CN113497561A - 谐振电源转换器及其电流合成方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种谐振电源转换器及其电流合成方法。谐振电源转换器包含依序连接的开关电路、谐振腔、变压器、整流电路及电流合成模块。开关电路自输入源接收输入电压，整流电路输出输出电压至负载。电流合成模块包含检测电路、峰值保持电路及计算单元。检测电路检测谐振腔的谐振电容的谐振电容电压。峰值保持电路是电连接于检测电路，以接收谐振电容电压，并获取谐振电容电压的峰值。计算单元是电连接于峰值保持电路，以接收并依据谐振电容电压的峰值、开关频率、输入电压、输出电压及谐振电源转换器的谐振电容值产生合成输出电流。

Description

谐振电源转换器及其电流合成方法
技术领域
本公开涉及一种谐振电源转换器，尤指一种谐振电源转换器及其电流合成方法。
背景技术
为了故障检测或系统监控的目的，大部分的电源供应器需要其输出电流的信息。由于PWM(Pulse Width Modulation)转换器的电流波形为三角波或方波，故可通过检测初级侧的电流来获取输出电流的信息，且易于计算输出电流的平均值。
然而，对于谐振转换器而言，由于其电流波形为具有谐波的正弦曲线，故现有技术上无法直接通过检测初级侧电流来获得输出电流的信息。而若要从输出电流的峰值推导出输出电流的平均值，则其计算过程将极为复杂。
因此，如何发展一种可改善上述先前技术的谐振电源转换器及其电流合成方法，实为目前迫切的需求。
发明内容
本公开的目的在于提供一种谐振电源转换器及其电流合成方法，其是基于谐振电源转换器的输入电压、输出电压、谐振电容电压及谐振电容值来合成谐振电源转换器的输出电流。借此，可避免因噪音或谐波而影响所得的输出电流。
为达上述目的，本公开提供一种谐振电源转换器，包含依序连接的开关电路、谐振腔、变压器、整流电路及电流合成模块。开关电路适用于自输入源接收输入电压，整流电路适用于输出输出电压至负载。电流合成模块包含检测电路、峰值保持电路及计算单元。检测电路是架构于检测谐振腔的一谐振电容的谐振电容电压。峰值保持电路是电连接于检测电路，以接收谐振电容电压，且峰值保持电路是架构于获取谐振电容电压的峰值。计算单元是电连接于峰值保持电路。计算单元是架构于接收谐振电容电压的峰值、开关频率、输入电压、输出电压以及谐振电源转换器的一谐振电容值，并依据谐振电容电压的峰值、开关频率、输入电压、输出电压及谐振电源转换器的谐振电容值产生合成输出电流。
为达上述目的，本公开另提供一种谐振电源转换器的电流合成方法。电流合成方法包含步骤：(a)检测谐振腔的谐振电容上的谐振电容电压；(b)获取谐振电容电压的峰值；以及(c)依据谐振电容电压的峰值、开关频率、输入电压、输出电压及谐振电源转换器的谐振电容，产生合成输出电流。
附图说明
图1是为本公开优选实施例的谐振电源转换器的电路示意图。
图2是为本公开图1的谐振电源转换器的波形示意图。
图3是为本公开优选实施例的谐振电源转换器的电流合成方法的流程示意图。
其中，附图标记说明如下：
11：输入源
12：开关电路
13：谐振腔
14：变压器
15：整流电路
16：滤波电路
17：负载
18：第一驱动器
19：第二驱动器
20：电流合成模块
21：检测电路
22：峰值保持电路
23：调节电路
24：计算单元
231：电压调节器
232：调变器
Vcr：谐振电容电压
Icr：谐振电容电流
Vin：输入电压
Vout：输出电压
Vref：参考电压
Vcr_ph：峰值
Cr：谐振电容
K：效率系数
Iout：输出电流
S1、S2：驱动信号
I：电流
ΔVcr：谐振电容电压的差值
具体实施方式
