TWI625035B

TWI625035B - Active clamp converter and control method thereof

Info

Publication number: TWI625035B
Application number: TW106100083A
Authority: TW
Inventors: Jia-An Ye; shu-wei Zhuang
Original assignee: Acbel Polytech Inc
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-01-03
Publication date: 2018-05-21
Also published as: TW201826682A

Abstract

本發明係一種主動箝位式轉換器及其控制方法，包含有以下步驟：檢測一負載狀態，當負載狀態為輕載時，根據一省略模式控制一主開關元件的切換頻率，而當負載狀態不為輕載時，根據一主動箝位式模式控制該主開關元件的切換頻率。在該省略模式下，該主開關元件的切換頻率隨負載降低而降低，藉此符合輕載下的能效條件，提供省電模式(power saving)功能。而在該主動箝位式模式下，是控制該主開關元件產生反向電流時導通，藉此降低該主開關元件切換時的切換損耗。

Description

主動箝位式轉換器及其控制方法

本發明係一種轉換器，尤指一種主動箝位式轉換器及其控制方法。

請參閱圖13(a)~13(f)及圖14所示，係一般的主動箝位式轉換器的控制訊號的波型圖及等效電路圖，一般主動箝位式轉換器係具有一一次側及一二次側，該一次側係電連接至一交流電源110，且包含有一電磁濾波器121、一整流器122、一主開關元件Q1、一副開關元件Q2、一激磁電感L1、一一次側漏電感L2、一一次側電容C1及一一次側線圈W1。

該電磁濾波器121電連接在該交流電源110與該整流器122之間，以隔絕該交流電源110中的電磁干擾，該整流器122係接收該交流電源110並整流後輸出，且該整流器122具有一直流正端及一直流負端。

該激磁電感L1係與該一次側線圈W1並聯，且其中一端係電連接至該整流器122的直流正端。

該副開關元件Q2係串聯在該一次側電容C1係與該主開關元件Q1之間，其中該一次側電容C1未與該副開關元件Q2電連接之一端係電連接至該整流器122的直流正端，而該主開關元件Q1未與該副開關元件Q2電連接之一端係電連接至該整流器122的直流負端。

該一次側漏電感L2之一端係電連接至該激磁電感L1未與該整流器122的直流正端電連接之一端，且該一次側漏電感L2之另一端係電連接至該副開關元件Q2與該主開關元件Q1的連接節點。

而該主開關元件Q1及該副開關元件Q2係分別受控於一一次側控制器123。該一次側控制器123係產生二控制訊號且該二控制訊號分別透過一驅動單元124傳送至該主開關元件Q1及該副開關元件Q2的控制端，以控制該主開關元件Q1及該副開關元件Q2的導通與否。

該二次側係電連接至一負載130，且包含有一二次側線圈W2、一二次側開關元件Q3及一二次側輸出電容C2。該二次側線圈W2之一端係與該二次側輸出電容C2之一端電連接，且該二次側線圈W2之另一端係透過該二次側開關元件Q3與該二次側輸出電容C2之另一端電連接。且該二次側開關元件Q3係受控於一二次側控制器125。而該二次側輸出電容C2之兩端係電連接至該負載130。該二次側控制器125係產生一控制訊號控制該二次側開關元件Q3的導通與否。

請參閱圖13(a)~13(f)及圖15所示，在t0~t1的時間區間內，該主開關元件Q1導通，該副開關元件Q2及該二次側開關元件Q3截止，因此該交流電源110的電能經電磁濾波及整流後，通過該激磁電感L1、一次側漏電感L2及該主開關元件Q1形成迴路，以對該激磁電感L1開始激磁。

接著，請參閱圖13(a)~13(f)、圖16及圖17以及圖18所示，在t1~t2的時間區間內，對應圖16及圖18，該主開關元件Q1截止，該副開關元件Q2及該二次側開關元件Q3導通，因此該激磁電感L1開始去磁，透過該一次側線圈W1形成其中一迴路，將電能耦合到二次側對負載130供電。且該激磁電感L1透過該一次側漏電感L2、且該副開關元件Q2及該一次側電容C1形成一振盪迴路，而在t2~t3的時間區間內，對應圖18，此時由於該激磁電感L1去磁完畢，該二次側沒有耦合電流，該二次側開關元件Q3截止，只有該一次側的副開關元件Q2導通。

請參閱圖13(a)~13(f)及圖19所示，在t2~t3的時間區間內，該主開關元件Q1、該副開關元件Q2及該二次側開關元件Q3皆截止，此時該振盪迴路的電流恰好是沿逆時針方向，但因該副開關元件Q2截止，故該振盪迴路無法維持，而該激磁電感L1的電感特性會讓電流持續不中斷，故會產生一反向電流反向通過該主開關元件Q1。於此同時，該反向電流是透過該主開關元件Q1的體二極體(body diode)導通，故該主開關元件Q1兩端的電壓值恰好會等同該體二極體(body diode)的順向導通電壓，約0.7伏特。而當該主開關元件Q1兩端的電壓差值越接近0伏特時開始導通，其導通損耗越低，故一般的主動箝位式轉換器係透過電感-電容振盪迴路產生反向電流，使該主開關元件Q1兩端的電壓差值降低，以有效減少開關切換時的導通損耗。

