TW201138285A - Method and apparatus for resetting a resonant converter - Google Patents

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201138285 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 _1]本案係關於—種重置方法及其1置，尤指—種應用於諸 振式轉換器之重置方法及其襄置。 【先前技術】 [_2]由於針對環境及能源、，肖耗的關切日益，消費者不斷地尋 求更具能源效率之產品，而電子產品的設計者則是利用 柔性切換拓樸來改善電子及電器產品的效能並使這些 產品能以更高的頻率運作。然而切揍損失卻成為節約電 源的一個障礙，尤其是在進行高頻運作蛴。為此，諧振 式轉換器（resonant converter)可用:以提供零電壓切 換技術，減少電子設備在開啟或關閉:g換時所發生的切 換知失，藉以使其相較於其他轉換器而能於更高的切換 頻率中運作。諧振式轉換器包含有開關元件及諧振電感 電容網絡。 [0003] 〇 基本的開關元件係為一包含有以一二極體及一電晶體所 並聯而得之電子it件’如典型的功率金氧半場效電晶體 (M0SFET)。特別的是，諧振式轉換器係於開關元件處於 零電或零電壓點時切換該開關元件，以降低開關元件 的應力及降低無線電干擾。零電壓切換（zer〇_v〇ltage switching，ZVS)係指在開關切換時開關上的電壓值為 零或一接近於零的低電壓值，如此一來便可減少電路系 統中的耗損》 [0004]諧振式轉換器通當藉由變化其開關元件之切換頻率來控 制。常見之諧振式轉換器包含像是DC轉高頻虬逆變器、 099137416 表單編號A0101 第3頁/共44頁 0992065229-0 201138285 [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] 諧振式DC-DC轉換器、諧振式逆變器或產生線頻率 (line-frequency) AC之整流器、諧振式AC_DC轉換器 、諧振式AC-AC轉換器等。常見的應用，舉例來說，包含 個人電腦'伺服器、電信系統、手機、汽車、醫療設備 、遊戲電玩和工業設備等。 在某些應用實例中，如在該諧振式轉換器重新啟動時， 開關元件流過一大峰值電流。然而此大峰值電流會損害 開關元件，而該峰值電流係在該諧振式轉換器被關閉後 ，由該諧振式轉換器之諧振網絡争殘留之能量所造成者 〇 因此，有鑑於習知技藝之限制與缺失，本案發明人乃經 悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，遂而提出一 種「諧振式轉換器之重置方法及其裝置」，以於諧振式 轉換器重新啟動前，限制或消弭諧振網絡内之殘留能量 ’進而解決習知技藝所無法解決之問||。 ..罜. · -· 【發明内容】 : ' . . 丨. : . .. 本段摘述本發明的某些特徵，其他特徵將敍述於後續的 段落。本發明藉由附加的申請專利範圍定義，其合併於 此段落作為參考。 本案之主要目的為提供一種諧振式轉換器之重置方法及 裝置，藉由在諧振式轉換器重新啟動前，先限制或消弭 諧振網絡内之殘留能量，避免其對該諧振式轉換器内元 件造成損害。 為達上述目的，本案之一較佳實施樣態為提供一種應用 099137416 表單編號A0101 第4頁/共44頁 0992065229-0 201138285 [0010] Ο [0011] ❹ [0012] 於諧振式轉換器之重置方法，其包含步驟：關閉一譜振 式轉換器；以及藉由重置於已關閉諧振式轉換器之一諧 振電路内的殘留能量’以限制該諧振式轉換器之一開關 電路内所生成之一峰值電流。 為達上述目的’本案之另_較佳實祕態為提供—種應 用於-諧振式轉換器之重置裝置，該諧振式轉換器包含 -開關電路以及-難電路，該重置裝置包含一控制模 組’耗合至該開關電路’並於該諧振式轉換器被關閉後 控制該開關電路’以藉由重置於已關之諸振式轉換器 内殘留能量，祕魏騎切懸祕生成之一峰值 電流。 為達上述目的’本案之又—較佳實施樣態為提供一讀振 式轉換器’包含—pg關電路，接收—輸X電壓·，一諧振 電路，耦合至該開關電路，並包含一諧振電感、—諧振 電谷、以及一激磁電感彼此串聯速接；一變壓器，耦合 至該諧振電路並接收該諧振電路的輸出；一整流電路， 耦合至該變壓器，接收並整流該變壓器的輸出以產生該 諧振式轉換器的輸出；以及一驅動器，耦合至該開關電 路並控制該開關電路，以該諧振式轉換器被關閉後，藉 由重置於已關閉之諧振式轉換器内殘留能量，而限制該 開關電路内所生成之一峰值電流。 本案得藉由下列圖示與實施例說明，俾得一更清楚之了 解。 099137416 【實施方式】體現本案特徵與優 表單编號A0101 點的一些典型實施例將在後段的說明 第 5 頁/共 44 頁 0992065229-0 [0013] 201138285 中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有 各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及 圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。 [0014] 圖一係揭示本案示範實施例組配有能量重置模組（energy resetting module)之諸振式轉換器的結構方塊圖，其 係用以在重新啟動該諧振式轉換器前消耗該轉換器的剩 餘能量。如圖所示，譜振式轉換器101係為一種應用於電 子設備之電源轉換器。在一實施例中，該諧振式轉換器 101包含有一開關元件103、一諧振網絡105、以及一能 量重置模組107。該諧振式轉換器101接收輸入電壓VIN， 產生輸出電壓，並使用諧振網絡105之電容及電感來 塑整通過一給定開關元件103之電流或者電壓之波形，其 中該開關元件103可為Mosfet，IGBT等元件。該諧振網 絡105亦稱為一諧振電路（resonant circuit)或一諸振 槽（resonant tank)。理論上而言，當該譜振式轉換器 101關閉後重新啟動時，如果電路能量被完全吸收將無電 流或電壓通過該開關元件103。然而，如前所述，在關閉 該諧振式轉換器101後，該諧振網絡105内仍可能有殘存 的能量。而該能量重置模組107即用以於該諧振式轉換器 101啟動前消耗或重置殘存於該諧振網絡105内之剩餘能 量，以限制該開關元件103之峰值電流。又該能量重置模 組107可選擇性輸出驅動信號51及32至該開關元件103及/ 或該諧振網絡105。 [0015] 圖二A係揭示本案示範實施例中以能量重置模組控制LLC 串聯諧振式轉換器的電路圖。如圖二A所示，該LLC串聯 099137416 表單編號A0101 第6頁/共44頁 0992065229-0 201138285 諧振式轉換器2〇〇包含有一由電源開關QpQ4所構成之開 關電路2〇1、一諧振網絡203、一變壓器τ 205，以及一 整流電路207。其中，LLC是指一諧振電路中包含有一諧 振電感Lr、一諧振電容cr，以及一激磁電感[^彼此串聯 連接。而該諧振式轉換器2〇〇亦包含有一輸入電容cin。 Ο 該變壓器205藉由一初級侧線圈及兩串聯之次級侧線圈將 s亥開關電路201及該諧振網絡203與該整流電路2〇7相隔 離。在一實施例中’該整流電路2〇7包含一對同步整流開 關Q5~Q6 ’其係連接至一輸出電容c〇及一負載rl。在圖 二A中’該開關Q5及Q6可以採用如M0SFET來實施。該開 關Q5及Q6之源極端係連接至該電容c〇之陰極（cathode) ’而該開關Q5之汲極端與該開關Q6之汲極端連接至該次 級側線圈。兩次級線圈之共同連接點則係連接至該電容 Co之陽極（anode)及一輸出電壓Vo之正極。 [0016] Ο 該諧振式轉換器200接收一輸入電壓Vin，並產生一輸出 電壓Vo。該諧振式轉換器200具有一參數板計及操作範圍 以確保該開關Q卜Q4工作於一零電壓切換 (zero-voltage switching，ZVS)狀態下；甚至使該 整流開關Q5~Q6工作於零電流切換（zero current switching, ZCS)狀態。零電壓切換主要功用在使開關 元件在開啟前，確保該開關上的電壓為零，進而減小開 關耗損。 [0017] 圖二B係揭示本案示範實施例之諧振式轉換器200於一正 常模式中運作之波形示意圖。在圖二B中，Si代表開關Q1 及Q4之一驅動信號，S/戈表開關Q2及Q3之一驅動信號’ 099137416 表單編號A0101 第7頁/共44頁 0992065229-0 201138285 而ir與im則分別代表流經該諧振電感Lr及該激磁電感Lm 之電流。當開關Q1及Q2被關閉時，im值分別為 。Vc係為該諧振電容Cr之電壓。而ir、im及Vc之參考方 向則揭示於圖二A。i r與i m間之差異為該變壓器T之初級 側電流。在區域A及B裡，能量由初級側傳送至次級側。 此外，該激磁電流i m在一輕負載條件與一重負載條件下 相差不大。 [0018] 在時間點10 ’ ’因為初級側電流i r於其參考方向相反， 開關Q1/Q4在零電壓條件下開啟而在時點t〇’及ti， 間之區間，整流開關Q6導通，因此在該激磁電感不參與 諧振’所以該激磁電流im呈線性增加。由於Lr&cr間之 諧振，通過Q6之電流iQ6以準正弦（Quasi-Sine)波形呈 現。在時間點tl’ ，Q6關閉，因為開關週期長於Lr及cr 間的諧振週期，使得於Q1/Q4被關閉前，ir遞降至im。 接著’ Cr、Lr及Lm參與諧振。為了簡化解析，假設 ... . ；； r ：:
