TWI671990B - 變換裝置與其控制方法 - Google Patents

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Abstract

變換裝置包含一次側電路、二次側電路、變壓器以及控制電路。一次側電路包含開關。變壓器用以由一次側電路接收輸入電壓並經由二次側電路輸出輸出電壓至負載。控制電路用以控制使流過一次側電路的開關的電流峰值在全負載範圍內限定在一個帶狀範圍內。

Description

變換裝置與其控制方法
本揭示內容係關於一種變換裝置，特別是關於一種反激型變換裝置（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。
反激變換器的准諧振控制方式因為能實現谷底開通，是目前應用於小功率開關電源的最流行的控制方式。准諧振控制方法的特性是開關頻率隨負載的減輕而則升高，不利於輕載效率，而小功率電源適配器通常有較高的輕載效率要求。
為此，業內發展出頻率折返(Frequency Foldback)的方式來降低輕載時開關頻率，以達到提高輕載效率的目的。目前業內採用的實現頻率折返都基於一個前提條件：開關頻率隨著回饋電壓的降低而依次分段降低。然而，該前提條件限制了輕載時的降頻速度。
也就是說，現有實現頻率折返的前提條件和頻率折返的性能之間是存在矛盾的。隨著開關電源高頻化趨勢的發展，這種矛盾變得越來越突出，嚴重影響該控制方法的頻率折返的降頻效果。
本案的一態樣為一種變換裝置。此變換裝置包含一次側電路、二次側電路、變壓器以及控制電路。一次側電路包含開關。變壓器用以由一次側電路接收輸入電壓並經由二次側電路輸出輸出電壓至負載。控制電路用以控制使流過一次側電路的開關的電流峰值在全負載範圍內限定在一個帶狀範圍內。
本案的另一態樣為一種變換裝置的控制方法。此控制方法包含以下步驟：由一次側電路接收輸入電壓並經由二次側電路輸出輸出電壓至負載；以及由控制電路控制使流過一次側電路的開關的電流峰值在全負載範圍內限定在一個帶狀範圍內。
綜上所述，在本案的各個實施例中，透過調整斷續時間以控制開關頻率，並於電流值達到反饋電壓值對應的電流設定值時，將一次側電路的開關關斷，以將峰值電流限定在一個帶狀範圍內。本案的各個實施例中，不需要一次側電路的峰值電流隨輸出功率的降低而降低，可以達到理論上較佳的降頻效果，並且可以在全負載範圍內實現谷底開通。
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。
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『和／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。再者，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裝置100的示意圖。如第1圖所示，變換裝置100用以將自輸入電壓源接收的輸入電壓V in轉換為輸出電壓V o輸出至負載R L。在部分實施例中，變換裝置100可為反激型變換器(Flyback Converter)，具體地說，在部分實施例中，變換裝置100為有源箝位反激型變換器(Active Clamp Flyback Converter)，然本案不以此為限。
如第1圖所示，在部分實施例中，變換裝置100包含變壓器110、ㄧ次側電路130、二次側電路150以及控制電路170。變壓器110包含一次側繞組以及二次側繞組。ㄧ次側電路130包含輸入電源、箝位電路132以及開關S 1。二次側電路150包含開關S R、電容Co以及負載R L。箝位電路132更包含箝位電阻R clamp、箝位電容C clamp、二極體D clamp。
如第1圖所繪示，在結構上，一次側繞組的第一端電性耦接至輸入電源的第一端，一次側繞組的第二端透過開關S 1電性耦接至接地端以及輸入電源的第二端。二次側繞組的第一端透過開關S R電性耦接至電容C o的第一端，二次側繞組的第二端電性耦接至電容C o的第二端。值得注意的是，第1圖中所繪示的變換裝置100僅為本案多個可能的實施方式之一，並非用以限制本案。
如第1圖所示，變壓器110用以由一次側電路130接收輸入電壓Vin並經由二次側電路150將輸出電壓V o輸出至負載R L。在部分實施例中，變壓器110用以將所接收的電能自一次側繞組傳輸至二次側繞組，並配合開關S 1、開關S R等電路元件的協同操作將輸入電壓V in轉換為輸出電壓V o，以將輸出電壓V o輸出至負載R L。