但一般的主動箝位式轉換器的激磁電流的電流準位會隨著負載130狀態改變，一般而言，當負載130越高時該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流的電流準位會越高，因此當負載130狀態超過一第一臨界值時，該一次側的振盪迴路中的電流在來回振盪時，波谷的電流最小值會因為該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流的電流準位被拉高而超過0安培，也就是說，當負載130狀態超過一第一臨界值時，不會產生反向電流，因此該主開關元件Q1的體二極體(body diode)並不會順向導通，故該主開關元件Q1兩端的電壓差值不會減少，導致該主開關元件Q1切換時的切換損耗過高。因此現有的主動箝位式轉換器的控制方法勢必要做進一步之改良。

有鑑於前揭主動箝位式轉換器的控制方法在負載狀態過高時主開關元件的切換損失過高的缺點，本發明提供一種主動箝位式轉換器及其控制方法，以有效降低在負載狀態過高或過低時主開關元件的切換損失，該主動箝位式轉換器的控制方法控制一主動箝位式轉換器一次側的一主開關元件及一副開關元件，包含有以下步驟：檢測一負載狀態；判斷該負載狀態是否為輕載；當負載狀態為輕載時，根據一省略模式(skipping mode)產生一主控制訊號及一副控制訊號；其中該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；其中該省略模式是當負載狀態降低時，降低該主開關元件及該副開關元件的切換頻率；當負載狀態不為輕載時，根據一主動箝位式模式(ACF mode)產生該主控制訊號及該副控制訊號；其中該主動箝位式模式是當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流。

該主動箝位式轉換器，係電連接在一交流電源及一負載之間，且包含有：一整流器，具有一直流正端及一直流負端；一電磁濾波器，係電連接在該交流電源與該整流器之間；一一次側線圈；一主開關元件；一一次側電阻；其中該整流器的直流正端係通過串聯的該一次側線圈、該主開關元件及該一次側電阻電連接至該整流器的直流負端；一一次側電容；一副開關元件；其中該副開關元件係與該一次側電容串聯後與該一次側線圈並聯；一一次側線圈，係電連接在該整流器的直流正端與該主開關元件與該副開關元件之連接節點之間；一一次側控制器，係電連接至該主開關元件的一控制端及該副開關元件的一控制端；一二次側開關元件；一二次側線圈，係與該一次側線圈耦合，且通過該二次側開關元件與該負載形成一迴路；一二次側控制器，係電連接至二次側開關元件的一控制端；一補償器，係電連接至該二次側線圈及該一次側控制器，以產生一補償訊號輸出至該一次側控制器；其中該一次側控制器是檢測一負載狀態，且當負載狀態為輕載時，執行一省略模式(skipping mode)，而當該負載狀態不為輕載時，執行一主動主動箝位式模式(ACF mode)；其中該省略模式是當負載狀態降低時，降低該主開關元件及該副開關元件的切換頻率；其中該主動箝位式模式是當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流。

此外，該主動箝位式轉換器之另一技術手段，係電連接在一交流電源及一負載之間，且包含有：一整流器，具有一直流正端及一直流負端；一電磁濾波器，係電連接在該交流電源與該整流器之間；一一次側線圈；一主開關元件；一一次側電阻；其中該整流器的直流正端係通過串聯的該一次側線圈、該主開關元件及該一次側電阻電連接至該整流器的直流負端；一一次側電容；一副開關元件；其中該副開關元件係與該一次側電容串聯後與該主開關元件並聯；一一次側控制器，係電連接至該主開關元件的一控制端及該副開關元件的一控制端；一二次側開關元件；一二次側線圈，係與該一次側線圈耦合，且通過該二次側開關元件與該負載形成一迴路；一二次側控制器，係電連接至二次側開關元件的一控制端；一補償器，係電連接至該二次側線圈及該一次側控制器，以產生一補償訊號輸出至該一次側控制器；其中該一次側控制器當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流。

本發明透過檢測負載狀態，進一步根據負載狀態改變切換頻率且當負載狀態不為輕載時，根據主動箝位式模式產生該主控制訊號及該副控制訊號，而在主動箝位式模式下，當負載狀態增加時，降低該主開關元件及該副開關元件的切換頻率。透過降低切換頻率則可使得一次側的振盪迴路持續振盪，直到該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流小於0安培而產生反向電流為止，進一步使得該主開關元件因該反向電流而導通該主開關元件的體二極體(body diode)，令該主開關元件兩端的電壓差值減少，進而在負載狀態增加時也能降低該主開關元件切換時的切換損耗。

