TW202147757A - 具減震控制之轉換裝置及其減震控制的操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種具減震控制之轉換裝置，包括：轉換電路與減震控制電路，且轉換電路包括：變壓器、整流電路及第一開關。在第一開關關斷時，減震控制電路儲存變壓器的漏感能量，且在第一開關導通時，減震控制電路提供漏感能量至初級側繞組。

Description

具減震控制之轉換裝置及其減震控制的操作方法
本發明係有關一種具減震控制之轉換裝置及其減震控制的操作方法，尤指一種可在轉換器的功率開關切換時降低上升斜率的轉換裝置與操作方法。
返馳式轉換器（Flyback converters）也稱為反激式轉換器，是一種輸入及輸出電路之間具有變壓器而電氣隔離的轉換器。返馳式轉換器可以視為是有變壓器的降壓-升壓變換器，其主要是將其電感器轉換為變壓器，因此除了電壓轉換的功能外，還有變壓器隔離的效果。
但是，由於返馳式轉換器的變壓器鐵芯間有間距，造成各繞組之間的磁通不可能達成完全耦合，會造成漏磁現象，產生漏電感。同樣地，功率開關的開關電流也會流過此漏電感並蓄積能量。但是，漏電感因未與其他線圈耦合，因此功率並不會被移轉而在功率開關上產生突波電壓。此突波電壓施加在功率開關的汲極-源極之間會使得功率開關兩端瞬間產生較高的電壓，若是此電壓超過功率開關的耐壓值時，可能會造成功率開關遭到破壞。因此，為了防止功率開關遭到破壞，通常會設置緩衝電路(snubber)，以抑制突波電壓。
其中，緩衝電路又以RCD緩衝電路最為常見，其主要是由電阻、二極體、電容組成。而且，緩衝電路是大多數返馳式轉換器中，基本且必要的電路，且具有成本低、簡單易用、強健性，因此長久以來RCD緩衝電路廣泛於工業界所應用。
然而RCD緩衝電路主要任務是箝制開關上的電壓尖峰在允許的操作範圍內，對於功率開關的汲極-源極之間的電壓上升或下降斜率並無太多調整功能，而且其電壓上升或下降的斜率正是電磁干擾共模噪聲(EMI common mode noise )的重要來源。在上升或下降的斜率越陡峭時，電磁干擾越嚴重。雖然電壓上升或下降的斜率可以透過以增加閘極電阻方式調整，但這一手段會造成功率開關的切換損失的增加，進而降低轉換效率並增加元件溫度。
所以，如何設計出一種具減震控制之轉換裝置及其減震控制的操作方法，在功率開關切換時，利用儲存及釋放漏感能量的方式，降低功率開關的汲極-源極之間的電壓上升或下降斜率，乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。
為了解決上述問題，本發明係提供一種具減震控制之轉換裝置，以克服習知技術的問題。因此，本發明具減震控制之轉換裝置包括：轉換電路，包括：變壓器，包括初級側繞組與次級側繞組，初級側繞組的一端耦接輸入電源。整流電路，耦接次級側繞組。及第一開關，一端耦接初級側繞組的另一端。及減震控制電路，耦接初級側繞組的一端、初級側繞組的另一端及第一開關的另一端。其中，在第一開關關斷時，減震控制電路儲存變壓器的漏感能量，且在第一開關導通時，減震控制電路提供漏感能量至初級側繞組。
於一實施例中，減震控制電路包括：第一二極體，一端耦接初級側繞組的一端。電容，一端耦接第一二極體的另一端，且另一端耦接初級側繞組的另一端。第二二極體，一端耦接電容的一端。及輔助繞組，耦合變壓器，且一端耦接第二二極體的另一端，另一端耦接第一開關的另一端。其中，在第一開關關斷時，電容儲存漏感能量，且在第一開關導通時，漏感能量通過輔助繞組與電容的諧振而提供至初級側繞組。
於一實施例中，減震控制電路更包括：第二開關，一端耦接電容的另一端，且另一端耦接初級側繞組的另一端。其中，在轉換電路操作在輕載以下時，第二開關關斷以關斷減震控制電路，且在轉換電路操作在輕載以上時，第二開關導通以啟用減震控制電路。
於一實施例中，在第一開關導通時，電容上的一電容電壓由正極性震盪至反極性，以在第一開關關斷時，減緩第一開關兩端的開關跨壓的上升斜率。
