TW201911726A - 具箝位模式切換之電源轉換系統 - Google Patents

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Abstract

一種具箝位模式切換之電源轉換系統，包括箝位轉換電路、切換電路模組、脈波寬度調變控制模組及迴授控制模組。當迴授控制模組回傳電壓給切換電路模組與脈波寬度調變控制模組時，脈波寬度調變控制模組維持迴授電壓穩定，以及切換電路模組根據迴授電壓切換箝位轉換電路工作於主動箝位模式或非主動箝位模式。

Description

具箝位模式切換之電源轉換系統
本發明係有關一種具箝位模式切換之電源轉換系統，尤指一種可操作在主動箝位模式與非主動箝位模式之間切換之電源轉換系統。
隨著電力電子領域的發展越來越快速，使得應用轉換器轉換電源的系統應用越來越廣泛，特別是目前的電子產品越來越要求具有高功率密度、高可靠性、體積小、高效率的特性。一般在電源轉換系統的應用中，又以應用返馳式轉換器(flyback converter)最為常見，其具有電路隔離、結構簡單、成本低廉等優點。目前返馳式的電源轉換系統主要有主動箝位返馳式的電源轉換系統與被動箝位返馳式的電源轉換系統(或稱非主動箝位返馳式的電源轉換系統)。
其中，主動箝位返馳式的電源轉換系統是利用兩個切換單元(一者具有箝位控制的輔助功率開關，另一者則具有電源轉換控制的主功率開關)的切換，將輸入電源透過電磁耦合的效應轉換為輸出電源。而被動箝位返馳式的電源轉換系統與主動箝位返馳式的電源轉換系統的差異在於，前者不具有箝位控制的輔助功率開關，而僅使用被動式的二極體提供箝位操作，且通過單一切換單元的主功率開關的切換來達成將輸入電源轉換為輸出電源。具體而言，在重載的時候，因為主動箝位返馳式的電源轉換系統具有零電壓切換(zero voltage switching, ZVS)的優點，所以其重載效率比被動箝位返馳式的電源轉換系統高，但是在輕載的時候，其輕載效率會比被動箝位返馳式的電源轉換系統差。主要原因是主動箝位返馳式的電源轉換系統為了滿足零電壓切換，所以即使在輕載下仍需保持較大的諧振電流，反而造成更多的銅損與鐵損產生，導致輕載時的效率比被動箝位返馳式的電源轉換系統差。
因此，如何設計出一種可操作在主動箝位模式與非主動箝位模式之間切換之電源轉換系統，以提高電源轉換系統的整體效率，且當電源轉換系統在主動箝位模式與非主動箝位模式轉換時的暫態下，抑制突波電壓的產生，乃為本案發明人所欲行克服並加以解決的一大課題。
為了解決上述問題，本發明係提供一種具箝位模式切換之電源轉換系統，以克服習知技術的問題。因此，本發明電源轉換系統包括：箝位轉換電路，操作在主動箝位模式或非主動箝位模式。切換電路模組，耦接箝位轉換電路。脈波寬度調變控制模組，耦接切換電路模組與箝位轉換電路。及迴授控制模組，耦接切換電路模組、脈波寬度調變控制模組及箝位轉換電路。其中，當迴授控制模組回傳迴授電壓給切換電路模組與脈波寬度調變控制模組時，脈波寬度調變控制模組維持迴授電壓穩定，以及切換電路模組根據迴授電壓切換箝位轉換電路工作於主動箝位模式或非主動箝位模式。
於一實施例中，其中切換電路模組包括切換單元，切換單元耦接箝位轉換電路。當迴授電壓為輕載時，切換電路模組禁能切換單元，使箝位轉換電路工作於非主動箝位模式。
於一實施例中，其中電源轉換系統更包括：波峰偵測模組，耦接切換電路模組。其中，當迴授電壓為輕載且波峰偵測模組偵測到波峰上緣值時，切換電路模組致能切換單元，使箝位轉換電路由非主動箝位模式轉換為主動箝位模式。
於一實施例中，其中電源轉換系統更包括：波峰偵測模組，耦接切換電路模組。其中，當電壓為輕載且波峰偵測模組偵測到波峰上緣值時，切換電路模組致能切換單元，使箝位轉換電路由非主動箝位模式轉換為主動箝位模式。