10‧‧‧交流電源

21‧‧‧電磁濾波器

22‧‧‧整流器

23‧‧‧一次側控制器

231‧‧‧主動箝位式模式模組

232‧‧‧省略模式模組

233‧‧‧選擇單元

234‧‧‧頻率產生模組

24‧‧‧驅動單元

25‧‧‧二次側控制器

26‧‧‧補償器

30‧‧‧負載

110‧‧‧交流電源

121‧‧‧電磁濾波器

122‧‧‧整流器

123‧‧‧一次側控制器

124‧‧‧驅動單元

125‧‧‧二次側控制器

130‧‧‧負載

圖1係本發明主動箝位式轉換器的控制方法的流程圖。

圖2係本發明主動箝位式轉換器的電路方塊示意圖。

圖3係本發明主動箝位式轉換器的一次側控制器的方塊示意圖。

圖4係本發明主動箝位式轉換器的輸出電流與切換頻率的關係曲線圖。

圖5A~圖5C係本發明主動箝位式轉換器的控制方法在省略模式第一較佳實施例下的控制訊號示意圖。

圖6A~圖6C係本發明主動箝位式轉換器的控制方法在省略模式第二較佳實施例下的控制訊號示意圖。

圖7A及圖7B係本發明主動箝位式轉換器在主動箝位式模式下的各種負載狀態時激磁電感的電流-時間曲線示意圖。

圖8及圖9係本發明主動箝位式轉換器的控制方法在主動箝位模式第二較佳實施例下的電路方塊示意圖。

圖10~圖12係本發明主動箝位式轉換器的控制方法在主動箝位模式第三較佳實施例下的電路方塊示意圖。

圖13(a)~圖13(f)係習用主動箝位式轉換器各部位的參數的曲線示意圖。

圖14係習用主動箝位式轉換器的電路方塊示意圖。

圖15係習用主動箝位式轉換器在t0~t1區間的電流流向示意圖。

圖16、圖17係習用主動箝位式轉換器在t1~t2區間的電流流向示意圖。

圖18係習用主動箝位式轉換器在t2~t3區間的電流流向示意圖。

圖19係習用主動箝位式轉換器在t3~t4區間的電流流向示意圖。

以下配合圖式及本發明較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定目的所採取的技術手段。

請參閱圖1所示，本發明係一種主動箝位式轉換器及其控制方法，該主動箝位式轉換器的控制方法係控制一主動箝位式轉換器一次側的一主開關元件及一副開關元件，且包含有以下步驟：檢測一負載狀態(S11)；判斷該負載狀態是否為輕載(S12)；當負載狀態為輕載時，根據一省略模式(skipping mode)產生一主控制訊號及一副控制訊號(S13)；其中該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；其中該省略模式是當負載狀態降低時，降低該主開關元件及該副開關元件的切換頻率；當負載狀態不為輕載時，根據一主動箝位式模式(ACF mode)產生該主控制訊號及該副控制訊號(S14)；其中該主動箝位式模式是當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流。

本發明透過檢測負載狀態，進一步根據負載狀態改變切換頻率且當負載狀態不為輕載時，根據主動箝位式模式產生該主控制訊號及該副控制訊號，而在主動箝位式模式下，當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流。透過改變切換頻率則可使得一次側的振盪迴路持續振盪，直到該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流小於0安培而產生反向電流為止，進一步使得該主開關元件因該反向電流而導通該主開關元件的體二極體(body diode)，令該主開關元件兩端的電壓差值減少，進而在負載狀態增加時也能降低該主開關元件切換時的切換損耗。

請參閱圖2所示，一主動箝位式轉換器的等效電路係包含有一一次側及一二次側，該一次側係電連接至一交流電源10，且包含有一電磁濾波器21、一整流器22、該主開關元件Q1、該副開關元件Q2、一激磁電感L1、一一次側漏電感L2、一一次側電阻R1、一一次側電容C1、一一次側線圈W1、一一次側控制器23及二驅動單元24。

該電磁濾波器21電連接在該交流電源10與該整流器22之間，以隔絕該交流電源10中的電磁干擾，該整流器22係透過該電磁濾波器21接收該交流電源10提供的交流電並整流後輸出，且該整流器22具有一直流正端及一直流負端。

該激磁電感L1係與該一次側線圈W1並聯，且其中一端係電連接至該整流器22的直流正端。

該副開關元件Q2係串聯在該一次側電容C1與該主開關元件Q1之間，其中該一次側電容C1未與該副開關元件Q2電連接之一端係電連接至該整流器22的直流正端，而該主開關元件Q1未與該副開關元件Q2電連接之一端係透過該一次側電阻R1電連接至該整流器22的直流負端。

該一次側漏電感L2之一端係電連接至該激磁電感L1未與該整流器22的直流正端電連接之一端，且該一次側漏電感L2之另一端係電連接至該副開關元件Q2與該主開關元件Q1的連接節點。

該一次側控制器23係電連接至該主開關元件Q1與該一次側電阻R1的連接節點及該二驅動單元24。而該一次側控制器23係通過該二驅動單元24分別電連接至該主開關元件Q1的一控制端及該副開關元件Q2的一控制端。

