TW202201885A - 諧振切換式電源轉換器 - Google Patents

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Abstract

一種諧振切換式電源轉換器包含：至少一電容；複數開關，與該至少一電容對應耦接，分別根據對應之操作訊號，以切換所對應之電容之電連接關係；至少一充電電感；至少一放電電感；以及零電流估計電路，耦接於該至少一充電電感及/或該至少一放電電感，及/或該電容，用以根據該充電電感之兩端的電壓差及/或該放電電感之兩端的電壓差，及/或該電容之兩端的電壓差，以估計於一充電程序時一充電諧振電流為零之時點，及/或於至少一放電程序時對應之至少一放電諧振電流為零之時點，而對應產生一零電流估計訊號，以用於產生操作訊號。

Description

諧振切換式電源轉換器
本發明係有關於一種諧振切換式電源轉換器，特定而言係有關於一種能夠估計零電流時點之諧振切換式電源轉換器。
圖1係顯示習知的電源轉換器。於充電操作中，開關Q1、Q2、Q3、Q4係導通，開關Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10係不導通，使得電容C1、C2、C3彼此串聯於輸入電壓Vin及輸出電壓Vout之間。於放電操作中，開關Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10係導通，開關Q1、Q2、Q3、Q4係不導通，使得電容C1、C2、C3彼此並聯於接地電位及輸出電壓Vout之間。此習知的電源轉換器的電容於開關Q1-Q10切換時會具有非常大的湧浪電流(inrush current)。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種創新的電源轉換器。
於一觀點中，本發明提供一種諧振切換式電源轉換器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該諧振切換式電源轉換器包含：至少一電容；複數開關，與該至少一電容對應耦接，分別根據對應之一操作訊號，以切換所對應之該電容之電連接關係；至少一充電電感，與該至少一電容中之至少其中之一對應串聯； 至少一放電電感，與該至少一電容中之至少其中之一對應串聯；以及一零電流估計電路，耦接於該至少一充電電感及/或該至少一放電電感，及/或該電容，用以根據該充電電感之兩端的電壓差，及/或該放電電感之兩端的電壓差，及/或該電容之兩端的電壓差，以估計於一充電程序時一充電諧振電流為零之時點，及/或於至少一放電程序時對應之至少一放電諧振電流為零之時點，而分別對應產生一零電流估計訊號，以用於產生該操作訊號；其中，該操作訊號包括一充電操作訊號與至少一放電操作訊號，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使該充電程序與該至少一放電程序彼此不重疊；其中，在該充電程序中，藉由該充電操作訊號控制該複數開關的切換，使該至少一電容與該至少一充電電感串聯於該輸入電壓與該輸出電壓之間，以形成一充電路徑，以對該電容與該充電電感進行諧振充電；其中，在該至少一放電程序中，藉由該至少一放電操作訊號控制該複數開關的切換，使每一該電容與對應之該放電電感串聯於該輸出電壓與一接地電位間，而同時形成或輪流形成複數放電路徑，以對該電容與該充電電感進行諧振放電；其中，該充電程序與該至少一放電程序彼此重複地交錯排序，以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓。
於一實施例中，該零電流估計電路包括一電壓偵測電路，用以根據該充電電感之兩端的電壓差，及/或該放電電感之兩端的電壓差，產生一電壓偵測訊號，以示意該充電電感之兩端的電壓差及/或該放電電感之兩端的電壓差超過零的一正電壓期間；以及一計時器，耦接於該電壓偵測電路之輸出端，用以根據該電壓偵測訊號產生該零電流估計訊號。
於一實施例中，該零電流估計電路包括一電壓偵測電路，用以根據該電容之兩端的電壓差，產生一電壓偵測訊號，以示意該電容之兩端的電壓差之峰值之一峰值時點，及其谷值之一谷值時點，並據以產生該零電流估計訊號。
於一實施例中，該計時器包括一斜坡電路，用以根據該電壓偵測訊號，於該正電壓期間，產生一斜坡訊號之一上升斜坡，並於該正電壓期間結束後，根據該上升斜坡，產生該斜坡訊號之一下降斜坡；以及一比較電路，用以比較該斜坡訊號與一零電流閾值，而產生該零電流估計訊號，以決定該充電程序與該至少一放電程序各自的起始時點與結束時點。
於一實施例中，該斜坡電路包括一升壓電路，用以將一斜坡電容之跨壓，於該正電壓期間，從零持續升壓，而產生該上升斜坡；以及一降壓電路，用以將該斜坡電容之跨壓，自該正電壓期間結束後，持續降壓，而產生該下降斜坡；其中該上升斜坡與該下降斜坡之斜率的絕對值相同。
於一實施例中，該升壓電路包括一第一開關與一第一電流源，其中該第一開關用以於該正電壓期間，根據該電壓偵測訊號而使該第一電流源對該斜坡電容進行充電。
於一實施例中，該降壓電路包括一第二開關與一第二電流源，其中該第二開關用以於該正電壓期間結束後，使該第二電流源對該斜坡電容進行放電。
於一實施例中，該諧振切換式電源轉換器可更包含一控制器，其耦接該零電流估計電路，用以根據該零電流估計訊號，而產生該充電操作訊號及該至少一放電操作訊號。
於一實施例中，該控制器包括一延遲電路，用以使該零電流估計訊號持續一段延遲時間，以使該充電程序與該至少一放電程序彼此間隔該段延遲時間。
於一實施例中，該電壓偵測電路包含至少一比較器，用以對應比較該充電電感之兩端的電壓，及/或該放電電感之兩端的電壓。
於一實施例中，該至少一比較器為二個比較器，該二個比較器之其中一者耦接於該充電電感之兩端，該二個比較器之另一者耦接於該放電電感之兩端。
於一實施例中，該計時器更包含一重置開關，其與該斜坡電容並聯，用以在產生該零電流估計訊號後，將該斜坡電容之跨壓，放電至零電壓。
於一實施例中，於該延遲時間，該複數開關保持不導通。
於一實施例中，該至少一充電電感為單一個充電電感，該至少一放電電感為單一個放電電感。
於一實施例中，該單一個充電電感之電感值相等於該單一個放電電感之電感值。
於一實施例中，該至少一充電電感與該至少一放電電感為單一個相同電感。
於一實施例中，該單一個相同電感為可變電感。
於一實施例中，該充電程序具有一充電諧振頻率，且該放電程序具有一放電諧振頻率，且該充電諧振頻率與該放電諧振頻率相同。
於一實施例中，該充電程序具有一充電諧振頻率，且該放電程序具有一放電諧振頻率，且該充電諧振頻率與該放電諧振頻率不同。
於一實施例中，該零電流閾值之位準的調整，用以縮短該段導通期間一段零電壓期間，以使對應之該開關達到柔性切換(soft switching)之零電壓切換。
於一實施例中，該諧振切換式電源轉換器為雙向諧振切換式電源轉換器。
於一實施例中，該諧振切換式電源轉換器之該輸入電壓與該輸出電壓之電壓轉換比率為4:1、3:1或2:1。
於一實施例中，該計時器包含一計數電路以及一判斷電路，該計數電路於該電壓偵測訊號由低位準切換為高位準時，該計數電路根據一時脈訊號開始計數，並將所計數結果輸出至該判斷電路，並於該電壓偵測訊號由高位準切換為低位準時，該計數電路遂從最後計數結果，根據該時脈訊號往回倒數，該判斷電路於該計數電路倒數至零或一計數閾值時，產生該零電流估計訊號。
於一實施例中，該判斷電路在產生該零電流估計訊號後，輸出一重置訊號至該計數電路以重置該計數電路。
就另一觀點中，本發明提供一種諧振切換式電源轉換器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該諧振切換式電源轉換器包含：至少一諧振腔，該諧振腔具有彼此串聯之一諧振電容與一諧振電感；複數開關，與該至少一諧振腔對應耦接，分別根據對應之一第一諧振操作訊號與一第二諧振操作訊號，以切換所對應之該諧振腔之電連接關係而對應一第一諧振程序與一第二諧振程序；至少一非諧振電容，用以根據該第一諧振操作訊號與該第二諧振操作訊號，以切換與該至少一諧振腔之電連接關係，且該非諧振電容之跨壓，維持與該輸入電壓成一固定比例；以及一零電流估計電路，與該至少一諧振腔中之該諧振電感耦接，用以根據該諧振電感之兩端的電壓差，以估計於該第一諧振程序時流經該對應之該諧振電感之一第一諧振電流為零之時點，及/或於該第二諧振程序時流經該對應之該諧振電感之一第二諧振電流為零之時點，而分別對應產生一零電流估計訊號，以用於產生該第一諧振操作訊號及該第二諧振操作訊號；其中，該第一諧振操作訊號與該第二諧振操作訊號，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使該第一諧振程序與該第二諧振程序彼此不重疊；其中，該第一諧振程序與該第二諧振程序彼此重複地交錯排序，以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓。
本發明之一優點在於本發明可降低湧浪電流、可從電感或電容之跨壓進行零電流估計，以進行充放電程序的切換，並可據以進一步達到具有零電流切換(ZCS)或零電壓切換(ZVS)的柔性切換，以改善電源效率且可不需電流感測電阻或電流感測變壓器。
本發明之另一優點在於本發明不需採用電流感測電阻，而可降低電流感測電阻因高電流所產生之功率損耗且可解決大型電流感測電阻在低電流時之準確問題。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
圖2係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器之電路示意圖。如圖2所示，本實施例中係採用同一個電感L1於不同時間分別作為充電電感與放電電感，如此之設置可更進一步地減少電感的數量。如圖2所示，本發明之諧振切換式電源轉換器20包含電容C1、開關Q1、Q2、Q3、Q4、電感L1、零電流估計電路201及控制器202。其中，開關Q1與電容C1串聯，而開關Q2與電感L1串聯。應注意者為，本發明之諧振切換式電源轉換器中的電容數量並不限於本實施例的一個，亦可為二個以上，本實施例所顯示之元件數量僅用以說明本發明並不用限制本發明。
