CN108736727B - 电源转换器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

电源转换器包含原边切换电路、谐振电路、变压器、副边整流电路以及处理电路。原边切换电路包含多个开关，用以根据切换频率切换开关的启闭，以将直流输入电压转换为交流信号。谐振电路电性连接于原边切换电路，用以接收交流信号以提供谐振电流。变压器的原边绕组电性连接于谐振电路。副边整流电路电性连接于变压器的副边绕组，用以对副边绕组输出的副边交流信号进行整流并输出一输出电压。处理电路于相应的开关关断时自电流检测电路接收关断电流检测信号，并根据关断电流检测信号调整切换频率。

Description

电源转换器及其控制方法
技术领域
本揭示内容关于一种电源转换器，且特别是关于一种谐振式的电源转换器。
背景技术
LLC谐振转换器可通过频率调变的方式达到稳定的输出电压。近来，由于LLC谐振转换器适合宽范围输入电压与大功率输出，被广泛应用于太阳能光伏发电等再生能源供电系统当中。
然而，当LLC谐振转换器的工作频率过高或过低时，容易提高电路上的切换损失或导通损失，进而导致系统整体的损耗提升，降低转换效率。因此，如何进行LLC谐振转换器的频率控制，以将工作频率控制在理想的工作点附近，为当前相关领域重要的研究课题。
发明内容
本揭示内容的一态样为一种电源转换器。电源转换器包含：一原边切换电路，包含多个开关，该原边切换电路用以根据一切换频率切换该些开关的启闭，以将一直流输入电压转换为一交流信号；一谐振电路，电性连接于该原边切换电路，用以接收该交流信号以提供一谐振电流；一变压器，其中该变压器的一原边绕组电性连接于该谐振电路；一副边整流电路，电性连接于该变压器的一副边绕组，用以对该副边绕组输出的一副边交流信号进行整流并输出一输出电压；以及一处理电路，用以于相应的开关关断时自一电流检测电路接收一关断电流检测信号，并根据该关断电流检测信号调整该切换频率。
在部分实施例中，当该关断电流检测信号大于一第一门槛值时，该处理电路降低该切换频率，其中当该关断电流检测信号等于或小于一第二门槛值时，该处理电路提高该切换频率。
在部分实施例中，该处理电路更用以通过该电流检测电路，于相应的开关关断前检测该谐振电流的变化，并根据该谐振电流的变化调整该切换频率。
在部分实施例中，该处理电路于相应的开关关断前的一第一时刻自该电流检测电路接收一第一电流检测信号，于该第一时刻后的一第二时刻自该电流检测电路接收一第二电流检测信号，以根据该第一电流检测信号与该第二电流检测信号选择性地提高或降低该切换频率。
在部分实施例中，当该第二电流检测信号大于该第一电流检测信号，且该第二电流检测信号与该第一电流检测信号之差大于一门槛值时，该处理电路提高该切换频率。
在部分实施例中，当该第一电流检测信号大于该第二电流检测信号，且该第一电流检测信号与该第二电流检测信号之差小于一门槛值时，该处理电路降低该切换频率。
在部分实施例中，电源转换器更包含一驱动电路，该驱动电路电性连接于该处理电路与该原边切换电路中的该些开关，该处理电路根据该关断电流检测信号计算并输出一脉冲频率调变信号，该驱动电路根据该脉冲频率调变信号分别输出多个驱动信号至该些开关，以根据该切换频率切换该些开关的启闭。
本发明内容的另一态样为一种电源转换器。电源转换器包含：一原边切换电路，包含多个开关，该些开关分别用以根据多个驱动信号选择性地导通或关断，以将一直流输入电压转换为一交流信号；一谐振电路，用以接收该交流信号以提供一谐振电流；一电流检测电路，用以检测该谐振电流并根据该谐振电流输出一电流检测信号；一变压器，包含：一原边绕组，用以自该谐振电路接收一原边交流信号；一副边绕组，用以相应于该原边交流信号输出一副边交流信号；一副边整流电路，用以对该该副边交流信号进行整流并输出一输出电压；以及一处理电路，用以于该些切换信号之一者关断相应的该开关时，根据该电流检测信号控制该些驱动信号的一切换频率。
在部分实施例中，该处理电路于相应的开关关断时自该电流检测电路接收一关断电流检测信号，当该关断电流检测信号大于一第一门槛值时，该处理电路降低该切换频率，当该关断电流检测信号等于或小于一第二门槛值时，该处理电路提高该切换频率。
在部分实施例中，该处理电路更用以于相应的开关关断前的一第一时刻自该电流检测电路接收一第一电流检测信号，于该第一时刻后的一第二时刻自该电流检测电路接收一第二电流检测信号，以根据该第一电流检测信号与该第二电流检测信号选择性地提高或降低该切换频率。
在部分实施例中，当该第二电流检测信号大于该第一电流检测信号，且该第二电流检测信号与该第一电流检测信号之差大于一第一门槛值时，该处理电路提高该切换频率，当该第一电流检测信号大于该第二电流检测信号，且该第一电流检测信号与该第二电流检测信号之差小于一第二门槛值时，该处理电路降低该切换频率。
在部分实施例中，该处理电路更用以于相应的开关关断时根据该电流检测信号判断该切换频率是否调整至该谐振电路的谐振频率。