於一實施例中，其中電源轉換系統更包括：波峰上限偵測模組，耦接波峰偵測模組。其中，波峰上限偵測模組根據箝位轉換電路的開關電流回傳波峰上緣值給波峰偵測模組。
於一實施例中，其中波峰偵測模組包括：電壓控制模組，耦接箝位轉換電路。電壓判斷模組，耦接電壓控制模組與切換電路模組。其中，電壓控制模組偵測波峰上緣值，並傳送電壓訊號至電壓判斷模組，且切換電路模組根據電壓判斷模組的判斷結果控制致能或禁能切換單元。
於一實施例中，其中電壓控制模組包括：第一電壓控制單元，耦接箝位轉換電路與切換電路模組。及第二電壓控制單元，耦接箝位轉換電路與切換電路模組。其中，當電壓控制模組偵測到波峰上緣值時，第一電壓控制單元與第二電壓控制單元皆不導通。
於一實施例中，其中電壓判斷模組包括：第一比較單元，耦接電壓控制模組與切換電路模組。第二比較單元，耦接電壓控制模組。及延遲模組，耦接第二比較單元與切換電路模組。其中，當電壓控制模組偵測到波峰上緣值時，第一比較單元根據電壓訊號輸出第一致能訊號，且第二比較單元通過延遲模組輸出第二致能訊號；切換電路模組根據第一致能訊號與第二致能訊號致能切換單元。
於一實施例中，其中當電壓控制模組偵測到波峰下緣值時，第一比較單元輸出第一致能訊號，且第二比較單元通過延遲模組延遲輸出延遲致能訊號；切換電路模組根據第一致能訊號與延遲致能訊號禁能切換單元。
於一實施例中，其中第一比較單元包括第一參考電壓，第二比較單元包括第二參考電壓，第一參考電壓大於第二參考電壓。
於一實施例中，其中當電壓控制模組偵測到波峰上緣值時，電壓控制模組控制電壓訊號介於第一參考電壓與第二參考電壓之間。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參閱圖1A係為本發明電源轉換系統第一實施例之電路方塊示意圖。電源轉換系統100包括箝位轉換電路10、切換電路模組20、脈波寬度調變控制模組30及迴授控制模組40。箝位轉換電路10接收並轉換輸入電源Vin為輸出電源Vout，且可操作在主動箝位模式或非主動箝位模式。切換電路模組20與脈波寬度調變控制模組30耦接箝位轉換電路10，且切換電路模組20耦接脈波寬度調變控制模組30。迴授控制模組40耦接切換電路模組20、脈波寬度調變控制模組30及箝位轉換電路10，且當迴授控制模組40接收輸出電源Vout時，回傳迴授電壓Vs給切換電路模組20及脈波寬度調變控制模組30。脈波寬度調變控制模組30維持迴授電壓Vs穩定，且根據迴授電壓Vs產生第一控制訊號Sc1與脈波寬度調變訊號(以下簡稱脈寬調變訊號Spwm)，其中所產生的第一控制訊號Sc1輸出至箝位轉換電路10，所產生的脈寬調變訊號Spwm輸出至切換電路模組20。切換電路模組20接收迴授電壓Vs與脈寬調變訊號Spwm，並根據迴授電壓Vs與脈寬調變訊號Spwm控制箝位轉換電路10。箝位轉換電路10根據第一控制訊號Sc1與切換電路模組20的切換而轉換輸入電源Vin為輸出電源Vout，並根據切換電路模組20的致能或禁能，而改變箝位模式為主動箝位模式或非主動箝位模式。
請參閱圖1B係為本發明電源轉換系統第一實施例之細部電路方塊示意圖。復配合參閱圖1A，箝位轉換電路10包括第一切換單元12、變壓單元14及整流濾波單元16。變壓單元14的一次側接收輸入電源Vin，且並聯切換電路模組20及串聯第一切換單元12。變壓單元14的二次側耦接整流濾波單元16，且輸出輸出電源Vout。整流濾波單元16耦接迴授控制模組40，且輸出輸出電源Vout至迴授控制模組40。有關切換電路模組20、脈波寬度調變控制模組30及迴授控制模組40之間的連接關係相同於圖1A，在此不再加以贅述。切換電路模組20包括模式控制單元22與第二切換單元24，模式控制單元22耦接脈波寬度調變控制模組30、迴授控制模組40及第二切換單元24，且根據脈寬調變訊號Spwm產生並輸出第二控制訊號Sc2至第二切換單元24，並根據迴授電壓Vs控制輸出或不輸出第二控制訊號Sc2，以控制致能或禁能第二切換單元24。第二切換單元24並聯變壓單元14的一次側，且接收第二控制訊號Sc2。箝位轉換電路10根據第一控制訊號Sc1與第二控制訊號Sc2而轉換輸入電源Vin為輸出電源Vout。值得一提，於本實施例之中，模式控制單元22與脈波寬度調變控制模組30可整合在單一控制晶片(IC)上，或以電子元件所兜成之控制電路，然不以此為限制本發明。
