TWI655838B - 變換器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容關於一種變換器及其控制方法，該變換器包括變壓器、一次側開關、負載偵測電路、狀態偵測電路及控制電路，該變壓器用以輸出一輸出電壓至負載，該一次側開關電性連接於一次側主繞組及一次側接地端之間；該負載偵測電路用以偵測負載的負載狀態，並輸出一負載狀態訊號，該狀態偵測電路用以偵測一基準時間點；該控制電路用以輸出一控制訊號以導通或關斷該一次側開關，其中控制電路用以根據該負載狀態訊號，設定一等待時間，使一次側開關自基準時間點起算經過該等待時間後，於一次側開關之跨壓處於諧振谷值時，導通該一次側開關。

Description

變換器及其控制方法
本揭示內容係關於一種變換器，特別是關於一種反激型變換器（Flyback Converter）。
反激變換器（Flyback Converter），因具有電路結構簡單、輸入輸出級電氣隔離、成本低廉等特點，廣泛應用於小功率領域，尤其是常見於功率在100W以下的電源設備當中。
隨著近年來開關電源廣泛用於筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機等可攜式移動設備，開關電源逐漸有朝向小型化、高效率以及高頻化的方向發展的趨勢。
然而，習知的反激變換器的變壓器漏感損耗及開關損耗等，限制了其小型化、高頻化的發展趨勢。
本發明之一態樣係一種變換器，包括一變壓器、一一次側開關、一負載偵測電路、一狀態偵測電路及一控制電路，該變壓器包含一一次側主繞組與一二次側主繞組；該一次側開關電性連接於該一次側主繞組及一一次側接地端之間；該負載偵測電路用以偵測一負載的一負載狀態並相應輸出一負載狀態訊號；該狀態偵測電路用以偵測一基準時間點；該控制電路用以輸出一控制訊號選擇性地導通或關斷該一次側開關，其中該控制電路用以根據該負載狀態訊號，設定一等待時間，使該一次側開關自該基準時間點起算經過該等待時間後，於該一次側開關之跨壓處於諧振谷值時導通該一次側開關。
本發明之另一態樣係一種變換器的控制方法，該方法包括：透過一負載偵測電路，偵測一負載之一負載狀態，並相應輸出一負載狀態訊號；透過一控制電路，根據該負載狀態訊號，設定一等待時間；透過一狀態偵測電路，偵測一基準時間點；透過該控制電路，對該變換器中之一一次側開關輸出一控制訊號，以選擇性地導通或關斷該一次側開關，使該一次側開關自該基準時間點起算經過該等待時間後，於該一次側開關之跨壓處於諧振谷值時導通。
綜上所述，在本案的各實施態樣中，透過根據負載狀態訊號，設定等待時間，即能精確地控制一次側開關於諧振谷值時導通，完成能量的轉換。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
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變換器100的示意圖。如第1圖所示，變換器100用以將自輸入電壓源接收的輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo輸出至負載Load。在部分實施例中，變換器100可為反激型變換器（Flyback Converter），但本案並不以此為限。
如第1圖所示，在部分實施例中，變換器100包含變壓器110、一次側開關S1、負載偵測電路120、狀態偵測電路130及控制電路140，變壓器110包括一次側主繞組M1及二次側主繞組M2，在結構上，一次側主繞組M1的第一端電性連接至輸入電壓Vin的正極端，一次側主繞組M1的第二端透過一次側開關S1電性連接至一次側接地端（或輸入電壓Vin的負極端）。二次側主繞組M2的第一端電性連接至輸出電容Co的第一端，二次側主繞組M2的第二端電性耦接至輸出電容Co的第二端。變壓器110用以將所接收的電能自一次側主繞組M1傳輸至二次側主繞組M2。