在部分实施例中，电源转换器，更包含：一驱动电路，电性连接于该处理电路与该原边切换电路中的该些开关；其中该处理电路根据该电流检测信号计算并输出一脉冲频率调变信号，该驱动电路根据该脉冲频率调变信号分别输出该些驱动信号至该些开关。
在部分实施例中，该谐振电路包含彼此串联的一谐振电容单元、一谐振电感单元以及一励磁电感单元，其中该励磁电感单元与该原边绕组彼此并联。
在部分实施例中，该些开关包含：一第一开关，该第一开关的一第一端电性连接于一输入电压源的一正极端，该第一开关的一第二端电性连接于该谐振电路的一第一端；一第二开关，该第二开关的一第一端电性连接于该谐振电路的该第一端，该第二开关的一第二端电性连接于该输入电压源的一负极端；一第三开关，该第三开关的一第一端电性连接于该输入电压源的该正极端，该第三开关的一第二端电性连接于该谐振电路的一第二端；以及一第四开关，该第四开关的一第一端电性连接于该谐振电路的该第二端，该第四开关的一第二端电性连接于该输入电压源的该负极端。
在部分实施例中，该副边整流电路包含：一第一二极管，该第一二极管的一阳极端电性连接于该副边绕组的一第一端，该第一二极管的一阴极端电性连接于一输出电容的一第一端；一第二二极管，该第二二极管的一阳极端电性连接于该输出电容的一第二端，该第二二极管的一阴极端电性连接于该第一二极管的该阳极端；一第三二极管，该第三二极管的一阳极端电性连接于该副边绕组的一第二端，该第三二极管的一阴极端电性连接于该输出电容的该第一端；以及一第四二极管，该第四二极管的一阳极端电性连接于该输出电容的该第二端，该第四二极管的一阴极端电性连接于该第三二极管的该阳极端。
本揭示内容的又一态样为一种电源转换器的控制方法。控制方法包含：通过一电源转换器中的一驱动电路，输出一驱动信号控制该电源转换器中一原边切换电路中相应的开关，以切换该电源转换器中一谐振电路所接收的一交流信号；通过该电源转换器中的一电流检测电路，于相应的开关关断时，检测流经该电源转换器中该谐振电路的一谐振电流，以取得一关断电流检测信号；以及通过该电源转换器中的一处理电路，根据该关断电流检测信号判断该驱动信号的一切换频率是否调整至该谐振电路的谐振频率，并选择性地调整该切换频率。
在部分实施例中，调整该驱动信号的该切换频率包含：当该关断电流检测信号大于一第一门槛值时，通过该处理电路降低该切换频率；以及当该关断电流检测信号等于或小于一第二门槛值时，通过该处理电路提高该切换频率。
在部分实施例中，电源转换器的控制方法更包含：于相应的开关关断前的一第一时刻，通过一电源转换器中的一电流检测电路检测流经该电源转换器中一谐振电路的一谐振电流，以取得一第一电流检测信号；于该第一时刻后，相应的开关关断前的一第二时刻，通过该电流检测电路检测流经该谐振电路的该谐振电流，以取得一第二电流检测信号；以及通过该处理电路，根据该第一电流检测信号与该第二电流检测信号选择性地调整该驱动信号的该切换频率。
在部分实施例中，调整该驱动信号的该切换频率包含：当该第二电流检测信号大于该第一电流检测信号，且该第二电流检测信号与该第一电流检测信号之差大于一第三门槛值时，通过该处理电路提高该切换频率；以及当该第一电流检测信号大于该第二电流检测信号，且该第一电流检测信号与该第二电流检测信号之差小于一第四门槛值时，通过该处理电路降低该切换频率。
附图说明
图1为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器的示意图。
图2为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器操作于过谐振模式时的波形示意图。
图3A、图3B为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器的操作示意图。
图4为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器操作于欠谐振模式时的波形示意图。
图5A、图5B为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器的操作示意图。
图6为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器操作于完全谐振模式时的波形示意图。
图7为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器的控制方法的流程图。
图8为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器的控制方法的流程图。
其中附图标记为：
100 电源转换器
120 原边切换电路
130 电流检测电路
132 电流检测单元
134 整流单元
140 谐振电路
150 处理电路
160 变压器
170 驱动电路
180 副边整流电路
700 控制方法
800 控制方法
S710～S730、S810～S860 步骤
S1～S4 开关
D1～D4 二极管
Cr 谐振电容单元
Lr 谐振电感单元
Lm 励磁电感单元
