TWI493858B - 電源轉換器、電源轉換系統以及電源轉換方法 - Google Patents

Description

電源轉換器、電源轉換系統以及電源轉換方法

本發明是關於一種電源轉換器，且特別是有關於一種其受控量具有多個分段部分的電源轉換器。

隨著分散式電源系統不斷地演進，市場上對於高效率、小尺寸、低成本、高相容性、高功率密度、高可靠性以及高開關頻率的電源轉換器的需求日益增加。

在寬輸入電壓範圍的應用上，傳統的電源轉換器採用恒定輸出電壓設計，然而，在這種設計中電源的輸入電壓範圍窄，無法相容多種母線(bus)電壓，致使電源的相容性不佳，無法降低成本，在使用上存在效率低、成本高、電源相容性差等缺點。另一種傳統電源轉換器採用的開環控制設計雖然可以改善效率問題，但其缺點則是無法在母線電壓的典型值附近提供一個具有恆壓區間的電源。

綜合上述，迄今為止未解決的需求存在於本技術領域中，以解決前述缺陷與不足。

本發明是關於一種電源轉換器、電源轉換系統以及電源轉換方法，用以通過轉換單元中具有多個分段部分的受控量，使得電源轉換的效率提高。

本發明的一方面是關於一種電源轉換器，其包含轉換單元、訊號產生單元以及控制單元。轉換單元用以輸出轉換電源。訊號產生單元用以接收偵測訊號，產生參考訊號。控制單元耦接轉換單元和訊號產生單元，用以接收參考訊號，並依據參考訊號控制轉換單元，以調整轉換單元的一受控量。上述受控量具有多個分段部分，上述多個分段部分中每一者具有相應的斜率，且上述多個分段部分中至少二者的斜率相異。

在一實施例中，上述受控量包含輸入電壓、輸入電流、輸出電壓以及輸出電流中至少一者。

在一實施例中，上述偵測訊號相應於輸入電壓、輸入電流、輸出電壓以及輸出電流中至少一者而產生。

在一實施例中，參考訊號具有多個分段部分。

在一實施例中，訊號產生單元還用以接收一給定訊號，訊號產生單元用以依據偵測訊號和給定訊號產生參考訊號，控制單元用以依據參考訊號控制轉換單元，以調整轉換單元的受控量。

在一實施例中，上述多個分段部分中相鄰兩分段部分的斜率間夾角大於或等於九十度。

在一實施例中，轉換單元還包含隔離電路。

在一實施例中，轉換單元還包含諧振轉換電路。

在一實施例中，上述諧振轉換電路為LLC型諧振轉換電路。

在一實施例中，控制單元控制轉換單元，使得轉換單元的操作頻率相應於上述受控量的多個分段部分在一個頻率調節範圍內振盪變化。

在一實施例中，控制單元控制轉換單元，使得轉換單元的占空比相應於上述受控量的多個分段部分在一個占空比調節範圍內振盪變化。

本發明的另一方面是關於一種電源轉換方法，其步驟包含：通過轉換單元輸出轉換電源；通過一訊號產生單元接收一偵測訊號，產生一參考訊號；以及通過一控制單元接收該參考訊號且依據該參考訊號控制該轉換單元，用以調整該轉換單元的受控量。上述受控量具有多個分段部分，上述多個分段部分中每一者具有相應的斜率，且上述多個分段部分中至少二者的斜率相異。

在一實施例中，上述參考訊號具有多個分段部分。

在一實施例中，通過該訊號產生單元接收該偵測訊號，產生該參考訊號，再通過該控制單元接收該參考訊號且依據該參考訊號控制該轉換單元的步驟還包含：通過該訊號產生單元接收一給定訊號，且依據該偵測訊號和該給定訊號產生該參考訊號，該控制單元用以依據該參考訊號控制該轉換單元，以調整該轉換單元的該受控量。

在一實施例中，上述多個分段部分中相鄰兩分段部 分的斜率間夾角大於或等於九十度。

本發明的另一方面是於一種電源轉換系統，其包含多個電源轉換器並聯耦接。電源轉換器中每一者包含轉換單元、訊號產生單元以及控制單元。轉換單元用以輸出一轉換電源。訊號產生單元用以接收一偵測訊號，產生一參考訊號。控制單元，耦接該轉換單元和該訊號產生單元，用以接收該參考訊號，並依據該參考訊號控制該轉換單元，以調整該轉換單元的一受控量。上受控量具有多個分段部分，所述多個分段部分中每一者具有相應的斜率，且所述多個分段部分中至少二者的斜率相異。

在一實施例中，上述參考訊號具有多個分段部分。

在一實施例中，訊號產生單元還用以接收一給定訊號，該訊號產生單元依據該偵測訊號和該給定訊號產生該參考訊號，該控制單元用以依據該參考訊號控制該轉換單元，以調整該轉換單元的該受控量。

應用本發明的技術內容，不僅可以提升電源轉換效率，還可以減少成本，或是在同樣的成本下縮小電源轉換器所需的體積或尺寸。

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，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定的範圍為准。

