TWI617126B - 電源轉換器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

電源轉換器包含原邊切換電路、諧振電路、變壓器、副邊整流電路以及處理電路。原邊切換電路包含多個開關，用以根據切換頻率切換開關的啟閉，以將直流輸入電壓轉換為交流訊號。諧振電路電性連接於原邊切換電路，用以接收交流訊號以提供諧振電流。變壓器的原邊繞組電性連接於諧振電路。副邊整流電路電性連接於變壓器的副邊繞組，用以對副邊繞組輸出的副邊交流訊號進行整流並輸出一輸出電壓。處理電路於相應的開關關斷時自電流偵測電路接收關斷電流偵測訊號，並根據關斷電流偵測訊號調整切換頻率。

Description

電源轉換器及其控制方法

本揭示內容係關於一種電源轉換器，且特別係關於一種諧振式的電源轉換器。

LLC 諧振轉換器可透過頻率調變的方式達到穩定的輸出電壓。近來，由於LLC 諧振轉換器適合寬範圍輸入電壓與大功率輸出，被廣泛應用於太陽能光伏發電等再生能源供電系統當中。

然而，當LLC 諧振轉換器的工作頻率過高或過低時，容易提高電路上的切換損失或導通損失，進而導致系統整體的損耗提升，降低轉換效率。因此，如何進行LLC 諧振轉換器的頻率控制，以將工作頻率控制在理想的工作點附近，為當前相關領域重要的研究課題。

本揭示內容的一態樣為一種電源轉換器。電源轉換器包含：一原邊切換電路，包含複數個開關，該原邊切換電路用以根據一切換頻率切換該些開關的啟閉，以將一直流輸入電壓轉換為一交流訊號；一諧振電路，電性連接於該原邊切換電路，用以接收該交流訊號以提供一諧振電流；一變壓器，其中該變壓器的一原邊繞組電性連接於該諧振電路；一副邊整流電路，電性連接於該變壓器的一副邊繞組，用以對該副邊繞組輸出的一副邊交流訊號進行整流並輸出一輸出電壓；以及一處理電路，用以於相應的開關關斷時自一電流偵測電路接收一關斷電流偵測訊號，並根據該關斷電流偵測訊號調整該切換頻率。

在部分實施例中，當該關斷電流偵測訊號大於一第一門檻值時，該處理電路降低該切換頻率，其中當該關斷電流偵測訊號等於或小於一第二門檻值時，該處理電路提高該切換頻率。

在部分實施例中，該處理電路更用以透過該電流偵測電路，於相應的開關關斷前偵測該諧振電流的變化，並根據該諧振電流的變化調整該切換頻率。

在部分實施例中，該處理電路於相應的開關關斷前的一第一時刻自該電流偵測電路接收一第一電流偵測訊號，於該第一時刻後的一第二時刻自該電流偵測電路接收一第二電流偵測訊號，以根據該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號選擇性地提高或降低該切換頻率。

在部分實施例中，當該第二電流偵測訊號大於該第一電流偵測訊號，且該第二電流偵測訊號與該第一電流偵測訊號之差大於一門檻值時，該處理電路提高該切換頻率。

在部分實施例中，當該第一電流偵測訊號大於該第二電流偵測訊號，且該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號之差小於一門檻值時，該處理電路降低該切換頻率。

在部分實施例中，電源轉換器更包含一驅動電路，該驅動電路電性連接於該處理電路與該原邊切換電路中的該些開關，該處理電路根據該關斷電流偵測訊號計算並輸出一脈衝頻率調變訊號，該驅動電路根據該脈衝頻率調變訊號分別輸出複數個驅動訊號至該些開關，以根據該切換頻率切換該些開關的啟閉。

本揭示內容的另一態樣為一種電源轉換器。電源轉換器包含：一原邊切換電路，包含複數個開關，該些開關分別用以根據複數個驅動訊號選擇性地導通或關斷，以將一直流輸入電壓轉換為一交流訊號；一諧振電路，用以接收該交流訊號以提供一諧振電流；一電流偵測電路，用以偵測該諧振電流並根據該諧振電流輸出一電流偵測訊號；一變壓器，包含：一原邊繞組，用以自該諧振電路接收一原邊交流訊號；一副邊繞組，用以相應於該原邊交流訊號輸出一副邊交流訊號；一副邊整流電路，用以對該該副邊交流訊號進行整流並輸出一輸出電壓；以及一處理電路，用以於該些切換訊號之一者關斷相應的該開關時，根據該電流偵測訊號控制該些驅動訊號的一切換頻率。

在部分實施例中，該處理電路於相應的開關關斷時自該電流偵測電路接收一關斷電流偵測訊號，當該關斷電流偵測訊號大於一第一門檻值時，該處理電路降低該切換頻率，當該關斷電流偵測訊號等於或小於一第二門檻值時，該處理電路提高該切換頻率。

在部分實施例中，該處理電路更用以於相應的開關關斷前的一第一時刻自該電流偵測電路接收一第一電流偵測訊號，於該第一時刻後的一第二時刻自該電流偵測電路接收一第二電流偵測訊號，以根據該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號選擇性地提高或降低該切換頻率。