於一實施例中，在第一開關關斷時，減震控制電路的充能路徑為電容、第一二極體及初級側繞組；在第一開關導通時，減震控制電路的釋能路徑為電容、第一開關、輔助繞組及第二二極體。
於一實施例中，第一開關導通時，輔助繞組產生反向直流偏壓，使第一開關關斷時，第一開關兩端的開關跨壓與流過第一開關的開關電流具有零電壓轉態。
於一實施例中，在第一開關導通時，輸入電源對初級側繞組的第一電流路徑為輸入電源、初級側繞組及第一開關；在第一開關關斷時，初級側繞組對整流電路的第二電流路徑為初級側繞組、次級側繞組及整流電路。
為了解決上述問題，本發明係提供一種具減震控制之轉換裝置的操作方法，以克服習知技術的問題。因此，本發明具減震控制之轉換裝置的操作方法包括下列步驟：控制轉換電路的第一開關導通，以產生輸入電源、變壓器的初級側繞組及第一開關的第一電流路徑。控制第一開關關斷，以產生初級側繞組、變壓器的次級側繞組及整流電路的第二電流路徑。在第一開關關斷時，通過減震控制電路電容儲存變壓器的漏感能量。及在第一開關導通時，通過減震控制電路的電容與輔助繞組的諧振而提供漏感能量至初級側繞組，輔助繞組耦合變壓器。
於一實施例中，在轉換電路操作在輕載以下時，關斷轉換電路至電容的路徑，以關斷減震控制電路。及在轉換電路操作在輕載以上時，導通轉換電路至電容的路徑，以啟用減震控制電路。
於一實施例中，在第一開關導通時，電容上的電容電壓由正極性震盪至反極性，以在第一開關關斷時，減緩第一開關兩端開關跨壓的上升斜率。
本發明之主要目的及功效在於，在第一開關關斷時，利用減震控制電路儲存變壓器上的漏感能量，以避免漏感能量無法宣洩而產生突波電壓。而且，在第一開關導通時，減震控制電路提供先前所續存的漏感能量至變壓器，以達到能量回收再利用而節省功率消耗之功效。
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1為本發明具減震控制之轉換裝置之方塊圖。轉換裝置100包括轉換電路10、減震控制電路20及控制單元30，轉換電路10接收輸入電源Vin，且耦接負載200，且減震控制電路20耦接轉換電路10。控制單元30耦接轉換電路10，且控制轉換電路10將輸入電源Vin轉換為輸出電源Vo，以提供負載200運作所需的電力。具體而言，轉換電路10為返馳式轉換器，且包括變壓器102、整流電路104及第一開關106。變壓器102包括初級側繞組102A與次級側繞組102B，初級側繞組102A的一端接收輸入電源Vin，且另一端耦接第一開關106的一端。第一開關106的另一端耦接接地點，且第一開關106的控制端耦接控制單元30。整流電路104包括整流開關Q與輸出電容Co，次級側繞組102B的一端耦接整流開關Q的一端，且次級側繞組102B的另一端耦接接地點。輸出電容Co用以提供並穩定輸出電源Vo的電壓，且輸出電容Co的一端耦接整流開關Q的另一端，另一端耦接接接地點。
控制單元30通過脈波寬度調變訊號PWM控制第一開關106的切換，同時也提供另一控制訊號Sc控制整流開關Q的切換，使轉換電路10通過第一開關106與整流開關Q的切換而將輸入電源Vin轉換為輸出電源Vo。在控制單元30控制第一開關106導通，且整流開關Q關斷時，輸入電源Vin對初級側繞組102A的第一電流路徑I1為輸入電源Vin、初級側繞組102A、第一開關106及接地點，使初級側繞組102A儲能。在控制單元30控制第一開關106關斷，且整流開關Q導通時，初級側繞組102A對輸出電容Co的第二電流路徑I2為初級側繞組102A、次級側繞組102B、整流開關Q及輸出電容Co，使初級側繞組102A上的能量對輸出電容Co釋能。通過控制單元控制第一開關106與整流開關Q的切換，可達成控制轉換電路10同步切換的效果，以提高電路整體效率。其中，整流開關Q可替換為被動式二極體(圖未式)，在被動式二極體順偏導通時，次級側繞組102B上的能量通過二極體流至輸出電容Co，且在被動式二極體逆偏截止時次級側繞組102B至輸出電容Co之間的路徑為斷路。