須說明的是，在本實施例中，以同一個且單一個電感L1在不同時間，作為充電電感與放電電感，在充電程序與放電程序中，藉由開關Q1-Q4的切換，皆使電容C1串聯到同一個單一電感L1，只是電連接關係不同。所謂同一個且單一個電感L1在不同時間，作為充電電感與放電電感，係指在充電程序中，流經同一且單一個電感L1之電感電流IL1，未再流經其他電感元件，作為充電諧振電流；而在放電程序中，流經同一且單一個電感L1之電感電流IL1，未再流經其他電感元件，作為放電諧振電流。於一實施例中，電感L1可為可變電感。
如圖2所示，開關Q3之一端耦接至開關Q1與電容C1之間的節點，而開關Q4之一端耦接至電容C1與開關Q2之間的節點。如圖2所示，開關Q3之另一端耦接至開關Q2與電感L1之間的節點，開關Q4之另一端係耦接至接地電位。電感L1的另一端係耦接至輸出電壓Vout，開關Q1之另一端耦接至輸入電壓Vin。
零電流估計電路201係耦接於電感L1，用以根據電感L1之兩端的電壓差，以估計於一充電程序時一充電諧振電流為零之時點，及/或於一放電程序時一放電諧振電流為零之時點，而分別對應產生一零電流估計訊號ZCPD，以用於產生充電操作訊號GA及放電操作訊號GB。
於一實施例中，零電流估計電路201可包括一電壓偵測電路2011以及一計時器2012。請同時參照圖2及4，圖4係根據本發明之圖2及圖3顯示之實施例之訊號波形示意圖。電壓偵測電路2011用以根據電感L1之兩端的電壓差VL1，產生一電壓偵測訊號VD，以示意電感L1之兩端的電壓差VL1超過零電壓的一正電壓期間T1。計時器2012耦接於電壓偵測電路2011之輸出端，用以根據電壓偵測訊號VD產生零電流估計訊號ZCPD，以示意電感電流IL1為零之時點。控制器202耦接至零電流估計電路201，用以根據零電流估計訊號ZCPD分別產生充電操作訊號GA及放電操作訊號GB，以用於切換開關Q1-Q4。於一實施例中，控制器202可根據零電流估計訊號ZCPD、充電操作訊號GA及/或放電操作訊號GB決定充電程序與放電程序各自的起始時點與結束時點。
開關Q1-Q4可根據控制器202所產生之充電操作訊號GA及放電操作訊號GB，切換電容C1與電感L1之電連接關係。在一充電程序中，根據充電操作訊號GA，開關Q1-Q2係為導通，開關Q3-Q4係為不導通，使得電容C1與電感L1串聯於輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之間，以形成一充電路徑，以對該電容與該充電電感進行諧振充電。舉例而言，充電程序，如圖4所示，係指時間點t0到時間點t2的時段，充電操作訊號GA為高位準，以控制開關Q1與Q2導通；且放電操作訊號GB為低位準，以控制開關Q3-Q4不導通。在一放電程序中，根據放電操作訊號GB，開關Q3-Q4係導通，開關Q1-Q2係不導通，使電容C1串聯電感L1於接地電位與輸出電壓Vout之間，而形成一放電路徑，以對該電容與該充電電感進行諧振放電。舉例而言，放電程序，如圖4所示，係指時間點t2到時間點t4的時段，充電操作訊號GA為低位準，以控制開關Q1與Q2不導通；且放電操作訊號GB為高位準，以控制開關Q3-Q4導通。應注意者為，上述充電程序與上述放電程序係於不同的時段重複地交錯進行，而非同時進行。於本實施例中，電容C1的直流偏壓為Vo(如圖4中粗黑虛線位準所示意)相較於先前技術為低，故本實施例中的電容C1僅需要耐壓較低的規格，故可使用較小體積的電容器。
於一實施例中，由於零電流估計訊號ZCPD是在充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時產生的，換言之充電操作訊號亦於充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時進行位準切換，藉此開關Q1-Q4可於流經開關Q1-Q4的電流在其正半波相對較低位準的時點切換，以達成柔性切換。在一種較佳的實施例中，可達到零電流切換(zero current switch, ZCS)。
於一實施例中，在充電程序期間，藉由提前一段預設期間不導通開關Q1-Q2，因電感L1抵抗電流急速改變的特性，使得開關Q1與Q2不導通後仍維持有微小的電流，流經電感L1，因此，即可將開關Q4中，儲存於其中之寄生電容的累積電荷通過開關Q2之寄生二極體帶走，而降低開關Q4的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，調整預設期間，可達到零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)。於一實施例中，相對地，在放電程序期間，藉由延後一段預設期間不導通開關Q3-Q4，也就是在預設期間保持導通開關Q3-Q4，使得放電電流逆向流經電感L1(負電流)，會通過開關Q3的寄生二極體而對開關Q1的寄生電容進行充電，而降低開關Q1的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，調整預設期間，而達到零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)。
於一實施例中，上述諧振切換式電源轉換器20可為雙向諧振切換式電源轉換器。於一實施例中，上述諧振切換式電源轉換器20之輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之電壓轉換比率可為2:1。
圖3係根據本發明之一實施例顯示另一諧振切換式電源轉換器30之電路示意圖。在本實施例中，充電程序與放電程序在開關Q1-Q4的操作上，與圖2所示的實施例相同。本實施例與圖2所示的實施例不同之處在於，在本實施例中，零電流估計電路301亦可耦接於電容C1，用以根據電容C1之兩端的電壓差，以估計於充電程序時充電諧振電流為零之時點，及/或於放電程序時放電諧振電流為零之時點，而分別對應產生零電流估計訊號ZCPD，以用於產生充電操作訊號GA及放電操作訊號GB。在本實施例中，零電流估計電路301包括電壓偵測電路3011，用以根據電容C1之兩端的電壓差，產生電壓偵測訊號，以示意電容C1之兩端的電壓差之峰值之峰值時點(如圖4所示之時點t2)，及其谷值之谷值時點(如圖4所示之時點t4)，並據以產生零電流估計訊號ZCPD。偵測電壓差之峰值與谷值有許多不同的實施方式，其為本領域中具有通常之示者所熟知，在此不予贅述。
圖5係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之計時器之電路示意圖。本實施例中之計時器2012為圖2之計時器2012的一實施例。於一實施例中，圖2之計時器2012可為類比式計時器或數位式計時器。圖5之實施例為類比式計時器的一個範例。於一實施例中，計時器2012可包含斜坡電路20121及比較電路20122。請同時參照圖2及圖4，斜坡電路20121係耦接至電壓偵測電路2011，用以根據電壓偵測訊號VD，於正電壓期間T1，產生一斜坡訊號VT之一上升斜坡，並於正電壓期間T1結束後，根據該上升斜坡，於負電壓期間T2產生該斜坡訊號VT之一下降斜坡。所謂正電壓期間T1，係指電感L1之兩端的電壓差VL1超過零電壓的期間；而負電壓期間T2，係指電感L1之兩端的電壓差VL1不超過零電壓的期間。比較電路20122係耦接至斜坡電路20121，用以比較該斜坡訊號與一零電流閾值Vref1，而產生零電流估計訊號ZCPD，以決定該充電程序與該至少一放電程序各自的起始時點與結束時點。
於一實施例中，斜坡電路20121可包含升壓電路20121a及降壓電路20121b。升壓電路20121a係用以將一斜坡電容之跨壓，於該正電壓期間T1，從零持續升壓，而產生上升斜坡。降壓電路20121b係用以將該斜坡電容之跨壓，自該正電壓期間T1結束後，持續降壓，而產生該下降斜坡。上述升壓電路20121a及降壓電路20121b在對斜坡電容進行升壓或降壓的同時，均會將斜坡電容之跨壓VT輸出至比較電路20122，以供比較電路20122與零電流閾值Vref1進行比較。於一實施例中，該上升斜坡與該下降斜坡之斜率的絕對值相同，藉此只要測得正電壓期間T1，即可估計兩倍的正電壓期間2*T1即為零電流發生的時點。於一實施例中，零電流閾值Vref1係趨近於零。在一種較佳的實施例中，零電流閾值Vref1之位準可加以調整，例如調升或調降，以調整用以提前或延後不導通開關的預設期間，而達到零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)。
圖6係根據本發明之另一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之計時器之電路示意圖。本實施例中之計時器3012為圖2之計時器2012的一實施例。圖6之實施例為數位式計時器的一個範例。於一實施例中，計時器3012可包含計數電路30121及判斷電路30122。計數電路30121係耦接電壓偵測電路2011，用以根據電壓偵測訊號VD及一時脈訊號CLK產生一計數訊號CNT，計數訊號CNT代表當前所計數到的數字。判斷電路30122係耦接計數電路30121，用以根據計數訊號CNT產生零電流估計訊號ZCPD及重置訊號RESET，並根據電壓偵測訊號VD產生上數訊號UP及下數訊號DN。當判斷電路30122偵測到該電壓偵測訊號VD為高位準訊號時產生一上數訊號UP以回授至計數電路30121，使計數電路30121根據一時脈訊號CLK的速度從零開始往上計數並將所計數到的數字作為計數訊號CNT輸出至判斷電路30122。當判斷電路30122偵測到電壓偵測訊號VD切換為低位準訊號時，判斷電路30122產生一下數訊號DN以回授至計數電路30121，使計數電路30121從最後計數到的數字根據該時脈訊號CLK的速度往下計數。當判斷電路30122偵測到計數訊號CNT為零，而判斷計數電路30121往下計數至零時，產生零電流估計訊號ZCPD且同時產生一重置訊號RESET以回授至計數電路30121，用以將計數電路30121重置。