當箝位轉換電路10接收輸入電源Vin時，通過第一切換單元12及/或第二切換單元24的切換，且經由變壓單元14一次側與二次側的電磁耦合，將輸入電源Vin轉換為輸出電源Vout，並通過變壓單元14的二次側輸出輸出電源Vout。迴授控制模組40轉換輸出電源Vout為迴授電壓Vs，並輸出迴授電壓Vs至脈波寬度調變控制模組30與切換電路模組20的模式控制單元22。脈波寬度調變控制模組30根據迴授電壓Vs產生第一控制訊號Sc1與脈寬調變訊號Spwm，並輸出第一控制訊號Sc1控制第一切換單元12的切換。模式控制單元22根據迴授電壓Vs判斷輸出電源Vout是否為輕載，以禁能或致能第二切換單元24。具體而言，當模式控制單元22根據迴授電壓Vs判斷輸出電源Vout為輕載時，模式控制單元22禁能第二切換單元24而使得第二切換單元24不工作，此時箝位轉換電路10工作於非主動箝位模式。當模式控制單元22根據迴授電壓Vs判斷輸出電源Vout為輕載以上時，模式控制單元22轉換脈寬調變訊號Spwm為第二控制訊號Sc2，並輸出第二控制訊號Sc2控制第二切換單元24的切換，此時箝位轉換電路10工作於主動箝位模式。值得一提，於本發明中，電源轉換系統100設定負載在25%以下為輕載，且負載在25%以上為輕載以上，但輕載的設定可依實際狀況調整，並不以25%為限。
進一步而言，當模式控制單元22根據迴授電壓Vs判斷輸出電源Vout為輕載時，模式控制單元22不輸出第二控制訊號Sc2至第二切換單元24，使得第二切換單元24不導通。當第二切換單元24不導通時，能量的傳遞僅能通過第二切換單元24中，並聯在電晶體旁的二極體(未標示)或電晶體內的本體二極體(body diode)的導通而傳遞。因此當箝位轉換電路10操作於非主動箝位模式時，第二切換單元24可等效為被動式的二極體。當模式控制單元22根據迴授電壓Vs判斷輸出電源Vout為輕載以上時，模式控制單元22輸出第二控制訊號Sc2至第二切換單元24，此時第二切換單元24根據第二控制訊號Sc2的脈衝寬度調變而切換，因此當箝位轉換電路10操作於主動箝位模式時，第二切換單元24為主動式的開關。通過箝位轉換電路10在輕載時操作於非主動箝位模式，以及輕載以上時操作於主動箝位模式之下，可提升箝位轉換電路10在運作時的整體效率。
請參閱圖2A係為本發明電源轉換系統第二實施例之電路方塊示意圖，復配合參閱圖1A~1B。本實施例之電源轉換系統100’與圖1A之電源轉換系統100差異在於，本實施例之電源轉換系統100’更包括波峰偵測模組50與波峰上限偵測模組60。波峰偵測模組50耦接切換電路模組20與波峰上限偵測模組60，且波峰上限偵測模組60耦接箝位轉換電路10。當箝位轉換電路10運作時，波峰上限偵測模組60根據箝位轉換電路10的開關電流Is回傳脈波訊號Sp給波峰偵測模組50，且波峰偵測模組50根據脈波訊號Sp輸出第三控制訊號Sc3至切換電路模組20。切換電路模組20接收迴授電壓Vs、脈寬調變訊號Spwm及第三控制訊號Sc3，並根據迴授電壓Vs、脈寬調變訊號Spwm及第三控制訊號Sc3控制箝位轉換電路10。有關箝位轉換電路10、切換電路模組20、脈波寬度調變控制模組30及迴授控制模組40之間的連接關係及訊號的傳遞相同於圖1A，在此不再加以贅述。
