CN101291110B - 具有相对较佳效率的谐振转换器系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种谐振转换器系统及其控制方法。该谐振转换器系统包含：一谐振转换器，用于接收一输入电压与输出一输出电压；以及一混合式控制装置，耦合于该谐振转换器，用于产生一驱动信号，且当该谐振转换器工作于一非正常状态时，据以调整该谐振转换器的一相位角与一频率，以使相对地较易于达到一较低的电压增益与具一较低的损耗。

Description

具有相对较佳效率的谐振转换器系统及其控制方法

技术领域

本发明有关一种谐振转换器系统(resonant converter system)，尤指一种具有一混合式控制装置(hybrid control apparatus)的谐振转换器系统。

背景技术

直流/直流转换器的发展趋势如同大部分的电源产品一样，朝着高效率(highefficiency)，高功率密度(high power density)，高可靠性(high reliability)和低成本(low cost)的方向发展。由于谐振转换器通常采用脉冲频率调制(PulseFrequency Modulation，PFM)的控制方法，比较容易实现其开关的零电压切换，易于达到转换器的高效率和高功率密度要求，从而得到了广泛的应用。

尽管在正常工作状态下，谐振转换器具有有较高的变换效率等优点，但是当工作在非正常状态时，例如在线路启动时或者输出限流时等状态下，对于仅采用改变频率控制的谐振转换器而言还存在着一些问题。当谐振转换器工作在非正常状态时，要求电路的电压增益比较低；尤其是输出限流时，必须对电路的电流做相应控制，以使电路能正常工作。为了达到这些要求，就必须提高谐振转换器的工作频率，但频率的提高也意味着电路的损耗也在提高。当频率上升到某一特定值时，转换器的总体损耗将会大于转换器的承受能力，此时转换器将会损坏。图1是显示习知技术中用于谐振转换器的一单纯控制频率的控制方法的转换器频率比与占空比的对应关系图，其横坐标为转换器的切换开关的占空比(duty ratio)，纵坐标为转换器的切换开关的工作频率与其谐振电路的谐振频率的频率比。

上述单纯的改变频率的控制方法并不能解决在非正常工作状态时线路出现的损耗过大的问题。另一种控制方法则采用了改变频率加上改变脉冲宽度的方法，如图2所示。其是显示现有技术中用于谐振转换器的一改变频率加上改变占空比的控制方法的转换器频率比与占空比的对应关系图，其横坐标为转换器的切换开关的占空比，而其纵坐标为转换器的切换开关的工作频率与其谐振电路的谐振频率的频率比。该转换器的切换开关工作的轨迹，从A到B先经过该改变切换开关的占空比的控制，然后进入BC阶段，通过调节切换开关的控制脉冲的宽度来控制该转换器的切换开关的工作，反之也可。由于采用了改变脉冲宽度的方法，所以在同样增益的情况下，开关频率会比单纯使用改变频率的控制方法低。但是通过减小脉冲宽度可能会带来变压器的一次侧的切换开关的硬性切换(hard-switching)，从而导致转换器整体的损耗仍然很大。

鉴于现有技术的缺失，有必要开发一种具有相对较佳效率的谐振转换器系统及其控制方法。在本发明中所提出的改变频率与相位角(phase-angle)的控制方法的转换器频率比与占空比的对应关系图，如图3所示。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有相对较佳效率的谐振转换器系统，借助调整该转换器系统的一相位角与一频率，以使谐振型转换器系统在工作于一非正常状态时，相对地较易于达到一较低的电压增益与具有一较低的损耗。

本发明的又一主要目的在于提供一种谐振转换器系统，包含一全桥式谐振转换器，用于接收一输入电压与输出一输出电压，以及一混合式控制装置，耦合于该谐振转换器，用于产生一驱动信号，且当该谐振转换器工作于一启动状态或一限流状态的非正常状态时，据以调整该谐振转换器的一相位角(phase angle)与一频率，以达到低的电压增益与具低损耗。

