产生第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2使开关电路11对应导通或截止。驱动电源电路142分别连接于开关驱动电路141与控制电路144，用以接收辅助电压V。。的电能，并产生驱动电压Va至开关驱动电路141，以提供开关驱动电路141所需的电能，使第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的电压振幅随着驱动电压Va的电压大小变化。反馈电路143分别连接于控制电路144与谐振式电源转换电路1的输出，用以根据输出电压V。产生对应的反馈信号Vf。于一些实施例中，控制电路144可以使用数字信号处理器(DSP)实现，于运行时， 控制电路144会依据反馈信号Vf与第一参考电压V,efl分别控制开关驱动电路141与驱动电源电路142运行，以改变第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率与电压振幅(amplitude)大小，而第一开关仏与第二开关( 导通的运行模式会分别根据第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的电压振幅大小改变运行模式。当系统电路2的负载变小(负载量足够稳定输出电压)而使输出电压V。上升超过额定电压值时，反馈信号Vf也会对应上升，此时，控制电路144通过上升的反馈信号Vf判断出输出电压V。上升超过额定电压值，并对应控制开关驱动电路141提高第一开关驱动信号 Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率，使输出电压V。下降至额定电压值，从而使反馈信号Vf的电压值下降为第一参考电压Vrefl的电压值。此时，第一开关A与第二开关A导通的运行模式为线性模式(linear mode)，即第一开关仏与第二开关％导通时运行于线性区(linear region)。由于第一开关仏与第二开关％导通的运行模式为线性模式，所以第一开关仏与第二开关02的电压降(Voltage (Ir0P)V1J2相对较小，即使系统电路2为高负载量，第一开关A与第二开关A的开关损失(switching loss)只会增加微小值。相反地，当系统电路2的负载变大而使输出电压V。下降低于额定电压值时，反馈信号Vf也会对应下降，此时，控制电路144会对应控制开关驱动电路141降低第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率，使输出电压V。上升至额定电压值，从而使反馈信号Vf的电压值上升为第一参考电压VMfl的电压值。此时，第一开关％与第二开关％导通的运行模式也为线性模式。当系统电路2未运行或负载量很低时，谐振式电源转换电路1会运行于空载(no load)或很轻载(light load)的状态，例如额定输出电量的1 10%，输出电压V。除了会上升超过额定电压值外，输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值相对会较大，对应地，反馈信号Vf的电压值与第一参考电压Vrefl间的差值也会较大。此时，控制电路144若只控制开关驱动电路141提高第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率，由于最低增益的限制，无法有效将输出电压V。降低至额定电压值，因此，控制电路144更会控制驱动电源电路142降低驱动电压Va的电压值，使第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的电压振幅减低，以改变第一开关％与第二开关％导通的运行模式为饱和模式(saturation mode)或有源模式(active mode)，即第一开关仏与第二开关％运行于饱和区(saturationregion)或有源区(activeregion)。由于第一开关仏与第二开关( 导通的运行模式为饱和模式或有源模式，所以第一开关A与第二开关％的电压降A、V2相对比线性模式时大很多，在相同频率之下可以使较大的输出电压V。下降较多的电压值，使输出电压V。的电压值为额定电压值。请参阅图2并配合图1，其为本发明较佳实施例的谐振式电源转换电路的详细电路示意图。如图2所示，反馈电路143由第一电阻R1与第二电阻&构成的分压电路实现， 且通过分压电路将输出电压V。分压而产生反馈信号Vf。控制电路144包含控制器1441以及信号处理电路1442，其中信号处理电路1442连接于控制器1441、反馈电路143以及驱动电源电路142，用以依据反馈信号Vf以及第一参考电压Vrefl分别产生对应的第一误差信号 Vel、第二误差信号Ve2以及电压调整信号VT。第一误差信号Vel大小正比于反馈信号Vf与第一参考电压间的差值(VMfl-Vf)，第二误差信号Ve2大小正比于第一误差信号Vel与第三参考电压VMf3间的差值(VMf3-Vj，电压调整信号Vt大小正比于第一误差信号Vel与第二参考电压Vrrf2间的差值(Vref2-VJ。控制器1441连接于开关驱动电路141与信号处理电路1442，用以利用第一误差信号Vel取得输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值，且控制器1441会依据第一误差信号Vel对应改变第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率。当输出电压V。上升超过额定电压值时，控制器1441会提高第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率，相反地，当输出电压V。