減震控制電路20耦接初級側繞組102A的兩端與第一開關106的另一端，且在控制單元30控制第一開關106切換時，提供第一開關106上跨壓的減震效果。進一步而言，由於轉換電路10為返馳式轉換器，變壓器102鐵芯之間有間距，造成初級側繞組102A與次級側繞組102B之間的磁通無法達成完全耦合而造成漏磁現象。此漏磁的現象會產生漏電感，當控制單元30控制第一開關106切換時，流過第一開關106的電流同樣也會流過此漏電感並蓄積能量。但是，因漏電感無法與其他的繞組耦合，因此功率無法移轉而造成突波電壓的產生。若是過高的突波電壓施加在第一開關106的兩端(即第一開關106的汲極端與源極端)時，可能使得第一開關106的兩端的跨壓超過其耐壓值而損壞。因此，本發明之主要目的及功效在於，在控制單元30控制第一開關106關斷時，利用減震控制電路20儲存變壓器102初級側繞組102A上的漏感能量，以避免漏感能量無法宣洩而產生突波電壓。而且，在控制單元30控制第一開關106導通時，減震控制電路20提供先前所續存的漏感能量至初級側繞組102A的另一端，以達到能量回收再利用而節省功率消耗之功效。
請參閱圖2為本發明轉換電路與減震控制電路第一實施例之等效電路圖，復配合參閱圖1。初級側繞組102A包括了等效的第一漏電感Llk1與等效的激磁電感Lm，第一漏電感Llk1串接初級側繞組102A，且激磁電感Lm並接初級側繞組102A。第一開關106的兩端包括等效的寄生電容Cp，且寄生電容Cp以虛線表示。減震控制電路20包括第一二極體D1、電容C、第二二極體D2及輔助繞組202，且減震控制電路20僅須通過上述的被動元件即可達成減震控制的效果，而無須額外的主動控制(例如但不限於控制開關切換等主動控制)，因此可達成轉換裝置100易於控制(主要的減震控制僅需控制第一開關106即可)，且不易產生操作錯誤之功效。具體而言，第一二極體D1的一端耦接初級側繞組102A的一端，第一二極體D1的另一端耦接電容C的一端，且電容C的另一端耦接初級側繞組102A的另一端。第二二極體D2的一端耦接電容C的一端，第二二極體D2的另一端耦接輔助繞組202的一端，且輔助繞組202的另一端耦接第一開關106的另一端。輔助繞組202耦合變壓器202，且包括了等效的第二漏電感Llk2，第二漏電感Llk2串接輔助繞組202。
在控制單元30控制第一開關106關斷時，減震控制電路20的充能路徑Lc(意即電流路徑)會由初級側繞組102A的另一端流至電容C，使電容C可儲存由初級側繞組102A所產生的漏感能量。然後，電流通過第一二極體D1返回初級側繞組102A，以形成初級側繞組102A對電容C釋能的主要電流路徑。在控制單元30控制第一開關106導通時，電容C上所儲存的漏感能量會通過輔助繞組202與該電容C的諧振而提供至初級側繞組102A的另一端，所產生的釋能路徑Lr(意即電流路徑)即為電容C、第一開關106、輔助繞組202、第二二極體D2返回電容C，以形成電容C釋放漏感能量的主要電流路徑。
請參閱圖3A為本發明具減震控制之轉換裝置第一時序電流路徑圖、圖3B為本發明具減震控制之轉換裝置第二時序電流路徑圖、圖3C為本發明具減震控制之轉換裝置第三時序電流路徑圖、圖3D為本發明具減震控制之轉換裝置第四時序電流路徑圖、圖3E為本發明具減震控制之轉換裝置第五時序電流路徑圖、圖3F為本發明具減震控制之轉換裝置第六時序電流路徑圖、圖3G為本發明具減震控制之轉換裝置第七時序電流路徑圖及圖4為本發明具減震控制之轉換裝置電路波形圖，復配合參閱圖1~2，且反覆參閱圖3A~4。圖3A~3C為第一開關106導通時的電流路徑圖，且圖4中的時間t0~t3為配合圖3A~3C的電路波形。圖3D~3G為第一開關106關斷時的電流路徑圖，且圖4中的時間t3~t6為配合圖3D~3G的電路波形。
其中，流過第一漏電感Llk1的初級電流為If、流過激磁電感Lm的激磁電流為Ilm、初級側繞組102A上的繞組跨壓為Vf、流過第一開關106的開關電流為Ids、第一開關106上的開關跨壓為Vds、控制單元30提供的脈波寬度調變訊號為PWM、流過次級側繞組102B與整流開關Q的次級電流為Is、電容C上的電容電壓為Vc、流過電容C上的電容電流為Ic、流過輔助繞組202的輔助電流為Ia、流過第一二極體D1的二極體電流為Id。