本揭露內容係透過一次側開關S1的導通及關斷，將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo，再將輸出電壓Vo輸出至負載Load。在部分實施例中，一次側開關S1的第一端電性連接至變壓器110的一次側主繞組M1的第二端。一次側開關S1的第二端電性連接至輸入電壓Vin的負極端。換言之，一次側開關S1電性連接於一次側主繞組M1與一次側接地端之間。一次側開關S1的控制端用以接收一第一控制訊號Sc1，用以選擇性地導通或關斷一次側開關S1。舉例來說，在部分實施例中，當第一控制訊號Sc1具有第一準位（如：高準位時），一次側開關S1導通。相對地，當第一控制訊號Sc1具有第二準位（如：低準位時），一次側開關S1關斷。
具體來說，當一次側開關S1導通時，變壓器110會逐漸產生一次側電流Ip流經一次側主繞組M1，並相應地將能量儲存於變壓器110中；此時，變壓器110的一次側主繞組M1和二次側主繞組M2極性相反，且沒有能量自一次側主繞組M1轉移至二次側主繞組M2，負載Load所接收到的能量是由輸出電容Co所提供。
在部分實施例中，變換器100尚包括二次側整流電路D2，二次側整流電路D2係電性連接於二次側主繞組M2的第一端及輸出電容Co之第一端之間。當變壓器110的一次側主繞組M1和二次側主繞組M2極性相反時，二次側整流電路D2維持關斷，不會有電流通過。在其他部分實施例中，二次側整流電路D2可設置於二次側主繞組M2的第二端與輸出電容Co的第二端之間。
相對地，當一次側開關S1關斷時，繞組的極性反轉，此時二次側整流電路D2將導通，使得變壓器110之磁化電流自一次側主繞組M1轉移至二次側主繞組M2，形成二次側電流Is，二次側電流Is能流經二次側整流電路D2，使儲存於變壓器110的能量經由導通的二次側整流電路D2，傳遞至負載Load以及輸出電容Co。在部分實施例中，二次側整流電路D2包括二次側開關S2，二次側開關S2係連接於二次側主繞組M2及負載Load之間，且二次側開關S2之控制端能接收第二控制訊號Sc2，以被控制於導通或關斷狀態。而在其他部分實施例中，二次側整流電路D2可為一整流二極體或其他元件。
在變壓器110的能量逐漸傳遞至負載Load及輸出電容Co的過程中，二次側電流Is逐漸降低。由於一次側主繞組M1具有漏電感Lk及激磁電感Lm，因此，當二次側電流Is歸零時，一次側開關S1本身的寄生電容C1會與激磁電感Lm會產生諧振，造成一次側開關S1的跨壓Vds1相應產生振盪。此時，可透過第一控制訊號Sc1，重新使該一次側開關S1導通，使變壓器110再次產生一次側電流Ip流經一次側主繞組M1，將能量再次儲存於變壓器110中，如此，透過反覆地控制一次側開關S1與二次側開關S2的導通或關斷，即可使變換器100將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo輸出至負載Load。
然而，為了確保一次側開關S1於導通時，不會產生過多的能量耗損，一次側開關S1的最佳導通時機，係當一次側開關S1的跨壓Vds1處於諧振谷值（俗稱波谷或谷底）的時刻。在本揭露內容中，該狀態偵測電路130係用以偵測出基準時間點，基準時間點係對應於二次側主繞組M2上之二次側電流Is歸零的時刻，且負載偵測電路120用以偵測負載Load的負載狀態，並相應輸出負載狀態訊號Vfb。控制電路140可根據負載狀態訊號Vfb，確認變換器100當前的負載狀態為輕載、中等負載或重載，進而設定等待時間。控制電路140能自基準時間點開始計時，經過等待時間後，再判斷一次側開關S1之跨壓Vds1處於諧振谷值的時刻，輸出第一控制訊號Sc1，以導通一次側開關S1。
據此，由於控制電路140係根據負載狀態，以二次側電流Is歸流的時刻為起始點，設定等待時間，因此，等待時間將不會受到一次側開關S1的操作頻率所影響。本揭露內容之變換器控制方法可兼容於不同開關頻率的變換器100，快速、精準地對一次側開關S1進行控制。
在部分實施例中，變換器100包括箝位電路150，箝位電路150用以在一次側開關S1截止時，箝位一次側開關S1的跨壓Vds1，箝位電路150係與一次側主繞組M1相並連，包括箝位電阻R3、箝位電容C3及二極體D1。
為進一步說明變換器100的具體操作，請一併參考第2圖。第2圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換器100的電壓電流訊號波形圖。於第2圖中，與第1圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解。為方便及清楚說明起見，第2圖中所繪示的變換器100的電壓電流訊號將搭配第1圖所示實施例進行說明，但不以此為限。