体现本公开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。应理解的是本公开能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本公开。例如，若是本说明书以下的揭露内容叙述了将一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦包含了可将附加的特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本发明的说明中不同实施例可能使用重复的参阅符号及/或用字，这些重复符号或用字是为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。再者，为了方便描述图式中一元件或特征元件与另一(复数)元件或(复数)特征元件的关系，可使用空间相关用语，例如“在…之下(beneath)”、“在…下面(below)”、“下部的(lower)”、“在…上方(above)”、“上部的(upper)”及类似的用语等，可以理解的是，除了图式所绘示的方位之外，空间相关用语涵盖使用或操作中的装置的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。当一元件被称为“连接”或“耦接”至另一元件时，它可以为直接连接或耦接至另一元件，又或是在其中有一额外元件存在。尽管本揭露的广义范围的数值范围及参数为近似值，但尽可能精确地在具体实例中陈述数值。虽然“第一”、“第二”、“第三”等等用语在权利要求中可用于描述各种元件是可以被理解的，但这些元件不应该被这些用语所限制，且在实施例中被相应地描述的这些元件是用以表达不同的参照编号，这些用语仅是用以区别一个元件与另一个元件，例如，第一元件可以被称为第二元件，且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不偏离实施例的范围。在此所使用的用语“及/或”包含一或多个相关列出的专案的任何或全部组合。此外，数值范围或参数固有地含有在各别测试测量中存在的误差。并且，如本文中出现用语“大约”或“实质上”一般意指在一给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。另一选择为，用语“大约”或“实质上”意味所属领域的技术人员可接受的误差内。除在操作/工作的实例中以外，或除非明确规定，否则本文中所揭露的所有数值范围、量、值及百分比(如本文中所揭露的材料的数量、时间、温度、操作条件、用量的比例及其类似者)，应被理解为在所有实施例中由用语“大约”或“实质上”来修饰。相应地，除非相反地指示，否则本揭露及随附权利要求中陈述的数值参数为可视需要变化的近似值。例如，每一数值参数应至少根据所述的有效数字的数字且借由应用普通舍入原则来解释。范围可在本文中表达为从一个端点到另一端点或在两个端点之间。本文中所揭露的所有范围包含端点，除非另有规定。
图1是为本公开优选实施例的谐振电源转换器的电路示意图。如图1所示，谐振电源转换器包含开关电路12、谐振腔13、变压器14、整流电路15及电流合成模块20。于此实施例中，谐振电源转换器优选但不限于为半桥谐振转换器或全桥谐振转换器。开关电路12、谐振腔13、变压器14及整流电路15是依序连接。开关电路12适用于自输入源11接受输入电压Vin。整流电路15适用于输出输出电压Vout至负载17。谐振腔13是包含串联连接的谐振电感及谐振电容。变压器14可为例如但不限于隔离变压器。
电流合成模块20包含检测电路21、峰值保持电路22及计算单元24。检测电路21是架构于检测谐振腔13的谐振电容上的谐振电容电压Vcr。峰值保持电路22是电连接于检测电路21，以接收谐振电容电压Vcr。峰值保持电路22是架构于获取谐振电容电压Vcr的峰值Vcr_ph。计算单元24是电连接于峰值保持电路22，以接收谐振电容电压Vcr的峰值Vcr_ph。此外，计算单元24适用于接收开关频率Fsw、输入电压Vin、输出电压Vout及谐振电源转换器的谐振电容值Cr。计算单元24是架构于依据峰值Vcr_ph、开关频率Fsw、输入电压Vin、输出电压Vout及谐振电源转换器的谐振电容值Cr产生合成输出电流Iout。借此，可获知谐振电源转换器的输出电流，且上述合成输出电流的过程可防止所合成的输出电流受噪音或谐波影响而产生偏差，其中合成输出电流Iout可用于故障检测和系统监控的目的。