在部分實施例中，當該第二電流偵測訊號大於該第一電流偵測訊號，且該第二電流偵測訊號與該第一電流偵測訊號之差大於一第一門檻值時，該處理電路提高該切換頻率，當該第一電流偵測訊號大於該第二電流偵測訊號，且該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號之差小於一第二門檻值時，該處理電路降低該切換頻率。

在部分實施例中，該處理電路更用以於相應的開關關斷時根據該電流偵測訊號判斷該切換頻率是否調整至該諧振電路的諧振頻率。

在部分實施例中，電源轉換器，更包含：一驅動電路，電性連接於該處理電路與該原邊切換電路中的該些開關；其中該處理電路根據該電流偵測訊號計算並輸出一脈衝頻率調變訊號，該驅動電路根據該脈衝頻率調變訊號分別輸出該些驅動訊號至該些開關。

在部分實施例中，該諧振電路包含彼此串聯的一諧振電容單元、一諧振電感單元以及一勵磁電感單元，其中該勵磁電感單元與該原邊繞組彼此並聯。

在部分實施例中，該些開關包含：一第一開關，該第一開關的一第一端電性連接於一輸入電壓源的一正極端，該第一開關的一第二端電性連接於該諧振電路的一第一端；一第二開關，該第二開關的一第一端電性連接於該諧振電路的該第一端，該第二開關的一第二端電性連接於該輸入電壓源的一負極端；一第三開關，該第三開關的一第一端電性連接於該輸入電壓源的該正極端，該第三開關的一第二端電性連接於該諧振電路的一第二端；以及一第四開關，該第四開關的一第一端電性連接於該諧振電路的該第二端，該第四開關的一第二端電性連接於該輸入電壓源的該負極端。

在部分實施例中，該副邊整流電路包含：一第一二極體，該第一二極體的一陽極端電性連接於該副邊繞組的一第一端，該第一二極體的一陰極端電性連接於一輸出電容的一第一端；一第二二極體，該第二二極體的一陽極端電性連接於該輸出電容的一第二端，該第二二極體的一陰極端電性連接於該第一二極體的該陽極端；一第三二極體，該第三二極體的一陽極端電性連接於該副邊繞組的一第二端，該第三二極體的一陰極端電性連接於該輸出電容的該第一端；以及一第四二極體，該第四二極體的一陽極端電性連接於該輸出電容的該第二端，該第四二極體的一陰極端電性連接於該第三二極體的該陽極端。

本揭示內容的又一態樣為一種電源轉換器的控制方法。控制方法包含：透過一電源轉換器中的一驅動電路，輸出一驅動訊號控制該電源轉換器中一原邊切換電路中相應的開關，以切換該電源轉換器中一諧振電路所接收的一交流訊號；透過該電源轉換器中的一電流偵測電路，於相應的開關關斷時，偵測流經該電源轉換器中該諧振電路的一諧振電流，以取得一關斷電流偵測訊號；以及透過該電源轉換器中的一處理電路，根據該關斷電流偵測訊號判斷該驅動訊號的一切換頻率是否調整至該諧振電路的諧振頻率，並選擇性地調整該切換頻率。

在部分實施例中，調整該驅動訊號的該切換頻率包含：當該關斷電流偵測訊號大於一第一門檻值時，透過該處理電路降低該切換頻率；以及當該關斷電流偵測訊號等於或小於一第二門檻值時，透過該處理電路提高該切換頻率。

在部分實施例中，電源轉換器的控制方法更包含：於相應的開關關斷前的一第一時刻，透過一電源轉換器中的一電流偵測電路偵測流經該電源轉換器中一諧振電路的一諧振電流，以取得一第一電流偵測訊號；於該第一時刻後，相應的開關關斷前的一第二時刻，透過該電流偵測電路偵測流經該諧振電路的該諧振電流，以取得一第二電流偵測訊號；以及透過該處理電路，根據該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號選擇性地調整該驅動訊號的該切換頻率。

在部分實施例中，調整該驅動訊號的該切換頻率包含：當該第二電流偵測訊號大於該第一電流偵測訊號，且該第二電流偵測訊號與該第一電流偵測訊號之差大於一第三門檻值時，透過該處理電路提高該切換頻率；以及當該第一電流偵測訊號大於該第二電流偵測訊號，且該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號之差小於一第四門檻值時，透過該處理電路降低該切換頻率。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本揭示內容的態樣，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操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，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同之符號標示來進行說明以便於理解。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

此外，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本文中所使用之『及／或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

於本文中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。

請參考第1圖。第1圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器100的示意圖。如第1圖所示，在部分實施例中，電源轉換器100包含原邊切換電路120、諧振電路140、變壓器160、副邊整流電路180、電流偵測電路130、處理電路150以及驅動電路170。在部分實施例中，電源轉換器100可應用於太陽能光伏系統中的直流—直流轉換設備，以將太陽能板輸出的直流電壓轉換為適當的電壓準位。藉此，後級的逆變器便可將直流電力轉換為與電網同頻同相的交流電力，實現再生能源與市電的併網。

在結構上，原邊切換電路120的輸入側電性連接至輸入電壓源，用以接收直流輸入電壓Vin。原邊切換電路120的輸出側電性連接至諧振電路140的輸入側，用以輸出交流訊號至諧振電路140。諧振電路140的輸出側電性連接至變壓器160的原邊繞組Np。變壓器160的副邊繞組Ns電性連接至副邊整流電路180的輸入側。副邊整流電路180的輸出側電性連接至輸出電容Co，以提供直流輸出電壓Vo至後級電路。如此一來，原邊切換電路120、諧振電路140、變壓器160、副邊整流電路180便可形成LLC諧振轉換器的電路架構。