Lm>>Lr’則Ir於tl，至t2’間約呈一i線。在時間點t2 ’ ，Q1/Q4關閉。而在時間點t3’ ，Q2/Q3則零電麼開啟 。在t3至t4的區間與t4’至t5’的區間，亦可如前 解析。電流IQ5之操作狀態及波形均與IQ6相同。iQ5及 iQ6構成輸出整流電流。圖二B中之波形示意圖22〇亦揭示 當該諧振式轉換器被關閉時的三個關閉時間點tl、“及 13。當然該諧振式轉換器可於任何時間點被關閉。 在圖二A中，通過開關Q卜q4的開通與關斷在a點及B點之 間產生一方形波，並提供至諧振電路2〇3。若電路工作在 谐振頻率點，則該諧振電路2〇3之電流則近乎一正弦曲線 099137416 表單編號A0101 第8頁/共44頁 0992065229-0 [0019] 201138285 。在Α點及Β點間，該正弦電流波形落後於該Α點及Β點之 間電壓波形’所以當電壓波形達到其過零點時，電流值 仍為負值，因而達到零電壓切換。 [0020] Ο 圖二C揭示本案示範實施例諧振式轉換器200中諧振電容 電壓與諧振電感電流之放大波形示意圖24〇。當該諧振式 轉換器200於時間點训，（關閉時間點241)關閉後（即轉 換器在to之後不向其負載輸送能量），於時間點tl，（ 重置時間點243)重新啟動（即轉換器在tl，之後重新向 其負載輸送能量）。當然，該諧振式轉換器可在關閉後 立即重啟，即時間點t a，=t广，使得時間區間2 4 5為零 。而在一般狀況下重新啟動的時間點與關閉時間點之間 存在一定的時間差，即11，> 10’ 。表時間點11 ’後，諧 ο 振電容Cr之電壓Vc則沿著振盪中心247振盪，且由某一電 壓值開始衰減並於數個工作循環内衰減至零，如從120v 降至Ον。圖二C標示有第一工作循環249。如圖二c所示， 不論該諧振式轉換器200在钶時被關閉（如在時間點10， )，在諧振網絡203中會有殘留能量留下。此存在於該Cr 及/或Lr中之殘留能量無法被快速的消耗。因此，該諧振 電流Ir具有一直流偏置（DC bias)。若該諧振式轉換器 200於時間區間tl’ -t2’間重新啟動，則開關Q1/Q4或 Q2/Q3將因ir之直流偏置而產生高電流峰值而導致電路損 害。因此，在重置該諧振式轉換器200前，有必要先解決 此一特別問題。 圖三A係揭示本案示範實施例中諸振網絡之等效電路圖》 該諧振網絡2 0 3之等效電路3 0 0係用以分析該諧振網絡 099137416 表單編號A0101 第9頁/共44頁 0992065229-0 [0021] 201138285 ^於時間區㈣及训之操作。該電路綱具有_由該 電路201產生且具有—定值（如+ /〜綱v)之對稱方
二輪入3G1。為模擬該错振網絡203之運作，該等效電 可進步刀為兩等效電路31〇及犯〇。該電路31〇具 對稱方形波輸入31卜但無該諧振電容之初始電壓 ^及該諧振電感之初始電流Ir。另—方面，該電路32〇 =有初始電壓Vcr或初始電流Ir，但不具有輸入信號。在 路320中該初始電壓Vcr及初始電流卜於開關操作時 間内會被重置。電路咖的諧振電流則包含電路32〇之重 置電流及該電路310之開關電流。 [0022] [0023] 该電路310及32G可藉由—般商用軟件，如MATUB裡之 SIMULINK，來提供該電壓Vcr及該電流卜之仿真波形。 在該仿真巾，㈣振式轉換係於㈣㈣，重新啟 動。圖一C揭不本案示範實施例中，該諧振式轉換器2〇〇 之諧振電容電壓Vcr及諧振電感電流卜之波形24〇。在時 .... ...... ..... ..... 間點11後，該電壓Vcr由某一電壓值（如丨2〇v )振盪下 ：..：； ：：·. ...
降，且該電流Ir於此過程中县者—直流偏置。由於該電 流Ir之直流偏置’該開關Qi_Q4需得承受容性切換之結果 。圖三B則揭示容性切換之示意圖33〇。舉例來說，在Q1 開啟的時刻’ Q3之體二極體正流過電流。又因為qi，Q3 處於同一個橋臂’因此’在這種狀況下容性切換結果使 會發生電路短路及產生很大的損耗，這可能會損害開關 Q1~Q4。如圖三B所示，該電流IQ3之模擬之仿真電流峰 值可能於一短時間即被大大地增加（如超過2〇A)。 為解決此一問題，一能量重置模組107之驅動流程400被 099137416 表單編號A0101 第10頁/共44頁 0992065229-0 201138285 導入以於重新啟動該諧振式轉換器200前先重置該請振網 絡能量。如圖四A所示，其係揭示本案示範實施例之操作 流程圖。特別地是，驅動流程4 0 0由一起動階段4 〇 1開於 ，並判斷是否要關閉該諧振式轉換器200。若判斷該譜& 式轉換器200將維持工作狀態（如在時間點t〇前），則該驅 動流程4 0 0會使該轉換器工作於一線性工作狀態4 〇 5。若 判斷該諳振式轉換器200被關閉（如於時間區間t卜七2間） ，則該驅動流程400會使該轉換器工作於一飽和工作狀態 403，以消耗掉諧振網絡的能量。接著，步驟4〇7根據步 Ο 驟403或405的輸出結果，產生驅動信號S1及S2至Q1 ~Q4 。圖四B揭示本案示範實施例中相對於圖职a流程400之操 作圖示410。在步驟403(時f4區間t l-t2間）開關Q1〜Q4 工作於飽和狀態，而在步驟4〇5(時間點<t0及〉t3之處） 中以開關Q卜Q4工作於線性狀態。 [0024] 圖四C係為各實施例中一開關（如M0SFET)的汲極電流 (ID)與汲極至源極電壓（V )關係示意圖420。線性（歐姆 )模式及飽和模式之分界係以一上昇彎曲拋物線 〇 (VDS = VGS-VT)所表示。在線性模式中，當該M0SFET處於 導通狀態時’該M0SFET如一很小的電阻（如數至數百ιηΩ [0025] 線性模式：當 VrQ>V“且V <(V -V )。 GS th DS v GS thy [0026] 而處於飽和模式下，當M0SFET導通時，它就像一變阻器 (rheostat) ’由其閘極源極電壓所控制，其係具有非常 大的電阻（如數至數百或數千Ω )。 099137416 表單編號A0101 第Π頁/共44頁 0992065229-0 201138285 [0027] [0028] 飽和模式：當ν“Ά>(Ά)。