100、200、300、600a~600n、700‧‧‧電源轉換器

120、220、320、420、520‧‧‧轉換單元

130、230、330‧‧‧訊號產生單元

140、240、340‧‧‧控制單元

223、323‧‧‧隔離電路

421‧‧‧諧振轉換電路

521‧‧‧脈衝寬度調變轉換電路

60‧‧‧電源轉換系統

800、900‧‧‧電源電路

Q1~Q6、Q1a、Q1b‧‧‧開關電路

SA1~SA8‧‧‧分段部分

θa、θb、θc、θd‧‧‧斜率間夾角

第1圖是繪示依照本發明一實施例的電源轉換器的電路示意圖。

第2A圖~第2D圖是繪示依照本發明一實施例的受控量相對偵測訊號變化的曲線示意圖。

第3A圖~第3B圖是繪示依照本發明另一實施例的受控量相對偵測訊號變化的曲線示意圖。

第4A圖~第4B圖是繪示依照本發明次一實施例的受控量相對偵測訊號變化的曲線示意圖。

第5A圖~第5D圖是繪示依照本發明再一實施例的受控量相對偵測訊號變化的曲線示意圖。

第6A圖~第6D圖是繪示依照本發明另一實施例的受控量相對偵測訊號變化的曲線示意圖。

第7A圖~第7B圖是繪示依照本發明次一實施例的受控量相對偵測訊號變化的曲線示意圖。

第8圖是繪示依照本發明另一實施例的電源轉換器的電路示意圖。

第9圖是繪示依照本發明次一實施例的電源轉換器的電路示意圖。

第10圖是繪示依照本發明一實施例的轉換單元的電路示意圖。

第11圖是依照本發明實施例繪示一種應用第10圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下輸出電壓相對輸入電壓變化的曲線示意圖。

第12圖是依照本發明實施例繪示一種應用第10圖 所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下操作頻率相對輸入電壓變化的曲線示意圖。

第13圖是依照本發明實施例繪示一種應用第10圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下效率相對操作頻率變化的曲線示意圖。

第14圖是繪示依照本發明另一實施例的轉換單元的電路示意圖。

第15圖是依照本發明實施例繪示一種應用第14圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下輸出電壓相對輸入電壓變化的曲線示意圖。

第16圖是依照本發明實施例繪示一種應用第14圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下占空比相對輸入電壓變化的曲線示意圖。

第17圖是依照本發明實施例繪示一種應用第14圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下效率相對占空比變化的曲線示意圖。

第18圖是繪示依照本發明一實施例的電源轉換系統的電路示意圖。

第19A圖是繪示依照本發明一實施例的電源轉換器與其他電源電路串聯的電路示意圖。

第19B圖是繪示依照本發明另一實施例的電源轉換器與其他電源電路串聯的電路示意圖。

本發明在此將參考隨附附圖更充分地陳述如下，其中隨附附圖繪有本發明的實施例。然而本發明會以許多不同形式實現而不應受限於本說明書陳述的實施例。相反地，提出這些實施例將令本說明書詳盡且完整，而將充分表達本發明範圍予本發明所屬技術領域的通常知識者。本文中相同的參考編號意指相同的元件。

本說明書所用的用語只為描述特定實施例，而無意為本發明的限制。單數形式如“一”、“這”以及“該”，如本說明書所用，同樣也包含多形式。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，其是詳列所陳特徵、部位、整數、步驟、操作、元件與/或部件的存在，但不排除其他特徵、部位、整數、步驟、操作、元件、部件與/或其中群組的一者或以上的存在或添加。

除非另外定義，本說明書所用的所有用語(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的通常理解相同。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。

關於本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而 已。

另外，關於本文中所使用的“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，亦可指二或多個元件相交互操作或動作。

如本說明書中所用的用語，“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圖是繪示依照本發明一實施例的電源轉換器的電路示意圖。如第1圖所示，電源轉換器100包含轉換單元120、訊號產生單元130以及控制單元140。轉換單元120用以輸出轉換電源(例如與輸出電壓Vo或輸出電流Io對應的轉換電源)。訊號產生單元130用以接收一偵測訊號SD，並產生一參考訊號SR。控制單元140與轉換單元120和訊號產生單元130耦接，且控制單元140用以接收參考訊號SR，並依據參考訊號SR控制轉換單元120，以調整轉換單元120的受控量。前述受控量具有多個分段部分，且這些分段部分中每一者具有相應的斜率，且這些分段部分中至少二者的斜率相異。

在本實施例中，轉換單元120還可包含至少一開關電路Q1，且控制單元140依據參考訊號SR相應地控制開關電路Q1，使得轉換單元120的受控量相應於開關電路 Q1的操作而作調整。

實作上，轉換單元120包括脈衝寬度調節轉換器，此脈衝寬度調節轉換器可為全橋、半橋、flyback、forward、buck、boost、buck-boost等型式的轉換器。

在一實施例中，上述受控量包含輸入電壓Vin、輸入電流Iin、輸出電壓Vo以及輸出電流Io中至少一者；換言之，上述受控量可以是輸入電壓Vin、輸入電流Iin、輸出電壓Vo以及輸出電流Io其中之一或是其中數者。舉例來說，上述受控量可以是輸出電壓Vo，或者也可以同時包括輸出電壓Vo以及輸出電流Io，但不以此為限。