在圖3A中(對應圖4的時間t0~t1，減震控制電路20的電流路徑為釋能路徑Lr，且如圖3A的箭頭方向所示)，轉換為高準位的脈波寬度調變訊號PWM控制第一開關106導通(時間t0)，由於激磁電感Lm上具有初始電流，因此流過第一開關106的開關電流Ids上升迅速， 輸入電源Vin持續對激磁電感Lm正向激磁，使激磁電流Ilm持續上升。另一方面，電容C上的電容電壓Vc會與第二漏電感Llk2進行共振而開始釋放能量至初級側繞組102A的另一端，此時第二二極體D2為順偏導通，且在半個諧振週期後(時間t1)，電容電壓Vc會達到最低點。此時，第一二極體D1處於逆偏截止狀態，且控制單元30控制整流開關Q關斷，使得二極體電流Id與流過整流開關Q的電流為0。
在圖3B中(對應圖4的時間t1~t2，電流路徑如圖3B的箭頭方向所示)，第一開關106仍然持續導通(時間t1)，輸入電源Vin持續對激磁電感Lm正向激磁，使激磁電流Ilm持續上升。另一方面， 電容電壓Vc會與第二漏電感Llk2進行共振半個諧振週期。由於第二二極體D2為非理想的二極體，因此在共振半周期後，電容電流Ic會反向放電以使 得第二二極體D2的反向恢復電荷得以洩放並完全逆偏截止，使得流過二二極體D2電流方向短時間相反。在時間t2時，二二極體D2處於完全逆偏截止狀態。此時，第一二極體D1仍然處於逆偏截止狀態，且控制單元30仍然控制整流開關Q關斷，使得二極體電流Id與流過整流開關Q的電流仍然為0。
在圖3C中(對應圖4的時間t2~t3，電流路徑為第一電流路徑I1，且如圖3C的箭頭方向所示)，第一開關106在時間t2仍然導通，且在時間t3時關斷。在時間t3第一開關106關斷瞬間，第一漏電感Llk1開始對第一開關106的寄生電容Cp充電，且第一漏電感Llk1仍然處於激磁而使初級電流If持續上升，同時使第一開關106上的開關跨壓Vds快速上升。在時間t2~t3時，第一二極體D1尚未導通，因此第一二極體D1的二極體電流Id與流過電容C上的電容電流Ic為0。此時，第一二極體D1仍然處於逆偏截止狀態，且控制單元30仍然控制整流開關Q關斷，使得二極體電流Id與流過整流開關Q的電流仍然為0。
在圖3D中(對應圖4的時間t3~t4，減震控制電路20的電流路徑為充能路徑Lc，且如圖3D的箭頭方向所示)，第一開關106保持關斷，第一漏電感Llk1仍然持續對第一開關106的寄生電容Cp充電，且第一漏電感Llk1仍然處於激磁而使初級電流If持續上升。待時間到達t3~t4時，第一漏電感Llk1去磁而使初級電流If開始下降。在時間t3~t4時，第一二極體D1順偏而導通，初級電流If同時對電容C充電，使電容電壓Vc開始增加(即為漏感能量開始儲存至電容C)。此時，流過第一二極體D1的二極體電流Id與流過電容C的電容電流Ic為正值。由於電容C的容值較寄生電容Cp的容值大上許多，因此此區間的開關跨壓Vds上升較慢。此時，控制單元30仍然控制整流開關Q關斷，使得流過整流開關Q的電流仍然為0。
在圖3E中(對應圖4的時間t4~t5，電流路徑如圖3E的箭頭方向所示)，第一開關106仍然保持關斷，且控制單元30控制整流開關Q導通。此時激磁電感Lm開始對次級側繞組102B放電至輸出電容Co，當電容電壓Vc等於N(Vo+Vth)時，第一漏電感Llk1開始去磁而使得初級電流If逐漸下降。此時，初級電流If仍然對電容C充電。其中，N為變壓器102匝數比，且Vth為整流開關Q導通時整流開關兩端的壓降。
在圖3F中(對應圖4的時間t5~t6，電流路徑如圖3F的箭頭方向所示)，第一開關106仍然保持關斷，且控制單元30仍然控制整流開關Q導通。此時，第一漏電感Llk1完全去磁。當第一漏電感Llk1完全去磁後，基於第一二極體D1並非為理想二極體，存在反向恢復電荷與反向恢復時間。因此，會產生一個反向的二極體電流Id與電容電流Ic流至電容C，待第一二極體D1的反向恢復電荷得以洩放並完全逆偏截止(時間t6)。由於電容電流Ic為反向電流，使得電容電壓Vc稍微放電而下降。