于一些实施例中，检测电路21可通过直接测量谐振电容两端的电压以获取谐振电容电压Vcr。又或者，检测电路21可通过谐振电容电流Icr获取谐振电容电压Vcr，亦即，检测电路21可检测谐振电容上的谐振电容电流Icr，并依据等式(1)将谐振电容电流Icr转换为谐振电容电压Vcr。
Figure BDA0003007911800000051
依据等式(2)，可通过谐振电容电压Vcr获得每开关周期的总电荷转移量，其中ΔQr为每开关周期的总电荷转移量，C为谐振电源转换器的总电容值，ΔVcr为开关周期内的谐振电容电压Vcr的最大值与最小值间的差值。
ΔQr＝CΔVcr (2)
再者，可依据等式(3)获得合成输出电流Iout，其中K为谐振电源转换器的效率系数。
Figure BDA0003007911800000052
于一些实施例中，谐振电源转换器还包含电连接于计算单元24的调节电路23。调节电路23是架构于接收输出电压Vout及参考电压Vref，并输出开关频率Fsw至计算单元24。于一些实施例中，调节电路23包含相互电连接的电压调节器231及调变器232。电压调节器231适用于接收输出电压Vout及参考电压Vref并对两者进行比较，且电压调节器231是架构于依据比较结果输出调节信号。调变器232适用于接受调节信号并对应输出开关频率Fsw。举例而言，调变器232可用以进行数位脉冲宽度调变，但亦不以此为限。
于一些实施例中，电流合成模块20是由至少一微控制单元(MCU，micro controlunit)及数字信号处理器(DSP，digital signal processor)所构成。于一些实施例中，可将调节电路23和电流处理模块20整合为一体。
于一些实施例中，谐振电源转换器还包含第一驱动器18及第二驱动器19。第一驱动器18电连接于开关电路12及电流合成模块20，且第一驱动器18适用于驱动和控制开关电路12。第二驱动器19电连接于整流电路15及电流合成模块20，且第二驱动器19适用于驱动和控制整流电路15。电流合成模块20适用于依据合成输出电流Iout产生第一驱动信号及第二驱动信号。第一驱动器18可接受第一驱动信号，且第一驱动器18适用于依据第一驱动信号驱动开关电路12。第二驱动器19可接受第二驱动信号，且第二驱动器19适用于依据第二驱动信号驱动整流电路15。
于一些实施例中，谐振电源转换器还包含滤波电路16，滤波电路16电连接于整流电路15与负载17之间。滤波电路16适用于对谐振电源转换器的输出进行滤波。
图2是为半桥谐振电源转换器的参数及信号的波形示意图，据此可推得全桥谐振电源转换器的相应波形，故于此省略其波形示意图。如图2所示，图2中是例示了谐振电容电流Icr、谐振电容电压Vcr、开关电路12中的开关的栅极驱动信号S1与S2以及开关电路12中的电流I的波形。应注意的是，开关电路12的栅极驱动信号S1及S2的波形是分别以虚线及实线表示，而开关电路12中的电流I的波形则以点炼线表示。同时，图2中亦示出于一开关周期中，谐振电容电压Vcr的最大值与最小值间的差值ΔVcr。
图3是为本公开优选实施例的谐振电源转换器的电流合成方法的流程示意图。图3所示的电流合成方法可应用于图1所示的谐振电源转换器。如图3所示，电流合成方法包含下列步骤。
首先，于步骤S1中，检测谐振腔13的谐振电容上的谐振电容电压Vcr。于一些实施例中，是检测谐振电容上的谐振电容电流Icr，并将谐振电容电流Icr转换为谐振电容电压Vcr。
接着，于步骤S2中，获取谐振电容电压Vcr的峰值Vcr_ph。
最后，于步骤S4中，依据峰值Vcr_ph、开关频率Fsw、输入电压Vin、输出电压Vout及谐振电源转换器的谐振电容值Cr，产生合成输出电流Iout。
于一些实施例中，电流合成方法还包含步骤S3。于步骤S3中，依据输出电压Vout及参考电压Vref产生开关频率Fsw。于一些实施例中，是依据输出电压Vout及参考电压Vref以产生调节信号，并依据调节信号产生开关频率Fsw。
于一些实施例中，电流合成方法还包含一步骤，此步骤是依据合成输出电流Iout产生第一驱动信号，并依据第一驱动信号驱动开关电路12。于一些实施例中，电流合成方法还包含一步骤，此步骤是依据合成输出电流Iout产生第二驱动信号，并依据第二驱动信号驱动整流电路15。