其次，在一實施例中，偵測訊號SD相應於輸入電壓Vin、輸入電流Iin、輸出電壓Vo以及輸出電流Io中至少一者而產生；換言之，上述偵測訊號SD可以相應於輸入電壓Vin、輸入電流Iin、輸出電壓Vo以及輸出電流Io其中之一或是其中數者而產生。舉例來說，偵測訊號SD可相應地於偵測輸出電壓Vo後產生，或者也可以於偵測輸出電壓Vo以及輸出電流Io後產生，但不以此為限。

在次一實施例中，參考訊號SR具有多個分段部分，使得控制單元140可據以控制轉換單元120相應地調整前述受控量。

在操作上，對第1圖所繪示的電源轉換器100而言，轉換單元120接收輸入電源(例如：與輸入電壓Vin或輸入電流Iin對應的輸入電源)，然後轉換上述輸入電源為轉換電源(例如：與輸出電壓Vo或輸出電流Io對應的 轉換電源)。

再者，針對轉換單元120的控制操作，控制單元140根據參考訊號SR控制轉換單元120中的開關元件，使得轉換單元120的受控量所具有的至少一個或是全部的分段部分相應於開關元件的操作而作調整。需說明的是，前述所稱受控量具有多個分段部分，可以指轉換單元120受控制而接收具不同量值的輸入電壓Vin或輸入電流Iin，或是受控制而產生具不同量值的輸出電壓Vo或輸出電流Io。

在一實施例中，訊號產生單元130可通過回饋控制回路(第1圖未繪示)產生的偵測訊號SD(例如：相應地於偵測輸出電壓Vo或輸出電流Io後產生的偵測訊號SD)產生參考訊號SR，而控制單元140根據參考訊號SR控制轉換單元120，使得上述受控量的其中一個或多個分段部分據以產生。

在另一實施例中，訊號產生單元130可通過前饋控制回路(第1圖未繪示)產生的偵測訊號SD(例如：相應地於偵測輸入電壓Vin或輸入電流Iin後產生的偵測訊號SD)產生參考訊號SR，而控制單元140根據參考訊號SR控制轉換單元120，使得上述受控量的其中一個或多個分段部分據以產生。

在次一實施例中，訊號產生單元130接收偵測訊號SD，產生參考訊號SR，控制單元140通過開環回路(第1圖未繪示)的操作根據參考訊號SR控制轉換單元120，使得上述受控量的其中一個或多個分段部分據以產生。

由以上實施例可知，轉換單元120的受控量具有至少二斜率相異的多個分段部分，可應用在各種控制操作的控制回路中(例如：回饋控制回路、前饋控制回路以及開環回路)，使得電源轉換器的設計具有更大彈性。

以下實施例描述本發明所述電源轉換器中轉換單元的受控量相對偵測訊號SR的變化。請參照第2A圖~第2D圖，第2A圖~第2D圖是繪示依照本發明一實施例的受控量相對偵測訊號SD變化的曲線示意圖，其中第2A圖~第2D圖繪示的受控量與偵測訊號的相對變化方式可應用在本發明各種實施例的電源轉換器中，但不以此為限。

在本實施例中，第2A圖~第2D圖所示的受控量中每一者均具有多個分段部分，這些分段部分中每一者具有相應的斜率，且這些分段部分中至少二者的斜率相異；舉例而言，如第2A圖~第2D圖中任一者所繪示，一個分段部分的斜率為恒定零，與其相鄰的另一個分段部分的斜率為非零恒定值。

如第2A圖所示，受控量的分段部分SA1的斜率為恒定負值，緊接在分段部分SA1之後的分段部分SA2的斜率為恒定零。再者，如第2B圖所示，受控量的分段部分SA4的斜率為恒定負值，然而緊接在分段部分SA4之前的分段部分SA3的斜率為恒定零。其次，如第2C圖所示，受控量的分段部分SA5的斜率為恒定正值，緊接在分段部分SA5之後的分段部分SA6的斜率為恒定零。此外，如第2D圖所示，受控量的分段部分SA8的斜率為恒定正值，然 而緊接在分段部分SA8之前的分段部分SA7的斜率為恒定零。

在另一實施例中，如第2A圖~第2D圖中任一者所示，受控量的分段部分中相鄰兩分段部分(如：SA1與SA2，或是SA3與SA4，或是SA5與SA6，或是SA7與SA8)的斜率間夾角(如：θa、θb、θc或θd)大於九十度。如此一來，可避免分段部分之間的變化過於劇烈，以獲得穩定的轉換電源輸出。

第3A圖~第3B圖是繪示依照本發明另一實施例的受控量相對偵測訊號變化的曲線示意圖，其中第3A圖~第3B圖繪示的受控量與偵測訊號可應用在本發明各種實施例的電源轉換器中，但不以此為限。

在本實施例中，第3A圖~第3B圖所示的受控量中每一者均具有多個分段部分，這些分段部分中每一者具有相應的斜率，且這些分段部分中至少二者的斜率相異；舉例而言，如第3A圖~第3B圖中任一者所繪示，一個分段部分的斜率為恒定正值，與其相鄰的另一個分段部分的斜率為恒定負值。