圖7係根據本發明之又一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之電路示意圖。圖7之零電流估計電路201為圖2之零電流估計電路201之一實施例。圖7之計時器2012為類比式計時器的另一個範例。如圖7所示，零電流估計電路201可包含電壓偵測電路2011及計時器2012。電壓偵測電路2011例如為一比較器，用以偵測電感L1之兩端的電壓差VL1。如圖7所示，計時器2012可包含斜坡電路20121及比較電路20122。比較電路20122用以將斜坡電容C之高壓側節點之電壓VT與一零電流閾值Vref1或Vref2相比較。比較電路20122之正相輸入端係經由開關S3耦接至零電流閾值Vref1，且經由開關S4耦接至零電流閾值Vref2。於一實施例中，零電流閾值Vref1為正值，零電流閾值為負值。當與充電操作訊號GA有關的訊號為高位準時，開關S3係導通，當與放電操作訊號GB有關的訊號為高位準時，開關S4係導通。當與充電操作訊號GA有關的訊號為高位準時，且電壓VT小於零電流閾值Vref1時比較電路20122遂產生一零電流估計訊號ZCPD。當與放電操作訊號GB有關的訊號為高位準時，且電壓VT小於零電流閾值Vref2時比較電路20122遂產生一零電流估計訊號ZCPD。
斜坡電路20121可包含升壓電路20121a及降壓電路20121b。升壓電路20121a可包括一第一開關S1與一第一電流源Is1，第一開關S1用以於正電壓期間T1，根據電壓偵測訊號VD而使第一電流源Is1對斜坡電容C進行充電。降壓電路20121b可包括一第二開關S2與一第二電流源Is2，第二開關S2用以於正電壓期間T1結束後之負電壓期間T2，使第二電流源Is2對斜坡電容C進行放電。計時器2012更可包含一重置開關Sr，其與斜坡電容C並聯，用以在產生零電流估計訊號ZCPD後，將斜坡電容C之跨壓，放電至零電壓。由於斜坡電容C之一端是耦接至高壓側節點，另一端是耦接至接地電位，故高壓側節點之電壓VT相當於斜坡電容C之跨壓。於一實施例中，第一電流源Is1及第二電流源Is2可為偏置電流源。
當電壓偵測電路2011偵測到電感L1之兩端電感左側電壓VLa與電感右側電壓VLb的電壓差(VLa-VLb)為正時，產生一高位準的電壓偵測訊號VD，使得第一開關S1導通，促使第一電流源Is1對斜坡電容C進行充電，進而使電壓VT從零持續上升，且該高位準的電壓偵測訊號VD經由反閘20123的反邏輯運算而產生低位準的運算結果，使得第二開關S2不導通。當電壓偵測電路2011偵測到電感L1之兩端的電壓差(VLa-VLb)為負時產生一低位準的電壓偵測訊號VD，使得第一開關S1不導通，且該低位準的電壓偵測訊號VD經由反閘20123的反邏輯運算而產生高位準的運算結果，使得第二開關S2導通，促使第二電流源Is2對斜坡電容C經由接地電位進行放電，進而使電壓VT持續下降。當比較電路20122比較出電壓VT小於零電流閾值Vref1時(與充電操作訊號GA有關的訊號為高位準時)產生一零電流估計訊號ZCPD，以供控制器202用於產生充電操作訊號GA及放電操作訊號GB。 於一實施例中，零電流閾值Vref1或Vref2係趨近於零。在一實施例中，零電流閾值Vref1或Vref2之位準可加以調整，例如調升或調降，以調整用以提前或延後不導通開關的預設期間，而達到零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)。於一實施例中，第一電流源Is1的電流大小係等於第二電流源Is2的電流大小，藉此圖4之正電壓期間T1才會等於負電壓期間T2。
請參閱圖4，係根據本發明之相關訊號波形示意圖。電感電流IL1、電感電壓VL1、電壓偵測訊號VD、電壓VT、零電流估計訊號ZCPD、充電操作訊號GA以及放電操作訊號GB如圖4所示。
圖8A係根據本發明之再一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器之電路示意圖。圖8A中之零電流估計電路601、電壓偵測電路6011、計時器6012的配置與圖2類似，故不贅述。本實施例與圖2之實施例之不同在於電容與開關的數量有所不同，且控制器602包括一延遲電路6021，用以使零電流估計訊號ZCPD持續一段延遲時間Td，以使充電程序與至少一放電程序彼此間隔該段延遲時間Td。如圖8A所示，本發明之諧振切換式電源轉換器60包含電容C1、C2、C3、開關Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、電感L1。開關Q1-Q3分別與對應之電容C1-C3串聯，而開關Q4與電感L1串聯。應注意者為，本發明之諧振切換式電源轉換器中的電容數量並不限於本實施例的三個，亦可為二個或四個以上，本實施例所顯示之元件數量僅用以說明本發明並不用限制本發明。應得以領會者為，於一實施例中，本實施例之計時器6012亦可以圖3、圖4或圖5A的計時器架構實施。於一實施例中，電感L1可為可變電感。
如圖8A所示，開關Q5之一端耦接至開關Q1與電容C1之間的節點，開關Q6之一端耦接至開關Q2與電容C2之間的節點，而開關Q7之一端耦接至開關Q3與電容C3之間的節點。開關Q8之一端耦接至電容C1與開關Q2之間的節點，開關Q9之一端耦接至電容C2與開關Q3之間的節點，而開關Q10之一端耦接至電容C3與開關Q4之間的節點。如圖6所示，開關Q5-Q7之另一端共同電連接至一節點後，耦接至開關Q4與電感L1之間的節點，開關Q8-Q10之另一端係共同耦接至接地電位。電感L1的另一端係耦接至輸出電壓Vout，開關Q1之另一端耦接至輸入電壓Vin。
開關Q1-Q10可根據控制器602所產生之充電操作訊號GA及放電操作訊號GB，切換所對應之電容C1-C3與電感L1之電連接關係。在一充電程序中，根據充電操作訊號GA，開關Q1-Q4係為導通，開關Q5-Q10係為不導通，使得電容C1-C3彼此串聯後與電感L1串聯於輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之間，以形成一充電路徑。在一放電程序中，根據放電操作訊號GB，開關Q5-Q10係導通，開關Q1-Q4係不導通，使電容C1、電容C2及電容C3彼此並聯後串聯電感L1，而形成複數放電路徑。應注意者為，上述充電程序與上述放電程序係於不同的時間段重複地交錯進行，而非同時進行。其中，充電程序與複數放電程序之每一者彼此重複地交錯排序，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。於本實施例中，每個第一電容C1、C2、C3的直流偏壓均為Vo，故本實施例中的第一電容C1、C2、C3需要耐較低的額定電壓，故可使用較小體積的電容器。
於一實施例中，由於零電流估計訊號ZCPD是在充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時產生的，換言之充電操作訊號亦於充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時進行位準切換，藉此開關可於流經開關的電流在其正半波相對較低位準的時點切換，以達成柔性切換。在一種較佳的實施例中，可達到零電流切換(zero current switch, ZCS)。
於一實施例中，在充電程序，藉由提前不導通開關Q1-Q4，因電感L1抵抗電流急速改變的特性，使得開關Q1-Q4不導通後仍維持有微小的電流，流經電感L1，因此，即可將開關Q10中，儲存於其中之寄生電容的累積電荷通過開關Q4之寄生二極體帶走，而降低開關Q10的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，調整零電流閾值之位準，以調整預設期間，而達到零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)。於一實施例中，相對地，在放電程序期間，藉由延後一段預設期間不導通開關Q5-Q10，也就是在預設期間保持導通開關Q5-Q10，使得放電電流逆向流經電感L1(負電流)會通過開關Q5的寄生二極體而對開關Q1的寄生電容進行充電，而降低開關Q1的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，調整零電流閾值之位準，以調整預設期間，而達到零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)。
於一實施例中，上述諧振切換式電源轉換器60可為雙向諧振切換式電源轉換器。於一實施例中，上述諧振切換式電源轉換器60之輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之電壓轉換比率可為4:1、3:1或2:1。於一實施例中，諧振切換式電源轉換器60之電壓轉換比率可彈性地加以調整，例如於充電程序與放電程序中，藉由選擇將開關Q7保持導通，並選擇將開關Q10及Q4保持不導通，則可將諧振切換式電源轉換器60之電壓轉換比率調整為3:1。同樣地，例如可選擇將開關Q6保持導通，並選擇將開關Q9、Q3、Q7、Q10及Q4保持不導通，則可將諧振切換式電源轉換器60之電壓轉換比率調整為2:1。