在圖3G中(對應圖4的時間t6~t0，電流路徑為第二電流路徑I2，且如圖3G的箭頭方向所示)，第一開關106仍然保持關斷，且控制單元30仍然控制整流開關Q導通。此時，耦接初級側繞組102A的第一漏電感Llk1、第一二極體D1、電容C及寄生電容Cp皆以達到穩態，僅由激磁電流為Ilm通過初級側繞組102A與次級側繞組102B的耦合而持續對次級側繞組102B持續放電至輸出電容Co。當時間t0時，第一開關106再次導通，後續產生如時間t0~t6相同的波形。
復參閱圖4，在時間t0~t1時，第一開關106導通。由於電容C上的電容電壓Vc由正極性震盪至反極性，因此提供了了可儲存漏感能量的容量，所以在第一開關106關斷時(時間t3~t4)，提供了兩條可供電流流過之路徑(即流至第一開關106寄生電容Cp的路徑與流過電容C的路徑)，以減緩第一開關106兩端開關跨壓Vds的上升斜率。藉此，第一開關106在關斷瞬間的開關跨壓Vds斜率可被調控，所以轉換裝置100較不易產生電壓突波而造成第一開關106的損壞，進而改善轉換裝置100電磁干擾(Electro Magnetic Interference；EMI)的問題。
在第一開關106導通時(時間t0~t3)，輔助繞組202由於電容C諧振，因此在輔助繞組202兩端產生反向直流偏壓。反向直流偏壓使得第一開關關106斷時(時間t3~t4)，第一開關106兩端的開關跨壓Vds與流過第一開關106的開關電流Ids具有零電壓轉態。零電壓轉態意即，在開關跨壓Vds開始上升時，開關電流Ids也同步地開始下降，以無消耗地將功率轉移。
請參閱圖5為本發明轉換電路與減震控制電路第二實施例之等效電路圖，復配合參閱圖1~4。本實施例與圖2A的實施例差異在於減震控制電路20’更包括第二開關204。第二開關204的一端耦接電容C的另一端，且第二開關204的另一端耦接初級側繞組102A的另一端。在控制單元30通過偵測而得知轉換電路100’操作在輕載以下時，控制單元30控制第二開關204關斷，以關斷減震控制電路20’，且在控制單元30通過偵測而得知轉換電路100’操作在輕載以上時，控制單元30控制第二開關204導通，以啟用減震控制電路20’。
具體而言，由於轉換電路100’ 的負載在輕載時的電流較小，所以在第一開關106關斷瞬間所造成的突波電壓也較小，因此第一開關106較不易因此突波電壓而造成損壞，且此突波電壓所造成的電磁干擾也較小。但是由於轉換電路100’ 的負載在輕載時，轉換電路100’整體的電路效率會較為低落。若在此時仍然使用減震控制電路20’時，減震控制電路20’抑制突波電壓的效果較差，且減震控制電路20’所使用的被動元件皆會額外地消耗功率而並無有效提升效率的助益。因此，在控制單元30偵測到轉換電路100’操作在輕載以下時，利用控制單元30控制第二開關204關斷而關斷減震控制電路20’，可以達成降低減震控制電路20’內部被動元件的額外功率消耗，以避免效率的降低之功效。
另外一方面，由於轉換電路100’的負載在輕載以上時的電流較大，所以在第一開關106關斷瞬間所造成的突波電壓也較大，因此第一開關106會受到此突波電壓的影響而造成損壞，且此突波電壓所造成的電磁干擾也較大。此外，由於轉換電路100’ 的負載在輕載以上時，轉換電路100’整體的電路效率會較佳。若在此時使用減震控制電路20’時，減震控制電路20’抑制突波電壓的效果較好。因此，在控制單元30偵測到轉換電路100’操作在輕載以上時，利用控制單元30控制第二開關204導通而啟用減震控制電路20’，使減震控制電路20’可以提供減震控制的功能。