如第3A圖所示，受控量的分段部分SA1的斜率為恒定負值，緊接在分段部分SA1之後的分段部分SA2的斜率為恒定正值。再者，如第3B圖所示，受控量的分段部分SA4的斜率為恒定負值，然而緊接在分段部分SA4之前的分段部分SA3的斜率為恒定正值。

在另一實施例中，如第3A圖~第3B圖中任一者 所示，受控量的分段部分中相鄰兩分段部分(如：SA1與SA2，或是SA3與SA4)的斜率間夾角(如：θa或θb)大於九十度。如此一來，可避免分段部分之間的變化過於劇烈，以獲得穩定的轉換電源輸出，然而在本技術領域中具有通常知識者可依實際需求實現相鄰兩分段部分的斜率間夾角小於或等於九十度，而不以本實施例為限。

第4A圖~第4B圖是繪示依照本發明次一實施例的受控量相對偵測訊號SD變化的曲線示意圖，其中第4A圖~第4B圖繪示的受控量與偵測訊號可應用在本發明各種實施例的電源轉換器中，但不以此為限。

在本實施例中，第4A圖~第4B圖所示的受控量中每一者均具有多個分段部分，這些分段部分中每一者具有相應的斜率，且這些分段部分中至少二者的斜率相異；舉例而言，如第4A圖~第4B圖中任一者所繪示，兩相鄰分段部分均為恒定值，且兩者的量值相異。如第4A圖所示，受控量的分段部分SA1與SA3均為恒定值，且SA3的量值大於SA1的量值。再者，如第4B圖所示，受控量的分段部分SA4與SA6均為恒定值，且SA4的量值大於SA6的量值。

第5A圖~第5D圖是繪示依照本發明再一實施例的受控量相對偵測訊號SD變化的曲線示意圖，其中第5A圖~第5D圖繪示的受控量與偵測訊號SR可應用在本發明各種實施例的電源轉換器中，但不以此為限。

在本實施例中，第5A圖~第5D圖所示的受控量 中每一者均具有多個分段部分，不同分段部分具有不同的斜率。舉例而言，如第5A圖~第5D圖中任一者所繪示，一個分段部分的斜率為非恒定正值或非恒定負值，與其相鄰的另一個分段部分的斜率為恒定零。

如第5A圖所示，受控量的分段部分SA1的斜率為恒定零，緊接在分段部分SA1之後的分段部分SA2的斜率為非恒定的正值。再者，如第5B圖所示，受控量的分段部分SA3的斜率為恒定零，然而緊接在分段部分SA3之後的分段部分SA4的斜率為非恒定的負值。其次，如第5C圖所示，受控量的分段部分SA6的斜率為恒定零，緊接在分段部分SA6之前的分段部分SA5的斜率為非恒定的正值。此外，如第5D圖所示，受控量的分段部分SA8的斜率為恒定零，然而緊接在分段部分SA8之前的分段部分SA7的斜率為非恒定的負值。

此外，如第5A圖~第5D圖中任一者所示，受控量的分段部分中相鄰兩分段部分(如：SA1與SA2，或是SA3與SA4，或是SA5與SA6，或是SA7與SA8)的斜率間夾角(如：θa、θb、θc或θd)大於九十度。

第6A圖~第6D圖是繪示依照本發明另一實施例的受控量相對偵測訊號SD變化的曲線示意圖，其中第6A圖~第6D圖繪示的受控量與偵測訊號SD可應用在本發明各種實施例的電源轉換器中，但不以此為限。

在本實施例中，第6A圖~第6D圖所示的受控量中每一者均具有多個分段部分，這些分段部分中每一者具 有相應的斜率，且這些分段部分中至少二者的斜率相異；舉例而言，如第6A圖~第6D圖所繪示，一個分段部分的斜率為恒定正值或恒定負值，與其相鄰的另一個分段部分的斜率為非恒定的負值或非恒定的正值。

如第6A圖所示，受控量的分段部分SA1的斜率為非恒定的正值，緊接在分段部分SA1之後的分段部分SA2的斜率為恒定負值。再者，如第6B圖所示，受控量的分段部分SA3的斜率為恒定負值，然而緊接在分段部分SA3之後的分段部分SA4的斜率為非恒定的正值。其次，如第6C圖所示，受控量的分段部分SA5的斜率為恒定正值，緊接在分段部分SA5之後的分段部分SA6的斜率為非恒定的負值。此外，如第6D圖所示，受控量的分段部分SA8的斜率為恒定正值，然而緊接在分段部分SA8之前的分段部分SA7的斜率為非恒定的負值。

此外，如第6A圖~第6D圖中任一者所示，受控量的分段部分中相鄰兩分段部分(如：SA1與SA2，或是SA3與SA4，或是SA5與SA6，或是SA7與SA8)的斜率間夾角(如：θa、θb、θc或θd)可大於九十度，避免分段部分之間的變化過於劇烈，以獲得穩定的轉換電源輸出。然而在本技術領域中具有通常知識者可依實際需求實現相鄰兩分段部分的斜率間夾角等於或小於九十度，而不以本實施例為限。