此外，如第1圖所示，電流偵測電路130設置於諧振電路140的線路上，以偵測流經諧振電路140的諧振電流Ir。舉例來說，電流偵測電路130可包含電流偵測單元132以及整流單元134。在部分實施例中，電流偵測單元132可透過霍爾元件實現，但本揭示內容並不以此為限。整流單元134電性耦接於電流偵測單元132，用以將電流偵測單元132所得的偵測訊號加以整流，以輸出電流偵測訊號Sig_I代表諧振電流Ir。的大小。

在結構上，處理電路150電性連接於電流偵測電路130。驅動電路170電性連接於處理電路150與原邊切換電路120之間。在部分實施例中，處理電路150可包含電壓頻率轉換器(Voltage-To-Frequency Converter)，用以根據電流偵測訊號Sig_I輸出脈衝頻率調變（Pulse Frequency Modulation，PFM）訊號PFM至驅動電路170。驅動電路170自處理電路150接收脈衝頻率調變訊號PFM後，便可根據脈衝頻率調變訊號PFM分別輸出複數個驅動訊號CS1～CS4至原邊切換電路120中的開關S1～S4，以根據驅動訊號CS1～CS4的切換頻率切換開關S1～S4的啟閉。藉此，處理電路150便可透過脈衝頻率調變訊號PFM改變原邊切換電路120輸出的交流訊號的切換頻率。在部分實施例中，處理電路150中的電壓頻率轉換器可由各種電路，例如積分器與比較器協同實現，其細節不再於此贅述。

藉此，隨著原邊切換電路120輸出的交流訊號的切換頻率改變，諧振電路140的阻抗亦隨切換頻率而變化。如此一來，變壓器160原邊繞組Np感應到的電動勢大小便會隨著切換頻率的變化而變化，進而經由二次側的副邊繞組Ns與副邊整流電路180輸出相應的直流輸出電壓Vo。換言之，直流輸出電壓Vo可藉由驅動訊號CS1～CS4的切換頻率進行控制。

具體來說，在不同實施例中，原邊切換電路120可透過半橋、全橋或其他類型的切換電路實現。舉例來說，在第1圖所示實施例中原邊切換電路120可由全橋電路實現。原邊切換電路120包含開關S1、S2、S3、S4。如圖所示，在結構上，開關S1的第一端電性連接於輸入電壓源的正極端。開關S1的第二端電性連接於諧振電路140的第一端。開關S2的第一端電性連接於諧振電路140的第一端。開關S2的第二端電性連接於輸入電壓源的負極端。開關S3的第一端電性連接於輸入電壓源的正極端。開關S3的第二端電性連接於諧振電路140的第二端。開關S4的第一端電性連接於諧振電路140的第二端。開關S4的第二端電性連接於輸入電壓源的負極端。

藉此，當開關S1、S4根據相應的驅動訊號CS1、CS4導通，開關S2、S3根據相應的驅動訊號CS2、CS3關斷時，諧振電路140的第一端電性連接至輸入電壓源的正極端，諧振電路140的第二端電性連接至輸入電壓源的負極端。相對地，當開關S1、S4根據相應的驅動訊號CS1、CS4關斷，開關S2、S3根據相應的驅動訊號CS2、CS3導通時，諧振電路140的第一端電性連接至輸入電壓源的負極端，諧振電路140的第二端電性連接至輸入電壓源的正極端。如此一來，原邊切換電路120便可根據切換頻率切換開關S1～S4的啟閉，以將直流輸入電壓Vin轉換為責任周期為50%的交流訊號傳遞至諧振電路140。

在部分實施例中，諧振電路140包含諧振電容單元Cr、諧振電感單元Lr以及勵磁電感單元Lm。在結構上，諧振電容單元Cr、諧振電感單元Lr以及勵磁電感單元Lm彼此串聯，勵磁電感單元Lm與變壓器160的原邊繞組Np彼此並聯。舉例來說，如第1圖所示，諧振電容單元Cr的第一端電性連接於諧振電路140的第一端，以電性連接於開關S1、S2。諧振電容單元Cr的第二端電性連接於諧振電感單元Lr的第一端。諧振電感單元Lr的第二端電性連接於勵磁電感單元Lm的第一端。勵磁電感單元Lm的第二端電性連接於諧振電路140的第二端，以電性連接於開關S3、S4，但本揭示內容並不以此為限。在部分實施例中，諧振電感單元Lr以及勵磁電感單元Lm可分別由變壓器160的漏感與磁化電感所構成。在其他實施例中，諧振電容單元Cr、諧振電感單元Lr以及勵磁電感單元Lm亦可透過不同方式電性連接以實現LLC諧振電路。

如此一來，與勵磁電感單元Lm並聯的原邊繞組Np便可自諧振電路140接收原邊交流訊號。副邊繞組Ns便可相應於原邊交流訊號輸出副邊交流訊號至副邊整流電路180，使得變壓器160實現原邊側與副邊側的能量傳遞。