如第2圖所示，在時間點t0時，變換器100係處於將變壓器110能量傳遞至負載Load的狀態，此時，二次側電流Is逐漸降低。在時間點t1時，二次側電流Is歸零，第一控制訊號Sc1、第二控制訊號Sc2皆被控制在低準位，一次側開關S1的跨壓Vds1開始振盪。因此，時間點t1即為本揭露內容所稱之「基準時間點」，其判斷方式將於後文詳述。
在本實施例中，負載偵測電路120於時間點t0～t1的階段中，判斷出變換器100處於重載狀態，因此，控制電路140將等待時間設為零，因此，當控制電路140判斷一次側開關S1的跨壓Vds1開始振盪，且第一次處於諧振谷值時（時間點t2），即立刻輸出第一控制訊號Sc1（即，將其提升至高準位），以導通一次側開關S1。
在時間點t2～t3的過程中，第一控制訊號Sc1處於高準位，一次側開關S1導通，供一次側電流Ip流過，因此一次側開關S1兩端（即：源極端與汲極端）的跨壓Vds1接近為零。此時二次側整流電路D2透過該第二控制訊號Sc2維持關斷，因此電流Is為零。
接著，於時間點t3～t4時，第一控制訊號Sc1自高準位切換至低準位，一次側開關S1相應關斷，一次側電流Ip消失。此時一次側開關S1兩端（即：源極端與汲極端）開始承受跨電壓，跨壓Vds1從低準位切換至高準位。此期間二次側整流電路D2能透過第二控制訊號Sc2導通，使二次側電流Is形成，但隨著儲存於變壓器110上的能量轉移至負載Load，二次側電流Is將會由最大值逐漸下降至零。
在部分實施例中，於時間點t3～t4時，負載偵測電路120能偵測該變換器100目前處於中等負載之狀態，因此，在時間點t4時，該控制電路140將設定一等待時間，並開始計時，在等待時間過後，且一次側開關S1的跨壓Vds1再次處於諧振谷值時（如第2圖中之時間點t5），才再次發送第一控制訊號Sc1，將一次側開關S1導通。前述時間點t2～t5可視為該變換器100之一工作週期，透過反覆地控制一次側開關S1與二次側開關S2的導通或關斷，即可使變換器100將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo輸出至負載Load。
在部分實施例中，變換器100可根據負載狀態訊號Vfb設定不同的等待時間，且等待時間隨著負載減小而增大，亦即，等待時間與負載狀態訊號的大小成反比關係。例如，變換器100可工作在：重載模式、中等負載模式及輕載模式。當變換器100處於重載模式時，控制電路140選擇一重載時間作為等待時間；當變換器100處於中等負載模式時，控制電路140選擇一中等負載時間作為等待時間，且中等負載時間係較重載時間為長。變換器100處於輕載模式時，控制電路140選擇一輕載時間作為等待時間，且輕載時間係較中等負載時間為長，中等負載時間係較重載時間為長。變換器處於極輕載模式時，控制電路140將於基準時間點起算，經過等待時間後，立即發送一導通訊號，以導通一次側開關S1。
請參閱第3圖所示，第3圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的負載狀態訊號Vfb與等待時間之時間長度的關係圖，其中，橫軸之負載狀態訊號Vfb係用以代表變換器100的負載狀態，縱軸之等待時間則代表應設定之等待時間。如第3圖所示，該關係圖的特性線係呈現一階梯狀，對應至橫軸上的複數個臨界值V10、V11、V21、V20～V60、V61及縱軸上的多個等待時間TB1～TB6。
控制電路140會隨著階梯狀的關係線，調整等待時間的時間長度。如第3圖所示，當負載狀態訊號Vfb下降至低於臨界值V21時，控制電路140會將等待時間由TB1改為TB2，而當負載狀態訊號Vfb上升至高於臨界值V20時，控制電路140會將等待時間從TB2恢復至TB1。當負載狀態越重(即：負載狀態訊號Vfb越高)時，等待時間越短。相對地，當負載狀態越輕(即：負載狀態訊號Vfb越低)時，等待時間越長。如此一來，控制電路140便可根據負載狀態訊號Vfb調整等待時間的長度。