此外，圖8B顯示圖8A所示之諧振切換式電源轉換器60之訊號波形示意圖。如圖8B所示，調整電流閾值Vref1，使得電壓VT在降至零電壓之時點t4前的一段預設時間Tz，即時點t3，就使電壓VT小於零電流閾值Vref1，產生零電流估計訊號ZCPD(也就是零電流估計訊號ZCPD由低位準切換為高位準)，以達成前述柔性切換，進而達成零電壓切換。並於零電流估計電路601產生零電流估計訊號ZCPD之時點t3開始，將零電流估計訊號ZCPD持續一段延遲時間Td(也就是零電流估計訊號ZCPD維持在高位準)，，於延遲時間Td期間，電壓偵測訊號VD保持為低位準，充電操作訊號GA及放電操作訊號GB均保持低位準，故第一開關S1保持不導通，第二開關S2保持導通，開關Q1-Q10保持不導通。
於一實施例中，當零電流估計電路601估計充電諧振電流IL1為零之時點t4而提前一段預設時間Tz，即時點t3，產生零電流估計訊號ZCPD，並保持零電流估計訊號ZCPD為高位準在時點t4後，一延遲時間Td，並於延遲時間Td之結束時點t5將放電操作訊號GB切換為高位準，以進行放電程序。當零電流估計電路601估計放電諧振電流IL1為零之時點t7而延後一段預設時間Ty，即時點t8，產生零電流估計訊號ZCPD，並保持零電流估計訊號ZCPD為高位準在時點t8後，一延遲時間Td，並於延遲時間Td之結束時點t9將充電操作訊號GA切換為高位準，以進行充電程序。延遲時間Td可用以防止充電程序與放電程序發生重疊之情況。如圖8B所示，由於電壓VT的上升斜坡及下降斜坡的斜率之絕對值相等，故正電壓期間T1會等於負電壓期間T2。
圖9係根據本發明之又一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器之電路示意圖。圖9中之零電流估計電路701、電壓偵測電路7011、計時器7012、控制器702的配置與圖2類似，故不贅述。本實施例與圖2之實施例之不同在於電容及開關的數量有所不同，且本實施例係採用一充電電感L3及一放電電感L2，故零電流估計電路701係分別耦接於充電電感L3及放電電感L2，用以分別根據充電電感L3及放電電感L2之兩端的電壓差，以估計於一充電程序時一充電諧振電流為零之時點，及/或於一放電程序時一放電諧振電流為零之時點，而分別對應產生一零電流估計訊號ZCPD，以用於產生充電操作訊號GA及放電操作訊號GB。本實施例係多個電容共用一充電電感或一放電電感，藉此無論電容數量為多少，都只需要一個充電電感及一個放電電感，可進一步減少電感的數量。如圖7所示，本發明之諧振切換式電源轉換器70包含電容C1、C2、C3、開關Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、充電電感L3、放電電感L2。開關Q1-Q3分別與對應之電容C1-C3串聯，而開關Q4與充電電感L3串聯。應注意者為，本發明之諧振切換式電源轉換器中的電容數量並不限於本實施例的三個，亦可為二個或四個以上，本實施例所顯示之元件數量僅用以說明本發明並不用限制本發明。應得以領會者為，於一實施例中，本實施例之計時器7012亦可以圖3或圖4的計時器架構實施。於一實施例中，充電電感L3之電感值可等於放電電感L2之電感值。
如圖9所示，開關Q5之一端耦接至開關Q1與電容C1之間的節點，開關Q6之一端耦接至開關Q2與電容C2之間的節點，而開關Q7之一端耦接至開關Q3與電容C3之間的節點。開關Q8之一端耦接至電容C1與開關Q2之間的節點，開關Q9之一端耦接至電容C2與開關Q3之間的節點，而開關Q10之一端耦接至電容C3與開關Q4之間的節點。如圖7所示，開關Q5-Q7之另一端共同電連接至一節點後，串聯至放電電感L2。開關Q8-Q10之另一端係共同耦接至接地電位。充電電感L3及放電電感L2的另一端係共同耦接至輸出電壓Vout，開關Q1之另一端耦接至輸入電壓Vin。
開關Q1-Q10可根據控制器702所產生之充電操作訊號GA及放電操作訊號GB，切換所對應之電容C1-C3與充電電感L3及放電電感L2之電連接關係。在一充電程序中，根據充電操作訊號GA，開關Q1-Q4係為導通，開關Q5-Q10係為不導通，使得電容C1-C3彼此串聯後與充電電感L3串聯於輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之間，以形成一充電路徑。在一放電程序中，根據放電操作訊號GB，開關Q5-Q10係導通，開關Q1-Q4係不導通，使電容C1、電容C2及電容C3彼此並聯後串聯放電電感L2，而形成複數放電路徑。應注意者為，上述充電程序與上述放電程序係於不同的時間段重複地交錯進行，而非同時進行。在一種較佳的實施例中，該充電程序的持續時間與該放電程序的持續時間彼此不重疊。其中，充電程序與放電程序彼此重複地交錯排序，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。於本實施例中，每個第一電容C1、C2、C3的直流偏壓均為Vo，故本實施例中的第一電容C1、C2、C3相對於先前技術，在相同的輸入電壓與輸出電壓的應用中，僅需要承受較低的額定電壓，故可使用較小體積的電容器。
於一實施例中，上述充電程序之充電諧振頻率與上述放電程序之放電諧振頻率相同。於一實施例中，上述充電程序之充電諧振頻率與上述放電程序之放電諧振頻率不同。於一實施例中，上述諧振切換式電源轉換器70可為雙向諧振切換式電源轉換器。所謂雙向諧振切換式電源轉換器，係指輸入端(提供輸入電壓Vin)與輸出端(提供輸出電壓Vout)的角色對調，意即在如圖7所示的實施例中，諧振切換式電源轉換器70可將輸出電壓Vout轉換為輸入電壓Vin。於一實施例中，上述諧振切換式電源轉換器70之輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之電壓轉換比率可為4:1、3:1或2:1。
於一實施例中，上述充電程序的持續時間(Ton1)係與上述充電程序之充電諧振頻率(fr1)相關。於一較佳實施例中，上述充電程序的持續時間(Ton1)係與充電程序之充電諧振電流之正半波相關，例如開關Q1-Q4之導通時點及不導通時點係大致上同步於充電程序之一充電諧振電流之正半波之起始時點及結束時點。於一實施例中，上述放電程序的持續時間(Ton2)係與上述放電程序之放電諧振頻率(fr2)相關。於一較佳實施例中，上述放電程序的持續時間(Ton2)係與放電程序之放電諧振電流之正半波相關，例如開關Q5-Q10之導通時點及不導通時點係大致上同步於放電程序之一放電諧振電流之正半波之起始時點及結束時點。
由於零電流估計訊號ZCPD是在充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時產生的，換言之充電操作訊號亦於充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時進行位準切換，藉此可於流經開關的電流皆在其正半波相對較低位準的時點切換，以達成柔性切換。在一種較佳的實施例中，可達到零電流切換(zero current switch, ZCS)。
此外需說明的是：因電路零件的本身之寄生效應或是零件間相互的匹配不一定為理想，因此，雖然欲使充電程序的持續時間等於放電程序的持續時間(也就是於此實施例中充電程序的持續時間為百分之五十之工作週期)，以達到柔性切換(soft switching)之零電流切換。但實際可能並無法準確地為百分之五十之工作週期，而僅是接近百分之五十之工作週期，亦即，根據本發明，可接受由於電路的不理想性而使充電程序的持續時間與百分之五十之工作週期間具有一定程度的誤差，此即前述之放電至「大致上」為百分之五十之工作週期之意，本文中其他提到「大致上」之處亦同。
於一實施例中，上述充電程序的持續時間小於特定比例之工作週期一段預設期間，例如小於百分之五十之工作週期一段預設期間；藉此提前不導通開關Q1-Q4後仍維持有微小的電流，流經充電電感L3，因此，即可將開關Q10中，儲存於其中之寄生電容的累積電荷透過開關Q4之寄生二極體帶走，而降低開關Q10的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，調整零電流閾值，以調整預設期間，而達到零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)。於一實施例中，相對地，上述放電程序的持續時間大於特定比例之工作週期一段預設期間，例如大於百分之五十之工作週期一段預設期間；藉此，延後不導通開關Q5-Q10後放電電感L2的負電流會通過開關Q5的寄生二極體而對開關Q1的寄生電容進行充電，而降低開關Q1的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，調整零電流閾值，以調整預設期間，而達到零電壓切換。
圖10A及10B係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之電路及訊號波形示意圖。圖10A中之零電流估計電路801為圖9之零電流偵測電路701的一實施例。圖10A之計時器8012、斜坡電路80121、升壓電路80121a、降壓電路80121b、比較電路80122、反閘80123的配置係與圖7類似，故不贅述。本實施例與圖7之實施例不同在於本實施例中，電壓偵測電路8011包括兩個比較器80111及80112，分別耦接至充電電感L3及放電電感L2之兩端。上述兩個比較器80111及80112之輸出端耦接至一或閘80113之輸入端。
於充電程序時，當比較器80111偵測到充電電感L3兩端的電壓差(VL3a-VL3b)為正時會產生一高位準訊號至或閘80113，而比較器80112偵測到放電電感L2兩端之電壓差(放電電感左側電壓VL2a-放電電感右側電壓VL2b)為零，故會產生一低位準訊號至或閘80113。或閘80113根據自比較器80111接收之高位準訊號及自比較器80112接收之低位準訊號，執行或邏輯運算，而產生高位準的電壓偵測訊號VD，以輸出至計時器8012。當比較器80111偵測到充電電感L3兩端的電壓差(VL3a-VL3b)為負時會產生一低位準訊號至或閘80113，而比較器80112偵測到放電電感L2兩端之電壓差(放電電感左側電壓VL2a-放電電感右側電壓VL2b)仍為零時會產生一低位準訊號至或閘80113。或閘80113根據自比較器80111接收之低位準訊號及自比較器80112接收之低位準訊號，產生低位準的電壓偵測訊號VD，以輸出至計時器8012。