請參閱圖6A為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以下時的第一時序電流路徑圖、圖6B為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以下時的第二時序電流路徑圖，復配合參閱圖1~5。在圖6A中(電流路徑如圖6A的箭頭方向所示)，控制單元30通過偵測而得知轉換電路100’操作在輕載以下，因此控制單元30控制第二開關204關斷，以關斷減震控制電路20’。此時，控制單元30控制第一開關106導通，且控制整流開關Q關斷。輸入電源Vin對初級側繞組102A的第一電流路徑I1為輸入電源Vin、初級側繞組102A、第一開關106及接地點，使初級側繞組102A儲能。此時，第一二極體D1與第二二極體D2為逆偏不導通。
在圖6B中(電流路徑如圖6B的箭頭方向所示)，轉換電路100’仍操作在輕載以下，因此控制單元30仍然控制第二開關204關斷，以持續關斷減震控制電路20’。 此時，控制單元30控制第一開關106關斷，且控制整流開關Q導通。初級側繞組102A對輸出電容Co的第二電流路徑I2為初級側繞組102A、次級側繞組102B、整流開關Q及輸出電容Co，使初級側繞組102A上的能量對輸出電容Co釋能。
請參閱圖7A為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以上時的第一時序電流路徑圖、圖7B為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以上時的第二時序電流路徑圖、圖7C為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以上時的第三時序電流路徑圖、圖7D為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以上時的第四時序電流路徑圖，復配合參閱圖1~6B。在圖7A中(電流路徑如圖7A的箭頭方向所示，且可對應的參考圖3C的電流路徑)，控制單元30通過偵測而得知轉換電路100’操作在輕載以上，因此控制單元30控制第二開關204導通，以啟用減震控制電路20’。此時，控制單元30控制第一開關106導通，且控制整流開關Q關斷。輸入電源Vin對初級側繞組102A的第一電流路徑I1為輸入電源Vin、初級側繞組102A、第一開關106及接地點，使初級側繞組102A儲能。此時，第一二極體D1與第二二極體D2為逆偏不導通。值得一提，由於在此時間點第一二極體D1為逆偏不導通，因此理想上並不會有電流流經第二開關204至電容C，所以在此時點控制單元30也可控制第二開關204關斷，以避免因電子元件非為理想元件而產生錯誤的電流路徑。
在圖7B中(電流路徑如圖7A的箭頭方向所示，且可對應的參考圖3D的電流路徑)，轉換電路100’仍操作在輕載以上，因此控制單元30仍然控制第二開關204導通，以啟用減震控制電路20’。此時，控制單元30控制第一開關106關斷，但尚未控制整流開關Q導通。第一二極體D1順偏而導通，且第二二極體D2為逆偏不導通。因此，產生初級側繞組102A、第二開關204、電容C、第一二極體D1返回初級側繞組102A的充能路徑Lc(意即電流路徑)。其中，此時雖有小部分的電流對第一開關106的寄生電容Cp充電(對應圖3D)，但因其過小而忽略不計。
在圖7C中(電流路徑如圖7C的箭頭方向所示，且可對應的參考圖3G的電流路徑)，轉換電路100’仍操作在輕載以上，因此控制單元30仍然控制第二開關204導通，以啟用減震控制電路20’。此時，控制單元30仍然控制第一開關106關斷，且控制整流開關Q導通。此時，耦接初級側繞組102A的元件皆以達到穩態，僅由初級側繞組102A通過耦合次級側繞組102B持續放電至輸出電容Co。初級側繞組102A對輸出電容Co的第二電流路徑I2為初級側繞組102A、次級側繞組102B、整流開關Q及輸出電容Co，使初級側繞組102A上的能量對輸出電容Co釋能。值得一提，耦接初級側繞組102A的元件皆以達到穩態，因此理想上並不會有電流流經第二開關204至電容C，所以在此時點控制單元30也可控制第二開關204關斷，以避免因電子元件非為理想元件而產生錯誤的電流路徑。