在不同實施例中，副邊整流電路180可透過半橋、全橋或其他類型的整流電路實現。舉例來說，在第1圖所示實施例中，副邊整流電路180可由全橋整流電路實現。副邊整流電路180包含二極體D1、D2、D3、D4。如圖所示，在結構上，二極體D1的陽極端電性連接於副邊繞組Ns的第一端，二極體D1的陰極端電性連接於輸出電容Co的第一端。二極體D2的陽極端電性連接於輸出電容Co的第二端，二極體D2的陰極端電性連接於二極體D1的陽極端。二極體D3的陽極端電性連接於副邊繞組Ns的第二端。二極體D3的陰極端電性連接於輸出電容Co的第一端。二極體D4的陽極端電性連接於輸出電容Co的第二端，二極體D4的陰極端電性連接於二極體D3的陽極端。

藉此，透過副邊整流電路180與輸出電容Co對副邊繞組Ns感應輸出的副邊交流訊號進行整流與濾波，便可輸出直流輸出電壓Vo。

如此一來，透過上述電路的操作，電源轉換器100便可將直流輸入電壓Vin轉換為具有適當電壓準位的直流輸出電壓Vo提供給後級電路。值得注意的是，在部分實施例中，當負載變動使得電源轉換器100處於輕載或重載時，若開關S1～S4的切換頻率與諧振電路140的諧振頻率差異過大時，會導致功率元件額外的損耗，使得電源轉換器100的轉換效率降低，因此，處理電路150可透過電流偵測電路130，於相應的開關S1～S4任一者關斷時或者關斷前偵測諧振電流Ir的大小與其變化，並根據諧振電流Ir於關斷時的大小或者關斷前偵測諧振電流Ir的的變化調整開關S1～S4的切換頻率。以下段落將搭配相關圖式，針對處理電路150調整開關S1～S4的切換頻率的具體操作進行詳細說明。

請一併參考第2圖以及第3A圖、第3B圖。第2圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器100操作於過諧振模式時的波形示意圖。第3A圖、第3B圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器100的操作示意圖。

如第3A圖所示，在上半週期，開關S1、S4導通。諧振電流Ir與勵磁電流Im之差流入原邊繞組Np，並透過變壓器160將能量傳遞至副邊繞組Ns，最後經由導通的二極體D1、D4輸出電流Id1。

如第3B圖所示，在下半週期，開關S2、S3導通。諧振電流Ir的流向與上半週期相反，勵磁電感單元Lm極性對調。諧振電流Ir與勵磁電流Im之差流入原邊繞組Np，並透過變壓器160將能量傳遞至副邊繞組Ns，最後經由導通的二極體D2、D3輸出電流Id3。

當電源轉換器100操作於過諧振模式時，各個訊號的波形變化如第2圖所示。由於此時開關S1～S4的切換頻率大於諧振電路140的諧振頻率，因此在諧振電流Ir的上半週期尚未完成時，控制訊號CS1、CS4便從致能準位（如：高準位）切換至禁能準位（如：低準位），進而先行關斷開關S1、S4，使得諧振電流Ir自正弦波波形轉為線性下降。在短暫的死區時間後，控制訊號CS2、CS3便從禁能準位切換至致能準位，進而導通開關S2、S3並進入下半週期。因此，諧振電流Ir並非完整的正弦波形，而在上半週期與下半週期流經副邊整流電路180的電流Id1、Id3也非完整的正弦波波形。

在此模式下，副邊整流電路180中的二極體D1～D4為硬開關。當開關S1～S4的切換頻率過大時，開關S1～S4於關斷時亦會產生較大的損失。

如第2圖所示，由於在相應的開關S1～S4任一者關斷前，諧振電流Ir的正弦波形被中斷。因此，於相應的開關S1～S4關斷時，諧振電流Ir的大小大於勵磁電流Im的大小。藉此，處理電路150可根據公式估算目前電路操作下勵磁電流Im的大小，並加上適當的容許誤差值作為第一門檻值。若於時刻T3量測到的代表諧振電流Ir的大小之關斷電流偵測訊號Sig_I大於第一門檻值，代表開關S1～S4的切換頻率太高，使得諧振電流Ir的正弦波形較早被打斷。此時，處理電路150可判斷目前切換頻率過高，並調整輸出至驅動電路170的脈衝頻率調變訊號PFM以降低切換頻率。

此外，在部分實施例中，處理電路150更可透過電流偵測電路130偵側開關S1～S4關斷前諧振電流Ir的變化，藉此判斷此時開關S1～S4的切換頻率是否超出預設的工作頻率範圍，並輸出相應的脈衝頻率調變訊號PFM降低開關S1～S4的切換頻率。

舉例來說，處理電路150可於相應的開關S1～S4關斷前的第一時刻T1自電流偵測電路130接收第一電流偵測訊號Sig_I，於第一時刻T1後的第二時刻T2自電流偵測電路130接收第二電流偵測訊號Sig_I。如第2圖所示，諧振電流Ir的正弦波形自最大值降到零的過程中，斜率會持續加大。若於時刻T1、T2分別量測到的電流偵測訊號Sig_I差異較小，代表開關S1～S4的切換頻率太高，使得諧振電流Ir的正弦波形較早被打斷。換言之，當第一電流偵測訊號Sig_I大於第二電流偵測訊號Sig_I，且第一電流偵測訊號Sig_I與第二電流偵測訊號Sig_I之差小於一第三門檻值時，處理電路150可判斷目前切換頻率過高，並調整輸出至驅動電路170的脈衝頻率調變訊號PFM以降低切換頻率。