於放電程序時，當比較器80111偵測到充電電感L3兩端的電壓差(VL3a-VL3b)為零，故會產生一低位準訊號至或閘80113，而比較器80112偵測到放電電感L2兩端之電壓差(放電電感左側電壓VL2a-放電電感右側電壓VL2b)為正時會產生一高位準訊號至或閘80113。或閘80113根據自比較器80111接收之低位準訊號及自比較器80112接收之高位準訊號，執行或邏輯運算，而產生高位準的電壓偵測訊號VD，以輸出至計時器8012。當比較器80111偵測到充電電感L3兩端的電壓差(VL3a-VL3b)仍為零時會產生一低位準訊號至或閘80113，而比較器80112偵測到放電電感L2兩端之電壓差(放電電感左側電壓VL2a-放電電感右側電壓VL2b)為負時會產生一低位準訊號至或閘80113。或閘80113根據自比較器80111接收之低位準訊號及自比較器80112接收之低位準訊號，產生低位準的電壓偵測訊號VD，以輸出至計時器8012。
圖10B係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之訊號波形示意圖。充電電感電流IL3、充電電感電壓VL3、放電電感電流IL2、放電電感電壓VL2、電壓偵測訊號VD、電壓VT、零電流估計訊號ZCPD、充電操作訊號GA以及放電操作訊號GB如圖10B所示。如圖10B所示，於零電流估計電路801產生零電流估計訊號ZCPD之時點後延遲一段延遲時間T3，於延遲時間T3期間，電壓偵測訊號VD保持為低位準，充電操作訊號GA及放電操作訊號GB亦均保持低位準，故第一開關S1保持不導通，第二開關S2保持導通，開關Q1-Q10保持不導通。於一實施例中，當零電流估計電路801估計充電諧振電流IL3為零之時點而產生零電流估計訊號ZCPD之時點後延遲一延遲時間T3，並於延遲時間T3之結束時點將放電操作訊號GB切換為高位準訊號，以進行放電程序。同樣地，當零電流估計電路801估計放電諧振電流IL2為零之時點而產生零電流估計訊號ZCPD之時點後延遲一延遲時間T3，並於延遲時間T3之結束時點將充電操作訊號GA切換為高位準訊號，以進行充電程序。延遲時間T3可用以防止開關Q1-Q10發生導通期間重疊之情況。如圖10B所示，由於電壓VT的上升斜坡及下降斜坡的斜率之絕對值相等，故正電壓期間T1會等於負電壓期間T2。
圖11係根據本發明之再一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之電路示意圖。圖11中之零電流估計電路901、電壓偵測電路9011、計時器9012、控制器902的配置與圖2類似，故不贅述。本實施例與圖2之實施例之不同在於本實施例之電感L1可移至電容C1與開關Q2之間，其餘元件的配置與圖2類似故不贅述。應得以領會者為，於一實施例中，本實施例之計時器9012亦可以圖5或圖6的計時器架構實施。
圖12A及12B係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之電路及訊號波形示意圖。圖12A中之零電流估計電路1001為圖11之零電流偵測電路901的一實施例。圖12A之計時器10012、斜坡電路100121、升壓電路100121a、降壓電路100121b、比較電路100122、反閘100123的配置係與圖7類似，故不贅述。本實施例與圖7之實施例不同在於，在本實施例中，電壓偵測電路10011包括一比較器100111及一邏輯電路100112。上述邏輯電路100112可包含及閘100112a及100112b、反閘100112c與或閘100112d。及閘10112a係耦接於或閘100112d與比較器100111之間；及閘100112b係耦接於或閘100112d與比較器100111之間；而反閘100112c係耦接於比較器100111與及閘100112b之間。
於充電程序時，當比較器100111偵測到電感L1兩端的電壓差(VLa-VLb)為正時會產生一高位準訊號Vcp至及閘100112a及反閘100112c。及閘100112a根據高位準訊號Vcp及自控制器902所接收之高位準的充電操作訊號GA，執行及邏輯運算，而產生高位準的運算結果，以輸出至或閘100112d，而反閘100112c根據高位準訊號Vcp執行反邏輯運算，而產生低位準的運算結果，以輸出至及閘100112b。及閘100112b根據低位準的運算結果及自控制器902所接收之低位準的放電操作訊號GB，產生低位準訊號，以輸出至或閘100112d。或閘100112d則根據來自及閘100112a之高位準的運算結果及來自及閘100112b之低位準訊號，執行或邏輯運算，而產生高位準的電壓偵測訊號VD，以輸出至計時器10012。當比較器100111偵測到電感L1之兩端的電壓差(VLa-VLb)為負時產生一低位準訊號Vcp至及閘100112a及反閘100112c。及閘100112a根據低位準訊號Vcp及自控制器902所接收之高位準的充電操作訊號GA，產生低位準訊號，以輸出至或閘100112d，而反閘100112c根據低位準訊號Vcp執行反邏輯運算，而產生高位準的運算結果，以輸出至及閘100112b。及閘100112b根據高位準的運算結果及自控制器902所接收之低位準的放電操作訊號GB，產生低位準訊號，以輸出至或閘100112d。或閘100112d則根據來自及閘100112a之低位準訊號及來自及閘100112b之低位準訊號，產生低位準的電壓偵測訊號VD，以輸出至計時器10012。
於放電程序時，當比較器100111偵測到電感L1兩端的電壓差(VLa-VLb)為負時會產生一低位準訊號Vcp至及閘100112a與反閘100112c。及閘100112a根據低位準訊號Vcp及自控制器902所接收之低位準的充電操作訊號GA，產生低位準訊號，以輸出至或閘100112d，而反閘100112c根據低位準訊號Vcp執行反邏輯運算，而產生高位準的運算結果，以輸出至及閘100112b。及閘100112b根據高位準的運算結果及自控制器902所接收之高位準的放電操作訊號GB，執行及邏輯運算，而產生高位準的運算結果，以輸出至或閘100112d。或閘100112d則根據來自及閘100112a之低位準訊號及來自及閘100112b之高位準的運算結果，執行或邏輯運算，而產生高位準的電壓偵測訊號VD，以輸出至計時器10012。當比較器100111偵測到電感L1之兩端的電壓差(VLa-VLb)為正時產生一高位準訊號Vcp至及閘100112a及反閘100112c。及閘100112a根據高位準訊號Vcp及自控制器902所接收之低位準的充電操作訊號GA，產生低位準訊號，以輸出至或閘100112d，而反閘100112c根據高位準訊號Vcp執行反邏輯運算，而產生低位準的運算結果，以輸出至及閘100112b。及閘100112b根據低位準的運算結果及自控制器902所接收之高位準的放電操作訊號GB，產生低位準訊號，以輸出至或閘100112d。或閘100112d則根據來自及閘100112a之低位準訊號及來自及閘100112b之低位準訊號，產生低位準的電壓偵測訊號VD，以輸出至計時器10012。
圖12B係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之訊號波形示意圖。電感電流IL1、電感電壓VL1、訊號Vcp、電壓偵測訊號VD、電壓VT、零電流估計訊號ZCPD、充電操作訊號GA以及放電操作訊號GB如圖12B所示。如圖12B所示，於零電流估計電路1001產生零電流估計訊號之時點後延遲一延遲時間T3，於延遲時間T3期間，電壓偵測訊號VD保持為低位準，充電操作訊號GA及放電操作訊號GB亦均保持低位準，故第一開關S1保持不導通，第二開關S2保持導通，開關Q1-Q10保持不導通。於一實施例中，當零電流估計電路1001估計充電諧振電流IL1為零之時點而產生零電流估計訊號ZCPD之時點後延遲一延遲時間t3，並於延遲時間t3之結束時點將放電操作訊號GB切換為高位準訊號，以進行放電程序。同樣地，當零電流估計電路1001估計放電諧振電流IL1為零之時點而產生零電流估計訊號ZCPD之時點後延遲一延遲時間T3，並於延遲時間T3之結束時點將充電操作訊號GA切換為高位準訊號，以進行充電程序。延遲時間T3可用以防止開關Q1-Q10發生導通期間重疊之情況，並可以調整輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的比例。如圖12B所示，由於電壓VT的上升斜坡及下降斜坡的斜率之絕對值相等，故正電壓期間T1會等於負電壓期間T2。
圖13A及13B係根據本發明之又一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之電路及訊號波形示意圖。圖13A中之電容C1-C3、充電電感L3、放電電感L2、開關Q1-Q10、零電流估計電路1101、電壓偵測電路11011、計時器11012、控制器1102的配置係與圖9類似，故不贅述。本實施例與圖9之實施例之不同在於本實施例將放電程序分成複數個放電程序輪流進行，且控制器1102係用以產生充電操作訊號GA、放電操作訊號GB、GC、GD，以分別對應一充電程序與複數放電程序，而操作對應之複數開關Q1-Q10，以切換所對應之電容C1-C3之電連接關係。零電流估計電路1101係耦接於充電電感L3及放電電感L2，用以根據充電電感L3及放電電感L2之兩端的電壓差，以估計於一充電程序時一充電諧振電流為零之時點，及/或於每一放電程序時每一放電諧振電流為零之時點，而分別對應產生一零電流估計訊號ZCPD，以用於產生充電操作訊號GA及複數放電操作訊號GB、GC、GD。於一實施例中，控制器1102可根據零電流估計訊號ZCPD、充電操作訊號GA及/或放電操作訊號GB、GC與GD決定充電程序與放電程序各自的起始時點與結束時點。應得以領會者為，於一實施例中，本實施例之計時器11012亦可以圖5、圖6或圖7的計時器架構實施。