Np 原边绕组
Ns 副边绕组
Co 输出电容
Vin 直流输入电压
Vo 直流输出电压
Ir 谐振电流
Im 励磁电流
Id1、Id3 电流
PFM 脉冲频率调变信号
CS1～CS4 驱动信号
Sig_I 电流检测信号
T1、T2、T3 时刻
具体实施方式
下文举实施例配合所附图式作详细说明，以更好地理解本揭示内容的态样，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，图式仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。
在全篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。
此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括』、“具有』、“含有』等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。
于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接』或“电性耦接”。“连接』或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。
请参考图1。图1为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器100的示意图。如图1所示，在部分实施例中，电源转换器100包含原边切换电路120、谐振电路140、变压器160、副边整流电路180、电流检测电路130、处理电路150以及驱动电路170。在部分实施例中，电源转换器100可应用于太阳能光伏系统中的直流—直流转换设备，以将太阳能板输出的直流电压转换为适当的电压准位。藉此，后级的逆变器便可将直流电力转换为与电网同频同相的交流电力，实现再生能源与市电的并网。
在结构上，原边切换电路120的输入侧电性连接至输入电压源，用以接收直流输入电压Vin。原边切换电路120的输出侧电性连接至谐振电路140的输入侧，用以输出交流信号至谐振电路140。谐振电路140的输出侧电性连接至变压器160的原边绕组Np。变压器160的副边绕组Ns电性连接至副边整流电路180的输入侧。副边整流电路180的输出侧电性连接至输出电容Co，以提供直流输出电压Vo至后级电路。如此一来，原边切换电路120、谐振电路140、变压器160、副边整流电路180便可形成LLC谐振转换器的电路架构。
此外，如图1所示，电流检测电路130设置于谐振电路140的线路上，以检测流经谐振电路140的谐振电流Ir。举例来说，电流检测电路130可包含电流检测单元132以及整流单元134。在部分实施例中，电流检测单元132可通过霍尔元件实现，但本发明内容并不以此为限。整流单元134电性耦接于电流检测单元132，用以将电流检测单元132所得的检测信号加以整流，以输出电流检测信号Sig_I代表谐振电流Ir的大小。
在结构上，处理电路150电性连接于电流检测电路130。驱动电路170电性连接于处理电路150与原边切换电路120之间。在部分实施例中，处理电路150可包含电压频率转换器(Voltage-To-Frequency Converter)，用以根据电流检测信号Sig_I输出脉冲频率调变(Pulse Frequency Modulation，PFM)信号PFM至驱动电路170。驱动电路170自处理电路150接收脉冲频率调变信号PFM后，便可根据脉冲频率调变信号PFM分别输出多个驱动信号CS1～CS4至原边切换电路120中的开关S1～S4，以根据驱动信号CS1～CS4的切换频率切换开关S1～S4的启闭。藉此，处理电路150便可通过脉冲频率调变信号PFM改变原边切换电路120输出的交流信号的切换频率。在部分实施例中，处理电路150中的电压频率转换器可由各种电路，例如积分器与比较器协同实现，其细节不再于此赘述。
藉此，随着原边切换电路120输出的交流信号的切换频率改变，谐振电路140的阻抗亦随切换频率而变化。如此一来，变压器160原边绕组Np感应到的电动势大小便会随着切换频率的变化而变化，进而经由二次侧的副边绕组Ns与副边整流电路180输出相应的直流输出电压Vo。换言之，直流输出电压Vo可藉由驱动信号CS1～CS4的切换频率进行控制。
具体来说，在不同实施例中，原边切换电路120可通过半桥、全桥或其他类型的切换电路实现。举例来说，在图1所示实施例中原边切换电路120可由全桥电路实现。原边切换电路120包含开关S1、S2、S3、S4。如图所示，在结构上，开关S1的第一端电性连接于输入电压源的正极端。开关S1的第二端电性连接于谐振电路140的第一端。开关S2的第一端电性连接于谐振电路140的第一端。开关S2的第二端电性连接于输入电压源的负极端。开关S3的第一端电性连接于输入电压源的正极端。开关S3的第二端电性连接于谐振电路140的第二端。开关S4的第一端电性连接于谐振电路140的第二端。开关S4的第二端电性连接于输入电压源的负极端。