該二次側係電連接至一負載30，且包含有一二次側線圈W2、一二次側開關元件Q3、一二次側輸出電容C2、一二次側控制器25及一補償器26。該二次側線圈W2之一端係與該二次側輸出電容C2之一端電連接，且該二次側線圈W2之另一端係透過該二次側開關元件Q3與該二次側輸出電容C2之另一端電連接。

該二次側控制器25係電連接至該二次側輸出電容C2與該二次側開關元件Q3的連接節點、該二次側開關元件Q3的控制端及該二次側開關元件Q3與該二次側線圈W2的連接節點。該二次側控制器25係根據該二次側開關元件Q3兩端的訊號產生一控制訊號輸出至該二次側開關元件Q3的控制端，以控制該二次側開關元件Q3的導通與否。

該補償器26係電連接至該二次側線圈W2與該二次側輸出電容C2的連接節點，即該主動箝位式轉換器的輸出端，，且該補償器26電連接該一次側控制器23，以根據該二次側線圈W2的一訊號，即該主動箝位式轉換器輸出端的輸出電壓Vout，產生一補償訊號Vcom輸出至該一次側控制器23。

而該一次側控制器23係根據一輸入電壓Vin、一第一訊號Signal_1、流經該主開關元件Q1的電流迴授訊號以及該補償訊號Vcom產生一主控制訊號PWM1及一副控制訊號PWM2。其中該輸入電壓Vin係該一次側電容C1與該一次側線圈W1的連接節點的電壓，而流經該主開關元件Q1的電流迴授訊號係該一次側電阻R1與該主開關元件Q1連接節點的電壓Vp。且該主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2係分別透過該二驅動單元24傳送至該主開關元件Q1及該副開關元件Q2的控制端，以控制該主開關元件Q1及該副開關元件Q2的導通與否。該主控制訊號PWM1係控制該主開關元件Q1的導通與否，而該副控制訊號PWM2係控制該副開關元件Q2的導通與否。

在本較佳實施例中，該主開關元件Q1、該副開關元件Q2及該二次側開關元件Q3分別係金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。

請參閱圖3所示，該一次側控制器23係包含有一主動箝位式模式模組231、一省略模式模組232、一選擇單元233及一頻率產生模組234。

該頻率產生模組234係產生該主開關元件Q1的切換頻率Fsw，並電連接至該主動箝位式模式模組231、該省略模式模組232及該選擇單元233。

該主動箝位式模式模組231係接收並根據該切換頻率Fsw、該補償訊號Vcom、該輸入電壓Vin及該第一訊號Signal_1產生在該主動箝位式模式下的主控制訊號PWM1及副控制訊號PWM2。在本較佳實施例中，該第一訊號Signal_1係透過檢測該二次側線圈W2感應生成的輸出電流Iout，即通過該二次側開關元件Q3的電流，而產生的電流訊號。一般而言，該電流訊號係透過一比流器(Current Transformer)檢測電流而產生的電壓值，並可透過產生的電壓值反推而獲得該電流訊號對應的電流值。此外，該第一訊號Signal_1亦可為該一次側電阻R1與該主開關元件Q1連接節點的電壓Vp，並可透過該電壓Vp計算出該輸出電流Iout的電流值。

而該省略模式模組232係接收並根據該切換頻率Fsw及該補償訊號Vcom產生在該省略模式下的主控制訊號及副控制訊號。

該選擇單元233則接收並根據該第一訊號Signal_1及該切換頻率Fsw判斷該負載狀態是否為輕載。當負載狀態為輕載時，該選擇單元233選擇該省略模式模組232產生的主控制訊號PWM1及副控制訊號PWM2輸出。當負載狀態不為輕載時，該選擇單元233選擇該主動箝位式模式模組231產生的主控制訊號PWM1及副控制訊號PWM2輸出。在本較佳實施例中，該主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2係脈衝寬度調變訊號，且當該主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2為高電位時代表控制該主開關元件Q1及該副開關元件Q2導通，而當該主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2為低電位時代表控制該主開關元件Q1及該副開關元件Q2截止。

請參閱圖4所示，在本較佳實施例中，由於該負載30的負載狀態與該輸出電流Iout成正相關，故該一次側控制器23的選擇單元233係判斷當該輸出電流Iout小於一電流臨界值I_{low_imit}且該切換頻率Fsw等於一頻率臨界值Fsw_max時，該負載30的負載狀態為輕載，反之，則不為輕載。

如圖4所示，當該輸出電流Iout小於該電流臨界值I_{low_imit}且該切換頻率Fsw等於一頻率臨界值Fsw_max時，該選擇單元233選擇該省略模式模組232產生的主控制訊號PWM1及副控制訊號PWM2輸出。此時，該切換頻率Fsw會隨著負載狀態下降而下降，即該輸出電流Iout小於該電流臨界值I_{low_limit}後，該切換頻率Fsw會隨著該輸出電流Iout下降而下降。