第7A圖~第7B圖是繪示依照本發明次一實施例的受控量相對偵測訊號SD變化的曲線示意圖，其中第7A 圖~第7B圖繪示的受控量與偵測訊號SD可應用在本發明各種實施例的電源轉換器中，但不以此為限。

在本實施例中，第7A圖~第7B圖所示的受控量中每一者均具有多個分段部分，這些分段部分中每一者具有相應的斜率，且這些分段部分中至少二者的斜率相異；舉例而言，如第7A圖~第7B圖中任一者所繪示，一個分段部分的斜率為非恒定的正值，與其相鄰的另一個分段部分的斜率為非恒定的負值。

如第7A圖所示，受控量的分段部分SA1的斜率為非恒定的負值，緊接在分段部分SA1之後的分段部分SA2的斜率為非恒定的正值。再者，如第7B圖所示，受控量的分段部分SA4的斜率為非恒定的負值，然而緊接在分段部分SA4之前的分段部分SA3的斜率為非恒定的正值。

此外，如第7A圖~第7B圖所示，受控量的分段部分中相鄰兩分段部分(如：SA1與SA2，或是SA3與SA4)的斜率間夾角(如：θa或θb)大於九十度。然而在本技術領域中具有通常知識者可依實際需求實現相鄰兩分段部分的斜率間夾角等於或小於九十度，而不以本實施例為限。

由第2A圖~第7B圖所示的實施例可知，第1圖所示的轉換單元120的受控量具有至少二者斜率相異的多個分段部分(圖4的情況除外)，而電源轉換器100可應用第2A圖~第7B圖所示實施例中各種分段部分或者各種分段部分的組合，使得電源轉換器100的操作具有更多彈性。

以上第2A圖至第7B圖的實施例是為了描述本發 明的受控量的分段部分相對偵測訊號SD的變化，然而以上實施例並非用以限定本發明，換句話說，在本技術領域中具有通常知識者，可依本發明的精神將以上實施例中的分段部分組合或變化，藉以針對實際需求實現本發明的電源轉換器。

第8圖是繪示依照本發明另一實施例的電源轉換器的電路示意圖。電源轉換器200同樣包括轉換單元220、訊號產生單元230及控制單元240。相較於第1圖而言，轉換單元220還包含隔離電路223，其中隔離電路223可包含一個隔離變壓器。

第9圖是繪示依照本發明次一實施例的電源轉換器的電路示意圖。電源轉換器300同樣包括轉換單元320、訊號產生單元330及控制單元340。相較於第8圖，訊號產生單元330還用以接收給定訊號SG，並用以依據偵測訊號SD以及給定訊號SG產生相應的參考訊號SR。控制單元340根據相應的參考訊號SR控制轉換單元320，以調整轉換單元320的受控量。

在操作上，控制單元340依據參考訊號SR控制轉換單元320的開關電路Q1a、Q1b，使得轉換單元320的受控量通過開關電路Q1a、Q1b的操作而受到調整，其中轉換單元320的受控量具有多個分段部分，且分段部分中每一者具有相應的斜率，上述分段部分中至少二者的斜率相異。

由第9圖所示的實施例可知，給定訊號SG可引入於電源轉換器的設計中，使得電源轉換器的設計具有更多 彈性，換言之，轉換單元320的控制操作不需受限於偵測訊號SD。

第10圖是繪示依照本發明一實施例的轉換單元的電路示意圖。此轉換單元420可應用在第1圖、第8圖、第9圖所示的電源轉換器，但不以此為限。

在本實施例中，轉換單元420包含諧振轉換電路421，其中諧振轉換電路421可為全橋LLC型諧振轉換電路，但不以此為限，亦即在本技術領域中具有通常知識者，可針對實際需求以串聯諧振轉換電路、並聯諧振轉換電路、串並聯諧振轉換電路、LLC串聯諧振電路或者其他類似的諧振轉換電路來實現諧振轉換電路421。

第11圖是依照本發明實施例繪示一種應用第10圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下輸出電壓Vo(亦即，輸出電容COUT兩端的電壓)相對輸入電壓Vin變化的曲線示意圖。虛線表示電源轉換器採用傳統恆壓設計，傳統的電源轉換器的輸出電壓為恆壓輸出。實線表示採用本發明技術的電源轉換器的輸出電壓。相較于傳統恆壓設計，轉換單元420的輸出電壓Vo隨著輸入電壓Vin的變化具有多個分段部分，每個分段部分具有相應的斜率，其中部分的分段部分是恆壓區間(分段部分的斜率為零)，部分的分段部分不是恆壓區間(分段部分的斜率不為零)，輸入電壓Vin與輸出電壓Vo滿足分段函數關係。

第12圖是依照本發明實施例繪示一種應用第10圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下操作 頻率相對輸入電壓Vin變化的曲線示意圖。如第12圖所示，虛線表示電源轉換器採用傳統恆壓設計的操作頻率變化，實線表示電源轉換器採用本發明實施例的操作頻率變化。以採用傳統恆壓設計的電源轉換器而言，電源轉換器的操作頻率(例如：開關的操作頻率)在頻率調節範圍fmin~fmax內變化，而以電源轉換器採用本發明實施例而言，其轉換單元的操作頻率變化則相應具有多個分段部分的受控量(如：輸出電壓Vo)在頻率調節範圍fmin1~fmax1內振盪變化，該電源轉換器的諧振頻率fr處於該頻率調節範圍之內，其中諧振頻率fr可由第10圖的諧振電感LR以及諧振電容CR所決定。