圖四D係揭示任一開關Q1〜Q4之操作模式示意圖43〇。在 -線性(開關)模式431巾，舉例而言，Q3係作為一開關應 用’由其閘極源極上之-驅動信號所控制其導通和關斷 ’ Q3具有很小的導通電阻值（如數至數百⑽）。而在一飽 和模式433中’ Q3係如-變阻器，由不同的閘極源極電壓 水平VGs(如2-20V)所控制控制其導通電阻值，並具有大 電阻值（如大於數十個Ω)。為模擬Q1〜q4在飽和模式433 下的操作，該開關電路201及諧振網絡2〇3改以圖四E所示 之等效電路440表示，如圖所示’該等效電路44〇包含有 一負載Q1/Q2、一負載Q3/Q4 ’以及一負載n2RL，其中該 負載Q1/Q2或Q3/Q4係代表Q1~Q4在飽和模式下的電阻值 。該等效電路440具有由開關電路201所產生之一對稱方 形波輸入441。在飽和工作狀態下，Q卜Q4以如大電阻之 型式被vGS控制運作，而非如開關來運作。因此，飽和模 式可限制流經Q1〜Q4之電流，且如電阻艇消耗諧振能量。 該流程4 0 0便可避免先前討論開關上產_生電流峰值問題。 [0029] 於時間區間tl至t2間之飽和工作模式（步驟403)可於關 閉時間點t0後以及重新啟動時間點t3前之間的任何時點 發生。圖四F係揭示本案示範實施例中系統400於t0 = tl 時之操作示意圖450。在此實施例中，該諧振式轉換器 200於時間點t0被關閉後隨即立刻開啟並進入飽和工作模 式。圖四G則係揭示本案示範實施例中系統400於t2 = t3 時之操作示意圖460。在此實施例中，該諧振式轉換器 200於時間區間tl至t2(t3)間工作於飽和模式以消耗電 0992065229-0 099137416 表單編號A0101 第丨2頁/共44頁 201138285 路中的能量並在時間點t3(t2)被重新開啟。在u時刻之 後’該諸振式轉換器200可於零初始條件下被重新啟動， 而沒有容性切換的問題產生。 闕@五偏林案錢實關巾_振式轉㈣重置前限 制或消除於諧振網絡内殘留能量之流程圖5〇〇。舉例來說 ，該流程500可由能量重置模組1〇7來執行。例如，於步 驟501中，該能莖重置模組1〇7關閉—諧振式轉換器。在 步驟503中，該能量重置模組1〇7藉由重置該譜振式轉換 0 器諧振電路内之殘留能量而限制發生於該諧振式轉換器 開關電路内之一峰值電流。該旎量重置模组1〇7可藉由控 制於該諧振式轉換器内一個或多個電阻而消耗殘留能量 。在一實施例中，於該諧振式轉換器内被控制之一個或 多個電阻係包括於一飽和模式中操作之一個或多個開關（ 如Q1~Q4)«該一個或多個開關元件可藉由提供一驅動信 號而被驅動（由一驅動器）並通過控制該驅動信號之占空 比去控制該開關工作於飽和模式，其中該開關元件之驅 〇 動信號之占空比在飽和模式下比在正常模式（如當轉換 器工作在線性模式下）下小。該一個或多個開關元件亦 可藉由降低一驅動電壓而被驅動去操作控制工作於飽和 模式，其中在飽和模式下該開關元件電路所屬之的驅動 電壓係低於在-正常模式中運作者。在另—實施例中， 該諸振電路内-個或多個電阻亦可被控制去消耗能量。 可參見圖八A所揭示之實施例。該__個或多個電阻與一開 關兀件並聯後串聯入諸振網路，通過控制該開關元件關 斷使電阻Φ聯人諧振網路以消耗譜振網路的殘餘能量。 099137416 表單編號A0101 第頁/共44頁 0992065229-0 201138285 最後在步驟505，該能量重置模組107於重置已關閉諧振 電路内殘留能量後開啟該諧振式轉換器。 [0031] [0032] 而如述之流程致使Q1〜Q4得以在時間區間tl it2間以飽 和模式運作，並將進一步詳述於後。圖六A係揭示本案示 範實施例中具串聯諧振式轉換器及能量重置模組之諧振 式轉換器重置系統600之電路圖。該串聯諸振式轉換器 610具有如圖二A中所示諧振式轉換器2〇〇相同之元件，而 該能量重置模組620則依如圖四A至圖四G中所揭示之相同 流程運作。該能量重置模組620具有一驅動器621、一諧 振式轉換器控制模組623、以及一輔助電源vcc，其中該 驅動器621用以提供一驅動信號S1去驅動Q1(Q4)以及一 驅動信號S2去驅動Q2(Q3)。在拿新啟動該串聯譜振式轉 換器610之前，該能量重置模組620提供了一小占空比的 驅動信號以控制Q卜Q4工作於飽和模式。尤其是，該控制 模組623之一單次輸入端（one-shot pin) 625去控制一 死區時間（dead time)，以友讀挺制模組623之一使能端 627去控制VCC的電壓值。舉例來說，由ON SEMICONDUCTOR® 所 製造之 MC3360 7 即 可做為該諧振 式轉換 器控制 模組623之用。 圖六B係揭示本案示範實施例中該能量重置模組620之波 形示意圖630。在該串聯諧振式轉換器610於時間點t0 關閉後，一使能電壓Ven透過該使能端627而被提供至該 控制模組623。該使能端627係透過一電阻Rd及一電容Cd 而連接至一開關Qd之閘極。