由於當該負載30的負載狀態逐漸降低時，可視為該負載30將進入待機狀態，若在待機狀態下該切換頻率Fsw太高，則會使得該主開關元件Q1及該副開關元件Q2切換得過於頻繁，進而增加了切換損耗，造成過多的待機損耗，因此，本發明進一步在負載30為輕載時，逐漸隨著負載狀態降低而調降該切換頻率Fsw，以進一步減少待機損耗，並可符合輕載下的能效條件，以具有省電模式(power saving)功能。

反之，當輸出電流Iout不小於該電流臨界值I_{low_limit}且該切換頻率Fsw等於一頻率臨界值Fsw_max時，該選擇單元233選擇該主動箝位式模式模組231產生的主控制訊號PWM1及副控制訊號PWM2輸出。此時，該切換頻率Fsw會隨著負載狀態上升而下降，即該輸出電流Iout小於該電流臨界值I_{low_limit}後，該切換頻率Fsw會隨著該輸出電流Iout改變。

請參閱圖5A~5C所示，係該省略模式產生的主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2的第一較佳實施例。在該省略模式的第一較佳實施例中，當該負載30的負載狀態小於一第一臨界值時，該主控制訊號與該副控制訊號是在N1個連續週期內，僅在第一週期具有脈衝寬度調變訊號，剩餘N1-1個週期的脈衝寬度調變訊號被一遮蔽訊號抵消。而當該負載的負載狀態小於一第二臨界值時，該主控制訊號與該副控制訊號是在N2個連續週期內，僅在第一週期具有脈衝寬度調變訊號，剩餘N2-1個週期的脈衝寬度調變訊號被一遮蔽訊號抵消。其中N1<N2，且該第一臨界值大於該第二臨界值。

舉例來說，N1=2且N2=4。如圖5A所示，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2互補，但隨著該負載30的負載狀態下降，如圖5B所示，當該負載30的負載狀態小於一第一臨界值時，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2是在2個連續週期內，僅在第1個週期具有脈衝寬度調變訊號，剩餘1個週期的脈衝寬度調變訊號被一遮蔽訊號所抵銷。舉例來說，若圖5A中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的週期為T，而圖5B中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2因在2個連續週期內只有第1個週期有脈衝寬度調變訊號產生，故在圖5B中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的週期為2T。換言之，在圖5B中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的頻率變為原本的二分之一，而使得該主開關元件Q1的切換頻率Fsw及該副開關元件Q2的切換頻率降低。

若該負載30的負載狀態持續下降，而小於一第二臨界值時，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2是在4個連續週期內，僅在第1個週期具有脈衝寬度調變訊號，剩餘3個週期的脈衝寬度調變訊號被該遮蔽訊號所抵消。舉例來說，若圖5A中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的週期為T，而圖5C中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2因在4個連續週期內只有第1個週期有脈衝寬度調變訊號產生，故在圖5C中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的週期為4T。換言之，在圖5C中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的頻率變為原本的四分之一，而使得該主開關元件Q1的切換頻率Fsw及該副開關元件Q2的切換頻率降低。

如此一來，如圖4所示，在該省略模式的第一較佳實施例下，該主控制訊號PWM1的切換頻率Fsw與該副控制訊號PWM2的切換頻率會隨著該負載30的負載狀態下降而呈步階式的下降。

請參閱圖6A~6C所示，係該省略模式產生的主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2的第二較佳實施例。在該省略模式的第二較佳實施例中，如圖6A所示，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2互補，且該主控制訊號PWM1的脈衝寬度為T1，而該副控制訊號PWM2的脈衝寬度為T2，此時，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2週期為T1+T2。隨著該負載30的負載狀態下降，如圖6B所示，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2在各週期中係進一步延遲一關閉時間T3，且該關閉時間T3與該負載30的負載狀態成反比，而在該關閉時間內該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2係分別輸出訊號控制該主開關元件Q1及該副開關元件Q2維持截止。舉例來說，在圖6A中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的週期為T1+T2，而圖6B中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2因進一步延遲了該關閉時間T3，故在圖6B中的該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的週期為T1+T2+T3。

如圖6C所示，若該負載30的負載狀態持續下降，因該關閉時間T3與該負載30的負載狀態成反比，該關閉時間T3便會逐漸增加，而該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2的週期為T1+T2+T3也就會逐漸增加，而使得該主開關元件Q1的切換頻率Fsw及該副開關元件Q2的切換頻率隨著該負載30的負載狀態下降而降低。

在該主動箝位式模式的第一較佳實施例中，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2互補，且預先建立一參數對照表，其中包含有複數電壓參數Kv及複數電流參數Ki，該些電壓參數Kv及該些電流參數Ki分別與該輸入電壓Vin以及該輸出電流Iout相對應。而該切換頻率Fsw係根據以下公式計算：Fsw=Kv×Vin+Ki×Iout；其中該切換頻率Fsw與輸入電壓Vin成正比，且該切換頻率Fsw與該輸出電流Iout成反比，其中該電流參數Ki為負值。