藉此，当开关S1、S4根据相应的驱动信号CS1、CS4导通，开关S2、S3根据相应的驱动信号CS2、CS3关断时，谐振电路140的第一端电性连接至输入电压源的正极端，谐振电路140的第二端电性连接至输入电压源的负极端。相对地，当开关S1、S4根据相应的驱动信号CS1、CS4关断，开关S2、S3根据相应的驱动信号CS2、CS3导通时，谐振电路140的第一端电性连接至输入电压源的负极端，谐振电路140的第二端电性连接至输入电压源的正极端。如此一来，原边切换电路120便可根据切换频率切换开关S1～S4的启闭，以将直流输入电压Vin转换为责任周期为50％的交流信号传递至谐振电路140。
在部分实施例中，谐振电路140包含谐振电容单元Cr、谐振电感单元Lr以及励磁电感单元Lm。在结构上，谐振电容单元Cr、谐振电感单元Lr以及励磁电感单元Lm彼此串联，励磁电感单元Lm与变压器160的原边绕组Np彼此并联。举例来说，如图1所示，谐振电容单元Cr的第一端电性连接于谐振电路140的第一端，以电性连接于开关S1、S2。谐振电容单元Cr的第二端电性连接于谐振电感单元Lr的第一端。谐振电感单元Lr的第二端电性连接于励磁电感单元Lm的第一端。励磁电感单元Lm的第二端电性连接于谐振电路140的第二端，以电性连接于开关S3、S4，但本发明内容并不以此为限。在部分实施例中，谐振电感单元Lr以及励磁电感单元Lm可分别由变压器160的漏感与磁化电感所构成。在其他实施例中，谐振电容单元Cr、谐振电感单元Lr以及励磁电感单元Lm亦可通过不同方式电性连接以实现LLC谐振电路。
如此一来，与励磁电感单元Lm并联的原边绕组Np便可自谐振电路140接收原边交流信号。副边绕组Ns便可相应于原边交流信号输出副边交流信号至副边整流电路180，使得变压器160实现原边侧与副边侧的能量传递。
在不同实施例中，副边整流电路180可通过半桥、全桥或其他类型的整流电路实现。举例来说，在图1所示实施例中，副边整流电路180可由全桥整流电路实现。副边整流电路180包含二极管D1、D2、D3、D4。如图所示，在结构上，二极管D1的阳极端电性连接于副边绕组Ns的第一端，二极管D1的阴极端电性连接于输出电容Co的第一端。二极管D2的阳极端电性连接于输出电容Co的第二端，二极管D2的阴极端电性连接于二极管D1的阳极端。二极管D3的阳极端电性连接于副边绕组Ns的第二端。二极管D3的阴极端电性连接于输出电容Co的第一端。二极管D4的阳极端电性连接于输出电容Co的第二端，二极管D4的阴极端电性连接于二极管D3的阳极端。
藉此，通过副边整流电路180与输出电容Co对副边绕组Ns感应输出的副边交流信号进行整流与滤波，便可输出直流输出电压Vo。
如此一来，通过上述电路的操作，电源转换器100便可将直流输入电压Vin转换为具有适当电压准位的直流输出电压Vo提供给后级电路。值得注意的是，在部分实施例中，当负载变动使得电源转换器100处于轻载或重载时，若开关S1～S4的切换频率与谐振电路140的谐振频率差异过大时，会导致功率元件额外的损耗，使得电源转换器100的转换效率降低，因此，处理电路150可通过电流检测电路130，于相应的开关S1～S4任一者关断时或者关断前检测谐振电流Ir的大小与其变化，并根据谐振电流Ir于关断时的大小或者关断前检测谐振电流Ir的的变化调整开关S1～S4的切换频率。以下段落将搭配相关图式，针对处理电路150调整开关S1～S4的切换频率的具体操作进行详细说明。
请一并参考图2以及图3A、图3B。图2为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器100操作于过谐振模式时的波形示意图。图3A、图3B为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器100的操作示意图。
如图3A所示，在上半周期，开关S1、S4导通。谐振电流Ir与励磁电流Im之差流入原边绕组Np，并通过变压器160将能量传递至副边绕组Ns，最后经由导通的二极管D1、D4输出电流Id1。
如图3B所示，在下半周期，开关S2、S3导通。谐振电流Ir的流向与上半周期相反，励磁电感单元Lm极性对调。谐振电流Ir与励磁电流Im之差流入原边绕组Np，并通过变压器160将能量传递至副边绕组Ns，最后经由导通的二极管D2、D3输出电流Id3。
当电源转换器100操作于过谐振模式时，各个信号的波形变化如图2所示。由于此时开关S1～S4的切换频率大于谐振电路140的谐振频率，因此在谐振电流Ir的上半周期尚未完成时，控制信号CS1、CS4便从致能准位(如：高准位)切换至禁能准位(如：低准位)，进而先行关断开关S1、S4，使得谐振电流Ir自正弦波波形转为线性下降。在短暂的死区时间后，控制信号CS2、CS3便从禁能准位切换至致能准位，进而导通开关S2、S3并进入下半周期。因此，谐振电流Ir并非完整的正弦波形，而在上半周期与下半周期流经副边整流电路180的电流Id1、Id3也非完整的正弦波波形。