該辅助電源Vcc則係透過一電 阻R1而連接至Qd及Qs。 099137416 表單編號A0101 第14頁/共44頁 0992065229-0 201138285 [0033] 該單次端625的作用為使輸出信號S1及S2同時處於低電平 ，以在提供S1及S2之間的一死區時間。該單次端625係透 過一電阻Ro、一電容Co及一電容Cs (與Qs串連）而並聯 連接至地線。 [0034] 圖六B揭示本案實施例中一使能電壓、開關Qs閘極電壓及 開關Qd閘極電壓之波形。在線性模式操作中，該單次端 電壓被控制以提供一正常死區時間，並且啟動信號S1及 S2之輸出開關，同時主要電流在改變極性前即開始被扭 轉。針對零電壓諧振模式，該轉換器開關週期係被設定 〇 等同於或多於該單次週期。 [0035] 為使該開關Q1〜Q4工作於飽和模式下，Qs於時間區間 t0-tl間開啟，Ro及並聯的Co，Cs確定了一死區時間T2 ，其大於一正常的死區時間T1。圖六C係揭示本案示範實 施例中在不同死區時間操作下該串聯諧振式轉換器610開 關Q卜Q4之閘極電壓波形示意圖640。在相同的工作頻率 的狀況下，較大死區時間T2使輸出信號S1及S2的占空比 〇 小於在正常的死區時間τι狀況下的占空比，從而使在si 、S2的驅動電壓值在較大死區時間至低於一般正常工作 下（即正常的死區時間T1 )之電壓值水準（如12v)。因此 ，較低的驅動電壓（如~4v)使Q1-Q4進入該飽和模式。在 時間點tl後，Qs關閉，Ro及Co給定正常狀態下的死區時 間T1，該正常死區時間T1使信號S1及S2的電壓值處於一 正常之電壓水平（如12v)。藉此，在重新開啟後，該串聯 諧振式轉換器610之開關Q1之電流IQ1具有一小峰值電流 ，如一峰值電流值小於10A，其係由大停滯時間T2(即一 099137416 表單編號Α0101 第15頁/共44頁 0992065229-0 201138285 小驅動負載）所致。換句話說，前述實施例藉由配置一較 大的死區時間而使得該峰值電流IQ1由一較高值（如大於 2 0 A )減低至一較小值（如小於1 〇 a )。 [0036] [0037] 圖七A揭不本案另一實施例中具一串聯諧振式轉換器及一 能量重置模組之諧振式轉換器重置系統電路圖7〇〇。該串 聯為振式轉換器710具有如圖二A中所示諧振式轉換器2〇〇 相同之元件。而該能量重置模組72〇則依如圖四A至圖四〇 中所揭示之相同流程運作。該能量重置模組72〇具有一驅 動器721、一諧振式轉換器控制模组μ』、以及一輔助電 源Vcc，其中該驅動器721用以提供一驅動信號S1去驅動 Q1(Q4)以及一驅動信號S2去驅動Q2(Q3)。與圖六所揭示 不同在於，圖七A中的能量重置模組720係藉控制Vcc電壓 而直接降低Q1~Q4驅動信號的驅動電壓而使QbQ4工作於 飽和模式。尤其是，在重新啟動該串聯諧振式轉換器71〇 之前，該能量重置模組720控制電阻R1去控制Vcc電壓》 圖七B揭示本案另一示範實施例中該能量重置模組7 2 〇之 波形示意圖730。在該串聯諧振式轉換器710於時間點 t0關閉後’一使能電壓Ven透過一使能端727而被提供至 該控制模組723。該使能端727係透過一電阻μ及一電容 Cd而連接至一開關Qd之閘極。一單次端725透過一電阻 Ro及一電容Co而並聯連接至地。在時間區間“至^間， 飽和模式操作中之死區時間維持與線性模式操作中正常 死區時間T1相同。該輔助電源Vcc則係透過—電阻R3而連 接至一放大器729之反相輸入端，且參考電壓vcc ref則 連接至放大器729同相輸入端。圖七C係揭示本案示範實 099137416 表單編號A0101 第16頁/共44頁 0992065229-0 201138285 施例中在不同R1操作設定下該串聯諧振式轉換器710開關 Q1〜Q4之電壓波形示意圖740。在時間點t0前，Qd導通使 R1被短路，據此，V c c由R 2及R 3決定。而於時間區間10 至tl f曰1 ， Qd關斷，Vcc由Rl 、 R2及R3決定。舉4列來說： [0038] [0039] [0040] [0041] Ο [0042] 當Qd導通，
Vcc=Vcc_ref*(R2+R3)/R2=12v (1) 當Qd關斷，
Vcc=Vcc_ref*(R2+R3+Rl)/(R2+Rl)=4v (2) 由於S1及S2於時間區間tO至tl間電壓峰值僅為4v，開關 Q1~Q4將如電阻般運作以消耗諳振槽能量。由於較低之驅 動電壓作用，其中開關（如Q1)之峰值電流值被降低如減 至低於10A。上述實施例亦可將開關Q1~Q4的峰值電流由 一較大值（如大於20A)減至一較小值（如小於10A)。 [0043] Ο 圖八A係揭示本案示範實施例中具串聯諧振式轉換器之諧 振式轉換器重置系統電路圖800。由於此實施例並不需要 特別之轉換器控制方法，任何存在之控制系統（未圖示） 皆可組配至串聯諧振式轉換器。一大電阻被加入該串聯 諧振式轉換器以消耗諧振槽能量。舉例來說，一電阻R與 該諧振槽203串聯連接，而一開關Qs則與該電阻R並聯。 該電阻R可由一個或多個電阻所組成。圖八B係揭示本案 示範實施例中圖八A之系統電路圖800之操作系統示意圖 820。