請參閱圖2B係為本發明電源轉換系統第二實施例之細部電路方塊示意圖，復配合參閱圖1A~2A。波峰上限偵測模組60耦接第一切換單元12與第二切換單元24之間的接點，且根據第一切換單元12與第二切換單元24之間的接點產生的開關電流Is而提供脈波訊號Sp，並輸出脈波訊號Sp至波峰偵測模組50。波峰偵測模組50根據脈波訊號Sp而產生第三控制訊號Sc3，並輸出第三控制訊號Sc3至模式控制單元22，以控制模式控制單元22是否輸出第二控制訊號Sc2至第二切換單元24。有關箝位轉換電路10、脈波寬度調變控制模組30及迴授控制模組40之間的連接關係及訊號的傳遞相同於圖1B，在此不再加以贅述。值得一提，於本實施例與圖1A的實施例之中，箝位轉換電路10主要是以返馳式轉換器為主體架構，但不以此為限。換言之，只要可達成根據切換電路模組20的致能或禁能而改變箝位模式為主動箝位模式或非主動箝位模式，皆應包含在本實施例與圖1A的實施例之範疇當中。此外，於本實施例之中，模式控制單元22、脈波寬度調變控制模組30及波峰偵測模組50可整合在單一控制晶片(IC)上，或以電子元件所兜成之控制電路。
進一步而言，雖然第一實施例之電源轉換系統100可有效地在不同負載下得到最佳效率，但其在主動箝位模式與非主動箝位模式轉換的暫態過程中，有可能使得第二切換單元24導通瞬間產生電壓突波而導致第一切換單元12損毀。其電壓突波的產生主要原因為，主動箝位模式與非主動箝位模式轉換的暫態過程中且第二切換單元24被致能而瞬間導通時，由於二極體元件的固有特性，使得原本正在導通的第一切換單元12的寄生二極體被強制截止，以避免第一切換單元12與第二切換單元24同時導通而造成變壓單元14的一次側短路。因此當第一切換單元12的寄生二極體被強制截止時，會產生一個非常大的逆向截止電流流經寄生二極體，使得在第一切換單元12的兩端(汲極端與源極端)產生電壓突波。另一種可能致使第一切換單元12產生電壓突波情況則是，為了解決電磁干擾(electromagnetic interference；EMI)問題，會在第一切換單元12旁並聯一個電容值較大的抗電磁干擾電容Coss。因此當第二切換單元24被致能而導通時，抗電磁干擾電容Coss會於第二切換單元24被致能而瞬間導通時，在第一切換單元12的兩端產生電壓突波。因此，於第二實施例中，電源轉換系統100’增加波峰偵測模組50與波峰上限偵測模組60，以偵測第一切換單元12兩端的電壓大小。當第一切換單元12兩端的電壓在波峰上緣值以上時才導通第二切換單元24，以避免第一切換單元12的兩端產生電壓突波。
具體而言，當模式控制單元22根據迴授電壓Vs判斷輸出電源Vout由輕載轉變為輕載以上或輕載以上轉變為輕載的暫態時，波峰偵測模組50偵測脈波訊號Sp的脈波是否在波峰上緣值以上。當波峰偵測模組50偵測脈波訊號Sp，可得知第一切換單元12 兩端之電壓(即汲-源極電壓Vds)的脈波在波峰上緣值以上時，波峰偵測模組50輸出致能的第三控制訊號Sc3至模式控制單元22。當模式控制單元22收到致能的第三控制訊號Sc3時，模式控制單元22輸出第二控制訊號Sc2至第二切換單元24，進而使箝位轉換電路10由非主動箝位模式轉換為主動箝位模式或由主動箝位模式轉換為非主動箝位模式。當波峰偵測模組50偵測脈波訊號Sp不在波峰上緣值以上時，波峰偵測模組50輸出禁能的第三控制訊號Sc3至模式控制單元22。當模式控制單元22收到禁能的第三控制訊號Sc3時，模式控制單元22不輸出第二控制訊號Sc2，以持續禁能第二切換單元24，進而使箝位轉換電路10在非主動箝位模式或主動箝位模式的暫態下，持續等待轉換的時機。值得一提，於本實施例中，是以無極性電容作為本實施例之波峰上限偵測模組60，但不以此為限。換言之，只要可使波峰偵測模組50偵測並判斷出脈波訊號Sp的脈波是否在波峰上緣值以上的波峰上限偵測模組60，皆應包含在本實施例之範疇當中。