在圖7D中(電流路徑如圖7D的箭頭方向所示，且可對應的參考圖3A的電流路徑)，轉換電路100’仍操作在輕載以上，因此控制單元30仍然控制第二開關204導通，以啟用減震控制電路20’。控制單元30控制第一開關106導通，且控制整流開關Q關斷。在第一開關106導通的暫態，第一二極體D1順偏而導通，且第二二極體D2為逆偏不導通。電容C上所儲存的漏感能量會通過輔助繞組202與該電容C的諧振而提供至初級側繞組102A。因此，產生電容C、第一開關106、輔助繞組202、第二二極體D2返回電容C的釋能路徑Lr(意即電流路徑)。值得一提，於本發明之一實施例中，圖7A~7D僅出示第二開關204導通時的主要電流路徑，有關第二開關204導通時的細部電流路徑可參照圖3A~3G，在此不再加以贅述。
惟，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案之專利範圍。
100、100’:轉換裝置
10:轉換電路
102:變壓器
102A:初級側繞組
Llk1:第一漏電感
Lm:激磁電感
102B:次級側繞組
104:整流電路
Q:整流開關
Co:輸出電容
106:第一開關
Cp:寄生電容
20、20’:減震控制電路
D1:第一二極體
C:電容
D2:第二二極體
202:輔助繞組
Llk2:第二漏電感
204:第二開關
30:控制單元
200:負載
Vin:輸入電源
Vo:輸出電源
Vf:繞組跨壓
Vds:開關跨壓
Vc:電容電壓
If:初級電流
Ilm:激磁電流
Ids:開關電流
Is:次級電流
Ic:電容電流
Ia:輔助電流
Id:二極體電流
PWM:脈波寬度調變訊號
Sc:控制訊號
I1:第一電流路徑
I2:第二電流路徑
Lc:充能路徑
Lr:釋能路徑
t0~t6:時間
圖1為本發明具減震控制之轉換裝置之方塊圖
圖2為本發明轉換電路與減震控制電路第一實施例之等效電路圖
圖3A為本發明具減震控制之轉換裝置第一時序電流路徑圖；
圖3B為本發明具減震控制之轉換裝置第二時序電流路徑圖；
圖3C為本發明具減震控制之轉換裝置第三時序電流路徑圖；
圖3D為本發明具減震控制之轉換裝置第四時序電流路徑圖；
圖3E為本發明具減震控制之轉換裝置第五時序電流路徑圖；
圖3F為本發明具減震控制之轉換裝置第六時序電流路徑圖；
圖3G為本發明具減震控制之轉換裝置第七時序電流路徑圖；
圖4為本發明具減震控制之轉換裝置電路波形圖；
圖5為本發明轉換電路與減震控制電路第二實施例之等效電路圖；
圖6A為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以下時的第一時序電流路徑圖；
圖6B為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以下時的第二時序電流路徑圖；
圖7A為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以上時的第一時序電流路徑圖；
圖7B為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以上時的第二時序電流路徑圖；
圖7C為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以上時的第三時序電流路徑圖；及
圖7D為本發明減震控制電路使用第二開關，且轉換裝置於輕載以上時的第四時序電流路徑圖。
100:轉換裝置
10:轉換電路
102:變壓器
102A:初級側繞組
102B:次級側繞組
104:整流電路
Q:整流開關
Co:輸出電容
106:第一開關
20:減震控制電路
30:控制單元
200:負載
Vin:輸入電源
Vo:輸出電源
I1:第一電流路徑
I2:第二電流路徑
PWM:脈波寬度調變訊號
Sc:控制訊號

Claims (10)