請一併參閱圖7A及圖7B所示，該主動箝位式轉換器的該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流的電流準位，即通過該激磁電感L1的電流的電流準位，會隨著負載30狀態改變。

如圖7A所示，當該負載30的狀態為重載時，該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流的電流準位會提高，反之，當該負載30的負載狀態為輕載時，該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流的電流準位會降低。因此，當該負載30的負載狀態為重載且超過一第一臨界值時，該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流無論如何振盪都不會有小於0安培的反向電流產生。

如圖7B所示，故本發明的主動箝位式轉換器的控制方法會在該負載的狀態不為輕載時，根據該主動箝位式模式控制該主開關元件Q1及該副開關元件Q2，以當負載狀態增加時，降低該主開關元件的切換頻率Fsw及該副開關元件的切換頻率。而降低了該主開關元件Q1的切換頻率Fsw使得一次側的振盪迴路在振盪時，能持續振盪到該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流小於0安培產生反向電流為止。如此一來，即便該主動箝位式轉換器一次側的激磁電流因為負載狀態增加導致電流準位提高而在振盪時無法振盪出小於0安培的反向電流，透過本發明主動箝位式轉換器的控制方法便可對應地降低該主開關元件Q1的切換頻率Fsw，以產生反向電流，令該主開關元件Q1兩端的電壓差值減少，進而降低該主開關元件Q1切換時的切換損耗。

因此，在該主動箝位式模式的第一較佳實施例中，當該負載30的負載狀態增加時，即該輸出電流Iout增加時，該切換頻率Fsw減少。

請參閱圖8所示，係該主動箝位式模式產生的主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2的第二較佳實施例。在該主動箝位式模式的第二較佳實施例中，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2互補，且該一次側控制器23中的主動箝位式模式模組231係進一步對該主動箝位式轉換器一次側的流經主開關元件Q1的電流Ip透過一由比較器以及邏輯閘所組成的反向電流偵測器240進行取樣，且當取樣的電流回授訊號大於0安培時，降低下一週期的該主開關元件Q1的切換頻率Fsw，而當該取樣的電流回授訊號小於0安培時，提高下一週期的該主開關元件Q1的切換頻率Fsw，且當該取樣的電流回授訊號等於0安培時，維持下一週期的該主開關元件Q1的切換頻率Fsw不變。該反向電流偵測器240係具有一比較器，而該比較器之二輸入端分別連接該主開關元件Q1及一負電源Vss，以判斷該取樣的電流回授訊號是否小於0，在本較佳實施例中，該負電源Vss係一小於0伏特的電壓值，例如-0.2伏特。

此外，請參考圖9所示，在本較佳實施例中，該一次側電容C1未與該副開關元件Q2電連接之一端並未電連接至該整流器122的直流正端，而是電連接至該主開關元件Q1與該一次側電阻R1的連接節點。如此一來，便可藉由該一次側電阻R1同時偵測流經該主開關元件Q1以及流經該副開關元件Q2的電流，進而進行較佳的控制。

該主動箝位式模式產生的主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2的第二較佳實施例係透過檢測該主動箝位式轉換器一次側流經該主開關元件Q1的電流的電流值，且根據該主動箝位式轉換器一次側流經主開關元件Q1的電流是否小於或等於0安培，對應調整下一個週期的該主開關元件Q1的切換頻率Fsw，藉由不斷調整即可使該主開關元件Q1產生反向電流，進而在該主開關元件Q1產生反向電流時導通該主開關元件Q1，以有效減少該主開關元件Q1的切換損失。

請參閱圖10、圖11及圖12所示，係該主動箝位式模式產生的主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2的第三較佳實施例。在該主動箝位式模式的第三較佳實施例中，該主控制訊號PWM1與該副控制訊號PWM2互補，且該一次側控制器23係進一步檢測該主動箝位式轉換器一次側流經該副開關元件Q2的電流，且當該主動箝位式轉換器一次側流經該副開關元件Q2的電流小於0安培時才截止該副開關元件Q2並導通該主開關元件Q1。如圖10所示，檢測該主動箝位式轉換器一次側流經副開關元件Q2的電流的位置為該主開關元件Q1與該副開關元件Q2的連接節點，或如圖12所示，檢測該主動箝位式轉換器一次側流經副開關元件Q2的電流的位置為該整流器22的直流正端。且在本較佳實施例中，檢測該主動箝位式轉換器一次側流經副開關元件Q2的電流的回授電流訊號係透過一前緣遮蔽(leading-edge blanking)單元回授至該一次側控制器23中的主動箝位式模式模組231。

此外，請參考圖11所示，在本較佳實施例中，該一次側電容C1未與該副開關元件Q2電連接之一端並未電連接至該整流器122的直流正端，而是電連接至該主開關元件Q1與該一次側電阻R1的連接節點。如此一來，便可藉由該一次側電阻R1同時偵測到流經該主開關元件Q1以及流經該副開關元件Q2的電流，進而進行較佳的控制。