下降低于额定电压值时，控制器1441会降低第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率。 当输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值超过第一设定值时，表示谐振式电源转换电路1运行于空载或很轻载的状态，此时，信号处理电路1442所产的电压调整信号 Vt会使驱动电源电路142提供较低电压值的驱动电压Va至开关驱动电路141，所以开关驱动电路141会输出较小电压振幅的第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2使第一开关A与第二开关A导通的运行模式为饱和模式或有源模式。相反地，当输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值未超过第一设定值时，表示谐振式电源转换电路1未运行于空载或很轻载的状态，此时，信号处理电路1442所产的电压调整信号Vt会使驱动电源电路142 提供较高电压值的驱动电压^至开关驱动电路141，且开关驱动电路141输出较大电压振幅的第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2使第一开关％与第二开关％导通的运行模式为线性模式。整体而言，当谐振式电源转换电路1运行于空载或很轻载的状态时，控制单元14 除了会提高第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的频率外，更会降低驱动电压Va 的电压值，使第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的电压振幅减低，以改变第一开关仏与第二开关A导通的运行模式为饱和模式或有源模式。于本实施例中，谐振式电源转换电路ι运行于空载或很轻载的状态时，即输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值超过第一设定值或第二设定值时，控制器1441更会依据第二误差信号ν 调整第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的滞定时间(Dead Time)大小。换言之，输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值越大，第一开关驱动信号Vgl与第二开关驱动信号Vg2的滞定时间越大，使得输出电压V。的电压值可以更稳定地维持为额定电压值。于本实施例中，补偿电容Cp与补偿电阻在第一运算放大器(OperationalAmplifier)OPl的正相输入端与输出端之间串联连接，第三电阻R3连接于第一运算放大器 OPl的输出端与控制器1441之间，第一运算放大器OPl的正相输入端与反相输入端分别为第一参考电压与反馈信号Vf，并经由第一运算放大器0P1、补偿电容(；以及补偿电阻构成的第一误差电路产生第一误差信号ν…其关系式为vel - VMfi-Vf。于本实施例中，第六电阻&连接于第一运算放大器OPl的输出端与第三运算放大器0P3的反相输入端之间，第七电阻R7连接于第三运算放大器0P3的输出端与反相输入端之间，第三运算放大器0P3的正相输入端为第三参考电压V,ef3，并经由第三运算放大器0P3、第六电阻&以及第七电阻R7构成的第二误差电路产生第二误差信号V62，控制器 1441再通过与第三运算放大器0P3的输出端连接而取得第二误差信号Ve2，其关系式为 Ve2 ^ (Vref3-Vel) X (-R7A6)。于本实施例中，第四电阻R4连接于第一运算放大器OPl的输出端与第二运算放大器0P2的反相输入端之间，第五电阻&连接于第二运算放大器0P2的输出端与反相输入端之间，第二运算放大器0P2的输出端更与驱动电源电路142连接，第二运算放大器0P2的正相输入端为第二参考电压VMf2，并经由第二运算放大器0P2、第四电阻R4以及第五电阻&构成的第三误差电路产生电压调整信号Vt，其关系式为VT - (Vref2-Vel) X (-R5/R4)。请参阅图3并配合图1，其为本发明另一较佳实施例的谐振式电源转换电路的电路示意图。图3的开关电路11、整流电路13以及控制单元14不同于图1，如图3所示，开关电路11除了包含第一开关A与第二开关％外，还包含第三开关％与第四开关Q4,由四个开关构成全桥式的开关电路11。整流电路13由第一整流开关A与第二整流开关A构成的全波整流电路，第一整流开关A与第二整流开关％的控制端连接于控制单元14的整流驱动电路145，并根据第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号Vrt导通或截止。至于，控制单元14除了包含开关驱动电路141、驱动电源电路142、反馈电路143 以及控制电路144外，还包含整流驱动电路145，于本实施例中，驱动电源电路142分别连接于整流驱动电路145与控制电路144，整流驱动电路145分别连接于控制电路144、驱动电源电路142、第一整流开关Qa以及第二整流开关％的控制端，用以产生第一整流驱动信号 Vrl与第二整流驱动信号Vrt使第一整流开关A与第二整流开关％对应导通或截止。不同于图1，提供至开关驱动电路141为固定电压值的辅助电压V。。，对应使第一开关驱动信号Vgl、第二开关驱动信号Vg2、第三开关驱动信号Vg3以及第四开关驱动信号Vg4为固定电压振幅，因此，第一开关A、第二开关( 、第三开关( 以及第四开关A导通的运行模式会固定为线性模式。