在此模式下，副边整流电路180中的二极管D1～D4为硬开关。当开关S1～S4的切换频率过大时，开关S1～S4于关断时亦会产生较大的损失。
如图2所示，由于在相应的开关S1～S4任一者关断前，谐振电流Ir的正弦波形被中断。因此，于相应的开关S1～S4关断时，谐振电流Ir的大小大于励磁电流Im的大小。藉此，处理电路150可根据公式估算目前电路操作下励磁电流Im的大小，并加上适当的容许误差值作为第一门槛值。若于时刻T3量测到的代表谐振电流Ir的大小的关断电流检测信号Sig_I大于第一门槛值，代表开关S1～S4的切换频率太高，使得谐振电流Ir的正弦波形较早被打断。此时，处理电路150可判断目前切换频率过高，并调整输出至驱动电路170的脉冲频率调变信号PFM以降低切换频率。
此外，在部分实施例中，处理电路150更可通过电流检测电路130侦侧开关S1～S4关断前谐振电流Ir的变化，藉此判断此时开关S1～S4的切换频率是否超出默认的工作频率范围，并输出相应的脉冲频率调变信号PFM降低开关S1～S4的切换频率。
举例来说，处理电路150可于相应的开关S1～S4关断前的第一时刻T1自电流检测电路130接收第一电流检测信号Sig_I，于第一时刻T1后的第二时刻T2自电流检测电路130接收第二电流检测信号Sig_I。如图2所示，谐振电流Ir的正弦波形自最大值降到零的过程中，斜率会持续加大。若于时刻T1、T2分别量测到的电流检测信号Sig_I差异较小，代表开关S1～S4的切换频率太高，使得谐振电流Ir的正弦波形较早被打断。换言之，当第一电流检测信号Sig_I大于第二电流检测信号Sig_I，且第一电流检测信号Sig_I与第二电流检测信号Sig_I之差小于一第三门槛值时，处理电路150可判断目前切换频率过高，并调整输出至驱动电路170的脉冲频率调变信号PFM以降低切换频率。
请一并参考图4以及图5A、图5B。图4为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器100操作于欠谐振模式时的波形示意图。图5A、图5B为根据本揭示内容部分实施例所绘示的电源转换器100的操作示意图。
电源转换器100操作于欠谐振模式时，谐振半周期尚未完成时电源转换器100的操作如图3A、图3B所示，其详细内容以于先前段落中叙述，故于此不再赘述。
另一方面，如图5A所示，在上半周期中，当谐振半周期完成后，谐振电流Ir与励磁电流Im一致，此时没有电流流经原边绕组Np。此时副边整流电路180中的二极管D1～D4未提供电流路径，后级电路所需的能量由输出电容Co提供。
相似地。如图5B所示，在下半周期中，当谐振半周期完成后，谐振电流Ir与励磁电流Im一致，此时亦没有电流流经原边绕组Np。此时副边整流电路180中的二极管D1～D4亦未提供电流路径，后级电路所需的能量同样由输出电容Co提供。
当电源转换器100操作于欠谐振模式时，各个信号的波形变化如图4所示。由于此时开关S1～S4的切换频率小于谐振电路140的谐振频率，因此在谐振电流Ir的上半周期完成时，控制信号CS1、CS4仍维持在致能准位(如：高准位)，尚未切换至禁能准位(如：低准位)。如此一来，谐振电流Ir便会与励磁电流Im的波形重合并逐渐抬升。直到控制信号CS1、CS4切换至禁能准位，并经过短暂的死区时间后，控制信号CS2、CS3方从禁能准位切换至致能准位，进而导通开关S2、S3并进入下半周期。因此，流经副边整流电路180的电流Id1、Id3分别在上半周期和下半周期内包含一段半个正弦波以及一段截止时间，而在开关S1～S4关断前，谐振电流Ir持续上升。在此模式下，在副边整流电路180截止的期间，原边电路由于存在循环电流导致较大的导通损失。
因此，于相应的开关S1～S4关断时，谐振电流Ir的大小约等于或小于励磁电流Im之值。藉此，处理电路150可可根据公式估算目前电路操作下励磁电流Im的大小，作为第二门槛值。若于时刻T3量测到的代表谐振电流Ir的大小的关断电流检测信号Sig_I等于或小于第二门槛值，代表开关S1～S4的切换频率太低，使得电源转换器100操作于欠谐振模式。此时，处理电路150便可判断目前切换频率过低，并调整输出至驱动电路170的脉冲频率调变信号PFM以提高切换频率。
换言之，如图2～图5A、图5B所示，处理电路150可用以通过电流检测电路130，于相应的开关S1～S4关断时(如：第三时刻T3)自电流检测电路130接收关断电流检测信号Sig_I，并根据关断电流检测信号Sig_I判断切换频率是否调整至谐振电路140的谐振频率，并根据关断电流检测信号Sig_I调整切换频率。
此外，如图4所示，由于在相应的开关S1～S4任一者关断前，谐振电流Ir持续抬升。因此，处理电路150亦可以通过电流检测电路130侦侧开关S1～S4关断前谐振电流Ir的变化，据以判断此时开关S1～S4的切换频率是否低于默认的工作频率范围，并通过处理电路150输出相应的脉冲频率调变信号PFM提高开关S1～S4的切换频率。