請參閱第4A～4C圖所示，係分別為變換器100處於「重載模式」、「中等負載模式」及「輕載模式」之示意圖。如第4A圖所示，在重載模式時，由於等待時間為零，即，控制電路140內之一等待訊號TB0會始終保持在高電位，使控制電路140一旦判斷出一次側開關S1的跨壓Vds1處於諧振谷值，控制電路140會立即發送第一控制訊號Sc1，導通一次側開關S1，並形成一工作週期Ts。在部分實施例中，控制電路140係透過谷值偵測電路141偵測一次側開關S1的跨壓Vds1，且在判斷出一次側開關S1的跨壓Vds1處於諧振谷值時，產生一導通訊號Vy至控制電路140。同理，如第4B圖所示，在中等負載模式時，控制電路140會在自基準時間點起算，經過等待時間後，將等待訊號TB2為高電位，此時，當谷值偵測電路141判斷出一次側開關S1的跨壓Vds1處於諧振谷值時，控制電路140才導通一次側開關S1。如第4C圖所示，在極輕載模式時，由於一次側開關S1的跨壓Vds1會隨震盪越來越小，因此，該控制電路140會自基準時間點起算，經過等待時間後，直接發送導通訊號Vy導通一次側開關S1。
請參閱第1圖及第5圖。如圖中所示，在部分實施例中，由於二次側電流Is歸零時，一次側開關S1之跨壓Vds1亦會同時開始震盪，因此，在部分實施例中，狀態偵測電路130係偵測一次側開關S1之跨壓Vds1，並將一次側開關S1之跨壓Vds1開始震盪的時間點，記錄為基準時間點。
在部分實施例中，狀態偵測電路130包括感應電容Cs及比較器131，感應電容Cs之第一端電性連接至一次側主繞組M1與一次側開關S1之間，感應電容Cs之第二端電性連接至比較器131之第一端。比較器131之第一端尚電性連接有電壓源V1、電阻R1、R2。在一次側開關S1之跨壓Vds1開始震盪時，感應電容Cs上將產生相應之電壓Va及電流Ia變化，使得比較器131相應輸出起始訊號TB_start至控制電路140，以記錄基準時間點。在部分實施例中，狀態偵測電路130尚包括訊號處理電路132，訊號處理電路132係連接至比較器131之輸出端，且比較器131之第二端則電性連接至參考電壓Vref。如此一來，當一次側開關S1之跨壓Vds1開始震盪，且低於參考電壓Vref時，比較器131便會輸出觸發訊號Sa至訊號處理電路132，再透過訊號處理電路132，輸出起始訊號TB_start。
請參閱第6圖。第6圖係為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的變換器100的示意圖。於第3圖中，與第1圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解，且相似元件之具體原理已於先前段落中詳細說明，若非與第3圖之元件間具有協同運作關係而必要介紹者，於此不再贅述。
和第1圖所示實施例相比，在第6圖所示實施例中，變壓器110尚包括一次側輔助繞組M3，狀態偵測電路130包括比較器131。一次側輔助繞組M3之兩端分別連接至比較器131之第一輸入端及一次側接地端。為方便說明起見，請一併參閱第7圖。第7圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示，相應於第6圖中的變換器100的電壓電流訊號波形圖。如第7圖所示，當二次側電流Is歸零時，一次側主繞組M1及一次側輔助繞組M3之跨壓Vds1、Vaux會同時開始震盪。此時，比較器131將透過訊號處理電路132，輸出起始訊號TB_start至控制電路140，以記錄該基準時間點。在部分實施例中，比較器131之第二輸入端係連接至一次側接地端，使得在一次側輔助繞組M3之跨壓Vaux開始震盪，且跨壓Vaux通過零交越點時，比較器131能輸出觸發訊號Sa至訊號處理電路132，再透過訊號處理電路132，輸出起始訊號TB_start至控制電路140，以記錄該基準時間點。亦即，在該實施例中，基準時間點為跨壓Vaux通過零交越點時刻。
在部分實施例中，狀態偵測電路130亦可偵測二次側開關S2之跨壓Vds2，並將二次側開關S2之跨壓Vds2開始震盪的時間點，記錄為基準時間點。請參閱第8圖及第9圖。第8圖係為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的變換器100的示意圖。第9圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示，相應於第8圖中的變換器100的電壓電流訊號波形圖。如第8圖所示，在部分實施例中，變換器100包括訊號處理電路132，且負載偵測電路120、狀態偵測電路130及峰值偵測電路142係整合於訊號處理電路132中。訊號處理電路132係電性連接至二次側開關S2之兩端，以偵測二次側開關S2之跨壓Vds2，使得負載偵測電路120、狀態偵測電路130及峰值偵測電路142可根據二次側開關S2之跨壓Vds2輸出相應的負載狀態訊號Vfb、起始訊號TB_start、導通訊號Vy。