在該實施例中，該串聯諧振式轉換器電路系統800 包含有一驅動器，該驅動器更包含有一控制模組耦合至 該電阻R及開關Qs。在時間區間tl至t2間，（1)當Q1/Q4 099137416 表單編號A0101 第17頁/共44頁 0992065229-0 201138285 關閉時，Q3/Q2被開啟；或者（2)當Q3/Q2關閉時， Q1/Q4被開啟。同時，該開關“係由該控制模組所關閉（ 即開路（open))，而該電阻R在Q1〜Q4處於正常操作狀態 下消耗諧振槽能量。在t3時刻重新啟動該譜振式轉換器 後，Q s被控制模組所啟動（即閉路（c 10 s e))以將該電阻r 短路。 [0044] 本案所揭示討論之示範系統及應用技術可提供於重新啟 動諧振式轉換器前消耗諧振式轉換器電路内諧振槽能量 的簡便方法。藉由組配該諧振電路101與一能量重置模組 107，該諧振式轉換器可於重新啟動前，限制或消除殘 留在諧振網絡内之能量。因此，本案示範實施例在符合 變化頻率範圍與設計考量下，可在重新啟動時避免電路 開關的峰值電流的問題，且達到低消耗之效果。 [0045] 前述之優點均可套用於諧振式轉換器之組配中，包含如 LLC、LCC、並聯、串聯、串单聯蹲振共其丨組合者，但並 不受限於此。再者，在此描:述於^重置辦振式轉換器前控 制諸振式轉換器之直流增益以消、耗蹲振式轉換器之諧振 槽能量之程序，更可進一步透過軟體、硬體、韌體或結 合軟體及/或勒體及/或硬體來執行。藉由此程序，於諧 振網絡内之殘留能量在重置諧振式轉換器前即被有效的 限制及消除。而於此所述之程序亦可應用專用積體電路 (Application Specific Integrated Circuit, ASIC)及場域可程式化閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA)等達成。 [0046] 本案技術具有實用性、新穎性與進步性，爰依法提出申 099137416 表單編號A0101 第18頁/共44頁 0992065229-0 201138285 請。縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉 本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申 請專利範圍所欲保護者。 【圖式簡單說明】 [0047] 圖一：其係揭示本案示範實施例組配有能量重置模組之 諧振式轉換器的結構方塊圖； [0048] 圖二A :其係揭示本案示範實施例中以能量重置模組控制 之LLC串聯諧振式轉換器的電路圖； 〇 E0049] 圖二B :其係揭示本案示範實施例之諧振式轉換器於一正 常模式中運作之波形示意圖； [0050] 圖二C :其揭示本實示範實施例諧振式轉換器中諧振電容 電壓與諧振電感電流之放大波形示意圖； [0051] 圖三A :其係揭示本案示範實施例中諧振網絡之等效電路 圖； [0052] 圖三B :其係揭示電容式切換所得結果示意圖；
G
[0053] 圖四A :其係揭示本案示範實施例之操作流程圖； [0054] 圖四B :其係揭示本案示範實施例中相對於於圖四A驅動 流程之操作圖示； [0055] 圖四C :係揭示各實施例中電源開關在不同汲極電流（ID) 對汲極至源極電壓（vD)模式中之操作模式示意圖； [0056] 圖四D :其係揭示本案示範實施例中任一開關Q卜Q4之操 作模式示意圖； 099137416 表單編號A0101 第19頁/共44頁 0992065229-0 201138285 [0057] 圖四E :其係揭示本案示範實施例中開關電路及諧振網絡 之等效電路圖； [0058] 圖四F :其係揭示本案示範實施例中重置系統於t0 = tl時 之操作示意圖； [0059] 圖四G :其係揭示本案示範實施例中重置系統於t2 = t3時 之操作示意圖； [0060] 圖五：其係揭示本案示範實施例中該諧振式轉換器重置 前限制或消除於諧振網絡内殘留能量之流程圖； [0061] 圖六A :其係揭示本案示範實施例中具串聯諧振式轉換器 及能量重置模組之諧振式轉換器重置系統電路圖； [0062] 圖六B :其係揭示本案示範實施例中該能量重置模組之元 件波形示意圖； [0063] 圖六C :其係揭示本案示範實施例中在不同死區時間操作 下該串聯諧振式轉換器開關之閘極電壓波形示意圖； [0064] 圖七A :其係揭示本案另一示範實施例中具一串聯諧振式 轉換器及一能量重置模組之諧振式轉換器重置系統電路 圖， [0065] 圖七B :其係揭示本案另一示範實施例中該能量重置模組 之元件波形示意圖； [0066] 圖七C :其係揭示本案另一示範實施例中在不同R1操作下 該串聯諧振式轉換器開關之電壓波形示意圖； [0067] 圖八A :其係揭示本案示範實施例中具串聯諧振式轉換器 099137416 表單編號A0101 第20頁/共44頁 0992065229-0 201138285 之諧振式轉換器重置系統電路圖； [0068] 圖八B :其係揭示本案示範實施例中圖八A之系統電路圖 之操作系統示意圖；以及 【主要元件符號說明】
