TW201434257A - 電力變換器以及電力變換方法 - Google Patents

Abstract

一種電力變換器在此揭露。電力變換器包含諧振變換電路以及控制電路。諧振變換電路用以將輸入電力變換為輸出電力供應予負載。控制電路用以接收對應於輸出電力以及負載的回授信號，並根據上述回授信號輸出驅動信號驅動諧振變換電路，其中控制電路更用以根據負載所需的電力選擇性地調整上述驅動信號的工作期間以及工作頻率。一種電力變換方法亦在此揭露。

Description

電力變換器以及電力變換方法

本發明是有關於一種電力變換器，且特別是有關於一種具有可調整的工作期間以及工作頻率的電力變換器。

隨著醫療成像儀器（如：X光機）廣泛地應用在醫學、生命科學、無損檢測等基礎學科，且高壓醫療電源又作為X光機核心的情形下，目前對於高開關頻率、寬輸出電壓範圍的X光機電源的需求日漸增加，以適應各種不同的成像要求。具體而言，具高開關頻率的電源可以減小X光機的體積和重量、減小輸出電壓的紋波（或脈動）以輸出高品質的X射線並且增大輸出量，而具寬輸出電壓範圍的電源則可以適應不同人群以及不同身體部位的成像要求。

為了實現上述具寬輸出電壓範圍的電源，傳統電源電路的控制方式是以頻率控制來實現，亦即透過調整開關頻率來控制輸出電壓在較寬的範圍內變化，以配合寬輸出電壓範圍的需求。

然而，在輸出電壓較低的情形下，輸出電壓的紋波（或脈動）較大，使得成像的精度較低、圖像品質低落，且X光機發出較多軟射線，造成使用者接收較多輻射。

由此可見，上述現有的電源顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。

因此，本發明主要是提供一種電力變換器及電力變換方法，以解決現有技術的缺失。

本發明之一態樣係關於一種電力變換器，其包含諧振變換電路以及控制電路。諧振變換電路用以將輸入電力變換為輸出電力供應予負載。控制電路用以接收對應於輸出電力以及負載的回授信號，並根據上述回授信號輸出驅動信號驅動諧振變換電路，其中控制電路更用以根據負載所需的電力選擇性地調整上述驅動信號的工作期間以及工作頻率。

在一實施例中，控制電路根據負載所需電力的變化同步調整驅動信號的工作期間以及工作頻率。

在一實施例中，控制電路是以與負載所需電力的變化等比例的方式同步調整驅動信號的工作期間以及工作頻率。

在一實施例中，在負載所需電力的量值大於預設量值的情形下，控制電路固定驅動信號的工作頻率並隨著負載所需電力的變化調整驅動信號的工作期間。

在一實施例中，在負載所需電力的量值小於預設量值的情形下，控制電路固定驅動信號的工作期間並隨著負載所需電力的變化調整驅動信號的工作頻率。

在一實施例中，在負載所需電力的量值大於預設量值的情形下，控制電路隨著負載所需電力的變化調整驅動信號的工作期間並微調驅動信號的工作頻率。

在一實施例中，在負載所需電力的量值小於預設量值的情形下，控制電路隨著負載所需電力的變化調整驅動信號的工作頻率並微調驅動信號的工作期間。

在一實施例中，在負載所需電力的量值約為預設量值的情形下，控制電路調整驅動信號的佔空比約為0.01～0.05。

在一實施例中，在負載所需電力的量值約為預設量值的情形下，控制電路調整驅動信號的佔空比約為0.01～0.5。

在一實施例中，控制電路是藉由接收諧振變換電路產生的輸出電壓所對應的回授電壓信號或是諧振變換電路產生的輸出電流所對應的回授電流信號，藉以選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率。

在一實施例中，諧振變換電路更包含至少一開關單元、諧振單元、隔離單元以及整流單元。上述開關單元由驅動信號所控制而交替地開啟及關閉，以傳送輸入電力。諧振單元與上述開關單元電性連接，並與上述至少一開關單元協作產生交流電力。隔離單元與諧振單元電性連接，用以實現電氣隔離並傳遞上述交流電力以輸出第二交流電力。整流單元與隔離單元電性連接，用以整流上述第二交流電力並產生輸出電力以傳送予負載。

本發明之另一態樣係關於一種電力變換方法，其方法包含以下步驟：藉由諧振變換電路將輸入電力變換為輸出電力供應予負載；藉由控制電路接收對應於輸出電力以及負載的回授信號；藉由控制電路根據回授信號輸出驅動信號驅動諧振變換電路；藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率。

在一實施例中，藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含以下步驟：根據負載所需電力的變化同步調整驅動信號的工作期間以及工作頻率。

在一實施例中，藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含以下步驟：以與負載所需電力的變化等比例的方式同步調整驅動信號的工作期間以及工作頻率。

在一實施例中，藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含以下步驟：在負載所需電力的量值大於預設量值的情形下，固定驅動信號的工作頻率並隨著負載所需電力的變化調整驅動信號的工作期間。