開關Q1-Q10可根據控制器1102所產生之充電操作訊號GA、放電操作訊號GB、GC、GD，切換所對應之電容C1-C3與充電電感L3及放電電感L2之電連接關係。於一實施例中，充電操作訊號GA與放電操作訊號GB、GC、GD，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，上述複數段導通期間彼此不重疊。
舉例而言，在一充電程序中，根據充電操作訊號GA，開關Q1-Q4係為導通，開關Q5-Q10係為不導通，使得電容C1-C3彼此串聯後與充電電感L3串聯於輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之間，以形成一充電路徑。在複數放電程序中，分別根據放電操作訊號GB、GC、GD，開關Q5-Q10分別輪流導通，開關Q1-Q4係不導通，使電容C1、電容C2及電容C3分別輪流串聯放電電感L2，而形成複數放電路徑。也就是說，複數放電程序輪流形成對應之放電路徑。例如，於第一放電程序中，根據放電操作訊號GB，開關Q5及Q8係導通，開關Q1-Q4、Q6-Q7及Q9-Q10係不導通，使電容C1串聯放電電感L2於接地電位與輸出電壓Vout之間，而形成一第一放電路徑；於第二放電程序中，根據放電操作訊號GC，開關Q6及Q9係導通，開關Q1-Q5、Q7、Q8及Q10係不導通，使電容C2串聯放電電感L2於接地電位與輸出電壓Vout之間，而形成第二放電路徑；於第三放電程序中，根據放電操作訊號GD，開關Q7及Q10係導通，開關Q1-Q6及Q8-Q9係不導通，使電容C3串聯放電電感L2於接地電位與輸出電壓Vout之間，而形成第三放電路徑。
應注意者為，上述充電程序與上述第一放電程序、第二放電程序與第三放電程序係於不同的時間段重複地交錯進行，而非同時進行。其中，充電程序與上述三個放電程序彼此重複地交錯排序，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，亦即，一個充電程序結束後，接著第一放電程序、第二放電程序、第三放電程序輪流執行，再接著執行充電程序，以此類推。
於本實施例中，每個第一電容C1、C2、C3的直流偏壓均為Vo，故本實施例中的第一電容C1、C2、C3相對於先前技術，在相同的輸入電壓與輸出電壓的應用中，僅需要承受較低的額定電壓，故可使用較小體積的電容器。
於一實施例中，上述充電程序之充電諧振頻率與上述複數放電程序之放電諧振頻率相同。於一實施例中，上述充電程序之充電諧振頻率與上述複數放電程序之放電諧振頻率不同。於一實施例中，上述諧振切換式電源轉換器110可為雙向諧振切換式電源轉換器。於一實施例中，上述諧振切換式電源轉換器110之輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之電壓轉換比率可為4:1、3:1或2:1。
於上述實施例中，由於零電流估計訊號ZCPD是在充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時產生的，換言之充電操作訊號亦於充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時進行位準切換，藉此可於流經開關的電流皆在其正半波相對較低位準的時點切換，以達成柔性切換。在一種較佳的實施例中，可達到零電流切換(zero current switch, ZCS)。
於一實施例中，在充電程序期間，藉由提前一段預設期間不導通開關Q1-Q4，因電感L3抵抗電流急速改變的特性，使得開關Q1-Q4不導通後仍維持有微小的電流，流經充電電感L3，因此，即可將開關Q10中，儲存於其中之寄生電容的累積電荷透過開關Q4之寄生二極體放電，而降低開關Q10的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，調整上述預設期間，可達到零電壓切換(zero voltage switch，ZVS)。於一實施例中，相對地，在複數放電程序期間；藉由延後一段預設期間不導通開關Q7與Q10，也就是在預設期間保持導通開關Q7及Q10，使得放電電流逆向流經放電電感L2(負電流)，會通過開關Q5的寄生二極體而對開關Q1的寄生電容進行充電，而降低開關Q1的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，零電流閾值之位準可加以調整，以調整上述預設期間，而達到零電壓切換。
圖13B係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之訊號波形示意圖。充電電感電流IL3、放電電感電流IL2、放電電感電壓VL2、電壓VT、零電流估計訊號ZCPD以及放電操作訊號GB如圖13B所示。
圖14係根據本發明之再一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之電路示意圖。圖14中之零電流估計電路1201、計時器12012、電壓偵測電路12011、控制器1202的配置與圖2類似，故不贅述。如圖14所示，本發明之諧振切換式電源轉換器120包含電容C1、C2、C3、開關Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、電感L1、L2、L3。開關Q1-Q3分別與對應之電容C1-C3串聯，而電容C1-C3分別與對應之電感L1-L3串聯。應注意者為，本發明之諧振切換式電源轉換器中的電容數量並不限於本實施例的三個，亦可為二個或四個以上，且電感數量亦不限於本實施例的三個，亦可為二個或四個以上，本實施例所顯示之元件數量僅用以說明本發明並不用限制本發明。應得以領會者為，於一實施例中，本實施例之計時器12012亦可以圖5、圖6或圖7的計時器架構實施。
如圖14所示，開關Q5之一端耦接至開關Q1與電容C1之間的節點，開關Q6之一端耦接至開關Q2與電容C2之間的節點，而開關Q7之一端耦接至開關Q3與電容C3之間的節點。開關Q8之一端耦接至電感L1與開關Q2之間的節點，開關Q9之一端耦接至電感L2與開關Q3之間的節點，而開關Q10之一端耦接至電感L3與開關Q4之間的節點。如圖12所示，開關Q5-Q7之另一端則共同耦接至輸出電壓Vout。開關Q8-Q10之另一端係共同耦接至接地電位。開關Q4耦接於電感L3與輸出電壓Vout之間，開關Q1之一端耦接至輸入電壓Vin。
開關Q1-Q10可根據控制器1202所產生之充電操作訊號GA及放電操作訊號GB，切換所對應之電容C1-C3與電感L1-L3之電連接關係。在一充電程序中，根據充電操作訊號GA，開關Q1-Q4係為導通，開關Q5-Q10係為不導通，使得電容C1-C3與電感L1-L3彼此串聯於輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之間，以形成一充電路徑。在一放電程序中，根據放電操作訊號GB，開關Q5-Q10係導通，開關Q1-Q4係不導通，使電容C1與對應之電感L1串聯於輸出電壓Vout與接地電位間，電容C2與對應之電感L2串聯於輸出電壓Vout與接地電位間，電容C3與對應之電感L3串聯於輸出電壓Vout與接地電位間，而形成複數放電路徑。應注意者為，上述充電程序與上述放電程序係於不同的時間段交錯進行，而非同時進行。其中，充電程序與放電程序彼此重複地交錯排序，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。於本實施例中，每個電容C1、C2、C3的直流偏壓均為Vo，故本實施例中的電容C1、C2、C3需要耐較低的額定電壓，故可使用較小體積的電容器。
於一實施例中，由於零電流估計訊號ZCPD是在充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時產生的，換言之充電操作訊號亦於充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時進行位準切換，藉此開關可於流經開關的電流在其正半波相對較低位準的時點切換，以達成柔性切換。在一種較佳的實施例中，可達到零電流切換(zero current switch, ZCS)。
於一實施例中，上述充電程序具有一充電諧振頻率，上述放電程序具有一放電諧振頻率。於一較佳實施例中，上述充電諧振頻率與上述放電諧振頻率相同。
圖15A係根據本發明之一實施例顯示一充電程序與放電程序之對應之操作訊號與對應之電感電流之訊號波形示意圖。請同時參閱圖9，圖15A所示的實施例中，開關Q1~Q4之充電操作訊號GA於充電程序時為高位準，而開關Q5~Q10之放電操作訊號GB於放電程序時為高位準。於圖15A之實施例中，由於零電流估計訊號ZCPD是在充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時產生的，換言之充電操作訊號亦於充電電感L3或放電電感L2之電流趨近於零時進行位準切換，藉此開關Q1可於流經開關的電流在其正半波相對較低位準的時點切換，也是在充電電感L3之電流為零電流時切換，以達成柔性切換。在一種較佳的實施例中，可達到零電流切換。