根据上述的构想，该谐振转换器是一直流/直流谐振转换器与一直流/交流谐振转换器两者其中之一。

根据上述的构想，该非正常状态是一谐振转换器启动状态与一谐振转换器限流状态两者其中之一。

根据上述的构想，该谐振转换器包含一全桥式切换装置，该全桥式切换装置包含一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端以及一第二输出端，用于接收该输入电压及输出一第一交流输出电压，一第一功率开关组件，包括一第一功率开关，具有一第一端、一第二端与一控制端，其中该第一端耦合于该第一输入端，且该第二端耦合于该第一输出端，以及一第一二极管，具有一阳极与一阴极，其中该阳极耦合于该第一功率开关该第二端，且该阴极耦合于该第一功率开关该第一端，一第二功率开关组件，包括一第二功率开关，具有一第一端、一第二端与一控制端，其中该第一端耦合于该第一功率开关的该第一端，且该第二端耦合于该第二输出端，以及一第二二极管，具有一阳极与一阴极，其中该阳极耦合于该第二功率开关的该第二端，且该阴极耦合于该第二功率开关的该第一端，一第三功率开关组件，包括一第三功率开关，具有一第一端、一第二端与一控制端，其中该第一端耦合于该第一功率开关的该第二端，且该第二端耦合于该第二输入端，以及一第三二极管，具有一阳极与一阴极，其中该阳极耦合于该第三功率开关的该第二端，且该阴极耦合于该第三功率开关的该第一端，以及一第四功率开关组件，包括一第四功率开关，具有一第一端、一第二端与一控制端，其中该第一端耦合于该第二输出端，且该第二端耦合于该第三功率开关的该第二端，以及一第四二极管，具有一阳极与一阴极，其中该阳极耦合于该第四功率开关的该第二端，且该阴极耦合于该第四功率开关的该第一端，其中该驱动信号包括一第一至一第四闸驱动信号(gate drivingsignals)，该第一至该第四功率开关的这些控制端皆耦合于该混合式控制装置，且分别用于接收该第一至该第四闸驱动信号。

根据上述的构想，该谐振转换器为一全桥式LLC谐振直流/直流转换器，还包括一LLC谐振电路，耦合于该全桥式切换装置该第一输出端与该第二输出端，用于产生一谐振，一变压器，用于接收该第一交流输出电压与输出一第二交流输出电压，包括一一次侧线圈，具有一第一端与一第二端，以及一二次侧线圈，其中该一次侧线圈的该第一端耦合于该LLC谐振电路，且该一次侧线圈的该第二端耦合于该全桥式切换装置，一整流器，耦合于该二次侧线圈的该第一端与该第二端，用于接收该第二交流输出电压，以及一输出电容耦合于该整流器，且输出一直流输出电压。

根据上述的构想，该LLC谐振电路包括一谐振电容，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该切换装置的该第一输出端，一谐振电感，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该谐振电容的该第二端，以及一激磁电感，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该谐振电感的该第二端，该第二端耦合于该切换装置的该第二输出端，且该激磁电感并联电连接于该一次侧线圈。

根据上述的构想，该整流器是一半桥式整流器。

根据上述的构想，该混合式控制装置包括一电流传感器，耦合于该谐振转换器，用以产生一检测电流，一电压传感器，耦合于该谐振转换器，用以产生一检测电压，一错误信号产生装置，用于接收该检测电流、该检测电压及产生一错误信号，以及一相位角与频率调变器(phase angle and frequency modulator)，用于接收该错误信号与产生该第一至该第四闸驱动信号。

根据上述的构想，该错误信号产生装置包括一光耦合装置，用于传送一同步信号，一参考电压调节器，用于接收该经传送的同步信号及产生一参考电压，一电流调节器，用于接收该检测电流与一参考电流及产生一电流调节信号，以及一电压调节器，用于接收该检测电压与该参考电压及产生一电压调节信号，其中该电流调节信号与该电压调节信号经一与运算(AND operation)后产生该错误信号。

根据上述的构想，该相位角与频率调变器包括一光耦合装置，用于接收与传送该错误信号，一频率调变器，用于接收该经传送的错误信号与产生一频率调变信号，一脉宽调变器，用于接收该经传送的错误信号与产生一脉宽调变信号，一压控振荡器，用于接收该频率调变信号与产生一振荡信号，一相位差产生器(phase-shift generator)，用于接收该频率调变信号与该振荡信号及产生一第一至一第四输出信号与该同步信号，其中该振荡信号包括一三角波信号与一脉波信号，以及一第一至一第四驱动器，分别用于接收该第一至该第四输出信号与产生该第一至该第四闸驱动信号。