在一實施例中，藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含以下步驟：在負載所需電力的量值小於預設量值的情形下，固定驅動信號的工作期間並隨著負載所需電力的變化調整驅動信號的工作頻率。

在一實施例中，藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含以下步驟：在負載所需電力的量值大於預設量值的情形下，隨著負載所需電力的變化調整驅動信號的工作期間並微調驅動信號的工作頻率。

在一實施例中，藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含以下步驟：在負載所需電力的量值小於預設量值的情形下，隨著負載所需電力的變化調整驅動信號的工作頻率並微調驅動信號的工作期間。

在一實施例中，藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含以下步驟：在負載所需電力的量值約為預設量值的情形下，調整驅動信號的佔空比約為0.01～0.05。

在一實施例中，藉由控制電路根據負載所需的電力選擇性地調整驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含以下步驟：在負載所需電力的量值約為預設量值的情形下，調整驅動信號的佔空比約為0.01～0.5。

在一實施例中，藉由控制電路接收對應於輸出電力以及負載的回授信號的步驟更包含以下步驟：藉由控制電路接收諧振變換電路產生的輸出電壓所對應的回授電壓信號或是諧振變換電路產生的輸出電流所對應的回授電流信號。

在一實施例中，藉由諧振變換電路將輸入電力變換為輸出電力供應予負載的步驟更包含以下步驟：根據驅動信號控制至少一開關單元交替地開啟及關閉以傳送輸入電力；藉由諧振單元與至少一開關單元協作以產生交流電力；藉由隔離單元實現電氣隔離並傳遞上述交流電力以輸出第二交流電力；以及藉由整流單元整流上述第二交流電力並產生輸出電力以傳送予負載。

綜上所述，本發明所述之技術方案與現有技術相比，可以透過選擇性地調整驅動信號的工作頻率以及工作期間，讓電力變換的方式更具有彈性，以應付負載的各種需求。再者，藉由選擇性地調整驅動信號的工作頻率以及工作期間，可使諧振變換電路輸出紋波小的輸出電壓，藉以提升X光機的電源品質，使得成像儀器的效能提升，進而改善成像的精度及圖像品質，並降低X光機所發出的軟射線劑量。

90．．．負載

100．．．電力變換器

120．．．諧振變換電路

124．．．諧振單元

126．．．隔離單元

128．．．整流單元

140．．．控制電路

Q1~Q4．．．開關單元

D1~D4．．．二極體

SD1、SD2．．．驅動信號

SFVo、SFIo．．．回授信號

Vin、Vo．．．電壓

Ir、Io．．．電流

Piso．．．交流電力

Port1、Port2．．．控制輸出端

Lr．．．電感

Cr、CP．．．電容

第1圖係繪示依照本發明一實施例的電力變換器的電路示意圖。
第2圖係依照本發明實施例繪示一種如第1圖所示之電力變換器操作的波形示意圖。
第3圖係依照本發明實施例繪示一種如第1圖所示之輸出電流以及輸出電壓的波形示意圖。
第4圖係依照本發明另一實施例繪示一種如第1圖所示之電力變換器操作的波形示意圖。
第5A圖係依照本發明一實施例繪示一種負載相對工作期間變化的曲線示意圖。
第5B圖係依照本發明一實施例繪示一種負載相對工作頻率變化的曲線示意圖。
第6圖係依照本發明另一實施例繪示一種負載相對工作頻率及工作期間變化的曲線示意圖。
第7圖係依照本發明次一實施例繪示一種負載相對工作頻率及工作期間變化的曲線示意圖。
第8圖係依照本發明另一實施例繪示一種如第1圖所示之輸出電流以及輸出電壓的波形示意圖。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。

另外，關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而『耦接』或『連接』還可指二或多個元件相互操作或動作。

本說明書所用之用語只為描述特定實施例，而無意為本發明之限制。單數形式如“一”、“這”以及“該”，如本說明書所用，同樣也包含複數形式。更可理解的是，當用語“包含”、“包括”或“具有”於本說明書中被使用時，其係詳列所陳特徵、部位、整數、步驟、操作、元件與／或部件之存在，但不排除其他特徵、部位、整數、步驟、操作、元件、部件與／或其中群組之一者或以上的存在或添加。

除非另外定義，本說明書所用之所有用語（包含技術與科學用語）所具意義，與本發明所屬技術領域的通常知識者之通常理解相同。更可理解的是，例如被定義於廣泛使用的字典中的用語，用語應被理解為具有意義與本發明以及相關技術中文章脈絡裡的用語意義一致，除非在本說明書中被明確地定義，否則不應以理想或過度字面上的意思作解釋。

如本說明書中所用之用語，“約”、“大約”或“近似”一般應意指在特定值或範圍的百分之二十以內，在百分之十以內較佳，而在百分之五以內最適當。本文中所提數值為近似值，意思是即使未被明確表示，其均隱含用語“約”、“大約”或“近似”的意思。