狀態偵測電路130係電性連接至二次側開關S2之兩端，以偵測二次側開關S2之跨壓Vds2。如第9圖所示，當二次側電流Is歸零時，二次側開關S2之跨壓Vds2亦會開始震盪，且其震盪的相位與一次側開關S1之跨壓Vds1相反。藉由判斷二次側開關S2之跨壓Vds2開始震盪的時刻，狀態偵測電路130亦可透過訊號處理電路132，輸出起始訊號TB_start，以記錄基準時間點。在其他部分實施例中，狀態偵測電路130係電性連接至該二次側開關S2，用以偵測二次側主繞組上之二次側電流Is歸零的時間，以直接將二次側電流Is歸零的時間點，記錄為基準時間點。
負載偵測電路120的連接關係和具體結構並非本案之限制，本領域技術人員可明白負載偵測電路120之配置方式，故在此不另贅述。在部分實施例中，如第8圖及第9圖所示，負載偵測電路120係偵測二次側開關S2之跨壓Vds2的負峰值，且根據二次側開關S2之跨壓Vds2的負峰值，輸出負載狀態訊號Vfb。請參閱下列公式：
上述三個公式中，K1為一係數、Rcs為負載偵測電路120中之電流檢測電阻、n為變壓器110之匝數比、Rds為二次側開關S2之導通電阻值、Isk為二次側電流Is之峰值、Ipk為一次側電流Ip之峰值、Vds2min為二次側開關S2之跨壓Vds2的負峰值。根據該等公式，能整理出Vds2min與負載狀態訊號Vfb間之關係： 。因此，負載偵測電路120即可根據二次側開關S2之跨壓Vds2的負峰值，輸出負載狀態訊號Vfb。
由於，二次側開關S2會與一次側開關S1同時發生震盪，因此，在部分實施例中，控制電路140能透過峰值偵測電路142，偵測二次側開關S2之跨壓Vds2處於諧振峰值之狀態。如第9圖所示，二次側開關S2之跨壓Vds2處於諧振峰值的時間點，將等同於一次側開關S1之跨壓Vds1處於諧振谷值的時間點，控制電路140能使一次側開關S1自基準時間點起算，經過等待時間後，於二次側開關S2之跨壓Vds2處於諧振峰值時，輸出第一控制訊號Sc1，以導通一次側開關S1。
請參考第10圖，第10圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的控制方法的流程圖。為方便及清楚說明起見，下述控制方法是配合第1、6及8圖所示實施例進行說明，但不以此為限，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可對作各種更動與潤飾。
首先，在步驟S01中，負載偵測電路120偵測負載Load的負載狀態，並相應輸出負載狀態訊號Vfb。負載狀態訊號Vfb係用以反應出變換器100中之變壓器110輸出能量至該負載Load時，輸出功率之大小。在部分實施例中，如第1圖所示，負載偵測電路120係偵測負載Load兩端之電壓，在部分實施例中，如第8圖所示，負載偵測電路120偵測二次側開關S2之跨壓Vds2，以推算出負載狀態訊號Vfb。
在步驟S02中，控制電路140接收負載狀態訊號Vfb，並根據負載狀態訊號Vfb，設定等待時間。等待時間之長度能隨著變換器100之重載、中等負載、輕載狀態或極輕載狀態而改變。
在步驟S03中，狀態偵測電路130偵測基準時間點。基準時間點係對應於變壓器110之二次側主繞組M2上的二次側電流Is歸零的時刻。在部分實施例中，請參閱第1圖所示，當二次側電流Is歸零時，一次側開關S1之跨壓Vds1將因諧振而同時產生震盪，因此，狀態偵測電路130係偵測一次側開關S1之跨壓Vds1，並將一次側開關S1之跨壓Vds1開始震盪的時間點，記錄為基準時間點。在部分實施例中，如第8圖所示，當二次側電流Is歸零時，二次側開關S2之跨壓Vds2亦將因諧振而同時產生震盪，因此，狀態偵測電路130係偵測二次側開關S2之跨壓Vds2，並將二次側開關S2之跨壓Vds2開始震盪的時間點，記錄為基準時間點。