根据上述的构想，该光耦合装置具有一第一、一第二与一第三输入端、一输出端及一接地端，且还包括一光耦合器，具有一第一与一第二输入端及一第一与一第二输出端，其中该第一输入端耦合于该光耦合装置的该第一输入端，用于接收该错误信号，且该第一输出端耦合于该光耦合装置的该输出端，用于输出该经传输的错误信号，一第一电阻，具有一第一与一第二端，该第一端耦合于该光耦合装置的该第二输入端，且该第二端耦合于该光耦合器的该第二输入端，一第二电阻，具有一第一与一第二端，该第一端耦合于该光耦合装置的该第三输入端，且该第二端耦合于该光耦合器的该第一输出端，以及一第三电阻，具有一第一与一第二端，并联电连接于该光耦合器的该第一与该第二输出端，且该第二端耦合于该接地端，该频率调变器包括一第四电阻，具有一第一与一第二端，其中该第一端用于接收该经传输的错误信号，一第五电阻，具有一第一与一第二端，该第一端耦合于该第四电阻的该第二端，以及一第一运算放大器，具有一正向输入端与一负向输入端及一输出端，其中该负向输入端耦合于该第五电阻的该第一端，且该输出端耦合于该第五电阻的该第二端，用于输出该频率调变信号，该脉宽调变器包括一第六电阻，具有一第一与一第二端，其中该第一端用于接收该经传输的错误信号，一第七电阻，具有一第一与一第二端，该第一端耦合于该第六电阻的该第二端，以及一第二运算放大器，具有一正向输入端与一负向输入端及一输出端，其中该负向输入端耦合于该第七电阻的该第一端，且该输出端耦合于该第七电阻的该第二端，用于输出该脉宽调变信号，且该相位差产生器包括一比较器，具有一正向输入端与一负向输入端及一输出端，其中该正向输入端用于接收该三角波信号，该负向输入端用于接收该脉宽调变信号，一第一拴锁(latch)，具有一第一、一第二、一第三与一第四输入端及一第一与一第二输出端，其中该第一输入端用于接收该第三输出信号，该第二输入端用于接收该脉波信号，该第三与该第四输入端耦合于该接地端，且该第一与该第二输出端分别用于输出该第一与该第三输出信号，一第一与门(AND gate)，具有一第一与一第二输入端及一输出端，其中该第一输入端用于接收该第一输出信号，且该第二输入端耦合于该比较器的该输出端，一第二拴锁，具有一第一、一第二、一第三与一第四输入端及一第一与一第二输出端，其中该第一与该第二输入端耦合于该接地端，该第三输入端耦合于该第一与门的该输出端，且该第一与该第二输出端分别用于输出该第四与该第二输出信号，以及一第二与门，具有一第一与一第二输入端及一输出端，其中该第一输入端耦合于该比较器的该输出端，该第二输入端用于接收该第三输出信号，且该输出端耦合于该第二拴锁的该第四输入端。

根据上述的构想，该谐振转换器为一谐振直流/交流转换器，包括一变压器，包括一二次侧线圈，具有一第一端与一第二端，其中该二次侧线圈的该第一端耦合于该混合式控制装置，以及一负载，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该混合式控制装置且该第二端耦合于该二次侧线圈的该第二端，该负载还包括一电容器，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该混合式控制装置，以及一荧光灯，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该电容器的该第二端，且该第二端耦合于该二次侧线圈的该第二端。

本发明的次一主要目的在于提供一种用于一谐振转换器系统的控制方法，其中该谐振转换器系统包括一全桥式切换装置以及一混合式控制装置，耦合于该切换装置，该方法包含下列的步骤：(a)使该切换装置接收一输入电压与输出一第一输出电压；以及(b)借助该混合式控制装置以产生一第一至一第四驱动信号，且据以调整该切换装置的一相位角或者该相位角与一频率，以使该谐振转换器在工作于一启动状态或一限流状态的非正常状态时，达到低的电压增益与具低损耗。

根据上述的构想，该谐振转换器系统还包括一变压器以及一整流器，其中该变压器接收该第一输出电压与输出一第二输出电压，且该整流器耦合于该变压器与该混合式控制装置，并接收该第二输出电压与输出一直流输出电压。

根据上述的构想，该步骤(b)包括下列的步骤：(b1)当该电压增益小于一预定值时，使该控制装置运作于一移相加改变频率工作模式并依据该第一至该第四驱动信号改变该全桥式切换装置的该相位角或者该相位角与该频率，以使该切换装置的一第一开关与一第四开关以及一第二开关与一第三开关间分别产生一相位差。

根据上述的构想，该步骤(b)还包括下列的步骤：(b2)当该电压增益大于或等于一预定值时，使该控制装置运作于一改变频率工作模式并依据该第一至该第四驱动信号改变该频率。

根据上述的构想，该步骤(b)包括下列的步骤：(b1)当该频率大于一预定值时，使该控制装置运作于一移相加改变频率工作模式并依据该第一至该第四驱动信号改变该全桥式切换装置的该相位角或者该相位角与该频率，以使该切换装置的一第一开关与一第四开关以及一第二开关与一第三开关间分别产生一相位差。