由上述實施例可知，相較于傳統恆壓設計，本發明實施例的電源轉換器中的轉換單元其操作頻率變化較小。因此，在一定的操作頻率變化量的情形下，本發明實施例的電源轉換器的輸入電壓範圍較寬，可以相容多種母線電壓。

第13圖是依照本發明實施例繪示一種應用第10圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下效率相對操作頻率變化的曲線示意圖。由第12圖可知，以採用本發明實施例中具有多個分段部分的受控量的轉換單元而言，轉換單元的操作頻率在頻率調節範圍fmin1~fmax1內振盪變化，比採用傳統恆壓設計的電源轉換器的操作頻率(該操作頻率在頻率調節範圍fmin~fmax內變化)小，因此，由第13圖可知，在同樣硬體設計條件下，採用本發明 中具有多個分段部分的受控量比起傳統恆壓設計更容易設計具有高效率表現的電源轉換器(例如：效率提高約1%以上)，使得在同樣的效率需求下，比起傳統的電源轉換器，採用本發明技術的電源轉換器可不需提升效率的硬體設計，使得電源轉換器的成本降低約15%以上，並且在同樣成本條件下，電源轉換器的尺寸縮小15%以上。

第14圖是繪示依照本發明另一實施例的轉換單元的電路示意圖。此轉換單元520可應用在第1圖、第8圖、第9圖所示的電源轉換器，但不以此為限。

在本實施例中，轉換單元520包含脈衝寬度調變(Pulse-Width-Modulation,PWM)轉換電路521，以下簡稱PWM轉換電路，其中PWM轉換電路521可為全橋式(full-bridge)PWM轉換電路，但不以此為限。換句話說，在本技術領域中具有通常知識者，可針對實際需求以及依本發明的精神以半橋式(half-bridge)PWM轉換電路、反馳式(flyback)PWM轉換電路、前饋式(feed-forward)PWM轉換電路、降壓式(buck)PWM轉換電路、升壓式(boost)PWM轉換電路、升降壓式(buck-boost)PWM轉換電路或者其他類似的PWM轉換電路實現PWM轉換電路521。

第15圖是依照本發明實施例繪示一種應用第14圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下輸出電壓Vo(亦即，輸出電容COUT兩端的電壓)相對輸入電壓Vin變化的曲線示意圖。虛線表示電源轉換器採用傳統 恆壓設計，傳統的電源轉換器的輸出電壓為恆壓輸出。實線表示採用本發明技術的電源轉換器的輸出電壓。相較于傳統恆壓設計，轉換單元520的輸出電壓Vo隨著輸入電壓Vin的變化具有多個分段部分，每個分段部分具有相應的斜率，其中部分的分段部分是恆壓區間(分段部分的斜率為零)，部分的分段部分不是恆壓區間(分段部分的斜率不為零)，輸入電壓Vin與輸出電壓Vo滿足分段函數關係。

第16圖是依照本發明實施例繪示一種應用第14圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下占空比相對輸入電壓變化的曲線示意圖。如第16圖所示，虛線表示電源轉換器採用傳統恆壓設計的占空比變化，實線表示電源轉換器採用本發明實施例的占空比變化。以採用傳統恆壓設計的電源轉換器而言，電源轉換器的占空比(例如：開關的操作占空比)在範圍Dmin~Dmax內變化，而以採用本發明實施例的電源轉換器而言，其轉換單元的占空比變化則相應於具有多個分段部分的受控量(如：輸出電壓Vo)在占空比調節範圍Dmin1~Dmax內振盪變化。在本實施例中，以採用本發明實施例的電源轉換器而言，其轉換單元的占空比(duty)對應於轉換單元的工作週期(duty cycle)。

由上述實施例可知，相較于傳統恆壓設計，本發明實施例的電源轉換器中的轉換單元其占空比變化較小。因此，在一定的占空比變化量的情形下，相較于傳統恆壓設計的電源轉換器的輸入電壓範圍，本發明實施例的電源轉 換器的輸入電壓範圍較寬，可以相容多種母線電壓。

第17圖是依照本發明實施例繪示一種應用第14圖所示的轉換單元於第1圖所示的電源轉換器的情形下效率相對占空比變化的曲線示意圖。由第16圖可知，以採用本發明的具有多個分段部分的受控量的轉換單元而言，轉換單元的占空比在範圍Dmin1~Dmax內振盪變化，比採用傳統恆壓設計的電源轉換器的占空比範圍Dmin~Dmax小，因此，由第17圖可知，在同樣硬體設計條件下，採用本發明中具有多個分段部分的受控量比起傳統恆壓設計更容易設計具有高效率表現的電源轉換器(例如：效率提高約1%以上)，使得在同樣的效率需求下，比起傳統的電源轉換器，採用本發明技術的電源轉換器可不需提升效率的硬體設計，使得電源轉換器的成本降低約15%以上，並且在同樣成本條件下，電源轉換器的尺寸縮小15%以上。