第1圖係繪示依照本發明一實施例的電力變換器的電路示意圖。電力變換器100包含諧振變換電路120以及控制電路140。諧振變換電路120用以將輸入電力（例如：相應於輸入電壓Vin的電力）變換為輸出電力（例如：相應於輸出電壓Vo或輸出電流Io的電力），且將上述輸出電力供應予負載90（例如，X光機電路）。

控制電路140用以接收對應於上述輸出電力以及負載90的回授信號，並根據迴授信號輸出驅動信號驅動諧振變換電路120，使得諧振變換電路120據以進行操作而將輸入電力變換為輸出電力（亦即產生輸出電壓Vo及輸出電流Io）。在本實施例中，上述驅動信號可包括兩個開關驅動信號SD1和SD2（如第1圖所示）。此外，控制電路140更用以根據負載90所需的電力（或是負載90的大小）選擇性地調整上述開關驅動信號SD1和SD2的工作期間（duty period）以及工作頻率。

在一實施例中，控制電路140是藉由接收諧振變換電路120產生的輸出電壓Vo所對應的回授電壓信號SFVo或是諧振變換電路120產生的輸出電流Io所對應的回授電流信號SFIo，藉以選擇性地調整開關驅動信號SD1和開關驅動信號SD2的工作期間以及工作頻率。

在一實施例中，諧振變換電路120更可包含開關單元Q1～Q4、諧振單元124、隔離單元126以及整流單元128。

開關單元Q1～Q4由開關驅動信號SD1以及開關驅動信號SD2所控制而交替地開啟及關閉，藉以傳送輸入電力（例如：相應於輸入電壓Vin的電力）予諧振單元124；具體而言，開關單元Q1、Q4可由開關驅動信號SD1所控制，而開關單元Q2、Q3可由開關驅動信號SD2所控制。諧振單元124與開關單元Q1～Q4電性連接，諧振單元124與開關單元Q1～Q4中至少一者協作產生交流電力。隔離單元126與諧振單元124電性連接，隔離單元126用以實現電氣隔離並傳遞上述交流電力以輸出副邊的交流電力Piso。整流單元128與隔離單元126電性連接，整流單元128用以整流副邊的交流電力Piso並產生輸出電力（例如：相應於輸出電壓Vo或輸出電流Io的電力）以傳送予負載90。

在一實施例中，上述開關單元Q1～Q4為金氧半導體場效電晶體（MOSFET）或絕緣閘極雙極性電晶體（IGBT）。實際操作上，諧振變換電路120中開關單元的數量不以上述為限；舉例來說，諧振變換電路120可包含單一開關單元、兩個開關單元或是四個以上的開關單元，換句話說，本領域具通常知識者亦可在不脫離本發明之精神和範圍內，依據實際需求應用任意數目的開關單元於諧振變換電路120中。

如第1圖所示，開關單元Q1～Q4組成全橋電路，但不以此為限，開關單元Q1～Q4亦可組成半橋電路、交錯式雙開關順向（interleaved two-transistor forward）電路或是其他類似的開關電路。開關單元Q1與開關單元Q2電性串聯連接，開關單元Q3與開關單元Q4電性串聯連接。開關單元Q1與開關單元Q4的控制端電性連接於控制電路140的控制輸出端Port1，開關單元Q2與開關單元Q3的控制端電性連接於控制電路140的控制輸出端Port2，使得開關單元Q1與開關單元Q4可接收開關驅動信號SD1而同時開啟或關閉，開關單元Q2與開關單元Q3可接收開關驅動信號SD2而同時開啟或關閉，但不以此為限，例如，開關單元Q1～Q4的控制端可分別連接於控制電路140不同的控制輸出端，使得控制電路140分別控制開關單元Q1～Q4。此外，開關單元Q1～Q4還可分別與二極體D1～D4電性並聯連接，使得開關單元Q1～Q4可應用於零電流開關（zero current switching, ZCS）電路，二極體D1～D4為開關單元Q1～Q4的內接二極體或另外並聯的二極體。

諧振單元124的一端電性連接於開關單元Q1與開關單元Q2之間連接的節點，諧振單元124的另一端電性連接於開關單元Q3與開關單元Q4之間連接的節點。諧振單元124更可包含諧振電感Lr、諧振電容Cr以及寄生電容Cp，其中寄生電容Cp可為外部等效寄生電容或是隔離單元126中的寄生電容。

第2圖係依照本發明實施例繪示一種如第1圖所示之電力變換器100操作的波形示意圖。為方便及清楚說明起見，下述將以第1圖及第2圖所示實施例說明諧振變換電路的操作情形。如第2圖所示，開關驅動信號SD1以工作週期Cycle1周期性地操作，且與開關驅動信號SD2交替地操作，使得開關驅動信號SD2在接續於開關驅動信號SD1的工作週期Cycle1之後的工作週期Cycle2內周期性地操作。在工作週期Cycle1內，開關驅動信號SD1具有一個工作期間TON1，且開關驅動信號SD1在工作期間TON1內保持高位準，使得開關單元Q1以及開關單元Q4在工作期間TON1內開啟（然不以上述為限，開關驅動信號SD1亦可保持低位準使P型電晶體開啟）。此外，開關驅動信號SD1在關閉期間TOFF1內保持低位準，使得開關單元Q1以及開關單元Q4在關閉期間TOFF1內關閉（然不以上述為限，開關驅動信號SD1亦可保持高位準使P型電晶體關閉）。