請一併參考第4圖以及第5A圖、第5B圖。第4圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器100操作於欠諧振模式時的波形示意圖。第5A圖、第5B圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器100的操作示意圖。

電源轉換器100操作於欠諧振模式時，諧振半週期尚未完成時電源轉換器100的操作如第3A圖、第3B圖所示，其詳細內容以於先前段落中敘述，故於此不再贅述。

另一方面，如第5A圖所示，在上半週期中，當諧振半週期完成後，諧振電流Ir與勵磁電流Im一致，此時沒有電流流經原邊繞組Np。此時副邊整流電路180中的二極體D1～D4未提供電流路徑，後級電路所需的能量由輸出電容Co提供。

相似地。如第5B圖所示，在下半週期中，當諧振半週期完成後，諧振電流Ir與勵磁電流Im一致，此時亦沒有電流流經原邊繞組Np。此時副邊整流電路180中的二極體D1～D4亦未提供電流路徑，後級電路所需的能量同樣由輸出電容Co提供。

當電源轉換器100操作於欠諧振模式時，各個訊號的波形變化如第4圖所示。由於此時開關S1～S4的切換頻率小於諧振電路140的諧振頻率，因此在諧振電流Ir的上半週期完成時，控制訊號CS1、CS4仍維持在致能準位（如：高準位），尚未切換至禁能準位（如：低準位）。如此一來，諧振電流Ir便會與勵磁電流Im的波形重合並逐漸抬升。直到控制訊號CS1、CS4切換至禁能準位，並經過短暫的死區時間後，控制訊號CS2、CS3方從禁能準位切換至致能準位，進而導通開關S2、S3並進入下半週期。因此，流經副邊整流電路180的電流Id1、Id3分別在上半週期和下半週期內包含一段半個正弦波以及一段截止時間，而在開關S1～S4關斷前，諧振電流Ir持續上升。在此模式下，在副邊整流電路180截止的期間，原邊電路由於存在循環電流導致較大的導通損失。

因此，於相應的開關S1～S4關斷時，諧振電流Ir的大小約等於或小於勵磁電流Im之值。藉此，處理電路150可可根據公式估算目前電路操作下勵磁電流Im的大小，作為第二門檻值。若於時刻T3量測到的代表諧振電流Ir的大小之關斷電流偵測訊號Sig_I等於或小於第二門檻值，代表開關S1～S4的切換頻率太低，使得電源轉換器100操作於欠諧振模式。此時，處理電路150便可判斷目前切換頻率過低，並調整輸出至驅動電路170的脈衝頻率調變訊號PFM以提高切換頻率。

換言之，如第2圖～第5A圖、第5B圖所示，處理電路150可用以透過電流偵測電路130，於相應的開關S1～S4關斷時（如：第三時刻T3）自電流偵測電路130接收關斷電流偵測訊號Sig_I，並根據關斷電流偵測訊號Sig_I判斷切換頻率是否調整至諧振電路140的諧振頻率，並根據關斷電流偵測訊號Sig_I調整切換頻率。

此外，如第4圖所示，由於在相應的開關S1～S4任一者關斷前，諧振電流Ir持續抬升。因此，處理電路150亦可以透過電流偵測電路130偵側開關S1～S4關斷前諧振電流Ir的變化，據以判斷此時開關S1～S4的切換頻率是否低於預設的工作頻率範圍，並透過處理電路150輸出相應的脈衝頻率調變訊號PFM提高開關S1～S4的切換頻率。

與先前段落所述相似，處理電路150可於相應的開關S1～S4關斷前的第一時刻T1自電流偵測電路130接收第一電流偵測訊號Sig_I，於第一時刻T1後的第二時刻T2自電流偵測電路130接收第二電流偵測訊號Sig_I。當第二電流偵測訊號Sig_I大於第一電流偵測訊號Sig_I，且第二電流偵測訊號Sig_I與第一電流偵測訊號Sig_I之差大於一第四門檻值時，處理電路150可判斷諧振電流Ir持續抬升，電源轉換器100操作於欠諧振模式且切換頻率過低，並調整輸出至驅動電路170的脈衝頻率調變訊號PFM以提高切換頻率。

綜上所述，透過於相應的開關S1～S4任一者關斷前偵測原邊側諧振電流Ir的變化，處理電路150可根據第一電流偵測訊號Sig_I與第二電流偵測訊號Sig_I選擇性地提高或降低切換頻率，使得原邊切換電路的開關S1～S4操作在諧振頻率附近，避免過高或過低的切換頻率導致系統整體損失提高，降低電源轉換器100的轉換效率。

請參考第6圖。第6圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器100操作於完全諧振模式時的波形示意圖。如第6圖所示，當切換頻率接近或恰好等於諧振頻率時，在上半週期與下半週期中，各完整包含一個諧振半週期。在開關S1～S4進行切換時，諧振電流Ir約等於勵磁電流Im，副邊整流電路180輸出的電流Id1、Id3約降為零。此時電源轉換器100的轉換效率最高。

在部分實施例中，處理電路150更可用以透過電流偵測電路130，於相應的開關S1～S4關斷時（如：第三時刻T3）自電流偵測電路130接收關斷電流偵測訊號Sig_I，並根據關斷電流偵測訊號Sig_I判斷切換頻率是否調整至諧振電路140的諧振頻率。