根据上述的构想，该步骤(b)还包括下列的步骤：(b2)当该频率小于或等于一预定值时，使该控制装置运作于一改变频率工作模式并依据该第一至该第四驱动信号改变该频率。

根据上述的构想，该混合式控制装置包括一电流传感器与一电压传感器，该两传感器均耦合于该整流器的一输出端，且用于产生该检测电流与该检测电压。

附图说明

图1是显示现有技术中用于谐振转换器的一单纯控制频率的控制方法的转换器频率比与占空比的对应关系图；

图2是显示现有技术中用于谐振转换器的一先变频率后变占空比的控制方法的转换器频率比与占空比的对应关系图；

图3是显示依据本发明构想的一用于谐振转换器的改变频率与相位角的控制方法的转换器频率比与占空比的对应关系图；

图4(a)是显示一依据本发明构想的第一较佳实施例的具有混合式控制装置的LLC谐振直流/直流转换器系统的电路示意图；

图4(b)是显示一依据本发明构想的第二较佳实施例的具有混合式控制装置的谐振直流/交流转换器系统的电路示意图；

图5(a)是显示一依据本发明构想的第一较佳实施例中该混合式控制装置的方块图；

图5(b)是显示一依据本发明构想的第二较佳实施例中该混合式控制装置的方块图；

图6是显示依据本发明构想的一改变频率与相位角的控制方法的混合式变频与移相控制的时序图；

图7是显示一依据本发明构想的第一与第二较佳实施例中该混合式控制装置的该错误信号产生装置的电路示意图；以及

图8是显示如图7所示的各关键点的波形图。

具体实施方式

下面以谐振转换器中的LLC谐振直流/直流与另一直流/交流谐振转换器为例说明本发明所提出的方法。

图4(a)所示为一依据本发明构想的第一较佳实施例的具有混合式控制装置的LLC谐振直流/直流转换器系统的电路示意图。该具有混合式控制装置的LLC谐振直流/直流转换器系统1包含一全桥式直流/交流切换装置11、一谐振电路12、一变压器Tr、一整流器13、一混合式控制装置14、一输出电容C_o与一负载R_o，用于接收一直流输入电压V_in与产生一直流输出电压V_o。该全桥式直流/交流切换装置11包括一第一开关Q₁，并联电连接于一第一二极管D₁与一第一电容C₁；一第二开关Q₂，并联电连接于一第二二极管D₂与一第二电容C₂；一第三开关Q₃，并联电连接于一第三二极管D₃与一第三电容C₃；以及一第四开关Q₄，并联电连接于一第四二极管D₄与一第四电容C₄。该混合式控制装置14包括一电流传感器141、一电压传感器142、一错误信号产生装置143，以及一相位角与频率调变器144。其中开关Q₁与Q₃以及开关Q₂和Q₄构成了两个桥臂，当采用改变频率来控制时，开关Q₁与Q₄的驱动信号和其互补信号：开关Q₃和Q₂的驱动信号各以接近50％的占空比进行开关动作。在两桥臂的中点a与b上串联连接着谐振槽电路-谐振电感Ls(i_LS为流经L_s的电流)、谐振电容Cs以及变压器Tr的一次侧，而激磁电感Lm则与变压器Tr的一次侧并联。变压器Tr的二次侧采用中心抽头结构，利用该整流器13的两个二极管D₅与D₆进行一全波整流，其输出则直接采用输出电容Co进行滤波稳压。

图4(b)所示为一依据本发明构想的第二较佳实施例的具有混合式控制装置的谐振直流/交流转换器系统的电路示意图。该具有混合式控制装置的谐振直流/交流转换器系统2包含一全桥式直流/交流切换装置11、一谐振电路12、一变压器Tr、一混合式控制装置21、一安定器电容C_b与一荧光灯L_p，用于接收一直流输入电压V_in与产生一交流输出电压(未显示)。该混合式控制装置21包括一电流传感器211与一电压传感器212、一错误信号产生装置143，以及一相位角与频率调变器144。

图5(a)是显示一依据本发明构想的第一较佳实施例中该混合式控制装置的方块图。其中除该混合式控制装置14所包括的该电流传感器141、该电压传感器142、该错误信号产生装置143与该相位角与频率调变器144以外，更显示该错误信号产生装置143包括一电流调节器1431、一电压调节器1432、一参考电压调节器1433与一第一光耦合装置1434以及该相位角与频率调变器144包括一第二光耦合装置1441、一频率调变器1442、一脉宽调变器1443、一压控振荡器1444、一相位差产生器1445、一第一驱动器1446、一第三驱动器1447、一第四驱动器1448与一第二驱动器1449。

图5(b)是显示一依据本发明构想的第二较佳实施例中该混合式控制装置的方块图。其中除该混合式控制装置21所包括的该电流传感器211与该电压传感器212以外，其余结构与运作原理均与图5(a)中所示者相同。