請參閱圖3係為本發明波峰偵測模組之細部電路方塊示意圖，復配合參閱圖2A~2B。波峰偵測模組50包括電壓控制模組52與電壓判斷模組54，電壓控制模組52耦接波峰上限偵測模組60與電壓判斷模組54，且電壓判斷模組54耦接模式控制單元22。電壓控制模組52接收脈波訊號Sp，且傳送電壓訊號Sv至電壓判斷模組54。電壓判斷模組54接收電壓訊號Sv，並根據電壓訊號Sv而輸出致能的第三控制訊號Sc3或禁能的第三控制訊號Sc3至模式控制單元22。
電壓控制模組52包括第一電壓控制單元522與第二電壓控制單元524，第一電壓控制單元522耦接波峰上限偵測模組60、電壓判斷模組54及接地端，第二電壓控制單元524並聯第一電壓控制單元522。進一步而言，波峰上限偵測模組60接收箝位轉換電路10的開關電流Is後，會產生類似弦波的脈波訊號Sp。當脈波訊號Sp的波形在上升緣(即斜率為正)時，第一電壓控制單元522導通，且第二電壓控制單元524不導通。當第一電壓控制單元522導通且第二電壓控制單元524不導通時，電壓控制模組52會產生正電壓值的電壓訊號Sv，且輸出正電壓值的電壓訊號Sv至電壓判斷模組54。當脈波訊號Sp的波形在下降緣(即斜率為負)時，第一電壓控制單元522不導通，且第二電壓控制單元524導通。當第一電壓控制單元522不導通且第二電壓控制單元524導通時，電壓控制模組52會產生負電壓值的電壓訊號Sv，且輸出負電壓值的電壓訊號Sv至電壓判斷模組54。當脈波訊號Sp的波形在波峰上緣值以上或波峰下緣值以下時，第一電壓控制單元522與第二電壓控制單元524皆不導通。當第一電壓控制單元522與第二電壓控制單元524皆不導通時，電壓控制模組52會產生低電壓值的電壓訊號Sv，且輸出低電壓值的電壓訊號Sv至電壓判斷模組54。值得一提，於本實施例中，第一電壓控制單元522與第二電壓控制單元524是以兩個反向並聯的二極體做為本實施例之電壓控制模組52，即第一電壓控制單元522的陽極耦接第二電壓控制單元524的陰極，第一電壓控制單元522的陰極耦接第二電壓控制單元524的陽極，但不以此為限。換言之，只要可判斷出脈波訊號Sp的波形在波峰上緣值以上或波峰下緣值以下，且輸出可區別脈波訊號Sp的波形在上升緣、在下降緣、在波峰上緣值以上或在波峰下緣值以下的電壓訊號Sv的第一電壓控制單元522與第二電壓控制單元524，皆應包含在本實施例之範疇當中。
電壓判斷模組54包括第一比較單元542、第二比較單元544及延遲模組546，且第一比較單元542耦接電壓控制模組52與模式控制單元22。第二比較單元544耦接電壓控制模組52、第一比較單元542與延遲模組546，且延遲模組546耦接模式控制單元22。進一步而言，第一比較單元542與第二比較單元544的其中之一輸入端耦接電壓控制模組52，且接收電壓訊號Sv。第一比較單元542的另一輸入端耦接第一參考電壓Vref1，第二比較單元544的另一輸入端耦接第二參考電壓Vref2，且第一參考電壓Vref1大於第二參考電壓Vref2。第一比較單元542的輸出端耦接模式控制單元22，且延遲模組546耦接第二比較單元544的輸出端與模式控制單元22。
具體而言，當脈波訊號Sp的波形在上升緣而使電壓控制模組52輸出正電壓值的電壓訊號Sv至第一比較單元542與第二比較單元544的其中之一輸入端時，正電壓值的電壓訊號Sv會大於第一參考電壓Vref1(於本實施例中，第一參考電壓Vref1例如，但不限於為0.2V)與第二參考電壓Vref2(於本實施例中，第二參考電壓Vref2例如，但不限於為0V)。當正電壓值的電壓訊號Sv大於第一參考電壓Vref1與第二參考電壓Vref2時，第一比較單元542輸出禁能訊號(例如邏輯低準位訊號)，且第二比較單元544通過延遲模組546輸出致能訊號(例如邏輯高準位訊號)。此時，電壓判斷模組54根據第一比較單元542輸出的禁能訊號與第二比較單元544輸出的致能訊號而產生禁能的第三控制訊號Sc3(例如邏輯低準位訊號)，且輸出禁能的第三控制訊號Sc3至模式控制單元22，使模式控制單元22禁能第二切換單元24。