其次，開關驅動信號SD1的工作週期Cycle1相對應於開關驅動信號SD1的工作頻率，舉例來說，工作週期Cycle1與工作頻率的倒數成正比，使得在控制電路140調整開關驅動信號SD1的工作頻率的情形下，工作週期Cycle1便相應地受到控制電路140調整。

再者，開關驅動信號SD2與其工作週期Cycle2的關係及特性類似上述，故於此不再贅述。

開關驅動信號SD1與開關驅動信號SD2交替地操作，使得開關單元Q1、Q4與開關單元Q2、Q3交替地操作。為清楚及方便說明起見，下述僅以第1圖所示之開關單元Q1以及開關單元Q4和第2圖所示之時序圖為例來作說明，其餘開關單元之操作均類似。

首先，在時間t0～t1，開關驅動信號SD1轉態於高位準，開關驅動信號SD1控制開關單元Q1和開關單元Q4導通，以傳送輸入電力（例如：輸入電壓Vin或輸入電流相對應的輸入電力）予諧振單元124，使得諧振單元124中的寄生電容Cp進行充電。此時，電流流過開關單元Q1、諧振電感Lr、諧振電容Cr、寄生電容Cp以及開關單元Q4，使得諧振電感Lr、寄生電容Cp以及諧振電容Cr諧振。

接著在時間t1時，寄生電容Cp完成充電，使得諧振電感Lr與諧振電容Cr諧振。舉例來說，隔離單元126可為隔離變壓器，諧振電流Ir流進隔離變壓器的原邊繞線組，使得諧振單元124與開關單元Q1和開關單元Q4協作產生交流電力的正向部分，隔離單元126傳遞上述交流電力以輸出副邊繞線組的交流電力Piso。

整流單元128對副邊繞線組的交流電力Piso進行整流而產生整流電流Io-Rec（如第2圖所示），且整流電流Io-Rec經後續處理後成為直流的輸出電流Io，且輸出電壓Vo相應地產生，其中輸出電流Io為電流Io-Rec的平均值。

接著，在時間t2時，開關驅動信號SD1保持高位準，諧振電流Ir為零而隔離單元126的副邊繞線組電流為零，使得整流單元128的輸出電流為零。

然後，在時間t2～t3，諧振電流Ir反向流動，諧振電流Ir自開關單元Q4經寄生電容Cp、諧振電容Cr以及諧振電感Lr流往開關單元Q1，使得諧振電感Lr、諧振電容Cr以及寄生電容Cp諧振。

其次，在時間t3時，開關驅動信號SD1轉態為低位準，開關驅動信號SD1控制開關單元Q1以及開關單元Q4關閉。此時，諧振電流Ir流經過二極體D1以及二極體D4，藉以實現零電流開關操作。

然後，在時間t4時，開關驅動信號SD1保持低位準，諧振電流Ir為零，開關單元Q1以及開關單元Q4的操作完成。

另一方面，如圖2所示，流經開關單元Q2以及開關單元Q3的諧振電流Ir與流經開關單元Q1以及開關單元Q4的諧振電流Ir的相位相反，使得諧振單元124與開關單元Q1、Q2、Q3以及Q4協作產生對應於諧振電流Ir的交流電力。開關單元Q2以及開關單元Q3的操作類似開關單元Q1以及開關單元Q4的操作，故於此不再贅述。

由上可知，當輸出電壓降低時，由於在每個開關週期內自變壓器的原邊向副邊傳遞的能量保持不變，故輸出電壓的脈動（ΔVo）增加，使得輸出電壓的紋波（ΔVo/Vo）相應增大，影響成像的品質。另一方面，當負載變輕時，負載所需的電力減小，故在負載所需電壓固定的情形下，輸出電流減小，使得輸出電壓的紋波相應增大，同樣會影響成像的品質。第3圖係依照本發明實施例繪示一種如第1圖所示之輸出電流以及輸出電壓的波形示意圖。如第3圖所示，當負載變輕時，在負載所需電壓固定的情形下，輸出電流自Io減小至Io/2，使得對應輸出電流Io/2的輸出電壓Vo的紋波相較於對應輸出電流Io的輸出電壓Vo的紋波還來得大，影響成像的品質。

為了解決前述問題，第1圖所示的控制電路140可根據負載90所需的電力選擇性地調整上述開關驅動信號SD1和SD2的工作期間以及工作頻率，藉此在負載90改變的情形下，電力變換器100的輸出電壓Vo的紋波不會明顯增大，使得電力變換器100具有彈性可應付負載的各種需求。