如图5(a)所示，其为一种实现图3所示的控制方法的依据本发明构想的第一较佳实施例中该混合式控制装置14的方块图。该错误信号产生装置143中采用两个调节器，一为电压调节器1432，接收该直流输出电压信号的采样信号Vo以及一参考电压V_ref，从而产生一电压调节信号；另外一个为电流调节器1433，接收该直流输出电流的采样信号I_o以及一参考电流I_ref从而产生一电流调节信号。两个调节器输出信号采用一与运算(AND operation)的方式得到一最终调节器输出信号E(其为一错误信号)。正常情况下，电压调节器输出信号为最终调节器输出信号E；而在限流状态下，电流调节器输出信号为最终调节器输出信号E。该最终调节器输出信号E通过光耦合电路传至变压器Tr的一次侧作为频率调变器1442和脉宽调变器1443的输入。其中，频率调变器1442用于控制后级的压控振荡器1444的频率，该频率决定了相位差产生器1445以及整个电路的工作频率。而脉宽调变器1443用于控制相位差产生器1445的相位角。相位差产生器1445根据前面所述的相位角的角度和频率关系输出一信号用于驱动图4(a)中该谐振直流/直流转换器(其为一LLC-SRC)的全桥式直流/交流切换装置11的各开关Q₁～Q₄。其核心在于频率调变器1442和脉宽调变器1443共用最终调节器输出信号E，这样可以保证频率和占空比之间的关系，并容易实现改变频率加移相控制与单纯改变频率控制之间的平滑转换。由于采用的是闭回路(close-loop)启动方法，因此有一同步信号会由Tr的一次侧经由第一光耦合装置1434至参考电压调节器1433。在接受到同步信号之后，参考电压调节器1433将产生一个原先设定的启动电压波形，迫使输出电压跟踪该设定的启动电压波形，从而使转换器在不同的负载条件下都能够输出同一启动波形。

为了解使谐振转换器较容易达到较低的电压增益同时解决在低电压增益下的损耗过大问题，本发明提出了一种混合式控制的方法。如图3所示，该混合式控制方法包含了两个控制阶段：在电压增益相对较高时(此时频率相对较低)采用单纯的改变频率控制方法；在电压增益相对较低时(此时频率相对较高)采用移相加改变频率的控制方法。当然，在电压增益相对较低时也可以采用单纯的移相控制方法。除此之外，谐振转换器也有可能仅采用了移相加改变频率或者单纯的移相控制方法后就从非正常状态进入正常工作状态，也即该混合式控制方法仅包含了一种工作模式：采用了移相加改变频率或者单纯的移相控制方法。以LLC谐振转换器为例，当LLC谐振转换器工作在限流或者启动状态下时，该LLC谐振转换器的电压增益一般都比较低，而其工作频率也比较高，一般会大于谐振频率，此时电路由LLC谐振退化至LC谐振。图6所示即为移相加改变频率的控制方法在图4(a)所示的LLC谐振转换器(LLC-SRC)上的应用。两个桥臂上的开关Q₁与Q₃以及开关Q₂与Q₄为互补导通，而开关Q₁与Q₄不再同时导通，而是错开了一定的相位角(从而产生了一相位差)，t₁至t₄时段与二分之一周期之比定义为相位角。在t₀至t₁时段，开关Q₁与Q₄导通，开关Q₂与Q₃关断。该时段与周期之比定义为两桥臂中点电压u_ab的占空比(Ds)。在该时段中，i_LS为谐振上升，谐振电容Cs与谐振电感Ls谐振并向变压器Tr的二次侧输送能量。在t₁时刻，开关Q₁关断，i_LS将会对开关Q₃的寄生电容C₃进行放电，同时对开关Q₁的寄生电容C₁充电，直至t2时刻。此时开关Q₁两端的电压上升至输入电压V_in而开关Q₃两端的电压降为0。之后开关Q₃的反向并联二级体D₃导通。谐振电容Cs与谐振电感Ls谐振并继续向变压器Tr的二次侧输送能量。在t₃时刻，开关Q₃导通，此时开关Q₃为零电压导通，谐振电容Cs与谐振电感Ls继续谐振。t₄时刻关闭开关Q₄，此时电流仍然为正，将会对开关Q₂的寄生电容C₂放电并对开关Q₄的寄生电容C₄充电，直至t₅时刻，开关Q₂的反向并联二极管D₂导通。在t₆时刻即可开启开关Q₂，实现开关Q₂的零电压导通。此时，谐振电感Ls，谐振电容Cs以及变压器Tr在输入电压V_in的作用下谐振使得电流i_LS将逐渐减小并变为负值，由此开始了另外半周的工作过程。由图6可以看出两个桥臂Q₁和Q₃以及Q₂和Q₄的中点a与b之间的电压u_ab为一准方波，在这里只考虑u_ab的一次谐波u_ab1。由于工作频率大于谐振频率，因此Ls与Cs串联后的阻抗呈现电感特性，变压器Tr的一次侧电流i_LS滞后于u_ab1一定的相位角度θ，该相位角θ越大，则占空比DS越小。