如第6圖所示，電源轉換器100操作於完全諧振模式時，開關S1～S4進行切換當下，諧振電流Ir約等於勵磁電流Im。如此一來，處理電路150便可根據元件參數計算勵磁電流Im的目標值，並與所偵測到的關斷電流偵測訊號Sig_I進行比較。當兩者接近時，處理電路150便可判斷原邊切換電路120的切換頻率已調整至接近諧振電路140的諧振頻率，並停止繼續調整其輸出的脈衝頻率調變訊號PFM。藉此，電源轉換器100便可完成頻率控制。

綜上所述，透過在各個切換週期內偵測開關S1～S4關斷時的諧振電流Ir大小，或開關S1～S4關斷前諧振電流Ir的變化，便可逐步提高或降低開關S1～S4的切換頻率，直到處理電路150根據所偵測到的諧振電流Ir判斷切換頻率介於目標的操作區間內，接近或恰好等於諧振頻率。

此外，由於在此頻率控制的操作中，僅需偵側原邊側的諧振電流Ir，因此不需自副邊側回授偵測訊號，也不需設置額外的隔離電路在原副邊之間進行訊號傳輸，因此可簡化控制電路設計並降低成本。

請參考第7圖與第8圖。第7圖與第8圖分別為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器100的控制方法700、800的流程圖。為方便及清楚說明起見，下述控制方法700、800是配合第1圖～第6圖所示實施例進行說明，但不以此為限，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可對作各種更動與潤飾。如第7圖所示，控制方法700包含步驟S710、S720以及S730。

首先，在步驟S710中，電源轉換器100透過電源轉換器100中的驅動電路170，輸出驅動訊號CS1～CS4控制原邊切換電路120中相應的開關S1～S4，以切換諧振電路140所接收的交流訊號。

接著，在步驟S720中，電源轉換器100於相應的開關S1～S4關斷時，透過電流偵測電路130偵測流經諧振電路140的諧振電流Ir，以取得關斷電流偵測訊號Sig_I。

接著，在步驟S730中，電源轉換器100透過電源轉換器100中的處理電路150，根據關斷電流偵測訊號Sig_I判斷驅動訊號CS1～CS4的切換頻率是否調整至諧振電路140的諧振頻率，並選擇性地調整切換頻率。

具體來說，在部分實施例中，當關斷電流偵測訊號Sig_I大於一第一門檻值時，電源轉換器100透過處理電路150降低切換頻率。當關斷電流偵測訊號Sig_I等於或小於第二門檻值時，電源轉換器100透過處理電路150提高切換頻率。

在部分實施例中，電源轉換器100更可透過偵測開關關斷前諧振電流Ir的變化以調整切換頻率。如第8圖所示，控制方法800包含步驟S810、S820、S830、S840、S850以及S860。

首先，在步驟S810中，電源轉換器100於相應的開關S1～S4關斷前的第一時刻T1，透過電流偵測電路130偵測流經諧振電路140的諧振電流Ir，以取得第一電流偵測訊號Sig_I。

接著，在步驟S820中，電源轉換器100於第一時刻T1後，相應的開關S1～S4關斷前的第二時刻T2，透過電流偵測電路130偵測流經諧振電路140的諧振電流Ir，以取得第二電流偵測訊號Sig_I。

接著，在步驟S830中，電源轉換器100於第三時刻T3，透過電源轉換器100中的驅動電路170，輸出驅動訊號CS1～CS4控制原邊切換電路120中相應的開關S1～S4，以切換諧振電路140所接收的交流訊號。

接著，在步驟S840中，電源轉換器100透過處理電路150，根據第一電流偵測訊號Sig_I與第二電流偵測訊號Sig_I選擇性地調整驅動訊號CS1～CS4的切換頻率。

具體來說，在部分實施例中，當第二電流偵測訊號Sig_I大於第一電流偵測訊號Sig_I，且第二電流偵測訊號Sig_I與第一電流偵測訊號Sig_I之差大於第三門檻值時，在步驟S840中，處理電路150提高驅動訊號CS1～CS4的切換頻率。

另一方面，當第一電流偵測訊號Sig_I大於第二電流偵測訊號Sig_I，且第一電流偵測訊號Sig_I與第二電流偵測訊號Sig_I之差小於第四門檻值時，處理電路150降低驅動訊號CS1～CS4的切換頻率。

在部分實施例中，調整驅動訊號CS1～CS4的切換頻率包含：由處理電路150根據第一電流偵測訊號Sig_I與第二電流偵測訊號Sig_I計算並輸出脈衝頻率調變訊號PFM；以及由驅動電路170接收脈衝頻率調變訊號PFM，並根據脈衝頻率調變訊號PFM輸出驅動訊號CS1～CS4，以調整驅動訊號CS1～CS4的切換頻率。

接著，在步驟S850中，電源轉換器100於第三時刻T3，透過電流偵測電路130偵測流經諧振電路140的諧振電流Ir，以取得關斷電流偵測訊號Sig_I。

最後，在步驟S860中，電源轉換器100透過處理電路150，根據關斷電流偵測訊號Sig_I判斷驅動訊號CS1～CS4的切換頻率是否調整至諧振電路140的諧振頻率。