第4圖係依照本發明另一實施例繪示一種如第1圖所示之電力變換器100操作的波形示意圖。相較於第2圖，控制電路140根據負載90所需的電力選擇性地調整上述開關驅動信號SD1和SD2的工作期間以及工作頻率。舉例來說，在負載90減輕並需要保持輸出電壓Vo，且需要改變輸出電流Io的情形下，控制電路140調整開關驅動信號SD1的工作期間（即開關單元Q1以及開關單元Q4的導通期間）TON14小於第2圖所示之工作期間TON1，使得在一個開關週期內自變壓器的原邊向副邊傳遞的能量減少，輸出電流Io小於第2圖所示的輸出電流Io，且輸出電壓Vo的紋波相較於第2圖所示輸出電壓Vo的紋波更小。類似地，控制電路140亦可調整開關驅動信號SD2的工作期間，故於此不再贅述。

第5A圖係依照本發明一實施例繪示一種負載相對工作期間變化的曲線示意圖。如第1圖和第5A圖所示，控制電路140可根據負載90的大小（或負載90所需的電力大小）獨立調整開關驅動信號SD1與SD2的工作期間，使得開關驅動信號SD1與SD2的工作期間與負載90的大小（或負載90所需的電力大小）成比例變化（如曲線Curve51）。

第5B圖係依照本發明一實施例繪示一種負載相對工作頻率變化的曲線示意圖。類似地，如第1圖和第5B圖所示，控制電路140可根據負載90的大小（或負載90所需的電力大小）獨立調整開關驅動信號SD1與SD2的工作頻率，使得開關驅動信號SD1與SD2的工作頻率與負載90的大小（或負載90所需的電力大小）成比例變化（如曲線Curve52）。

此外，前述驅動信號的工作期間和工作頻率亦可同時進行調整；換言之，控制電路140可根據負載90所需電力的變化同步調整開關驅動信號SD1與SD2的工作期間以及工作頻率。在一實施例中，控制電路140是以與負載90所需電力的變化等比例的方式（例如：上述曲線Curve51和Curve52所代表的變化方式）同步調整驅動信號SD1與SD2的工作期間以及工作頻率。

此外，上述實施例對於工作頻率及工作期間的調整幅度不需一致，可以主要調整工作頻率而微調整工作期間，或者主要調整工作期間而微調整工作頻率。

需說明的是，對應於工作期間的曲線Curve51與對應於工作頻率的曲線Curve52可具有不同斜率，使得在負載90所需的電力範圍內，電力變換器100能輸出具較低紋波的輸出電壓Vo，還能選擇性地同步調整或個別調整工作期間與工作頻率，讓電力變換器100的操作更具有彈性。

第6圖係依照本發明另一實施例繪示一種負載相對工作頻率及工作期間變化的曲線示意圖。相較於第5A圖和第5B圖而言，於本實施例中，在負載90較重或大於預設量值Thr（亦即負載90所需電力的量值大於預設量值）的情形下，工作頻率相對負載90（或其所需電力）的變化曲線Curve62的斜率為零，亦即控制電路140固定開關驅動信號SD1與 SD2的工作頻率，並隨著負載90（或其所需電力）的變化沿著曲線Curve61調整開關驅動信號SD1與 SD2的工作期間，使得工作期間調整後的開關驅動信號SD1與 SD2能隨著負載90變化而驅動諧振變換電路120中的開關單元Q1～Q4，藉以獲得具較低紋波的輸出電壓Vo。

另一方面，在負載90較輕或小於預設量值Thr（亦即負載90所需電力的量值小於預設量值）的情形下，工作期間相對負載90（或其所需電力）的變化曲線Curve61的斜率為零，亦即控制電路140固定開關驅動信號SD1與SD2的工作期間，並隨著負載90（或其所需電力）的變化沿著曲線Curve62調整開關驅動信號SD1與SD2的工作頻率，使得工作頻率調整後的開關驅動信號SD1與 SD2能隨著負載90變化而驅動諧振變換電路120中的開關單元Q1～Q4，藉以獲得具較低紋波的輸出電壓Vo。

需說明的是，實作上，在負載減輕的情形下，亦可在電源系統的限制下導致工作期間接近最小值而無法大幅度變化的情形下（如：工作期間僅能經調整至一預定最小值），轉而調整工作頻率，以符合負載變化的需求。

第7圖係依照本發明次一實施例繪示一種負載相對工作頻率及工作期間變化的曲線示意圖。相較於第6圖而言，於本實施例中，在負載90較重或大於預設量值Thr（亦即負載90所需電力的量值大於預設量值）的情形下，控制電路140隨著負載90（或其所需電力）的變化調整開關驅動信號SD1與SD2的工作期間並微調開關驅動信號SD1與開關驅動信號SD2的工作頻率。

在本實施例中，控制電路140沿著曲線Curve71的變化調整工作期間，並沿著曲線Curve72的變化微調工作頻率；換言之，在負載90大於預設量值Thr的情形下，曲線Curve71的斜率比曲線Curve72的斜率大，使得控制電路140沿著曲線Curve71的變化主要調整工作期間且沿著曲線Curve72的變化微調整工作頻率。

另一方面，在負載90較輕或小於預設量值Thr（亦即負載90所需電力的量值小於預設量值）的情形下，控制電路140隨著負載90（或其所需電力）的變化調整開關驅動信號SD1與SD2的工作頻率並微調開關驅動信號SD1與SD2的工作期間。