移相控制可以获得柔性切换(soft-switching)，通过加大相位角度来减小电压增益，从而在相同增益条件下使用相对单纯的频率控制方法以获得较小的工作频率。在LLC移相控制中，能否实现变压器Tr的一次侧开关的零电压切换，取决于变压器Tr的一次侧电流的大小以及滞后于桥臂电压的角度。当相位角度越大时，为了能够实现柔性切换，所要求的电流滞后于桥臂电压的角度则越大，这时就必须加大工作频率。所以改变频率和改变相位角是相辅相成的：改变频率是了实现更小的占空比，而改变相位角是了尽量减少频率的增加。一般来说，同一输入、输出条件下有一组工作频率与相位角度均可满足要求，但是由于实现柔性切换的条件以及所需的工作频率不一样，损耗也不一样。让转换器的开关频率与相位角度沿着最低损耗点变换是最佳的。为了简化控制设计，也可以将该曲线简化为一直线。如前所述，图3所示为转换器开关频率与两桥臂中点电压u_ab占空比DS的对应关系图，采用的是线性控制频率和相位角，这样采用比例控制频率和相位角的方法比较容易实现，可以减少控制复杂度。

图7为实现图5(a)-图5(b)中所述该错误信号产生装置的电路示意图。其中该第二光耦合装置1441包括一第一电阻R₁、一二电阻R₂、一第三电阻R₃与一光耦合器14411。该第二光耦合装置1441接收最终调节器输出信号E并输出一信号F作为该频率调变器1442与该脉宽调变器1443的输入。其中该频率调变器1442是采用比例放大器实现，包括一第四电阻R₄、一第五电阻R₅与一第一运算放大器14421。该脉宽调变器1443也采用了比例放大器，包括一第六电阻R₆、一第七电阻R₇与一第二运算放大器14431。考虑到只有部分频段会使用到改变占空比，故通过适当的电压放大倍数及其参考电压的设计，在低频率段使该脉宽调变器1443进入饱和来获得最大的占空比输出。同样地，采用箝制电压的方法也可以达到相同的效果。压控振荡器1444接收频率调变器1442的输出并产生两输出信号G与H，其中G为一三角波信号，而H为一与三角波信号G同频的脉波信号。压控振荡器1444与相位差产生器1445的部分输出共同决定了四个输出信号I、J、K与L的相位角与频率。其中该相位差产生器1445包括一第三比较器14451、一第一拴锁14452、一第一与门14453、一第二拴锁14454与一第二与门14455。

图8为图7所示的具体实现电路的一些关键点波形(包括H、P、M、I、J、N、O、K与L)。其中G为一三角波信号，而H为一与三角波信号G同频的脉波信号。H作为I与J两路输出的该第一拴锁14452的时钟输入，因此I与J的输出为互补信号，频率是H信号的一半。脉宽调变器1443的输出P与三角波信号G比较后作为相位角度的参考，送入该第二拴锁14454，利用S和R两控制端产生和I与J有相位差宽度为M且具有有相对较低信号宽度的两路相位差信号，即K与L。

由上述的说明可知，本发明在于提供一种具有相对较佳效率的谐振转换器系统，借助调整该转换器的一相位角与一频率，以使谐振型转换器系统在工作于一非正常状态时，较容易达到一相对较低的电压增益与具有一相对较低的损耗等优点。另外，本发明也在于提供一种具有相对较佳效率的谐振直流/交流转换器，借助调整该转换器的一相位角与一频率，以使谐振型转换器在工作于一非正常状态时，较容易达到一相对较低的电压增益与具有一相对较低的损耗等优点。

Claims (11)

1.一种谐振转换器系统，包含：

一全桥式谐振转换器，用于接收一输入电压与输出一输出电压；以及

一混合式控制装置，耦合于该谐振转换器，用于产生一驱动信号，且当该谐振转换器工作于一启动状态或一限流状态的非正常状态时，据以调整该谐振转换器的一相位角与一频率，以达到低的电压增益与具低的损耗。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

该谐振转换器是一直流/直流谐振转换器与一直流/交流谐振转换器两者其中之一。

3.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于该谐振转换器包含一全桥式切换装置，该全桥式切换装置包含：

一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端以及一第二输出端，用于接收该输入电压及输出一第一交流输出电压；