當脈波訊號Sp的波形在下降緣而使電壓控制模組52輸出負電壓值的電壓訊號Sv至第一比較單元542與第二比較單元544的其中之一輸入端時，負電壓值的電壓訊號Sv會小於第一參考電壓Vref1與第二參考電壓Vref2。當負電壓值的電壓訊號Sv小於第一參考電壓Vref1與第二參考電壓Vref2時，第一比較單元542輸出致能訊號，且第二比較單元544通過延遲模組546輸出禁能訊號。此時，電壓判斷模組54根據第一比較單元542輸出的致能訊號與第二比較單元544輸出的禁能訊號而產生禁能的第三控制訊號Sc3，且輸出禁能的第三控制訊號Sc3至模式控制單元22，使模式控制單元22禁能第二切換單元24。
進一步而言，當脈波訊號Sp的波形在波峰上緣值以上而使電壓控制模組52輸出低電壓值的電壓訊號Sv至第一比較單元542與第二比較單元544的其中之一輸入端時，低電壓值的電壓訊號Sv會介於第一參考電壓Vref1與第二參考電壓Vref2之間。當低電壓值的電壓訊號Sv介於第一參考電壓Vref1與第二參考電壓Vref2之間時，第一比較單元542輸出致能訊號，且第二比較單元544通過延遲模組546也同樣輸出致能訊號。此時，電壓判斷模組54根據第一比較單元542輸出的致能訊號與第二比較單元544輸出的致能訊號而產生致能的第三控制訊號Sc3，且輸出致能的第三控制訊號Sc3至模式控制單元22，使模式控制單元22致能第二切換單元24。
當脈波訊號Sp的波形在波峰下緣值以下而使電壓控制模組52輸出低電壓值的電壓訊號Sv至第一比較單元542與第二比較單元544的其中之一輸入端時，低電壓值的電壓訊號Sv會介於第一參考電壓Vref1與第二參考電壓Vref2之間。當低電壓值的電壓訊號Sv介於第一參考電壓Vref1與第二參考電壓Vref2之間時，第一比較單元542輸出致能訊號。由於脈波訊號Sp的波形在波峰下緣值之前一個波形為下降緣波形，因此第二比較單元544前一個輸出的訊號為禁能訊號。當脈波訊號Sp由下降緣波形變成波峰下緣值以下時，第二比較單元544輸出的訊號會由禁能訊號轉換為致能訊號。當第二比較單元544輸出的訊號由禁能訊號轉換為致能訊號時，會通過延遲模組546將禁能訊號逐漸充能至致能訊號。在一實施例中，延遲模組546包含延遲電阻Rd與延遲電容Cd。由於延遲電阻Rd與延遲電容Cd的作用，使得電源電壓Vcc對延遲電容Cd進行充電，所需的RC充電時間，提供作為延遲時間之用。因此當脈波訊號Sp的波形來到波峰下緣值時，第二比較單元544通過延遲模組546輸出將禁能訊號逐漸對延遲電容Cd充能至致能訊號的延遲致能訊號。此時，電壓判斷模組54根據第一比較單元542輸出的致能訊號與第二比較單元544輸出的延遲致能訊號而產生禁能的第三控制訊號Sc3，且輸出禁能的第三控制訊號Sc3至模式控制單元22，使模式控制單元22禁能第二切換單元24。藉由當脈波訊號Sp的波形在波峰下緣值以下時，通過延遲模組546將第二比較單元544輸出的致能訊號延遲輸出，以避免脈波訊號Sp的波形在波峰下緣值以下時，模式控制單元22致能第二切換單元24瞬間導通時，使得第一切換單元12的兩端產生電壓突波。
值得一提，於本實施例中，電壓判斷模組54主要是以兩個比較器所構成之電壓判斷模組54，但不以此為限。換言之，只要可根據電壓訊號Sv判斷出脈波訊號Sp的波形在上升緣、在下降緣、在波峰上緣值以上或在波峰下緣值以下的電壓判斷模組54，皆應包含在本實施例之範疇當中。此外，於本實施例中，延遲模組546是為延遲電阻Rd與延遲電容Cd串接而成的延遲模組546，但不以此為限。換言之，只要可波峰下緣值以下時，延遲輸出致能訊號的延遲模組546，皆應包含在本實施例之範疇當中。