在本實施例中，控制電路140沿著曲線Curve72的變化調整工作頻率，並沿著曲線Curve71的變化微調工作期間；換言之，在負載90小於預設量值Thr的情形下，曲線Curve72的斜率比曲線Curve71的斜率大，使得控制電路140沿著曲線Curve72的變化主要調整工作頻率且沿著曲線Curve71的變化微調整工作期間。

同樣地，在負載90所需電力為輕負載的情況下，亦可在電源系統的限制下導致工作期間接近最小值而無法大幅度變化的情形下（如：工作期間僅能經調整至一預定最小值），轉而調整工作頻率，以符合負載變化的需求。

在以上第6圖與第7圖所示之實施例中，負載90的量值約為預設量值Thr（或所需電力的量值約為預設量值）的情形下，控制電路140調整開關驅動信號SD1與SD2的佔空比約為0.01～0.5。在其它實施例中，負載90的量值約為預設量值Thr（或所需電力的量值約為預設量值）的情形下，控制電路140調整開關驅動信號SD1與SD2的佔空比約為0.01～0.05。需說明的是，上述預設量值Thr可根據電源系統的限制下工作期間的最小值來作設定，然其不以此為限。

第8圖係依照本發明另一實施例繪示一種如第1圖所示之輸出電流以及輸出電壓的波形示意圖。如第8圖所示，當負載變輕時，若是僅調整工作頻率的話，則整流電流Io-Rec如圖所示，輸出電流為Io1，且對應輸出電流Io1的輸出電壓Vo具有較大的紋波；另一方面，若是依據上述方式調整工作頻率及工作期間的話，則整流電流Io-Rec如圖所示，輸出電流為Io2，且對應輸出電流Io2的輸出電壓Vo具有相對較小的紋波。如此一來，成像儀器（如： X光機）便可具有較佳的電源品質，使其效能得以提升。

由以上實施例可知，應用本發明的技術，可以透過選擇性地調整驅動信號的工作頻率以及工作期間，讓電力變換器的輸出可以符合各種負載的需求。再者，藉由驅動信號的工作期間的調整操作，可使電力變換器在負載減小時輸出紋波較小的輸出電壓，藉以提升X光機的電源品質，使得成像儀器的效能提升。

本發明另一態樣是有關於一種電力變換方法，其可應用於第1圖所示之電力變換器100，然不以其為限。下述將以實施例說明應用於第1圖所示之電力變換器100的電力變換方法。首先，藉由諧振變換電路120將輸入電力（例如：與輸入電壓Vin與輸入電流相對應的輸入電力）變換為輸出電力（例如：與輸出電壓Vo與輸出電流Io相對應的輸出電力）供應予負載90。其次，藉由控制電路140接收對應於上述輸出電力以及負載90的回授信號。接著，藉由控制電路140根據迴授信號輸出驅動信號驅動諧振變換電路120，其中上述驅動信號可包括開關驅動信號SD1和SD2（如第1圖所示）。然後，藉由控制電路140根據負載90所需的電力（或是負載90的大小）選擇性地調整開關驅動信號SD1以及開關驅動信號SD2的工作期間以及工作頻率，使得受到調整的開關驅動信號SD1以及SD2驅動諧振變換電路120，藉以控制諧振變換電路120調整上述輸出電力。

在一實施例中，控制電路140接收的回授信號是諧振變換電路120產生的輸出電壓Vo所對應的回授電壓信號SFVo，或者控制電路140接收的回授信號是諧振變換電路120產生的輸出電流Io所對應的回授電流信號SFIo，如第1圖所示。

在一實施例中，將輸入電力變換為輸出電力以傳送予負載90的步驟更包含以下步驟：透過控制電路140根據開關驅動信號SD1和SD2的工作頻率以及工作期間，控制開關單元Q1～Q4中至少一者交替地開啟及關閉，以調節並傳送上述輸入電力予諧振單元124；接著，藉由諧振單元124與開關單元Q1～Q4中至少一者協作以產生交流電力；其次，藉由隔離單元126實現電氣隔離並傳遞上述交流電力以輸出副邊的交流電力Piso；然後，藉由整流單元128整流副邊的交流電力Piso並產生輸出電力（例如：與輸出電壓Vo以及輸出電流Io對應的輸出電力）以傳送予負載90。

上述開關單元Q1～Q4的操作可透過控制電路140應用第2圖至第4圖所示之實施例來進行，並可應用第5A圖至第7圖所示之實施例來調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間以及工作頻率，藉以透過調整後的開關驅動信號SD1以及SD2控制開關單元Q1～Q4，具體的控制及調整方式如上所述，故於此不再贅述。

如第5A圖和第5B圖所示，在一實施例中，根據負載90所需的電力選擇性地調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間以及工作頻率的步驟更可包含以下步驟：藉由控制電路140根據負載90所需電力的變化（或是負載90的大小），沿著對應於工作期間的曲線Curve51與對應於工作頻率的曲線Curve52同步調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間以及工作頻率，或是獨立調整工作期間或工作頻率。