一第一功率开关组件，包括：

一第一功率开关，具有一第一端、一第二端与一控制端，其中该第一端耦合于该第一输入端，且该第二端耦合于该第一输出端；以及

一第一二极管，具有一阳极与一阴极，其中该阳极耦合于该第一功率开关该第二端，且该阴极耦合于该第一功率开关该第一端；

一第二功率开关组件，包括：

一第二功率开关，具有一第一端、一第二端与一控制端，其中该第一端耦合于该第一功率开关的该第一端，且该第二端耦合于该第二输出端；以及

一第二二极管，具有一阳极与一阴极，其中该阳极耦合于该第二功率开关的该第二端，且该阴极耦合于该第二功率开关的该第一端；

一第三功率开关组件，包括：

一第三功率开关，具有一第一端、一第二端与一控制端，其中该第一端耦合于该第一功率开关的该第二端，且该第二端耦合于该第二输入端；以及

一第三二极管，具有一阳极与一阴极，其中该阳极耦合于该第三功率开关的该第二端，且该阴极耦合于该第三功率开关的该第一端；以及

一第四功率开关组件，包括：

一第四功率开关，具有一第一端、一第二端与一控制端，其中该第一端耦合于该第二输出端，且该第二端耦合于该第三功率开关的该第二端；以及

一第四二极管，具有一阳极与一阴极，其中该阳极耦合于该第四功率开关的该第二端，且该阴极耦合于该第四功率开关的该第一端，

其中该驱动信号包括一第一至一第四闸驱动信号，该第一至该第四功率开关的这些控制端皆耦合于该混合式控制装置，且分别用于接收该第一至该第四闸驱动信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于该谐振转换器为一全桥式LLC谐振直流/直流转换器，还包括：

一LLC谐振电路，耦合于该全桥式切换装置该第一输出端与该第二输出端，用于产生一谐振；

一变压器，用于接收该第一交流输出电压与输出一第二交流输出电压，包括：

一一次侧线圈，具有一第一端与一第二端；以及

一二次侧线圈，其中该一次侧线圈的该第一端耦合于该LLC谐振电路，且该一次侧线圈的该第二端耦合于该全桥式切换装置；

一整流器，耦合于该二次侧线圈的该第一端与该第二端，用于接收该第二交流输出电压；以及

一输出电容耦合于该整流器，且输出一直流输出电压，其中：

该整流器是一半桥式整流器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于该LLC谐振电路包括：

一谐振电容，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该切换装置的该第一输出端；

一谐振电感，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该谐振电容的该第二端；以及

一激磁电感，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该谐振电感的该第二端，该第二端耦合于该切换装置的该第二输出端，且该激磁电感并联电连接于该一次侧线圈。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于该混合式控制装置包括：

一电流传感器，耦合于该谐振转换器，用以产生一感测电流；

一电压传感器，耦合于该谐振转换器，用以产生一感测电压；

一错误信号产生装置，用于接收该感测电流、该感测电压及产生一错误信号；以及

一相位角与频率调变器，用于接收该错误信号与产生该第一至该第四闸驱动信号，其中：

该错误信号产生装置包括：

一光耦合装置，用于传送一同步信号；

一参考电压调节器，用于接收该经传送的同步信号及产生一参考电压；

一电流调节器，用于接收该感测电流与一参考电流及产生一电流调节信号；以及

一电压调节器，用于接收该感测电压与该参考电压及产生一电压调节信号，

其中该电流调节信号与该电压调节信号经一与运算后产生该错误信号；或

该相位角与频率调变器包括：

一光耦合装置，用于接收与传送该错误信号；

一频率调变器，用于接收该经传送的错误信号与产生一频率调变信号；

一脉宽调变器，用于接收该经传送的错误信号与产生一脉宽调变信号；

一压控振荡器，用于接收该频率调变信号与产生一振荡信号；

一相位差产生器，用于接收该频率调变信号与该振荡信号及产生一第一至一第四输出信号与该同步信号，其中该振荡信号包括一三角波信号与一脉波信号；以及

一第一至一第四驱动器，分别用于接收该第一至该第四输出信号与产生该第一至该第四闸驱动信号，而该光耦合装置具一第一、一第二与一第三输入端、一输出端及一接地端，且还包括：

一光耦合器，具有一第一与一第二输入端及一第一与一第二输出端，其中该第一输入端耦合于该光耦合装置的该第一输入端，用于接收该错误信号，且该第一输出端耦合于该光耦合装置的该输出端，用于输出该经传输的错误信号；