[0069] 100 :諧振式轉換器結構方塊圖 [0070] 101 :諧振式轉換器 [0071] 103 :開關元件 [0072] 105 :諧振網絡 [0073] 107 :能量重置模組 [0074] 200 :串聯諧振式轉換器 [0075] 201 :開關電路 [0076] 203 :諧振網絡 [0077] 205 :變壓器 [0078] 207 :整流電路 [0079] 220 :波形示意圖 [0080] 240 :波形示意圖 [0081] 300 :諧振網絡等效電路圖 [0082] 301 :方形波輸入 [0083] 310 :諧振網絡等效電路圖 [0084] 311 :方形波輸入 表單編號A0101 第21頁/共44頁 099137416 0992065229-0 201138285 [0085] [0086] [0087] [0088] [0089] [0090] [0091] [0092] [0093] [0094] [0095] [0096] [0097] [0098] [0099] [0100] [0101] [0102] [0103] 320 :諧振網絡等效電路圖 330 ··電容式切換示意圖 40 0 :驅動流程 401 :起動階段 403 :飽和操作 405 :線性操作 407 :驅動信號產生 410 :操作圖示 420 :操作模式示意圖 430 :操作模式示意圖 431 :線性（開關）模式 433 : 飽和模式 440 :等效電路 441 :對稱方形波輸入 450 :操作示意圖 460 :操作示意圖 5 0 0 : 流程圖 501~507 :步驟 600 :重置系統電路圖 099137416 表單編號A0101 第22頁/共44頁 0992065229-0 201138285
Ο [0104] 610 :串聯諧振式轉換器 [0105] 620 :能量重置模組 [0106] 621 :驅動器 [0107] 623 :控制模組 [0108] 625 :單次端 [0109] 627 •使能端 [0110] 630 :波形示意圖 [0111] 640 ：閘極電壓波形示意圖 [0112] 700 :重置系統電路圖 [0113] 710 :串聯諧振式轉換器 [0114] 720 :能量重置模組 [0Π5] 721 :驅動器 [0116] 723 :控制模組 [0117] 725 :單次端 [0118] 727 :使能端 [0119] 729 :放大器 [0120] 730 :波形示意圖 [0121] 740 :電壓波形示意圖 [0122] 800 :重置系統電路圖 099137416 表單編號Α0101 第23頁/共44頁 0992065229-0 201138285 [0123] 820 :操作系統示意圖 [0124] Cin :輸入電容 [0125] Cd :電容 [0126] Co :輸出電容 [0127] Cr :諧振電容 [0128] Cs :電容 [0129] IQ3 :電流 [0130] Ιβ :汲極電流 [0131] Ir :電流 [0132] Im :電流 [0133] Lm :激磁電感 [0134] Lr :諧振電感 [0135] M0SFET :金氧半場效電晶體 [0136] Q1〜Q4 :電源開關 [0137] Q5〜Q6 :同步整流開關 [0138] Qd :開關 [0139] Qs :開關 [0140] R :電阻 [0141] R1 〜R3 :電阻 099137416 表單編號A0101 第24頁/共44頁 0992065229-0 201138285 [0142] RL ： 負載 [0143] Rd ： 電阻 [0144] Ro ' 電阻 [0145] V 源極電壓 [0146] VIN： 輸入電壓 [0147] V : DS 電壓 [0148] V ： GS 電壓 [0149] νφ ： τ 電壓 [0150] V OUT :輸出電壓 [0151] Vc :電壓 [0152] Vcc :輔助電源供應電壓 [0153] Vcc_ref :參考電壓 [0154] V c r :初始電壓 〇 [0155] Vo :輸出電壓 [0156] V u :電壓 th [0157] S1 :驅動信號 [0158] S2:驅動信號 [0159] T :變壓器 [0160] T1 :死區時間 099137416 表單編號A0101 第25頁/共44頁 0992065229-0 201138285 [0161] T2 ： 死區時間 [0162] ZVS : :零電壓切換 [0163] n2RL :負載 [0164] t0~t3 :時間點 [0165] to， 〜t2’ ：時間點 099137416 表單編號 A0101 第 26 頁/共 44 頁 0992065229-0

Claims (1)