所屬技術領域具有通常知識者可直接瞭解此控制方法700、800如何基於上述多個不同實施例中的電源轉換器100以執行該等操作及功能，故不再此贅述。

雖然本文將所公開的方法示出和描述為一系列的步驟或事件，但是應當理解，所示出的這些步驟或事件的順序不應解釋為限制意義。例如，部分步驟可以以不同順序發生和／或與除了本文所示和／或所描述之步驟或事件以外的其他步驟或事件同時發生。另外，實施本文所描述的一個或多個態樣或實施例時，並非所有於此示出的步驟皆為必需。此外，本文中的一個或多個步驟亦可能在一個或多個分離的步驟和／或階段中執行。

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

100‧‧‧電源轉換器
120‧‧‧原邊切換電路
130‧‧‧電流偵測電路
132‧‧‧電流偵測單元
134‧‧‧整流單元
140‧‧‧諧振電路
150‧‧‧處理電路
160‧‧‧變壓器
170‧‧‧驅動電路
180‧‧‧副邊整流電路
700‧‧‧控制方法
800‧‧‧控制方法
S710～S730、S810～S860‧‧‧步驟
S1～S4‧‧‧開關
D1～D4‧‧‧二極體
Cr‧‧‧諧振電容單元
Lr‧‧‧諧振電感單元
Lm‧‧‧勵磁電感單元
Np‧‧‧原邊繞組
Ns‧‧‧副邊繞組
Co‧‧‧輸出電容
Vin‧‧‧直流輸入電壓
Vo‧‧‧直流輸出電壓
Ir‧‧‧諧振電流
Im‧‧‧勵磁電流
Id1、Id3‧‧‧電流
PFM‧‧‧脈衝頻率調變訊號
CS1～CS4‧‧‧驅動訊號
Sig_I‧‧‧電流偵測訊號
T1、T2、T3‧‧‧時刻

第1圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器的示意圖。 第2圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器操作於過諧振模式時的波形示意圖。 第3A圖、第3B圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器的操作示意圖。 第4圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器操作於欠諧振模式時的波形示意圖。 第5A圖、第5B圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器的操作示意圖。 第6圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器操作於完全諧振模式時的波形示意圖。 第7圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器的控制方法的流程圖。 第8圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源轉換器的控制方法的流程圖。

Claims (20)