一第一电阻，具有一第一与一第二端，该第一端耦合于该光耦合装置的该第二输入端，且该第二端耦合于该光耦合器的该第二输入端；

一第二电阻，具有一第一与一第二端，该第一端耦合于该光耦合装置的该第三输入端，且该第二端耦合于该光耦合器的该第一输出端；以及

一第三电阻，具有一第一与一第二端，并联电连接于该光耦合器的该第一与该第二输出端，且该第二端耦合于该接地端，

该频率调变器包括：

一第四电阻，具有一第一与一第二端，其中该第一端用于接收该经传输的错误信号；

一第五电阻，具有一第一与一第二端，该第一端耦合于该第四电阻的该第二端；以及

一第一运算放大器，具有一正向输入端与一负向输入端及一输出端，其中该负向输入端耦合于该第五电阻的该第一端，且该输出端耦合于该第五电阻的该第二端，用于输出该频率调变信号；

该脉宽调变器包括：

一第六电阻，具有一第一与一第二端，其中该第一端用于接收该经传输的错误信号；

一第七电阻，具有一第一与一第二端，该第一端耦合于该第六电阻的该第二端；以及

一第二运算放大器，具有一正向输入端与一负向输入端及一输出端，其中该负向输入端耦合于该第七电阻的该第一端，且该输出端耦合于该第七电阻的该第二端，用于输出该脉宽调变信号；

且该相位差产生器包括：

一比较器，具有一正向输入端与一负向输入端及一输出端，其中该正向输入端用于接收该三角波信号，该负向输入端用于接收该脉宽调变信号；

一第一拴锁，具有一第一、一第二、一第三与一第四输入端及一第一与一第二输出端，其中该第一输入端用于接收该第三输出信号，该第二输入端用于接收该脉波信号，该第三与该第四输入端耦合于该接地端，且该第一与该第二输出端分别用于输出该第一与该第三输出信号；

一第一与门，具有一第一与一第二输入端及一输出端，其中该第一输入端用于接收该第一输出信号，且该第二输入端耦合于该比较器的该输出端；

一第二拴锁，具有一第、一第二、一第三与一第四输入端及一第一与一第二输出端，其中该第一与该第二输入端耦合于该接地端，该第三输入端耦合于该第一与门的该输出端，且该第一与该第二输出端分别用于输出该第四与该第二输出信号；以及

一第二与门，具有一第一与一第二输入端及一输出端，其中该第一输入端耦合于该比较器的该输出端，该第二输入端用于接收该第三输出信号，且该输出端耦合于该第二拴锁的该第四输入端。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于该谐振转换器为一谐振直流/交流转换器，包括：

一变压器，包括：

一二次侧线圈，具有一第一端与一第二端，其中该二次侧线圈的该第一端耦合于该混合式控制装置；以及

一负载，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该混合式控制装置且该第二端耦合于该二次侧线圈的该第二端，该负载还包括：

一电容器，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该混合式控制装置；以及

一荧光灯，具有一第一端与一第二端，其中该第一端耦合于该安定器电容的该第二端，且该第二端耦合于该二次侧线圈的该第二端。

8.一种用于一谐振转换器系统的控制方法，其特征在于该谐振转换器系统包括一全桥式切换装置以及一混合式控制装置，耦合于该切换装置，该方法包含下列的步骤：

(a)使该切换装置接收一输入电压与输出一第一输出电压；以及

(b)借助该混合式控制装置产生一第一至一第四驱动信号，且据以调整该切换装置的一相位角或者该相位角与一频率，以使该谐振转换器在工作于一启动状态或一限流状态的非正常状态时，达到低的电压增益与具损耗。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于该谐振转换器系统还包括一变压器以及一整流器，其中该变压器接收该第一输出电压与输出一第二输出电压，且该整流器耦合于该变压器与该混合式控制装置，并接收该第二输出电压与输出一直流输出电压，而该混合式控制装置包括一电流传感器与一电压传感器，该两传感器均耦合于该整流器的一输出端，且用于产生检测电流与检测电压。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于该步骤(b)包括下列的步骤：

(b1)当该电压增益小于一预定值时，使该控制装置运作于一移相加改变频率工作模式并依据该第一至该第四驱动信号改变该全桥式切换装置的该相位角或者该相位角与该频率，以使该切换装置的一第一开关与一第四开关以及一第二开关与一第三开关间分别产生一相位差；及

(b2)当该电压增益大于或等于一预定值时，使该控制装置运作于一改变频率工作模式并依据该第一至该第四驱动信号改变该频率。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于该步骤(b)包括下列的步骤：

(b1)当该频率大于一预定值时，使该控制装置运作于一移相加改变频率工作模式并依据该第一至该第四驱动信号改变该全桥式切换装置的该相位角或者该相位角与该频率，以使该切换装置的一第一开关与一第四开关以及一第二开关与一第三开关间分别产生一相位差；及

(b2)当该频率小于或等于一预定值时，使该控制装置运作于一改变频率工作模式并依据该第一至该第四驱动信号改变该频率。

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