由以上實施例可知，本發明技術的具有多個分段部分的受控量可應用於各種不同的轉換電路(諧振轉換電路或PWM轉換電路)，使得電源轉換器的設計具有更高的彈性。

此外，在同樣硬體設計條件下，採用本發明中具有多個分段部分的受控量比起傳統恆壓設計更容易設計具有高效率表現的電源轉換器(例如：效率提高約1%以上)，使得在同樣的效率需求下，比起傳統的電源轉換器，採用本發明技術的電源轉換器可不需提升效率的硬體設計，使得電源轉換器的成本降低約15%以上，並且在同樣成本條 件下，電源轉換器的尺寸縮小15%以上。

本發明又另一方面是有關於一種電源轉換系統。第18圖是繪示依照本發明一實施例的電源轉換系統的電路示意圖。如第18圖所示，電源轉換系統60包含多個並聯耦接的電源轉換器600a~600n，其中電源轉換器600a~600n中至少一者可以是前述本發明實施例的電源轉換器，且多個並聯連接的電源轉換器600a~600n電性耦接於負載上。

第19A圖以及第19B圖是繪示依照本發明實施例的電源轉換器與其他電源電路串聯的電路示意圖。如第19A圖所示，在一實施例中，電源轉換器700是前述本發明實施例的電源轉換器，並與其他電源電路800串聯，其中電源轉換器700靠近負載端，其他電源電路800可為電源轉換器以外的電源電路，例如，匯流排轉換器(bus converter)。

如第19B圖所示，在另一實施例中，電源轉換器700與其他電源電路900串聯，其中電源轉換器700靠近輸入端，其他電源電路900可為電源轉換器以外的電源電路，例如，鎖相回路電路(Phase-Lock-Loop circuit)。

由以上實施例可知，本發明的電源轉換器可以並聯連接的方式應用於電源轉換系統中，本發明的電源轉換器也可以與其他電源電路串聯連接實現電源轉換器的設計，使得電源轉換器可以靈活應用於各種電路中。

本發明另一方面是有關於一種電源轉換方法，其可應用於第1圖、第8圖、第9圖所示的電源轉換器，但不 以其為限。為清楚及方便說明起見，下述電源轉換方法是以第1圖所示的電源轉換器100為例來作說明。

首先，通過轉換單元120輸出轉換電源(例如：與輸出電壓Vo或輸出電流Io對應的轉換電源)。接著，通過訊號產生單元130接收偵測訊號SD，以產生參考訊號SR。之後，通過控制單元140接收參考訊號SR，且依據參考訊號SR控制轉換單元120，藉以調整轉換單元120的受控量。上述受控量具有多個分段部分，上述每個分段部分具有相應的斜率，且至少二個分段部分的斜率相異。

在本實施例中，上述受控量包含輸入電壓Vin、輸入電流Iin、輸出電壓Vo以及輸出電流Io中至少一者；換言之，上述受控量可以是輸入電壓Vin、輸入電流Iin、輸出電壓Vo以及輸出電流Io其中之一或是其中數者。舉例來說，上述受控量可以是輸出電壓Vo，或者也可以同時包括輸出電壓Vo以及輸出電流Io，但不以此為限。

其次，以偵測訊號SD而言，偵測訊號SD相應於輸入電壓Vin、輸入電流Iin、輸出電壓Vo以及輸出電流Io中至少一者而產生；換言之，上述偵測訊號SD可以相應於輸入電壓Vin、輸入電流Iin、輸出電壓Vo以及輸出電流Io其中之一或是其中數者而產生。舉例來說，偵測訊號SD可相應地於偵測輸出電壓Vo後產生，或者也可以於偵測輸出電壓Vo以及輸出電流Io後產生，但不以此為限。

在一實施例中，參考訊號SR具有多個分段部分。

需要說明的是，上述受控量和偵測訊號可應用第 2A圖~第3B圖及第5A圖~第7B圖的實施例來設定，使得受控量具有多個分段部分，每個分段部分具有相應的斜率，且上述分段部分中至少二者的斜率相異。受控量和偵測訊號的具體描述如上所述，故於此不再贅述。

在又一實施例中，上述受控量的分段部分中相鄰兩分段部分的斜率間夾角可設計為大於或等於九十度。

在實作上，上述受控量的分段部分中至少一者相應於轉換單元120的調整操作而產生，使得電源轉換方法的設計具有更多彈性。具體而言，控制單元140可透過回饋控制回路、開環回路或前饋控制回路控制轉換單元120以根據偵測訊號SD產生的參考訊號SR產生上述受控量的其中一個或多個分段部分。

另一方面，下述將以第9圖的電源轉換器300說明電源轉換方法的另一實施例，但不以此為限。

在本實施例中，電源轉換方法還通過訊號產生單元330接收給定訊號SG，且依據偵測訊號SD和給定訊號SG產生參考訊號SR；然後，通過控制單元340接收參考訊號SR，並依據參考訊號SR控制轉換單元320的開關電路Q1a以及Q1b，以通過開關電路Q1a、Q1b的操作而調整轉換單元320的受控量。

由上述實施例可知，電源轉換方法可引入給定訊號SG於電源轉換器的設計中，使得電源轉換方法的設計具有更多彈性，換言之，對於轉換單元320的控制操作不需受限於偵測訊號SD。