另一个不同于图1之处，整流驱动电路145所需的电能由驱动电源电路142产生的驱动电压Va提供，因此，第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号Vrt的电压振幅会随着驱动电压Va的电压值大小变化于本实施例，当输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值未超过第一设定值时，表示谐振式电源转换电路1未运行于空载或轻载的状态，此时，控制电路144所产生的电压调整信号Vt会使驱动电源电路142提供较高电压值的驱动电压Va至整流驱动电路 145，且整流驱动电路145输出较大电压振幅的第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号 Vr2至第一整流开关A与第二整流开关％的控制端，对应使第一整流开关A与第二整流开关A导通的运行模式为线性模式。相反地，当输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值超过第一设定值时，表示谐振式电源转换电路ι运行于空载或轻载的状态，此时，控制电路
10144除了会提高第一开关驱动信号Vgl、第二开关驱动信号Vg2、第三开关驱动信号Vg3以及第四开关驱动信号Vg4的频率外，更会通过降低驱动电压Va的电压值，使第一整流驱动信号Vri 与第二整流驱动信号\2的电压振幅减低，以改变第一整流开关Qa与第二整流开关％导通的运行模式为饱和模式或有源模式。 整体而言，当谐振式电源转换电路1运行于空载或轻载的状态时，控制电路144除了会提高第一开关驱动信号Vgl、第二开关驱动信号Vg2、第三开关驱动信号Vg3以及第四开关驱动信号Vg4的频率外，更会通过降低第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号\2的电压振幅，以改变第一整流开关A与第二整流开关A导通的运行模式为饱和模式或有源模式。于本实施例中，谐振式电源转换电路1运行于空载或轻载的状态时，控制电路144更会依据反馈信号Vf与第一参考电压Vrefl间的差值调整第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号Vrt的滞定时间大小。换言之，输出电压V。的电压值与额定电压值间的差值越大，第一整流驱动信号Vri与第二整流驱动信号\2的滞定时间越大，使得输出电压V。的电压值可以更稳定地维持为额定电压值。 上述的第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关A以及第四开关Q4、第一整流开关A以及第二整流开关A可以是但不限为金属氧化物半导体场效应晶体管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)或双极结型晶体管 (Bipolar Junction Transistor, BJT)。综上所述，本发明的谐振式电源转换电路可以提供额定的输出电压，不论谐振式电源转换电路运行在高频区段的工作频率、轻载或空载时，一样可以提供额定的输出电压， 不会造成输出电压的电压值超过额定电压值。由于本发明的谐振式电源转换电路通过调整整流电路的运行模式、开关电路的运行频率、运行模式以及滞定时间，因此，即使输入电压以及输出电压的电压值为可调整且范围较广或运行于高频段(高于谐振频率)时，一样可以提供额定的输出电压，不会因为输出整流元件和变压器的寄生电容导致输出电压的电压值超过额定电压值。同时，不会增加损失而降低效率，也不会造成输出电压的纹波及噪声变大，更不会限制谐振式电源转换电路的工作频率而增加复杂度。本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护的范围。
权利要求
1.一种谐振式电源转换电路，接收一输入电压的电能并转换为一输出电压，该谐振式电源转换电路包含一开关电路；一谐振电路，与该开关电路连接；一变压器，包含一初级绕组与一次级绕组，且该初级绕组连接于该开关电路与该谐振电路；一整流电路，与该变压器的该次级绕组连接，以将该次级绕组的电压整流以产生该输出电压；以及一控制单元，连接于该开关电路与该谐振式电源转换电路的输出，以依据该输出电压控制该开关电路导通或截止，使该输入电压的电能选择性地经由该开关电路传递至该变压器的该初级绕组；其中，该控制单元依据该输出电压的电压值变化调整该开关电路的运行频率与导通时的运行模式。
2.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值超过一第一设定值时，该控制单元控制该开关电路导通的运行模式为饱和模式或有源模式。
3.如权利要求2所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值未超过该第一设定值时，该控制单元控制该开关电路导通的运行模式为线性模式。
4.如权利要求2所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值超过该第一设定值或一第二设定值时，该控制单元控制该开关电路的滞定时间依据该输出电压的电压值变化。
5.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，还包含一滤波电路连接于该整流电路与该谐振式电源转换电路的输出。
6.如权利要求5所述的谐振式电源转换电路，其中该滤波电路为一输出电容。