在另一實施例中，根據負載90所需的電力（或是負載90的大小）選擇性地調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間以及工作頻率的步驟更可包含以下步驟：藉由控制電路140以與負載90所需電力的變化（或是負載90的大小）等比例的方式同步調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間以及工作頻率，或是獨立調整工作期間或工作頻率。

如第6圖所示，在一實施例中，藉由控制電路140根據負載90所需的電力選擇性地調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間以及工作頻率的步驟更可包含下述步驟：在負載90較重或大於預設量值Thr（亦即負載90所需電力的量值大於預設量值）的情形下，藉由控制電路140固定開關驅動信號SD1以及SD2的工作頻率並隨著負載90（或其所需電力）的變化沿著曲線Curve61調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間，使得工作期間調整後的開關驅動信號SD1與 SD2能隨著負載90變化而驅動諧振變換電路120中的開關單元Q1～Q4，藉以獲得具較低紋波的輸出電壓Vo。

在又一實施例中，藉由控制電路140根據負載90（或其所需電力）選擇性地調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間以及工作頻率的步驟更可包含下述步驟：在負載90較輕或小於預設量值Thr（亦即負載90所需電力的量值小於預設量值）的情形下，藉由控制電路140固定開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間，並隨著負載90（或其所需電力）的變化沿著曲線Curve62調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作頻率，使得工作頻率調整後的開關驅動信號SD1與 SD2能隨著負載90變化而驅動諧振變換電路120中的開關單元Q1～Q4，藉以獲得具較低紋波的輸出電壓Vo。

如第7圖所示，在一實施例中，藉由控制電路140根據負載90（或其所需電力）選擇性地調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間以及工作頻率的步驟更可包含下述步驟：在負載90較重或大於預設量值Thr（亦即負載90所需電力的量值大於預設量值）的情形下，藉由控制電路140隨著負載90（或其所需電力）的變化沿著曲線Curve71調整開關驅動信號SD1以及SD2的工作期間，並沿著曲線Curve72微調開關驅動信號SD1以及 SD2的工作頻率，其中曲線Curve71的斜率比曲線Curve72的斜率大，使得控制電路140主要調整開關驅動信號SD1以及 SD2的工作期間且微調整工作頻率。

另一方面，在負載90較輕或小於預設量值Thr（亦即負載90所需電力的量值小於預設量值）的情形下，藉由控制電路140隨著負載90（或其所需電力）的變化沿著曲線Curve72調整開關驅動信號SD1以及 SD2的工作頻率並沿著曲線Curve71微調開關驅動信號SD1以及 SD2的工作期間，其中曲線Curve72的斜率比曲線Curve71的斜率大，使得控制電路140主要調整開關驅動信號SD1以及 SD2的工作頻率且微調整工作期間。

在第6圖以及第7圖所示之實施例中，在負載90的量值約為預設量值Thr（或所需電力的量值約為預設量值）的情形下，藉由控制電路140調整驅動信號的佔空比可約為0.01～0.5。在其它實施例中，在負載90的量值約為預設量值Thr（或所需電力的量值約為預設量值）的情形下，藉由控制電路140調整驅動信號的佔空比可約為0.01～0.05。需說明的是，上述預設量值Thr可根據電源系統的限制下工作期間的最小值來作設定，然其不以此為限。

由以上實施例可知，應用本發明的技術，可以透過選擇性地調整驅動信號的工作頻率以及工作期間，讓電力變換方法具有彈性可應付負載的各種需求。再者，藉由驅動信號的工作期間的控制操作使諧振變換電路輸出紋波小的輸出電壓，藉以提升X光機電源品質，使得醫療成像儀器的效能提升，進而改善成像的精度及圖像品質，並降低X光機所發出的軟射線劑量。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

由以上實施例可知，應用本發明的技術，可以透過選擇性地調整驅動信號的工作頻率以及工作期間，讓諧振變換電路具有彈性可應付負載的各種需求。再者，藉由驅動信號的工作期間的調整操作使輸出電壓的紋波小，藉以提升X光機電源品質，使得醫療成像儀器的效能提升。因此，選擇性地調整驅動信號的工作頻率以及工作期間讓諧振變換電路可適應各種輸出需求，同時輸出穩定的電力。

90．．．負載

100．．．電力變換器

120．．．諧振變換電路

140．．．控制電路

Q1~Q4．．．開關單元

124．．．諧振單元

126．．．隔離單元

128．．．整流單元

D1~D4．．．二極體

SD1、SD2．．．開關驅動信號

SFVo、SFIo．．．回授信號

Vin、Vo．．．電壓

Ir、Io．．．電流

Piso．．．交流電力

Port1、Port2．．．控制輸出端

Lr．．．電感

Cr、CP．．．電容

Claims (22)