与先前段落所述相似，处理电路150可于相应的开关S1～S4关断前的第一时刻T1自电流检测电路130接收第一电流检测信号Sig_I，于第一时刻T1后的第二时刻T2自电流检测电路130接收第二电流检测信号Sig_I。当第二电流检测信号Sig_I大于第一电流检测信号Sig_I，且第二电流检测信号Sig_I与第一电流检测信号Sig_I之差大于一第四门槛值时，处理电路150可判断谐振电流Ir持续抬升，电源转换器100操作于欠谐振模式且切换频率过低，并调整输出至驱动电路170的脉冲频率调变信号PFM以提高切换频率。
综上所述，通过于相应的开关S1～S4任一者关断前检测原边侧谐振电流Ir的变化，处理电路150可根据第一电流检测信号Sig_I与第二电流检测信号Sig_I选择性地提高或降低切换频率，使得原边切换电路的开关S1～S4操作在谐振频率附近，避免过高或过低的切换频率导致系统整体损失提高，降低电源转换器100的转换效率。
请参考图6。图6为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器100操作于完全谐振模式时的波形示意图。如图6所示，当切换频率接近或恰好等于谐振频率时，在上半周期与下半周期中，各完整包含一个谐振半周期。在开关S1～S4进行切换时，谐振电流Ir约等于励磁电流Im，副边整流电路180输出的电流Id1、Id3约降为零。此时电源转换器100的转换效率最高。
在部分实施例中，处理电路150更可用以通过电流检测电路130，于相应的开关S1～S4关断时(如：第三时刻T3)自电流检测电路130接收关断电流检测信号Sig_I，并根据关断电流检测信号Sig_I判断切换频率是否调整至谐振电路140的谐振频率。
如图6所示，电源转换器100操作于完全谐振模式时，开关S1～S4进行切换当下，谐振电流Ir约等于励磁电流Im。如此一来，处理电路150便可根据元件参数计算励磁电流Im的目标值，并与所检测到的关断电流检测信号Sig_I进行比较。当两者接近时，处理电路150便可判断原边切换电路120的切换频率已调整至接近谐振电路140的谐振频率，并停止继续调整其输出的脉冲频率调变信号PFM。藉此，电源转换器100便可完成频率控制。
综上所述，通过在各个切换周期内检测开关S1～S4关断时的谐振电流Ir大小，或开关S1～S4关断前谐振电流Ir的变化，便可逐步提高或降低开关S1～S4的切换频率，直到处理电路150根据所检测到的谐振电流Ir判断切换频率介于目标的操作区间内，接近或恰好等于谐振频率。
此外，由于在此频率控制的操作中，仅需检测原边侧的谐振电流Ir，因此不需自副边侧回授检测信号，也不需设置额外的隔离电路在原副边之间进行信号传输，因此可简化控制电路设计并降低成本。
请参考图7与图8。图7与图8分别为根据本发明内容部分实施例所绘示的电源转换器100的控制方法700、800的流程图。为方便及清楚说明起见，下述控制方法700、800是配合图1～图6所示实施例进行说明，但不以此为限，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明内容的精神和范围内，当可对作各种更动与润饰。如图7所示，控制方法700包含步骤S710、S720以及S730。
首先，在步骤S710中，电源转换器100通过电源转换器100中的驱动电路170，输出驱动信号CS1～CS4控制原边切换电路120中相应的开关S1～S4，以切换谐振电路140所接收的交流信号。
接着，在步骤S720中，电源转换器100于相应的开关S1～S4关断时，通过电流检测电路130检测流经谐振电路140的谐振电流Ir，以取得关断电流检测信号Sig_I。
接着，在步骤S730中，电源转换器100通过电源转换器100中的处理电路150，根据关断电流检测信号Sig_I判断驱动信号CS1～CS4的切换频率是否调整至谐振电路140的谐振频率，并选择性地调整切换频率。
具体来说，在部分实施例中，当关断电流检测信号Sig_I大于一第一门槛值时，电源转换器100通过处理电路150降低切换频率。当关断电流检测信号Sig_I等于或小于第二门槛值时，电源转换器100通过处理电路150提高切换频率。
在部分实施例中，电源转换器100更可通过检测开关关断前谐振电流Ir的变化以调整切换频率。如图8所示，控制方法800包含步骤S810、S820、S830、S840、S850以及S860。
首先，在步骤S810中，电源转换器100于相应的开关S1～S4关断前的第一时刻T1，通过电流检测电路130检测流经谐振电路140的谐振电流Ir，以取得第一电流检测信号Sig_I。
接着，在步骤S820中，电源转换器100于第一时刻T1后，相应的开关S1～S4关断前的第二时刻T2，通过电流检测电路130检测流经谐振电路140的谐振电流Ir，以取得第二电流检测信号Sig_I。
接着，在步骤S830中，电源转换器100于第三时刻T3，通过电源转换器100中的驱动电路170，输出驱动信号CS1～CS4控制原边切换电路120中相应的开关S1～S4，以切换谐振电路140所接收的交流信号。