7.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，其中该控制单元包含一开关驱动电路，连接于该开关电路的控制端，以产生至少一第一开关驱动信号使该开关电路对应导通或截止；一驱动电源电路，与该开关驱动电路连接，以接收一辅助电压的电能，并产生一驱动电压至该开关驱动电路，以提供该开关驱动电路所需的电能；一反馈电路，连接于该谐振式电源转换电路的输出，以根据该输出电压产生对应的一反馈信号；以及一控制电路，连接于该开关驱动电路、该驱动电源电路与该反馈电路，以依据该反馈信号与一第一参考电压控制该开关驱动电路与该驱动电源电路运行，以改变该第一开关驱动信号的频率与电压振幅；其中，该开关电路导通的运行模式根据该第一开关驱动信号的电压振幅大小改变。
8.如权利要求7所述的谐振式电源转换电路，其中该控制电路为数字信号处理器。
9.如权利要求7所述的谐振式电源转换电路，其中该控制电路包含一信号处理电路，连接于该反馈电路与该驱动电源电路，以依据该反馈信号与该第一参考电压产生对应的一第一误差信号与一电压调整信号；以及一控制器，连接于该开关驱动电路与该信号处理电路，以依据该第一误差信号对应改变该第一开关驱动信号的频率；其中，该第一误差信号大小正比于该反馈信号与该第一参考电压间的差值，该电压调整信号大小正比于该第一误差信号与该第二参考电压间的差值，该驱动电压随着该电压调整信号变化。
10.如权利要求9所述的谐振式电源转换电路，其中该信号处理电路更依据该反馈信号与该第一参考电压产生对应的一第二误差信号，该第二误差信号大小正比于该第一误差信号与一第三参考电压间的差值，且该控制器依据第二误差信号调整该第一开关驱动信号的滞定时间。
11.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，其中该开关电路为半桥式或全桥式的开关电路。
12.如权利要求1所述的谐振式电源转换电路，其中该谐振电路包含一谐振电容与一谐振电感。
13.如权利要求12所述的谐振式电源转换电路，其中该谐振电容与该谐振电感串联连接。
14.一种谐振式电源转换电路，接收一输入电压的电能并转换为一输出电压，该谐振式电源转换电路包含一开关电路；一谐振电路，与该开关电路连接；一变压器，包含一初级绕组与一次级绕组，且该初级绕组连接于该开关电路与该谐振电路；一整流电路，与该变压器的该次级绕组连接，以将该次级绕组的电压整流以产生该输出电压；以及一控制单元，连接于该开关电路与该谐振式电源转换电路的输出，以依据该输出电压控制该开关电路导通或截止，使该输入电压的电能选择性地经由该开关电路传递至该变压器的该初级绕组，且控制该整流电路导通或截止，使该整流电路将该次级绕组的电压整流；其中，该控制单元依据该输出电压的电压值变化调整该开关电路的运行频率与该整流电路导通时的运行模式。
15.如权利要求14所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值超过一第一设定值时，该控制单元控制该整流电路导通的运行模式为饱和模式或有源模式。
16.如权利要求15所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值未超过该第一设定值时，该控制单元控制该整流电路导通的运行模式为线性模式。
17.如权利要求15所述的谐振式电源转换电路，其中于该输出电压的电压值与额定电压值间的差值超过该第一设定值或一第二设定值时，该控制单元控制该整流电路的滞定时间依据该输出电压的电压值变化。
18.如权利要求14所述的谐振式电源转换电路，还包含一滤波电路连接于该整流电路与该谐振式电源转换电路的输出。
19.如权利要求14所述的谐振式电源转换电路，其中该控制单元包含一开关驱动电路，连接于该开关电路的控制端，以产生至少一第一开关驱动信号使该开关电路对应导通或截止；一整流驱动电路，连接于该整流电路的控制端，以产生至少一第一整流驱动信号使该整流电路对应导通或截止；一驱动电源电路，与该开关驱动电路连接，以接收一辅助电压的电能，并产生一驱动电压至该整流驱动电路，以提供该整流驱动电路所需的电能；一反馈电路，连接于该谐振式电源转换电路的输出，以根据该输出电压产生对应的一反馈信号；以及一控制电路，连接于该开关驱动电路、该驱动电源电路、该整流驱动电路与该反馈电路，以依据该反馈信号与一第一参考电压控制该开关驱动电路、该整流驱动电路与该驱动电源电路运行，以改变该第一开关驱动信号的频率、该驱动电压与该第一整流驱动信号的电压振幅；其中，该整流电路导通的运行模式根据该第一整流驱动信号的电压振幅大小改变。
20.如权利要求19所述的谐振式电源转换电路，其中该控制电路更依据该反馈信号与该第一参考电压间的差值调整该第一整流驱动信号的滞定时间。
全文摘要
本发明提供一种谐振式电源转换电路，接收输入电压的电能并转换为输出电压，其包含开关电路；谐振电路，与开关电路连接；变压器，包含初级绕组与次级绕组，且初级绕组连接于开关电路与谐振电路；整流电路，与变压器的次级绕组连接，以将次级绕组的电压整流以产生输出电压；以及控制单元，连接于开关电路与谐振式电源转换电路的输出，以依据输出电压控制开关电路导通或截止，使输入电压的电能选择性地经由开关电路传递至变压器的初级绕组；其中，控制单元依据输出电压的电压值变化调整开关电路的运行频率与导通时的运行模式。本发明不会因为输出整流元件和变压器的寄生电容导致输出电压的电压值超过额定电压值。
文档编号H02M3/335GK102545614SQ201010597460
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者李文章 申请人:台达电子工业股份有限公司
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