1. 一種電力變換器，包含：
   一諧振變換電路，用以將一輸入電力變換為一輸出電力供應予一負載；以及
   一控制電路，用以接收對應於該輸出電力以及該負載的一回授信號，並根據該回授信號輸出一驅動信號驅動該諧振變換電路，其中該控制電路更用以根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率。
2. 如請求項1所述之電力變換器，其中該控制電路根據該負載所需電力的變化同步調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率。
3. 如請求項1所述之電力變換器，其中該控制電路是以與該負載所需電力的變化等比例的方式同步調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率。
4. 如請求項1所述之電力變換器，其中在該負載所需電力的量值大於一預設量值的情形下，該控制電路固定該驅動信號的工作頻率並隨著該負載所需電力的變化調整該驅動信號的工作期間。
5. 如請求項1所述之電力變換器，其中在該負載所需電力的量值小於一預設量值的情形下，該控制電路固定該驅動信號的工作期間並隨著該負載所需電力的變化調整該驅動信號的工作頻率。
6. 如請求項1所述之電力變換器，其中在該負載所需電力的量值大於一預設量值的情形下，該控制電路隨著該負載所需電力的變化調整該驅動信號的工作期間並微調該驅動信號的工作頻率。
7. 如請求項1所述之電力變換器，其中在該負載所需電力的量值小於一預設量值的情形下，該控制電路隨著該負載所需電力的變化調整該驅動信號的工作頻率並微調該驅動信號的工作期間。
8. 如請求項4至7中任一者所述之電力變換器，其中在該負載所需電力的量值約為該預設量值的情形下，該控制電路調整該驅動信號的佔空比約為0.01～0.05。
9. 如請求項4至7中任一者所述之電力變換器，其中在該負載所需電力的量值約為該預設量值的情形下，該控制電路調整該驅動信號的佔空比約為0.01～0.5。
10. 如請求項1所述之電力變換器，其中該控制電路是藉由接收該諧振變換電路產生的輸出電壓所對應的回授電壓信號或是該諧振變換電路產生的輸出電流所對應的回授電流信號，藉以選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率。
11. 如請求項1所述之電力變換器，其中該諧振變換電路更包含：
    至少一開關單元，由該驅動信號所控制而交替地開啟及關閉，以傳送該輸入電力；
    一諧振單元，與該至少一開關單元電性連接，並與該至少一開關單元協作產生一交流電力；
    一隔離單元，與該諧振單元電性連接，用以實現電氣隔離並傳遞該交流電力以輸出一第二交流電力；以及
    一整流單元，與該隔離單元電性連接，用以整流該第二交流電力並產生該輸出電力以傳送予該負載。
12. 一種電力變換方法，包含：
    藉由一諧振變換電路將一輸入電力變換為一輸出電力供應予一負載；
    藉由一控制電路接收對應於該輸出電力以及該負載的一回授信號；
    藉由該控制電路根據該回授信號輸出一驅動信號驅動該諧振變換電路；以及
    藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率。
13. 如請求項12所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含：
    根據該負載所需電力的變化同步調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率。
14. 如請求項12所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含：
    以與該負載所需電力的變化等比例的方式同步調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率。
15. 如請求項12所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含：
    在該負載所需電力的量值大於一預設量值的情形下，固定該驅動信號的工作頻率並隨著該負載所需電力的變化調整該驅動信號的工作期間。
16. 如請求項12所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含：
    在該負載所需電力的量值小於一預設量值的情形下，固定該驅動信號的工作期間並隨著該負載所需電力的變化調整該驅動信號的工作頻率。
17. 如請求項12所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含：
    在該負載所需電力的量值大於一預設量值的情形下，隨著該負載所需電力的變化調整該驅動信號的工作期間並微調該驅動信號的工作頻率。
18. 如請求項12所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含：
    在該負載所需電力的量值小於一預設量值的情形下，隨著該負載所需電力的變化調整該驅動信號的工作頻率並微調該驅動信號的工作期間。
19. 如請求項15至18中任一者所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含：
    在該負載所需電力的量值約為該預設量值的情形下，調整該驅動信號的佔空比約為0.01～0.05。
20. 如請求項15至18中任一者所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路根據該負載所需的電力選擇性地調整該驅動信號的工作期間以及工作頻率的步驟更包含：
    在該負載所需電力的量值約為該預設量值的情形下，調整該驅動信號的佔空比約為0.01～0.5。
21. 如請求項12所述之電力變換方法，其中藉由該控制電路接收對應於該輸出電力以及該負載的該回授信號的步驟更包含：
    藉由該控制電路接收該諧振變換電路產生的輸出電壓所對應的回授電壓信號或是該諧振變換電路產生的輸出電流所對應的回授電流信號。
22. 如請求項12所述之電力變換方法，其中藉由該諧振變換電路將該輸入電力變換為該輸出電力供應予該負載的步驟更包含：
    根據該驅動信號控制至少一開關單元交替地開啟及關閉以傳送該輸入電力；
    藉由一諧振單元與該至少一開關單元協作產生一交流電力；
    藉由一隔離單元實現電氣隔離並傳遞該交流電力以輸出一第二交流電力；以及
    藉由一整流單元整流該第二交流電力並產生該輸出電力以傳送予該負載。