在步驟S04中，控制電路140對一次側開關S1輸出第一控制訊號Sc1，以選擇性地導通或關斷一次側開關S1，使一次側開關S1自基準時間點起算經過等待時間後，於一次側開關S1之跨壓Vds1處於諧振谷值時導通。在部分實施例中，如第1圖所示，控制電路140係透過谷值偵測電路141，偵測出一次側開關S1之跨壓Vds1處於諧振谷值的時刻。在部分實施例中，如第8圖及第9圖所示，由於二次側開關S2之跨壓Vds2亦會在二次側電流Is歸零時產生震盪，且震盪之相位與一次側開關S1之跨壓Vds1相反，因此，控制電路140能偵測二次側開關S2之跨壓Vds2處於諧振峰值的時間點，發送第一控制訊號Sc1，以導通一次側開關S1。
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‧‧‧變換器
110‧‧‧變壓器
120‧‧‧負載偵測電路
130‧‧‧狀態偵測電路
131‧‧‧比較器
132‧‧‧訊號處理電路
140‧‧‧控制電路
141‧‧‧谷值偵測電路
142‧‧‧峰值偵測電路
150‧‧‧箝位電路
Vin‧‧‧輸入電壓
Vo‧‧‧輸出電壓
V1‧‧‧電壓源
Vref‧‧‧參考電壓
R1、R2‧‧‧電阻
R3‧‧‧箝位電阻
D1‧‧‧二極體
D2‧‧‧二次側整流電路
Lk‧‧‧漏電感
Lm‧‧‧激磁電感
Co‧‧‧輸出電容
C1‧‧‧寄生電容
C3‧‧‧箝位電容
Cs‧‧‧感應電容
S1‧‧‧一次側開關
S2‧‧‧二次側開關
M1‧‧‧一次側主繞組
M2‧‧‧二次側主繞組
M3‧‧‧一次側輔助繞組
Va‧‧‧電壓
Ia‧‧‧電流
Ip‧‧‧一次側電流
Is‧‧‧二次側電流
Vds1‧‧‧跨壓
Vds2‧‧‧跨壓
Vaux‧‧‧跨壓
Load‧‧‧負載
Sa‧‧‧觸發訊號
Sc1‧‧‧第一控制訊號
Sc2‧‧‧第二控制訊號
Vy‧‧‧導通訊號
Vfb‧‧‧負載狀態訊號
TB_start‧‧‧起始訊號
Ts‧‧‧工作週期
TB1～TB6‧‧‧等待時間
V10～V61‧‧‧臨界值
S01～S04‧‧‧步驟
第1圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換器的示意圖。 第2圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換器的電壓電流訊號波形圖。 第3圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的負載狀態訊號與等待時間之時間長度的關係圖。 第4A圖為本揭示內容部分實施例所繪示的重載模式波形示意圖。 第4B圖為本揭示內容部分實施例所繪示的中等負載模式波形示意圖。 第4C圖為本揭示內容部分實施例所繪示的輕載模式波形示意圖。 第5圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換器的電壓電流訊號波形圖。 第6圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換器的示意圖。 第7圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換器的電壓電流訊號波形圖。 第8圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換器的示意圖。 第9圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換器的電壓電流訊號波形圖。 第10圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的控制方法的流程圖。

Claims (22)

  1. 一種變換器，包括： 一變壓器，包含一一次側主繞組與一二次側主繞組； 一一次側開關，係電性連接於該一次側主繞組及一一次側接地端之間； 一負載偵測電路，用以偵測一負載的一負載狀態並相應輸出一負載狀態訊號； 一狀態偵測電路，用以偵測一基準時間點；及 一控制電路，用以輸出一控制訊號選擇性地導通或關斷該一次側開關，其中該控制電路用以根據該負載狀態訊號，設定一等待時間，使該一次側開關自該基準時間點起算經過該等待時間後，於該一次側開關之跨壓處於諧振谷值時導通該一次側開關。
  2. 如請求項1所述之變換器，其中，該等待時間與該負載狀態訊號的大小成反比。
  3. 如請求項2所述之變換器，其中，該變換器處於極輕載時，該控制電路將於該基準時間點起算，經過該等待時間後，發送一導通訊號，導通該一次側開關。