综上所述，本公开提供一种谐振电源转换器及其电流合成方法，其是基于谐振电源转换器的输入电压、输出电压、谐振电容电压及谐振电容来合成谐振电源转换器的输出电流。因此，可避免因噪音或谐波而影响所得的输出电流。
须注意，上述仅是为说明本公开而提出的优选实施例，本公开不限于所述的实施例，本公开的范围由如附专利申请范围决定。且本公开得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附专利申请范围所欲保护者。

Claims (12)

1.一种谐振电源转换器，包含：
依序连接的一开关电路、一谐振腔、一变压器及一整流电路，其中该开关电路适用于自一输入源接收一输入电压，该整流电路适用于输出一输出电压至一负载；以及
一电流合成模块，包含：
一检测电路，架构于检测该谐振腔的一谐振电容的一谐振电容电压；
一峰值保持电路，电连接于该检测电路，以接收该谐振电容电压，其中该峰值保持电路是架构于获取该谐振电容电压的一峰值；以及
一计算单元，电连接于该峰值保持电路，其中该计算单元是架构于接收该谐振电容电压的该峰值、一开关频率、该输入电压、该输出电压及该谐振电源转换器的一谐振电容值，并依据该谐振电容电压的该峰值、该开关频率、该输入电压、该输出电压及该谐振电源转换器的该谐振电容值产生一合成输出电流。
2.如权利要求1所述的谐振电源转换器，其中该检测电路是架构于检测该谐振电容的一谐振电容电流，并将该谐振电容电流转换为该谐振电容电压。
3.如权利要求2所述的谐振电源转换器，还包含电连接于该计算单元的一调节电路，其中该调节电路包含相互电连接的一电压调节器及一调变器，该电压调节器是架构于接收该输出电压及一参考电压并输出一调节信号，该调变器是架构于接收该调节信号并输出该开关频率至该计算单元。
4.如权利要求1所述的谐振电源转换器，还包含电连接于该计算单元的一调节电路，其中该调节电路包含相互电连接的一电压调节器及一调变器，该电压调节器是架构于接收该输出电压及一参考电压并输出一调节信号，该调变器是架构于接收该调节信号并输出该开关频率至该计算单元。
5.如权利要求1-4中任一项所述的谐振电源转换器，还包含电连接于该开关电路及该电流合成模块的一第一驱动器，其中该电流合成模块适用于依据该合成输出电流产生一第一驱动信号，该第一驱动器适用于接受该第一驱动信号并依据该第一驱动信号驱动该开关电路。
6.如权利要求1-4中任一项所述的谐振电源转换器，还包含电连接于该整流电路及该电流合成模块的一第二驱动器，其中该电流合成模块适用于依据该合成输出电流产生一第二驱动信号，该第二驱动器适用于接受该第二驱动信号并依据该第二驱动信号驱动该整流电路。
7.一种谐振电源转换器的电流合成方法，其中该谐振电源转换器包含依序连接的一开关电路、一谐振腔、一变压器及一整流电路，该开关电路适用于自一输入源接收一输入电压，该整流电路适用于输出一输出电压至一负载，该电流合成方法包含步骤：
(a)检测该谐振腔的一谐振电容上的一谐振电容电压；
(b)获取该谐振电容电压的一峰值；以及
(c)依据该峰值、一开关频率、该输入电压、该输出电压及该谐振电源转换器的一谐振电容，产生一合成输出电流。
8.如权利要求7所述的电流合成方法，其中于步骤(a)中，是检测该谐振电容上的一谐振电容电流，并将该谐振电容电流转换为该谐振电容电压。
9.如权利要求8所述的电流合成方法，其中于步骤(c)前还包含一步骤(d)，于步骤(d)中，是依据该输出电压及一参考电压产生一调节信号，并依据该调节信号产生该开关频率。
10.如权利要求7所述的电流合成方法，其中于步骤(c)前还包含一步骤(d)，于步骤(d)中，是依据该输出电压及一参考电压产生一调节信号，并依据该调节信号产生该开关频率。
11.如权利要求7-10中任一项所述的电流合成方法，还包含步骤：
(e)依据该合成输出电流产生一第一驱动信号，并依据该第一驱动信号驱动该开关电路。
12.如权利要求7-10中任一项所述的电流合成方法，还包含步骤：
(f)依据该合成输出电流产生一第二驱动信号，并依据该第二驱动信号驱动该整流电路。
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