接着，在步骤S840中，电源转换器100通过处理电路150，根据第一电流检测信号Sig_I与第二电流检测信号Sig_I选择性地调整驱动信号CS1～CS4的切换频率。
具体来说，在部分实施例中，当第二电流检测信号Sig_I大于第一电流检测信号Sig_I，且第二电流检测信号Sig_I与第一电流检测信号Sig_I之差大于第三门槛值时，在步骤S840中，处理电路150提高驱动信号CS1～CS4的切换频率。
另一方面，当第一电流检测信号Sig_I大于第二电流检测信号Sig_I，且第一电流检测信号Sig_I与第二电流检测信号Sig_I之差小于第四门槛值时，处理电路150降低驱动信号CS1～CS4的切换频率。
在部分实施例中，调整驱动信号CS1～CS4的切换频率包含：由处理电路150根据第一电流检测信号Sig_I与第二电流检测信号Sig_I计算并输出脉冲频率调变信号PFM；以及由驱动电路170接收脉冲频率调变信号PFM，并根据脉冲频率调变信号PFM输出驱动信号CS1～CS4，以调整驱动信号CS1～CS4的切换频率。
接着，在步骤S850中，电源转换器100于第三时刻T3，通过电流检测电路130检测流经谐振电路140的谐振电流Ir，以取得关断电流检测信号Sig_I。
最后，在步骤S860中，电源转换器100通过处理电路150，根据关断电流检测信号Sig_I判断驱动信号CS1～CS4的切换频率是否调整至谐振电路140的谐振频率。
所属技术领域具有通常知识者可直接了解此控制方法700、800如何基于上述多个不同实施例中的电源转换器100以执行该等操作及功能，故不再此赘述。
虽然本文将所公开的方法示出和描述为一系列的步骤或事件，但是应当理解，所示出的这些步骤或事件的顺序不应解释为限制意义。例如，部分步骤可以以不同顺序发生和/或与除了本文所示和/或所描述的步骤或事件以外的其他步骤或事件同时发生。另外，实施本文所描述的一个或多个态样或实施例时，并非所有于此示出的步骤皆为必需。此外，本文中的一个或多个步骤亦可能在一个或多个分离的步骤和/或阶段中执行。
虽然本揭示内容已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本揭示内容，任何熟习此技艺者，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (17)

1.一种电源转换器，包含：
一原边切换电路，包含多个开关，该原边切换电路用以根据一切换频率切换该些开关的启闭，以将一直流输入电压转换为一交流信号；
一谐振电路，电性连接于该原边切换电路，用以接收该交流信号以提供一谐振电流；
一变压器，其中该变压器的一原边绕组电性连接于该谐振电路；
一副边整流电路，电性连接于该变压器的一副边绕组，用以对该副边绕组输出的一副边交流信号进行整流并输出一输出电压；以及
一处理电路，用以于相应的开关关断时自一电流检测电路接收一关断电流检测信号，其中，根据检测的该谐振电流来获取该关断电流检测信号，并根据该关断电流检测信号调整该切换频率；
当该关断电流检测信号大于一第一门槛值时，该处理电路降低该切换频率，其中当该关断电流检测信号等于或小于一第二门槛值时，该处理电路提高该切换频率。
2.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该处理电路更用以通过该电流检测电路，于相应的开关关断前检测该谐振电流的变化，并根据该谐振电流的变化调整该切换频率。
3.如权利要求2所述的电源转换器，其特征在于，该处理电路于相应的开关关断前的一第一时刻自该电流检测电路接收一第一电流检测信号，于该第一时刻后的开关关断前的一第二时刻自该电流检测电路接收一第二电流检测信号，以根据该第一电流检测信号与该第二电流检测信号选择性地提高或降低该切换频率。
4.如权利要求3所述的电源转换器，其特征在于，当该第二电流检测信号大于该第一电流检测信号，且该第二电流检测信号与该第一电流检测信号之差大于一门槛值时，该处理电路提高该切换频率。
5.如权利要求3所述的电源转换器，其特征在于，当该第一电流检测信号大于该第二电流检测信号，且该第一电流检测信号与该第二电流检测信号之差小于一门槛值时，该处理电路降低该切换频率。
6.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，更包含一驱动电路，该驱动电路电性连接于该处理电路与该原边切换电路中的该些开关，该处理电路根据该关断电流检测信号计算并输出一脉冲频率调变信号，该驱动电路根据该脉冲频率调变信号分别输出多个驱动信号至该些开关，以根据该切换频率切换该些开关的启闭。
7.一种电源转换器，其特征在于，包含：
一原边切换电路，包含多个开关，该些开关分别用以根据多个驱动信号选择性地导通或关断，以将一直流输入电压转换为一交流信号；
一谐振电路，用以接收该交流信号以提供一谐振电流；
一电流检测电路，用以检测该谐振电流并根据该谐振电流输出一电流检测信号；
一变压器，包含：