由於該省略模式產生的主控制訊號PWM1及該副控制訊號PWM2的第三較佳實施例係直接透過檢測該主動箝位式轉換器一次側流經副開關元件Q2的電流的電流值，且在該主動箝位式轉換器一次側流經副開關元件Q2的電流小於0安培而產生反向電流時才截止該副開關元件Q2並導通該主開關元件Q1，以有效減少該主開關元件Q1的切換損失。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

Claims

一種主動箝位式轉換器的控制方法，係控制一主動箝位式轉換器一次側的一主開關元件及一副開關元件，且包含有以下步驟：檢測一負載狀態；判斷該負載狀態是否為輕載；當負載狀態為輕載時，根據一省略模式(skipping mode)產生一主控制訊號及一副控制訊號；其中該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；其中該省略模式是當負載狀態降低時，降低該主開關元件及該副開關元件的切換頻率；當負載狀態不為輕載時，根據一主動箝位式模式(ACF mode)產生該主控制訊號及該副控制訊號；其中該主動箝位式模式是當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流；其中在該省略模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且：當該負載的負載狀態小於一第一臨界值時，該主控制訊號與該副控制訊號是在N1個連續週期內，僅在第一週期具有脈衝寬度調變訊號，剩餘N1-1個週期的脈衝寬度調變訊號被一遮蔽訊號抵消；當該負載的負載狀態小於一第二臨界值時，該主控制訊號與該副控制訊號是在N2個連續週期內，僅在第一週期具有脈衝寬度調變訊號，剩餘N2-1個週期的脈衝寬度調變訊號被一遮蔽訊號抵消；其中N1<N2，而該第一臨界值大於該第二臨界值。
如請求項1所述之主動箝位式轉換器的控制方法，其中：在檢測一負載狀態的步驟中，係檢測一第一訊號，且根據該第一訊號計算出一輸出電流；在判斷該負載狀態是否為輕載的步驟中，係當該輸出電流小於一電流臨界值且該主開關元件的切換頻率等於一頻率臨界值時，判斷該負載狀態為輕載。
如請求項1所述之主動箝位式轉換器的控制方法，其中該主控制訊號及該副控制訊號係脈衝寬度調變訊號，且當該主控制訊號及該副控制訊號為高電位時代表控制該主開關元件及該副開關元件導通，而當該主控制訊號及該副控制訊號為低電位時代表控制該主開關元件及該副開關元件截止。
如請求項2所述之主動箝位式轉換器的控制方法，其中該主控制訊號及該副控制訊號係脈衝寬度調變訊號，且當該主控制訊號及該副控制訊號為高電位時代表控制該主開關元件及該副開關元件導通，而當該主控制訊號及該副控制訊號為低電位時代表控制該主開關元件及該副開關元件截止。
如請求項1至4中任一項所述之主動箝位式轉換器的控制方法，其中在該主動箝位式模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且進一步檢測該主動箝位式轉換器一次側流經該副開關元件的電流，並於該主動箝位式轉換器一次側流經該主開關元件的電流小於0安培，而控制該主開關元件產生反向電流時，才導通該主開關元件。
如請求項2或4中任一項所述之主動箝位式轉換器的控制方法，其中在該主動箝位式模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且預先建立一參數對照表，其中包含有複數電壓參數及複數電流參數，該些電壓參數及該些電流參數與該輸出電流相對應，而該主開關元件及該副開關元件的切換頻率係根據以下公式計算：Fsw=Kv×Vin+Ki×Iout；其中Fsw為切換頻率、Kv為電壓參數、Vin為輸入電壓、Ki為電流參數及Iout為輸出電流，且該切換頻率與輸入電壓成正比，而該切換頻率與該輸出電流成反比，該電流參數Ki為負值。
如請求項1至4中任一項所述之主動箝位式轉換器的控制方法，其中在該主動箝位式模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且進一步對該主動箝位式轉換器一次側流經該主開關元件的電流進行取樣，且：當取樣的電流回授訊號大於0安培時，降低下一週期的該主開關元件的切換頻率；當該取樣的電流回授訊號小於0安培時，提高下一週期的該主開關元件的切換頻率；當該取樣的電流回授訊號等於0安培時，維持下一週期的該主開關元件的切換頻率不變。
一種主動箝位式轉換器的控制方法，係控制一主動箝位式轉換器一次側的一主開關元件及一副開關元件，且包含有以下步驟：檢測一負載狀態；判斷該負載狀態是否為輕載；當負載狀態為輕載時，根據一省略模式(skipping mode)產生一主控制訊號及一副控制訊號；其中該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；其中該省略模式是當負載狀態降低時，降低該主開關元件及該副開關元件的切換頻率；當負載狀態不為輕載時，根據一主動箝位式模式(ACF mode)產生該主控制訊號及該副控制訊號；其中該主動箝位式模式是當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流；其中在該省略模式下：該主控制訊號與該副控制訊號的週期皆為T1+T2+T3；其中T1為該主控制訊號的脈衝寬度，T2為該副控制訊號的脈衝寬度，T3為關閉時間；其中T3與該負載的負載狀態成反比。