1. 一種電源轉換器，包含： 一原邊切換電路，包含複數個開關，該原邊切換電路用以根據一切換頻率切換該些開關的啟閉，以將一直流輸入電壓轉換為一交流訊號； 一諧振電路，電性連接於該原邊切換電路，用以接收該交流訊號以提供一諧振電流； 一變壓器，其中該變壓器的一原邊繞組電性連接於該諧振電路； 一副邊整流電路，電性連接於該變壓器的一副邊繞組，用以對該副邊繞組輸出的一副邊交流訊號進行整流並輸出一輸出電壓；以及 一處理電路，用以於相應的開關關斷時自一電流偵測電路接收一關斷電流偵測訊號，並根據該關斷電流偵測訊號調整該切換頻率。
2. 如請求項1所述的電源轉換器，其中當該關斷電流偵測訊號大於一第一門檻值時，該處理電路降低該切換頻率，其中當該關斷電流偵測訊號等於或小於一第二門檻值時，該處理電路提高該切換頻率。
3. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該處理電路更用以透過該電流偵測電路，於相應的開關關斷前偵測該諧振電流的變化，並根據該諧振電流的變化調整該切換頻率。
4. 如請求項3所述的電源轉換器，其中該處理電路於相應的開關關斷前的一第一時刻自該電流偵測電路接收一第一電流偵測訊號，於該第一時刻後的一第二時刻自該電流偵測電路接收一第二電流偵測訊號，以根據該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號選擇性地提高或降低該切換頻率。
5. 如請求項4所述的電源轉換器，其中當該第二電流偵測訊號大於該第一電流偵測訊號，且該第二電流偵測訊號與該第一電流偵測訊號之差大於一門檻值時，該處理電路提高該切換頻率。
6. 如請求項4所述的電源轉換器，其中當該第一電流偵測訊號大於該第二電流偵測訊號，且該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號之差小於一門檻值時，該處理電路降低該切換頻率。
7. 如請求項1所述的電源轉換器，更包含一驅動電路，該驅動電路電性連接於該處理電路與該原邊切換電路中的該些開關，該處理電路根據該關斷電流偵測訊號計算並輸出一脈衝頻率調變訊號，該驅動電路根據該脈衝頻率調變訊號分別輸出複數個驅動訊號至該些開關，以根據該切換頻率切換該些開關的啟閉。
8. 一種電源轉換器，包含： 一原邊切換電路，包含複數個開關，該些開關分別用以根據複數個驅動訊號選擇性地導通或關斷，以將一直流輸入電壓轉換為一交流訊號； 一諧振電路，用以接收該交流訊號以提供一諧振電流； 一電流偵測電路，用以偵測該諧振電流並根據該諧振電流輸出一電流偵測訊號； 一變壓器，包含： 一原邊繞組，用以自該諧振電路接收一原邊交流訊號； 一副邊繞組，用以相應於該原邊交流訊號輸出一副邊交流訊號； 一副邊整流電路，用以對該副邊交流訊號進行整流並輸出一輸出電壓；以及 一處理電路，用以於該些切換訊號之一者關斷相應的該開關時，根據該電流偵測訊號控制該些驅動訊號的一切換頻率。
9. 如請求項8所述的電源轉換器，其中該處理電路於相應的開關關斷時自該電流偵測電路接收一關斷電流偵測訊號，當該關斷電流偵測訊號大於一第一門檻值時，該處理電路降低該切換頻率，當該關斷電流偵測訊號等於或小於一第二門檻值時，該處理電路提高該切換頻率。
10. 如請求項8所述的電源轉換器，其中該處理電路更用以於相應的開關關斷前的一第一時刻自該電流偵測電路接收一第一電流偵測訊號，於該第一時刻後的一第二時刻自該電流偵測電路接收一第二電流偵測訊號，以根據該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號選擇性地提高或降低該切換頻率。
11. 如請求項10所述的電源轉換器，其中當該第二電流偵測訊號大於該第一電流偵測訊號，且該第二電流偵測訊號與該第一電流偵測訊號之差大於一第一門檻值時，該處理電路提高該切換頻率，當該第一電流偵測訊號大於該第二電流偵測訊號，且該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號之差小於一第二門檻值時，該處理電路降低該切換頻率。
12. 如請求項8所述的電源轉換器，其中該處理電路更用以於相應的開關關斷時根據該電流偵測訊號判斷該切換頻率是否調整至該諧振電路的諧振頻率。
13. 如請求項8所述的電源轉換器，更包含： 一驅動電路，電性連接於該處理電路與該原邊切換電路中的該些開關； 其中該處理電路根據該電流偵測訊號計算並輸出一脈衝頻率調變訊號，該驅動電路根據該脈衝頻率調變訊號分別輸出該些驅動訊號至該些開關。
14. 如請求項8所述的電源轉換器，其中該諧振電路包含彼此串聯的一諧振電容單元、一諧振電感單元以及一勵磁電感單元，其中該勵磁電感單元與該原邊繞組彼此並聯。
15. 如請求項8所述的電源轉換器，其中該些開關包含： 一第一開關，該第一開關的一第一端電性連接於一輸入電壓源的一正極端，該第一開關的一第二端電性連接於該諧振電路的一第一端； 一第二開關，該第二開關的一第一端電性連接於該諧振電路的該第一端，該第二開關的一第二端電性連接於該輸入電壓源的一負極端； 一第三開關，該第三開關的一第一端電性連接於該輸入電壓源的該正極端，該第三開關的一第二端電性連接於該諧振電路的一第二端；以及 一第四開關，該第四開關的一第一端電性連接於該諧振電路的該第二端，該第四開關的一第二端電性連接於該輸入電壓源的該負極端。
16. 如請求項8所述的電源轉換器，其中該副邊整流電路包含： 一第一二極體，該第一二極體的一陽極端電性連接於該副邊繞組的一第一端，該第一二極體的一陰極端電性連接於一輸出電容的一第一端； 一第二二極體，該第二二極體的一陽極端電性連接於該輸出電容的一第二端，該第二二極體的一陰極端電性連接於該第一二極體的該陽極端； 一第三二極體，該第三二極體的一陽極端電性連接於該副邊繞組的一第二端，該第三二極體的一陰極端電性連接於該輸出電容的該第一端；以及 一第四二極體，該第四二極體的一陽極端電性連接於該輸出電容的該第二端，該第四二極體的一陰極端電性連接於該第三二極體的該陽極端。
17. 一種電源轉換器的控制方法，包含： 透過一電源轉換器中的一驅動電路，輸出一驅動訊號控制該電源轉換器中一原邊切換電路中相應的開關，以切換該電源轉換器中一諧振電路所接收的一交流訊號； 透過該電源轉換器中的一電流偵測電路，於相應的開關關斷時，偵測流經該電源轉換器中該諧振電路的一諧振電流，以取得一關斷電流偵測訊號；以及 透過該電源轉換器中的一處理電路，根據該關斷電流偵測訊號判斷該驅動訊號的一切換頻率是否調整至該諧振電路的諧振頻率，並選擇性地調整該切換頻率。
18. 如請求項17所述的電源轉換器的控制方法，其中調整該驅動訊號的該切換頻率包含： 當該關斷電流偵測訊號大於一第一門檻值時，透過該處理電路降低該切換頻率；以及 當該關斷電流偵測訊號等於或小於一第二門檻值時，透過該處理電路提高該切換頻率。
19. 如請求項17所述的電源轉換器的控制方法，更包含： 於相應的開關關斷前的一第一時刻，透過該電流偵測電路偵測該諧振電流，以取得一第一電流偵測訊號； 於該第一時刻後，相應的開關關斷前的一第二時刻，透過該電流偵測電路偵測該諧振電流，以取得一第二電流偵測訊號；以及 透過該處理電路，根據該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號選擇性地調整該驅動訊號的該切換頻率。
20. 如請求項19所述的電源轉換器的控制方法，其中調整該驅動訊號的該切換頻率包含： 當該第二電流偵測訊號大於該第一電流偵測訊號，且該第二電流偵測訊號與該第一電流偵測訊號之差大於一第三門檻值時，透過該處理電路提高該切換頻率；以及 當該第一電流偵測訊號大於該第二電流偵測訊號，且該第一電流偵測訊號與該第二電流偵測訊號之差小於一第四門檻值時，透過該處理電路降低該切換頻率。