  4. 如請求項1所述之變換器，其中，該狀態偵測電路偵測該一次側開關之跨壓，並將該一次側開關之跨壓開始震盪的時間點，記錄為該基準時間點。
  5. 如請求項4所述之變換器，其中，該狀態偵測電路包括一感應電容及一比較器，該感應電容之一第一端電性連接至該一次側主繞組與該一次側開關之間，該感應電容之一第二端電性連接至該比較器，在該一次側開關之跨壓開始震盪時，該感應電容上將產生相應之電壓及電流變化，使得該比較器相應輸出一起始訊號至該控制電路以記錄該基準時間點。
  6. 如請求項4所述之變換器，其中，該變壓器包括一一次側輔助繞組，該狀態偵測電路包括一比較器；該一次側輔助繞組之兩端分別連接至該比較器之一第一輸入端及該一次側接地端，在該一次側輔助繞組之跨壓開始震盪後，該比較器將輸出一起始訊號至該控制電路以記錄該基準時間點。
  7. 如請求項6所述之變換器，其中，該比較器之一第二輸入端係連接至該一次側接地端，使得該比較器於該一次側輔助繞組之跨壓開始震盪，且通過零交越點時輸出該起始訊號至該控制電路以記錄該基準時間點。
  8. 如請求項1所述之變換器，更包含： 一二次側整流電路，係電性連接該二次側主繞組，在該二次側整流電路導通期間，一二次側電流係流經該二次側整流電路。
  9. 如請求項8所述之變換器，其中，該二次側整流電路包括一二次側開關，該二次側開關係連接於該二次側主繞組及該負載之間。
  10. 如請求項9所述之變換器，其中，該狀態偵測電路係用以偵測該二次側開關之跨壓，並將該二次側開關之跨壓開始震盪的時間點，記錄為該基準時間點。
  11. 如請求項9所述之變換器，其中，該負載偵測電路係偵測該二次側開關之跨壓的負峰值，且根據該二次側開關之跨壓的負峰值，輸出該負載狀態訊號。
  12. 如請求項9所述之變換器，其中，該控制電路係透過一峰值偵測電路，偵測該二次側開關之跨壓處於諧振峰值之狀態，使該一次側開關自該基準時間點起算經過該等待時間後，於該二次側開關之跨壓處於諧振峰值時導通該一次側開關。
  13. 如請求項1所述之變換器，其中，該控制電路係透過一谷值偵測電路，偵測該一次側開關之跨壓處於諧振谷值之狀態。
  14. 如請求項1所述之變換器，其中，該狀態偵測電路偵測該二次側主繞組上之一二次側電流歸零的時間，並將該二次側電流歸零的時間點，記錄為該基準時間點。
  15. 一種變換器的控制方法，包括： 透過一負載偵測電路，偵測一負載之一負載狀態，並相應輸出一負載狀態訊號； 透過一控制電路，根據該負載狀態訊號，設定一等待時間； 透過一狀態偵測電路，偵測一基準時間點；及 透過該控制電路，對一變換器中之一一次側開關輸出一控制訊號，以選擇性地導通或關斷該一次側開關，使該一次側開關自該基準時間點起算經過該等待時間後，於該一次側開關之跨壓處於諧振谷值時導通。
  16. 如請求項15所述之控制方法，尚包括： 透過該狀態偵測電路，偵測該一次側開關之跨壓，並將該一次側開關之跨壓開始震盪的時間點，記錄為該基準時間點。
  17. 如請求項16所述之控制方法，尚包括： 透過一感應電容，偵測該一次側開關之跨壓的震盪；及 透過一比較器，偵測出該感應電容上產生電壓及電流變化時，輸出一起始訊號至該控制電路，以記錄該基準時間點。
  18. 如請求項15所述之控制方法，尚包括： 透過一比較器，在偵測出該變換器中之一變壓器之一一次側輔助繞組之跨壓開始震盪後，輸出一起始訊號至該控制電路，以記錄該基準時間點。
  19. 如請求項18所述之控制方法，其中，該比較器係偵測該一次側輔助繞組之跨壓開始震盪，且通過零交越點時，輸出該起始訊號至該控制電路。
  20. 如請求項15所述之控制方法，其中，該等待時間與該負載狀態訊號的大小成反比。
  21. 如請求項15所述之控制方法，尚包括： 透過該狀態偵測電路，偵測該變換器中一二次側整流電路內一二次側開關之跨壓；及 將該二次側開關之跨壓開始震盪的時間點，記錄為該基準時間點。
  22. 如請求項15所述之控制方法，尚包括： 透過該狀態偵測電路，偵測該變換器中之一變壓器之一二次側主繞組上之一二次側電流歸零的時間；及 將該二次側電流歸零的時間點，記錄為該基準時間點。
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