一原边绕组，用以自该谐振电路接收一原边交流信号；
一副边绕组，用以相应于该原边交流信号输出一副边交流信号；
一副边整流电路，用以对该副边交流信号进行整流并输出一输出电压；以及
一处理电路，用以于该些驱动信号之一者关断相应的该开关时，根据该电流检测信号控制该些驱动信号的一切换频率；
该处理电路于相应的开关关断时自该电流检测电路接收一关断电流检测信号，当该关断电流检测信号大于一第一门槛值时，该处理电路降低该切换频率，当该关断电流检测信号等于或小于一第二门槛值时，该处理电路提高该切换频率。
8.如权利要求7所述的电源转换器，其特征在于，该处理电路更用以于相应的开关关断前的一第一时刻自该电流检测电路接收一第一电流检测信号，于该第一时刻后的开关关断前的一第二时刻自该电流检测电路接收一第二电流检测信号，以根据该第一电流检测信号与该第二电流检测信号选择性地提高或降低该切换频率。
9.如权利要求8所述的电源转换器，其特征在于，当该第二电流检测信号大于该第一电流检测信号，且该第二电流检测信号与该第一电流检测信号之差大于一第三门槛值时，该处理电路提高该切换频率，当该第一电流检测信号大于该第二电流检测信号，且该第一电流检测信号与该第二电流检测信号之差小于一第四门槛值时，该处理电路降低该切换频率。
10.如权利要求7所述的电源转换器，其特征在于，该处理电路更用以于相应的开关关断时根据该电流检测信号判断该切换频率是否调整至该谐振电路的谐振频率。
11.如权利要求7所述的电源转换器，其特征在于，更包含：
一驱动电路，电性连接于该处理电路与该原边切换电路中的该些开关；
其中该处理电路根据该电流检测信号计算并输出一脉冲频率调变信号，该驱动电路根据该脉冲频率调变信号分别输出该些驱动信号至该些开关。
12.如权利要求7所述的电源转换器，其特征在于，该谐振电路包含彼此串联的一谐振电容单元、一谐振电感单元以及一励磁电感单元，其中该励磁电感单元与该原边绕组彼此并联。
13.如权利要求7所述的电源转换器，其特征在于，该些开关包含：
一第一开关，该第一开关的一第一端电性连接于一输入电压源的一正极端，该第一开关的一第二端电性连接于该谐振电路的一第一端；
一第二开关，该第二开关的一第一端电性连接于该谐振电路的该第一端，该第二开关的一第二端电性连接于该输入电压源的一负极端；
一第三开关，该第三开关的一第一端电性连接于该输入电压源的该正极端，该第三开关的一第二端电性连接于该谐振电路的一第二端；以及
一第四开关，该第四开关的一第一端电性连接于该谐振电路的该第二端，该第四开关的一第二端电性连接于该输入电压源的该负极端。
14.如权利要求7所述的电源转换器，其特征在于，该副边整流电路包含：
一第一二极管，该第一二极管的一阳极端电性连接于该副边绕组的一第一端，该第一二极管的一阴极端电性连接于一输出电容的一第一端；
一第二二极管，该第二二极管的一阳极端电性连接于该输出电容的一第二端，该第二二极管的一阴极端电性连接于该第一二极管的该阳极端；
一第三二极管，该第三二极管的一阳极端电性连接于该副边绕组的一第二端，该第三二极管的一阴极端电性连接于该输出电容的该第一端；以及
一第四二极管，该第四二极管的一阳极端电性连接于该输出电容的该第二端，该第四二极管的一阴极端电性连接于该第三二极管的该阳极端。
15.一种电源转换器的控制方法，其特征在于，包含：
通过一电源转换器中的一驱动电路，输出一驱动信号控制该电源转换器中一原边切换电路中相应的开关，以切换该电源转换器中一谐振电路所接收的一交流信号；
通过该电源转换器中的一电流检测电路，于相应的开关关断时，检测流经该电源转换器中该谐振电路的一谐振电流，以取得一关断电流检测信号；以及
通过该电源转换器中的一处理电路，根据该关断电流检测信号判断该驱动信号的一切换频率是否调整至该谐振电路的谐振频率，并选择性地调整该切换频率；
调整该驱动信号的该切换频率包含：
当该关断电流检测信号大于一第一门槛值时，通过该处理电路降低该切换频率；以及
当该关断电流检测信号等于或小于一第二门槛值时，通过该处理电路提高该切换频率。
16.如权利要求15所述的电源转换器的控制方法，其特征在于，更包含：
于相应的开关关断前的一第一时刻，通过该电流检测电路检测该谐振电流，以取得一第一电流检测信号；
于该第一时刻后，相应的开关关断前的一第二时刻，通过该电流检测电路检测该谐振电流，以取得一第二电流检测信号；以及
通过该处理电路，根据该第一电流检测信号与该第二电流检测信号选择性地调整该驱动信号的该切换频率。
17.如权利要求16所述的电源转换器的控制方法，其特征在于，调整该驱动信号的该切换频率包含：
当该第二电流检测信号大于该第一电流检测信号，且该第二电流检测信号与该第一电流检测信号之差大于一第三门槛值时，通过该处理电路提高该切换频率；以及
当该第一电流检测信号大于该第二电流检测信号，且该第一电流检测信号与该第二电流检测信号之差小于一第四门槛值时，通过该处理电路降低该切换频率。
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