一種主動箝位式轉換器，係電連接在一交流電源及一負載之間，且包含有：一整流器，具有一直流正端及一直流負端；一電磁濾波器，係電連接在該交流電源與該整流器之間；一一次側線圈；一主開關元件；一一次側電阻；其中該整流器的直流正端係通過串聯的該一次側線圈、該主開關元件及該一次側電阻電連接至該整流器的直流負端；一一次側電容；一副開關元件；其中該副開關元件係與該一次側電容串聯後與該一次側線圈並聯；一一次側控制器，係電連接至該主開關元件的一控制端及該副開關元件的一控制端；一二次側開關元件；一二次側線圈，係與該一次側線圈耦合，且通過該二次側開關元件與該負載形成一迴路；一二次側控制器，係電連接至二次側開關元件的一控制端；一補償器，係電連接至該二次側線圈及該一次側控制器，以產生一補償訊號輸出至該一次側控制器；其中該一次側控制器是檢測一負載狀態，且當負載狀態為輕載時，執行一省略模式(skipping mode)，而當該負載狀態不為輕載時，執行一主動主動箝位式模式(ACF mode)；其中該省略模式是當負載狀態降低時，降低該主開關元件及該副開關元件的切換頻率；其中該主動箝位式模式是當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流。
如請求項9所述之主動箝位式轉換器，其中：該一次側控制器係產生一主控制訊號及一副控制訊號，該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；在該主動箝位式模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且進一步對該主動箝位式轉換器一次側流經該主開關元件的電流透過一反向電流偵測器進行取樣，且：當取樣的電流回授訊號大於0安培時，降低下一週期的該主開關元件的切換頻率；當該取樣的電流回授訊號小於0安培時，提高下一週期的該主開關元件的切換頻率；當該取樣的電流回授訊號等於0安培時，維持下一週期的該主開關元件的切換頻率不變。
如請求項9所述之主動箝位式轉換器，其中：該一次側控制器係產生一主控制訊號及一副控制訊號，該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；在該主動箝位式模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且進一步檢測該主開關元件與該副開關元件的連接節點，以獲得經該副開關元件的電流，並於該主動箝位式轉換器一次側流經該主開關元件的電流小於0安培，而控制該主開關元件產生反向電流時，才導通該主開關元件。
如請求項9所述之主動箝位式轉換器，其中：該一次側控制器係產生一主控制訊號及一副控制訊號，該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；在該主動箝位式模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且進一步檢測該整流器的直流正端，以獲得經該副開關元件的電流，並於該主動箝位式轉換器一次側流經該主開關元件的電流小於0安培，而控制該主開關元件產生反向電流時，才導通該主開關元件。
一種主動箝位式轉換器，係電連接在一交流電源及一負載之間，且包含有：一整流器，具有一直流正端及一直流負端；一電磁濾波器，係電連接在該交流電源與該整流器之間；一一次側線圈；一主開關元件；一一次側電阻；其中該整流器的直流正端係通過串聯的該一次側線圈、該主開關元件及該一次側電阻電連接至該整流器的直流負端；一一次側電容；一副開關元件；其中該副開關元件係與該一次側電容串聯後與該主開關元件並聯；一一次側控制器，係電連接至該主開關元件的一控制端及該副開關元件的一控制端；一二次側開關元件；一二次側線圈，係與該一次側線圈耦合，且通過該二次側開關元件與該負載形成一迴路；一二次側控制器，係電連接至二次側開關元件的一控制端；一補償器，係電連接至該二次側線圈及該一次側控制器，以產生一補償訊號輸出至該一次側控制器；其中該一次側控制器當負載狀態增加時，改變該主開關元件及該副開關元件的切換頻率，控制該主開關元件產生反向電流。
如請求項13所述之主動箝位式轉換器，其中：該一次側控制器係產生一主控制訊號及一副控制訊號，該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；在該主動箝位式模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且進一步對該主動箝位式轉換器一次側流經該主開關元件的電流透過一反向電流偵測器進行取樣，且：當取樣的電流回授訊號大於0安培時，降低下一週期的該主開關元件的切換頻率；當該取樣的電流回授訊號小於0安培時，提高下一週期的該主開關元件的切換頻率；當該取樣的電流回授訊號等於0安培時，維持下一週期的該主開關元件的切換頻率不變。
如請求項13所述之主動箝位式轉換器，其中：該一次側控制器係產生一主控制訊號及一副控制訊號，該主控制訊號係控制該主開關元件的導通與否，而該副控制訊號係控制該副開關元件的導通與否；在該主動箝位式模式下，該主控制訊號與該副控制訊號互補，且進一步檢測該主開關元件與該副開關元件的連接節點，以獲得經該副開關元件的電流，並於該主動箝位式轉換器一次側流經該主開關元件的電流小於0安培，而控制該主開關元件產生反向電流時，才導通該主開關元件。