由以上敘述可知，以採用本發明技術的電源轉換器而言，其轉換單元的受控量具有多個分段部分，使得本發明的電源轉換器的效率比傳統恆壓設計的電源轉換器的效率高。因此，在同樣的效率需求下，比起傳統的電源轉換器，採用本發明技術的電源轉換器可不需提升效率的硬體設計，使得電源轉換器的成本降低，並且在同樣成本條件下，電源轉換器的尺寸縮小。

其次，相較于傳統恆壓設計，以採用本發明技術的電源轉換器而言，電源轉換器中的轉換單元的操作頻率或占空比變化較小。因此，在一定的操作頻率或占空比變化量的情形下，相較于傳統恆壓設計的電源轉換器的輸入電壓範圍，採用本發明技術的電源轉換器的輸入電壓範圍較寬，可以相容多種母線電壓。

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，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定的範圍為准。

100‧‧‧電源轉換器

120‧‧‧轉換單元

130‧‧‧訊號產生單元

140‧‧‧控制單元

Q1‧‧‧開關電路

Claims (18)

1. 一種電源轉換器，包含：一轉換單元，用以輸出一轉換電源；一訊號產生單元，用以接收一偵測訊號，產生一參考訊號；以及一控制單元，耦接該轉換單元和該訊號產生單元，用以接收該參考訊號，並依據該參考訊號控制該轉換單元，以調整該轉換單元的一受控量；其中該受控量具有多個分段部分，該多個分段部分中每一者具有相應的斜率，且該多個分段部分中至少二者的斜率相異。
2. 如請求項1所述的電源轉換器，該受控量包含一輸入電壓、一輸入電流、一輸出電壓以及一輸出電流中至少一者。
3. 如請求項1所述的電源轉換器，該偵測訊號相應於一輸入電壓、一輸入電流、一輸出電壓以及一輸出電流中至少一者而產生。
4. 如請求項1所述的電源轉換器，該參考訊號具有多個分段部分。
5. 如請求項1所述的電源轉換器，該訊號產生單元還 用以接收一給定訊號，該訊號產生單元用以依據該偵測訊號和該給定訊號產生該參考訊號，該控制單元用以依據該參考訊號控制該轉換單元，以調整該轉換單元的該受控量。
6. 如請求項1所述的電源轉換器，該多個分段部分中相鄰兩分段部分的斜率間夾角大於或等於九十度。
7. 如請求項1所述的電源轉換器，該轉換單元還包含一隔離電路。
8. 如請求項1所述的電源轉換器，該轉換單元還包含一諧振轉換電路。
9. 如請求項8所述的電源轉換器，該諧振轉換電路為一LLC型諧振轉換電路。
10. 如請求項1所述的電源轉換器，該控制單元控制該轉換單元，使得該轉換單元的一操作頻率相應於該受控量的該多個分段部分在一頻率調節範圍內振盪變化。
11. 如請求項1所述的電源轉換器，該控制單元控制該轉換單元，使得該轉換單元的一占空比相應於該受控量的該多個分段部分在一占空比調節範圍內振盪變化。
12. 一種電源轉換方法，包含：通過一轉換單元輸出一轉換電源；通過一訊號產生單元接收一偵測訊號，產生一參考訊號；以及通過一控制單元接收該參考訊號且依據該參考訊號控制該轉換單元，用以調整該轉換單元的受控量；其中該受控量具有多個分段部分，該多個分段部分中每一者具有相應的斜率，且該多個分段部分中至少二者的斜率相異。
13. 如請求項12所述的電源轉換方法，該參考訊號具有多個分段部分。
14. 如請求項12所述的電源轉換方法，通過該訊號產生單元接收該偵測訊號，產生該參考訊號，再通過該控制單元接收該參考訊號且依據該參考訊號控制該轉換單元的步驟還包含：通過該訊號產生單元接收一給定訊號，且依據該偵測訊號和該給定訊號產生該參考訊號，該控制單元用以依據該參考訊號控制該轉換單元，用以調整該轉換單元的該受控量。
15. 如請求項12所述的電源轉換方法，該多個分段部分中相鄰兩分段部分的斜率間夾角大於或等於九十度。
16. 一種電源轉換系統，包含：多個電源轉換器並聯耦接，其中該多個電源轉換器中每一者包含：一轉換單元，其中該轉換單元用以輸出一轉換電源；一訊號產生單元，用以接收一偵測訊號，產生一參考訊號；以及一控制單元，耦接該轉換單元和該訊號產生單元，用以接收該參考訊號，並依據該參考訊號控制該轉換單元，以調整該轉換單元的一受控量；其中該受控量具有多個分段部分，該多個分段部分中每一者具有相應的斜率，且該多個分段部分中至少二者的斜率相異。
17. 如請求項16所述的電源轉換系統，該參考訊號具有多個分段部分。
18. 如請求項16所述的電源轉換系統，該訊號產生單元還用以接收一給定訊號，該訊號產生單元依據該偵測訊號和該給定訊號產生該參考訊號，該控制單元用以依據該參考訊號控制該轉換單元，以調整該轉換單元的該受控量。