圖15B及15C係根據本發明之另一實施例顯示一充電程序與放電程序之對應之操作訊號與對應之電感電流之訊號波形示意圖。請同時參閱圖9，圖15B所示的實施例中，開關Q1~Q4之充電操作訊號GA於充電程序時為高位準，而開關Q5~Q10之放電操作訊號GB於放電程序時為高位準。於圖15B之實施例中，充電程序的持續時間大致上為小於百分之五十之工作週期一段預設期間Ta；藉此，提前不導通開關Q1-Q4後仍維持有微小的電流流經充電電感L3，因此，即可將開關Q10中，儲存於其中之寄生電容的累積電荷透過開關Q4之寄生二極體放電，而降低開關Q10的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，零電流閾值之位準可加以調整，以調整預設期間Ta，而達到零電壓切換。請同時參閱圖9，圖15C所示的實施例中，開關Q1~Q4之充電操作訊號GA於充電程序時為高位準，開關Q5~Q10之放電操作訊號GB於放電程序時為高位準。於圖15C之實施例中，放電程序的持續時間大致上為大於百分之五十之工作週期一段預設期間Tb；藉此，延後不導通開關Q5-Q10後放電電感L2的負電流會通過開關Q5的寄生二極體而對開關Q1的寄生電容進行充電，而降低開關Q1的跨壓，以達到柔性切換。在一種較佳的實施例中，零電流閾值之位準可加以調整，以調整預設期間Tb，而達到零電壓切換。於一實施例中，應注意者為，圖15B及15C之實施例可一起實施或僅實施其中一者。
圖16係根據本發明之再一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之電路示意圖。在本實施例中，諧振切換式電源轉換器160用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。諧振切換式電源轉換器160包含諧振腔RT1與RT2、開關Q1-Q10、非諧振電容Cf1、零電流估計電路1601以及控制器1602。
諧振腔RT1中，具有彼此串聯之諧振電容Cr1與諧振電感Lr1；諧振腔RT2中，具有彼此串聯之諧振電容Cr2與諧振電感Lr2。開關Q1-Q10與諧振腔RT1與RT2對應耦接，分別根據對應之第一諧振操作訊號G1與第二諧振操作訊號G2，以切換所對應之諧振腔RT1與RT2之電連接關係而對應第一諧振程序與第二諧振程序。
根據第一諧振操作訊號G1與第二諧振操作訊號G2，非諧振電容Cf1切換與諧振腔RT1與RT2之電連接關係，且非諧振電容Cf1之跨壓，維持與輸入電壓Vin成一固定比例，例如在本實施例中為二分之一輸入電壓Vin。零電流估計電路1601與諧振腔RT1與RT2中之諧振電感Lr1與Lr2耦接，用以分別根據諧振電感Lr1與Lr2各自之兩端的電壓差，以估計於第一諧振程序時流經對應之諧振電感Lr1或Lr2之第一諧振電流為零之時點，及/或於第二諧振程序時流經對應之諧振電感Lr1或Lr2之第二諧振電流為零之時點，而分別對應產生零電流估計訊號ZCPD，以用於產生第一諧振操作訊號G1及第二諧振操作訊號G2。其中，第一諧振操作訊號G1與第二諧振操作訊號G2分別各自切換至導通位準段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使第一諧振程序與第二諧振程序彼此不重疊。其中，第一諧振程序與第二諧振程序彼此重複地交錯排序，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。
有關具有如圖16所示之諧振腔RT1與RT2之諧振切換式電源轉換器160的操作方式，此為本領域中具有通常知識者所熟知，在此不與贅述。本實施例之零電流估計電路1601亦可以圖7、圖10A或圖12A所示之零電流估計電路架構實施。本實施例之計時器16012亦可以圖5或圖6的計時器架構實施。
控制器1602耦接至零電流估計電路1601，用以根據零電流估計訊號ZCPD分別產生第一諧振操作訊號G1與第二諧振操作訊號G2，以用於切換開關Q1-Q10。於一實施例中，控制器1602可根據零電流估計訊號ZCPD、第一諧振操作訊號G1及/或第二諧振操作訊號G2決定第一諧振程序與第二諧振程序各自的起始時點與結束時點。
本發明如上所述提供了一種諧振切換式電源轉換器，其藉由特殊的電路設計可降低湧浪電流、可從電感或電容進行零電流估計以達到具有零電流切換(ZCS)或零電壓切換(ZVS)的柔性切換以改善電源效率、可不需電流感測電阻或電流感測變壓器、可降低電流感測電阻因高電流所產生之功率損耗且可解決大型電流感測電阻在低電流時之準確問題。
需說明的是，前述實施例中提到的「高位準」與「低位準」僅為舉例，並非用以限制本發明之範疇，在其他實施例中，前述的「高位準」與「低位準」，在前述符合本發明相同的精神下，可依實際所採用的開關型態與邏輯基礎，而適應性地至少部分調整或交換。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之最廣的權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
20,60,70,90,110,120,160:諧振切換式電源轉換器 201,301,601,701,901,1001,1101,1201,1601:零電流估計電路 2011,3011,6011,7011,8011,9011,10011,11011,12011,126011:電壓偵測電路 2012,3012,6012,7012,8012,9012,10012,11012,12012,16012:計時器 20121,80121,100121:斜坡電路 20121a,80121a,100121a:升壓電路 20121b,80121b,100121b:降壓電路 20122,80122,100122:比較電路 20123,80123,100112c,100123:反閘 202,602,702,902,1102,1202,1602:控制器 30121:計數電路 30122:判斷電路 80111,80112,100111:比較器 80113,100112d:或閘 100112:邏輯電路 100112a,100112b:及閘 C:斜坡電容 C1~C3:電容 Cf1:非諧振電容 CLK:時脈訊號 CNT:計數訊號 Co:輸出電容 Cr1,Cr2:諧振電容 DN:下數訊號 G1:第一諧振操作訊號 G2:第二諧振操作訊號 GA:充電操作訊號 GB,GC,GD:放電操作訊號 IL1:電感電流(充電諧振電流/放電諧振電流) IL2:放電電感電流(放電諧振電流) IL3:充電電感電流(充電諧振電流) Is1:第一電流源 Is2:第二電流源 L1:電感 L2:放電電感 L3:充電電感 Lr1,Lr2:諧振電感 Q1~Q10:開關 RESET:重置訊號 RL:負載電阻 RT1,RT2:諧振腔 S1:第一開關 S2:第二開關 Sr:重置開關 T1:正電壓期間 T2:負電壓期間 T3,Td:延遲時間 Ta,Tb,Tc:期間 t0,t1,t2,t3,t4:時點 UP:上數訊號 Vcp:訊號 VD:電壓偵測訊號 Vin:輸入電壓 VL1:電感電壓(電壓差) VL2:放電電感電壓 VL2a:放電電感左側電壓 VL2b:放電電感右側電壓 VL3:充電電感電壓 VL3a:充電電感左側電壓 VL3b:充電電感右側電壓 VLa:電感左側電壓 VLb:電感右側電壓 Vout:輸出電壓 Vref1:零電流閾值 VT:電壓(跨壓) ZCPD:零電流估計訊號
圖1係為習知的電源轉換器。
圖2係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器之電路示意圖。
圖3係根據本發明之一實施例顯示另一諧振切換式電源轉換器之電路示意圖。
圖4係根據本發明之圖2與3顯示之實施例之訊號波形示意圖。
圖5係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之計時器之電路示意圖。
圖6係根據本發明之另一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之計時器之電路示意圖。
圖7係根據本發明之又一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之電路示意圖。
圖8A及8B係根據本發明之再一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器之電路示意圖及訊號波形示意圖。
圖9係根據本發明之又一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器之電路示意圖。
圖10A及10B係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之電路及訊號波形示意圖。
圖11係根據本發明之再一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之電路示意圖。
圖12A及12B係根據本發明之一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之零電流估計電路之電路及訊號波形示意圖。
圖13A及13B係根據本發明之又一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之電路及訊號波形示意圖。
圖14係根據本發明之再一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之電路示意圖。
圖15A、15B及15C係根據本發明之一實施例顯示一充電程序與放電程序之對應之操作訊號與對應之電感電流之訊號波形示意圖。
圖16係根據本發明之再一實施例顯示一諧振切換式電源轉換器中之電路示意圖。
20:諧振切換式電源轉換器
201:零電流估計電路
2011:電壓偵測電路
2012:計時器
202:控制器
C1:電容
Co:輸出電容
GA:充電操作訊號
GB:放電操作訊號
IL1:電感電流(充電諧振電流/放電諧振電流)
L1:電感
Q1~Q4:開關
RL:負載電阻
VD:電壓偵測訊號
Vin:輸入電壓
VL1:電感電壓(電壓差)
Vout:輸出電壓
ZCPD:零電流估計訊號

Claims (30)