  1. 201138285 七、申請專利範圍： 1 . 一種應用於諧振式轉換器之重置方法，其包含步驟：_ 關閉一諧振式轉換器；以及 藉由重置於已關閉諧振式轉換器之一諧振電路内的 殘留能量，以限制該諧振式轉換器之一開關電路内所生成 之一峰值電流。 2.如申請專利範圍第1項所述之重置方法，其中重置該能量 更包含步驟：控制該諧振式轉換器内一個或多個電阻，以 消耗該殘留能量。 〇 ^ 3 .如申請專利範圍第2項所述之重置方法，其中控制該諧振 式轉換器内一個或多個電阻更包含下列步驟：使該開關電 路之一個或多個開關元件工作於一飽和模式中。 4 .如申請專利範圍第3項所述之重置方法，其中使該開關電 路之一個或多個開關元件於一飽和模式中運作更包含下列 步驟之至少其中之一： 提供該開關電路之一驅動信號，使其在一飽和模式 中運作時該驅動信號的占空比小於在一正常模式中運作時 〇 該驅動信號的占空比；以及 降低送至該開關電路之一驅動電壓，以使該開關電 路在一飽和模式中運作時該驅動電壓小於其在一正常模式 中運作時的驅動電壓。 5 .如申請專利範圍第1項所述之重置方法，更包含步驟：於 重置於已關閉諧振電路内的殘留能量後，重置該諧振式轉 換器。 6 . —種應用於一諧振式轉換器之重置裝置，該諧振式轉換器 099137416 表單編號A0101 第27頁/共44頁 0992065229-0 201138285 包含一開關電路以及一諧振電路，該重置裝置包含：一控 制模組，耦合至該開關電路，並於該諧振式轉換器被關閉 後控制該開關電路，以藉由重置於已關閉之諧振式轉換器 内殘留能量，而限制該諸振式轉換器内所生成之一峰值電 流。 7 .如申請專利範圍第6項所述之重置裝置，其中該控制模組 係藉由控制該諧振式轉換器内一個或多個電阻以消耗該殘 留能量。 8 .如申請專利範圍第7項所述之重置裝置，其中該諧振式轉 換器内一個或多個電阻更包含下列至少其中之一：該開 關電路内的一個或多個開關元件，該控制模組控制該開關 元件運作於一飽和模式中。 9 .如申請專利範圍第7項所述之重置裝置，其中該諧振電路 更包含一個或多個電阻、一電容、一電感以及一開關元件 ，其中該電阻與該電容以及該電感串聯，該開關元件與該 電阻並聯，該控制模組於該諧振式轉換器被關閉後控制該 開關元件，以重置已關閉之諧振式轉換器内殘留能量。 10 .如申請專利範圍第8項所述之重置裝置，其中該控制模組 係組配使該開關電路之一個或多個開關元件於一飽和模式 中運作，其係藉由下列步驟之至少其中之一： 提供該開關電路之一驅動信號，使其在一飽和模式 中運作時該驅動信號的占空比小於在一正常模式中運作時 該驅動信號的占空比；以及 降低送至該開關電路之一驅動電壓，以使其在一飽 和模式中運作時該驅動電壓小於在一正常模式中運作時的 驅動電壓。 099137416 表單編號A0101 第28頁/共44頁 0992065229-0 201138285 11 . 12 . 〇 13 . ❹ 14 . 15 . 如申請專利範圍第6項所述之重置裝置，該諧振式轉換器 更包含： 一變壓器，耦合至該諧振電路並接收該諧振電路的 輸出；以及 一整流電路，耦合至該變壓器，接收並整流該變壓 器的輸出以產生該諧振式轉換器的輸出。 如申請專利範圍第6項所述之重置裝置，其中該諧振式轉 換器係為一LLC諧振式轉換器、一LCC諧振式轉換器、一 並聯諧振式轉換器、一串聯諧振式轉換器之一或其組合。 一諧振式轉換器，包含： 一開關電路，接收一輸入電壓； 一諧振電路，耦合至該開關電路，接收該開關電路產 生的一方波信號； 一變壓器，耦合至該諧振電路並接收該諧振電路的 輸出； 一整流電路，耦合至該變壓器，接收並整流該變壓 器的輸出以產生該諧振式轉換器的輸出；以及 一驅動器，耦合至該開關電路及該諧振電路並控制 該開關電路或該諧振電路，以於該諧振式轉換器被關閉後 ，藉由重置於已關閉之諧振式轉換器内殘留能量，而限制 該開關電路内所生成之一峰值電流。 如申請專利範圍第13項所述之諧振式轉換器，其中該驅動 器包含一控制模組，控制該開關電路，並於該諧振式轉換 器被關閉後驅動該開關電路，使其運作於一飽和模式中。 如申請專利範圍第14項所述之諧振式轉換器，其中該控制 模組控制該開關電路之一驅動信號，藉由控制該開關電路 099137416 表單編號A0101 第29頁/共44頁 0992065229-0 201138285 之驅動信號之一死區時間，而使該諧振式轉換器在一飽和 模式中運作時該驅動信號之占空比比該轉換器工作於一正 常模式時短。 16 . 17 . 18 . 19 . 如申請專利範圍第14項所述之諧振式轉換器，其中該控制 模組控制至該開關電路之一驅動電壓，以使其在一飽和模 式時該驅動電壓比該轉換器工作於在一正常模式時小。 如申請專利範圍第13項所述之諧振式轉換器，其中該諧振 電路更包含有： 一諧振電感； 一諧振電容； 至少一電阻，與該諧振電感串聯連接； 至少一開關，與該至少一電阻並聯連接；以及 其中該驅動器包含一控制模組，耦合至該至少一 電阻及該至少一開關。 如申請專利範圍第17項所述之諧振式轉換器，其中該控制 模組於該諧振式轉換器關閉後，關閉該至少一開關，使該 至少一電阻消耗該諧振電路内之能量；以及該控制模組開 啟該至少一開關，以於一零起始條件下，重新啟動一正常 操作。 如申請專利範圍第13項所述之諧振式轉換器，其中該諧振 式轉換器係為一LLC諧振式轉換器、一LCC諧振式轉換器 、一並聯諧振式轉換器、一串聯諧振式轉換器之一或其組 合。 099137416 表單編號A0101 第30頁/共44頁 0992065229-0
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