請參閱圖4係為本發明電源轉換系統第二實施例之第一切換單元波形示意圖，復配合參閱圖2A~3。如圖4所示為第一切換單元12汲極至源極兩端電壓(即汲-源極電壓Vds)的波形示意圖，當第一切換單元12不導通時(時間t1~t2)，第一切換單元12汲極至源極兩端會建立汲-源極電壓Vds。當箝位轉換電路10於時間t1至t2期間中，欲將操作模式由非主動箝位模式轉換為主動箝位模式時，電壓判斷模組54會控制電壓訊號Sv介於第一參考電壓Vref1與第二參考電壓Vref2之間，代表脈波訊號Sp的波形在波峰上緣值以上(如圖4水平虛線所示)。此時，模式控制單元22控制第二切換單元24在B點位置導通，以避免第一切換單元12的兩端產生電壓突波而導致第一切換單元12損壞。值得一提，為避免第一切換單元12汲極至源極兩端剛建立電壓差時(時間點t1)，模式控制單元22控制第二切換單元24導通而容易造成箝位轉換電路10的一次側短路，因此第一切換單元12汲極至源極兩端建立汲-源極電壓至第二切換單元24在B導通之間具有延遲時間(時間t1~t1’)。至於延遲時間與波峰上緣值的技術原理與操作說明，可配合參見前述記載與圖式，在此不再加以贅述。
綜上所述，本發明的一個或多個實施例係至少具有以下其中之一的優點：
1、由於本發明之電源轉換系統可操作在主動箝位模式或非主動箝位模式，透過負載在輕載時操作在非主動箝位模式，以及在輕載以上時操作在主動箝位模式，因此可達成提高電源轉換系統運作時的整體效率之功效；
2、由於本發明之電源轉換系統包括有波峰偵測模組，因此可在主動箝位模式與非主動箝位模式轉換時的暫態下，控制第二切換單元的致能導通時機，故可達成避免電源轉換系統在主動箝位模式與非主動箝位模式轉換時的暫態轉換過程產生電壓突波，而致使第一切換單元損壞之功效；
3、由於本發明之波峰偵測模組僅利用簡單的比較器及二極體兜成，既可輕易偵測出波峰上緣值及波峰下緣值，因此可達成節省電路成本及易於操作之功效；及
4、由於本發明之模式控制單元在第一切換單元汲極至源極兩端建立汲-源極電壓至第二切換單元在波峰上緣值導通之間具有延遲時間，因此可達成避免第一切換單元汲極至源極兩端剛建立汲-源極電壓時，第二切換單元的瞬間導通而容易造成箝位轉換電路的一次側短路之功效。
以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本發明之申請專利範圍。
100、100’‧‧‧電源轉換系統
10‧‧‧箝位轉換電路
12‧‧‧第一切換單元
14‧‧‧變壓單元
16‧‧‧整流濾波單元
20‧‧‧切換電路模組
22‧‧‧模式控制單元
24‧‧‧第二切換單元
30‧‧‧脈波寬度調變控制模組
40‧‧‧迴授控制模組
50‧‧‧波峰偵測模組
52‧‧‧電壓控制模組
522‧‧‧第一電壓控制單元
524‧‧‧第二電壓控制單元
54‧‧‧電壓判斷模組
542‧‧‧第一比較單元
544‧‧‧第二比較單元
546‧‧‧延遲模組
60‧‧‧波峰上限偵測模組
Coss‧‧‧抗電磁干擾電容
Vin‧‧‧輸入電源
Vout‧‧‧輸出電源
Vs‧‧‧迴授電壓
Vref1‧‧‧第一參考電壓
Vref2‧‧‧第二參考電壓
Is‧‧‧開關電流
Sc1‧‧‧第一控制訊號
Sc2‧‧‧第二控制訊號
Sc3‧‧‧第三控制訊號
Spwm‧‧‧脈寬調變訊號
Sp‧‧‧脈波訊號
Sv‧‧‧電壓訊號
Rd‧‧‧延遲電阻
Cd‧‧‧延遲電容
Vcc‧‧‧電源電壓
Vds‧‧‧汲-源極電壓
t1~t2‧‧‧時間
圖1A係為本發明電源轉換系統第一實施例之電路方塊示意圖；
圖1B係為本發明電源轉換系統第一實施例之細部電路方塊示意圖；
圖2A係為本發明電源轉換系統第二實施例之電路方塊示意圖；
圖2B係為本發明電源轉換系統第二實施例之細部電路方塊示意圖；
圖3係為本發明波峰偵測模組之細部電路方塊示意圖；
圖4係為本發明電源轉換系統第二實施例之第一切換單元波形示意圖。

Claims (10)