  1. 一種諧振切換式電源轉換器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該諧振切換式電源轉換器包含： 至少一電容； 複數開關，與該至少一電容對應耦接，分別根據對應之一操作訊號，以切換所對應之該電容之電連接關係； 至少一充電電感，與該至少一電容中之至少其中之一對應串聯； 至少一放電電感，與該至少一電容中之至少其中之一對應串聯； 以及 一零電流估計電路，耦接於該至少一充電電感及/或該至少一放電電感，及/或該電容，用以根據該充電電感之兩端的電壓差，及/或該放電電感之兩端的電壓差，及/或該電容之兩端的電壓差，以估計於一充電程序時一充電諧振電流為零之時點，及/或於至少一放電程序時對應之至少一放電諧振電流為零之時點，而分別對應產生一零電流估計訊號，以用於產生該操作訊號； 其中，該操作訊號包括一充電操作訊號與至少一放電操作訊號，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使該充電程序與該至少一放電程序彼此不重疊； 其中，在該充電程序中，藉由該充電操作訊號控制該複數開關的切換，使該至少一電容與該至少一充電電感串聯於該輸入電壓與該輸出電壓之間，以形成一充電路徑，以對該電容與該充電電感進行諧振充電； 其中，在該至少一放電程序中，藉由該至少一放電操作訊號控制該複數開關的切換，使每一該電容與對應之該放電電感串聯於該輸出電壓與一接地電位間，而同時形成或輪流形成複數放電路徑，以對該電容與該充電電感進行諧振放電； 其中，該充電程序與該至少一放電程序彼此重複地交錯排序，以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓。
  2. 如請求項1所述之諧振切換式電源轉換器，其中，該零電流估計電路包括： 一電壓偵測電路，用以根據該充電電感之兩端的電壓差，及/或該放電電感之兩端的電壓差，產生一電壓偵測訊號，以示意該充電電感之兩端的電壓差及/或該放電電感之兩端的電壓差超過零電壓的一正電壓期間；以及 一計時器，耦接於該電壓偵測電路之輸出端，用以根據該電壓偵測訊號產生該零電流估計訊號。
  3. 如請求項1所述之諧振切換式電源轉換器，其中，該零電流估計電路包括一電壓偵測電路，用以根據該電容之兩端的電壓差，產生一電壓偵測訊號，以示意該電容之兩端的電壓差之峰值之一峰值時點，及其谷值之一谷值時點，並據以產生該零電流估計訊號。
  4. 如請求項2所述之諧振切換式電源轉換器，其中該計時器包括： 一斜坡電路，用以根據該電壓偵測訊號，於該正電壓期間，產生一斜坡訊號之一上升斜坡，並於該正電壓期間結束後，根據該上升斜坡，產生該斜坡訊號之一下降斜坡；以及 一比較電路，用以比較該斜坡訊號與一零電流閾值，而產生該零電流估計訊號，以決定該充電程序與該至少一放電程序各自的起始時點與結束時點。
  5. 如請求項4所述之諧振切換式電源轉換器，其中該斜坡電路包括： 一升壓電路，用以將一斜坡電容之跨壓，於該正電壓期間，從零持續升壓，而產生該上升斜坡；以及 一降壓電路，用以將該斜坡電容之跨壓，自該正電壓期間結束後，持續降壓，而產生該下降斜坡； 其中該上升斜坡與該下降斜坡之斜率的絕對值相同。
  6. 如請求項5所述之諧振切換式電源轉換器，其中該升壓電路包括一第一開關與一第一電流源，其中該第一開關用以於該正電壓期間，根據該電壓偵測訊號而使該第一電流源對該斜坡電容進行充電。
  7. 如請求項6所述之諧振切換式電源轉換器，其中該降壓電路包括一第二開關與一第二電流源，其中該第二開關用以於該正電壓期間結束後，使該第二電流源對該斜坡電容進行放電。
  8. 如請求項1所述之諧振切換式電源轉換器，更包含一控制器，其耦接該零電流估計電路，用以根據該零電流估計訊號，而產生該充電操作訊號及該至少一放電操作訊號。
  9. 如請求項8所述之諧振切換式電源轉換器，其中該控制器包括一延遲電路，用以使該零電流估計訊號持續一段延遲時間，以使該充電程序與該至少一放電程序彼此間隔該段延遲時間。
  10. 如請求項2所述之諧振切換式電源轉換器，其中該電壓偵測電路包含至少一比較器，用以對應比較該充電電感之兩端的電壓，及/或該放電電感之兩端的電壓。
  11. 如請求項10所述之諧振切換式電源轉換器，其中該至少一比較器為二個比較器，該二個比較器之其中一者耦接於該充電電感之兩端，該二個比較器之另一者耦接於該放電電感之兩端。
  12. 如請求項5所述之諧振切換式電源轉換器，其中該計時器更包含一重置開關，其與該斜坡電容並聯，用以在產生該零電流估計訊號後，將該斜坡電容之跨壓，放電至零電壓。
  13. 如請求項9所述之諧振切換式電源轉換器，其中於該延遲時間中，該複數開關保持不導通。
  14. 如請求項1所述之諧振切換式電源轉換器，其中該至少一充電電感為單一個充電電感，該至少一放電電感為單一個放電電感。
  15. 如請求項1所述之諧振切換式電源轉換器，其中該至少一充電電感與該至少一放電電感為單一個相同電感。
  16. 如請求項1或14所述之諧振切換式電源轉換器，其中該充電程序具有一充電諧振頻率，且該放電程序具有一放電諧振頻率，且該充電諧振頻率與該放電諧振頻率相同。
  17. 如請求項1或14所述之諧振切換式電源轉換器，其中該充電程序具有一充電諧振頻率，且該放電程序具有一放電諧振頻率，且該充電諧振頻率與該放電諧振頻率不同。
  18. 如請求項4所述之諧振切換式電源轉換器，其中該計時器調整該零電流閾值之位準，以縮短或延長該段導通期間一段零電壓期間，以使對應之該開關達到柔性切換(soft switching)之零電壓切換。
  19. 如請求項1所述之諧振切換式電源轉換器，其中該諧振切換式電源轉換器為雙向諧振切換式電源轉換器。
  20. 如請求項1所述之諧振切換式電源轉換器，其中該諧振切換式電源轉換器之該輸入電壓與該輸出電壓之電壓轉換比率為4:1、3:1或2:1。
  21. 如請求項2所述之諧振切換式電源轉換器，其中該計時器包含一計數電路以及一判斷電路，該計數電路於該電壓偵測訊號由低位準切換為高位準時，該計數電路根據一時脈訊號開始計數，並將所計數結果輸出至該判斷電路，並於該電壓偵測訊號由高位準切換為低位準時，該計數電路遂從最後計數結果，根據該時脈訊號往回倒數，該判斷電路於該計數電路倒數至零或一計數閾值時，產生該零電流估計訊號。
  22. 如請求項21所述之諧振切換式電源轉換器，其中該判斷電路在產生該零電流估計訊號後，輸出一重置訊號至該計數電路以重置該計數電路。
  23. 一種諧振切換式電源轉換器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該諧振切換式電源轉換器包含： 至少一諧振腔，該諧振腔具有彼此串聯之一諧振電容與一諧振電感； 複數開關，與該至少一諧振腔對應耦接，分別根據對應之一第一諧振操作訊號與一第二諧振操作訊號，以切換所對應之該諧振腔之電連接關係而對應一第一諧振程序與一第二諧振程序，其中於該第一諧振程序中，對所對應之該諧振腔進行諧振充電，其中於該第二諧振程序中對所對應之該諧振腔進行諧振放電； 至少一非諧振電容，用以根據該第一諧振操作訊號與該第二諧振操作訊號，以切換與該至少一諧振腔之電連接關係，且該非諧振電容之跨壓，維持與該輸入電壓成一固定比例；以及 一零電流估計電路，與該至少一諧振腔中之該諧振電感耦接，用以根據該諧振電感之兩端的電壓差，以估計於該第一諧振程序時流經該對應之該諧振電感之一第一諧振電流為零之時點，及/或於該第二諧振程序時流經該對應之該諧振電感之一第二諧振電流為零之時點，而分別對應產生一零電流估計訊號，以用於產生該第一諧振操作訊號及該第二諧振操作訊號； 其中，該第一諧振操作訊號與該第二諧振操作訊號，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使該第一諧振程序與該第二諧振程序彼此不重疊； 其中，該第一諧振程序與該第二諧振程序彼此重複地交錯排序，以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓。
  24. 如請求項23所述之諧振切換式電源轉換器，其中，該零電流估計電路包括： 一電壓偵測電路，用以根據該諧振電感之兩端的電壓差，產生一電壓偵測訊號，以示意該諧振電感之兩端的電壓差超過零電壓的一正電壓期間；以及 一計時器，耦接於該電壓偵測電路之輸出端，用以根據該電壓偵測訊號產生該零電流估計訊號。
  25. 如請求項24所述之諧振切換式電源轉換器，其中該計時器包括： 一斜坡電路，用以根據該電壓偵測訊號，於該正電壓期間，產生一斜坡訊號之一上升斜坡，並於該正電壓期間結束後，根據該上升斜坡，產生該斜坡訊號之一下降斜坡；以及 一比較電路，用以比較該斜坡訊號與一零電流閾值，而產生該零電流估計訊號，以決定該充電程序與該至少一放電程序各自的起始時點與結束時點。
  26. 如請求項25所述之諧振切換式電源轉換器，其中該斜坡電路包括： 一升壓電路，用以將一斜坡電容之跨壓，於該正電壓期間，從零持續升壓，而產生該上升斜坡；以及 一降壓電路，用以將該斜坡電容之跨壓，自該正電壓期間結束後，持續降壓，而產生該下降斜坡； 其中該上升斜坡與該下降斜坡之斜率的絕對值相同。
  27. 如請求項26所述之諧振切換式電源轉換器，其中該升壓電路包括一第一開關與一第一電流源，其中該第一開關用以於該正電壓期間，根據該電壓偵測訊號而使該第一電流源對該斜坡電容進行充電。
  28. 如請求項27所述之諧振切換式電源轉換器，其中該降壓電路包括一第二開關與一第二電流源，其中該第二開關用以於該正電壓期間結束後，使該第二電流源對該斜坡電容進行放電。
  29. 如請求項23所述之諧振切換式電源轉換器，更包含一控制器，其耦接該零電流估計電路，用以根據該零電流估計訊號，而產生該第一諧振操作訊號與該第二諧振操作訊號。
  30. 如請求項29所述之諧振切換式電源轉換器，其中該控制器包括一延遲電路，用以使該零電流估計訊號持續一段延遲時間，以使該第一諧振程序與該第二諧振程序彼此間隔該段延遲時間。
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