  1. 一種具減震控制之轉換裝置，包括： 一轉換電路，包括： 一變壓器，包括一初級側繞組與一次級側繞組，該初級側繞組的一端耦接該輸入電源； 一整流電路，耦接該次級側繞組；及 一第一開關，一端耦接該初級側繞組的另一端；及 一減震控制電路，耦接該初級側繞組的一端、該初級側繞組的另一端及該第一開關的另一端； 其中，在該第一開關關斷時，該減震控制電路儲存該變壓器的一漏感能量，且在該第一開關導通時，該減震控制電路提供該漏感能量至該初級側繞組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之轉換裝置，其中該減震控制電路包括： 一第一二極體，一端耦接該初級側繞組的一端； 一電容，一端耦接該第一二極體的另一端，且另一端耦接該初級側繞組的另一端； 一第二二極體，一端耦接該電容的一端；及 一輔助繞組，耦合該變壓器，且一端耦接該第二二極體的另一端，另一端耦接該第一開關的另一端； 其中，在該第一開關關斷時，該電容儲存該漏感能量，且在該第一開關導通時，該漏感能量通過該輔助繞組與該電容的諧振而提供至該初級側繞組。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之轉換裝置，其中該減震控制電路更包括： 一第二開關，一端耦接該電容的另一端，且另一端耦接該初級側繞組的另一端； 其中，在該轉換電路操作在一輕載以下時，該第二開關關斷以關斷該減震控制電路，且在該轉換電路操作在該輕載以上時，該第二開關導通以啟用該減震控制電路。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之轉換裝置，其中在該第一開關導通時，該電容上的一電容電壓由正極性震盪至反極性，以在該第一開關關斷時，減緩該第一開關兩端的開關跨壓的一上升斜率。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之轉換裝置，其中在該第一開關關斷時，該減震控制電路的一充能路徑為該電容、該第一二極體及該初級側繞組；在該第一開關導通時，該減震控制電路的一釋能路徑為該電容、該第一開關、該輔助繞組及該第二二極體。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之轉換裝置，其中該第一開關導通時，該輔助繞組產生一反向直流偏壓，使該第一開關關斷時，該第一開關兩端的開關跨壓與流過該第一開關的開關電流具有一零電壓轉態。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之轉換裝置，其中在該第一開關導通時，該輸入電源對該初級側繞組的一第一電流路徑為該輸入電源、該初級側繞組及該第一開關；在該第一開關關斷時，該初級側繞組對該整流電路的一第二電流路徑為該初級側繞組、該次級側繞組及該整流電路。
  8. 一種具減震控制之轉換裝置的操作方法，包括下列步驟： 控制一轉換電路的一第一開關導通，以產生一輸入電源、一變壓器的一初級側繞組及該第一開關的一第一電流路徑； 控制該第一開關關斷，以產生該初級側繞組、該變壓器的一次級側繞組及一整流電路的一第二電流路徑； 在該第一開關關斷時，通過一減震控制電路一電容儲存該變壓器的一漏感能量；及 在該第一開關導通時，通過該減震控制電路的該電容與一輔助繞組的諧振而提供該漏感能量至該初級側繞組，該輔助繞組耦合該變壓器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之轉換裝置的操作方法，其中在該轉換電路操作在一輕載以下時，關斷該轉換電路至該電容的路徑，以關斷該減震控制電路；及 在該轉換電路操作在該輕載以上時，導通該轉換電路至該電容的路徑，以啟用該減震控制電路。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之轉換裝置的操作方法，其中在該第一開關導通時，該電容上的一電容電壓由正極性震盪至反極性，以在該第一開關關斷時，減緩該第一開關兩端開關跨壓的一上升斜率。
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