  1. 一種具箝位模式切換之電源轉換系統，包括： 一箝位轉換電路，操作在一主動箝位模式或一非主動箝位模式； 一切換電路模組，耦接該箝位轉換電路； 一脈波寬度調變控制模組，耦接該切換電路模組與該箝位轉換電路；及 一迴授控制模組，耦接該切換電路模組、該脈波寬度調變控制模組及該箝位轉換電路； 其中，當迴授控制模組回傳一迴授電壓給該切換電路模組與該脈波寬度調變控制模組時，該脈波寬度調變控制模組維持該迴授電壓穩定，以及該切換電路模組根據該迴授電壓切換該箝位轉換電路工作於該主動箝位模式或該非主動箝位模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中該切換電路模組包括一切換單元，該切換單元耦接該箝位轉換電路； 當該迴授電壓為輕載時，該切換電路模組禁能該切換單元，使該箝位轉換電路工作於該非主動箝位模式。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中該電源轉換系統更包括： 一波峰偵測模組，耦接該切換電路模組； 其中，當該迴授電壓為輕載且該波峰偵測模組偵測到一波峰上緣值時，該切換電路模組致能該切換單元，使該箝位轉換電路由該非主動箝位模式轉換為該主動箝位模式。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中該電源轉換系統更包括： 一波峰上限偵測模組，耦接該波峰偵測模組； 其中，該波峰上限偵測模組根據該箝位轉換電路的開關電流回傳該波峰上緣值給該波峰偵測模組。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中該波峰偵測模組包括： 一電壓控制模組，耦接該箝位轉換電路； 一電壓判斷模組，耦接該電壓控制模組與該切換電路模組； 其中，該電壓控制模組偵測該波峰上緣值，並傳送一電壓訊號至該電壓判斷模組，且該切換電路模組根據該電壓判斷模組的判斷結果控制致能或禁能該切換單元。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中該電壓控制模組包括： 第一電壓控制單元，耦接該箝位轉換電路與該切換電路模組；及 第二電壓控制單元，耦接該箝位轉換電路與該切換電路模組； 其中，當該電壓控制模組偵測到該波峰上緣值時，該第一電壓控制單元與該第二電壓控制單元皆不導通。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中該電壓判斷模組包括： 一第一比較單元，耦接該電壓控制模組與該切換電路模組； 一第二比較單元，耦接該電壓控制模組；及 一延遲模組，耦接該第二比較單元與該切換電路模組； 其中，當該電壓控制模組偵測到該波峰上緣值時，該第一比較單元根據該電壓訊號輸出一第一致能訊號，且該第二比較單元通過該延遲模組輸出一第二致能訊號；該切換電路模組根據該第一致能訊號與該第二致能訊號致能該切換單元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中當該電壓控制模組偵測到一波峰下緣值時，該第一比較單元輸出該第一致能訊號，且該第二比較單元通過該延遲模組延遲輸出一延遲致能訊號；該切換電路模組根據該第一致能訊號與該延遲致能訊號禁能該切換單元。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中該第一比較單元包括一第一參考電壓，該第二比較單元包括一第二參考電壓，該第一參考電壓大於該第二參考電壓。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之具箝位模式切換之電源轉換系統，其中當該電壓控制模組偵測到該波峰上緣值時，該電壓控制模組控制該電壓訊號介於該第一參考電壓與該第二參考電壓之間。
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