在部分實施例中，對於工作狀態處於准諧振或者頻率折返的變換裝置100來說，輸出功率可以透過以下公式計算： 其中P o代表輸出功率。L m代表變壓器110的電感值。I pk代表開關S 1的峰值電流。f s代表開關S 1的開關頻率。
由上述公式可知，如果在輸出功率P o降低的過程中，保持峰值電流I pk固定，則開關頻率f s隨輸出功率P o而成正比例線性變化，如果選取I pk值為變壓器110所能承受的最大值，則上述峰值電流I pk固定的控制方法可以達到理論上較佳的降頻效果。固定I pk值代表ㄧ次側電路130的導通時間t on是固定的，因此這種控制方法又可叫做固定導通時間控制法。
如果採用固定導通時間控制方法，則在整個負載範圍內，峰值電流I pk固定。由於輸出功率P o是連續可調的，由上述公式可知，開關頻率f s也必須是連續可調的，這樣就無法保證在任一輸出功率都能夠實現谷底開通，如此會造成在某些輸出功率情況下效率低下。
為了實現在任一輸出功率P o時都可以實現谷底開通，需要將峰值電流I pk由之前的固定在某一個值，改為固定在某一帶狀範圍內。由於峰值電流I pk在整個輸出功率P o的範圍內固定在一個帶狀範圍內，一次側電路130的開關S 1的導通時間相應的被限定在一個範圍內，近似固定，這種控制方法為准固定導通時間控制法。在本發明中，帶狀範圍為不大於一個上限值並不小於一個下限值。
變換裝置100滿足以下公式： 其中I pk代表ㄧ次側電路130的開關S 1的峰值電流。L m代表變壓器110的電感值。V in代表輸入電壓。t on代表一次側電路130的開關S 1的導通時間。n代表變壓器110的一次側線圈和二次側線圈的匝數比。V o代表輸出電壓。t off代表一次側電路130的開關S 1的關斷時間。
一次側電路130的開關S 1的D極和S極之間的電壓V DS在二次側電路150的電流降到0後，會發生震盪。震盪由變壓器110的電感和寄生電容引起，其震盪週期為： 其中T r ＿ ECQ代表諧振週期。代表變壓器110的電感值。C EQ為開關S 1的寄生電容值。
頻率折返(Frequency Foldback)是在准諧振工作狀態的基礎上，隨著負載的降低，插入一定的斷續時間t d，使變換裝置100工作在斷續模式來實現的。如果插入的斷續時間t d滿足以下公式，則可以實現一次側電路130的開關S 1的谷底開通。 其中t d代表斷續時間。M為非負整數，代表谷底序數。
開關S 1的開關頻率f s滿足以下公式： 其中t on代表開關S 1的導通時間。t off代表開關S R的導通時間。t d代表斷續時間。
請參閱第2A圖。第2A圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換裝置的電壓電流訊號波形圖。如第2A圖所示，時間點t2至時間點t3為開關S 1的導通時間t on，時間點t3至時間點t4為開關S R的導通時間t off，時間點t4至時間點t5為斷續時間t d。於時間點t4至時間點t5，控制訊號SS 1以及控制訊號SS R皆被控制在低準位，開關S 1的跨壓V DS開始振盪。斷續時間t d可被控制於開關S 1的谷底結束，則可以實現一次側電路130的開關S 1的谷底開通。
由上述的公式，可以得以下公式：
由上述公式可知，對於任一輸出功率P o，可以找到幾組不同的（m, I pk）與之對應，並且都是恰好可以實現一次側電路130的開關S 1的谷底開通。
同樣由上述公式可知，對一輸出功率P o，與之對應的幾組不同的(m, I pk)有以下關係：m越小I pk也越小。
如第2B圖所繪示，對於不同的輸出功率P o1、P o2、P o3、…、P oN，存在對應的（m 1，I pk1）、（m 2，I pk2）、（m 3，I pk3）…, （m N，I pkN），使得I pk1、I pk2、I pk3…I pkN的大小比較接近。由此可以設定一個帶狀範圍以涵蓋I pk1、I pk2、I pk3… I pkN。透過將峰值電流I pk限定在一個帶狀範圍內，不需要一次側電路130的峰值電流I pk隨輸出功率P o的降低而降低，可以達到較佳的降頻效果，並且可以在全負載範圍內實現谷底開通。
需要說明的是，上述m不必是連續整數的增加或減少，但相鄰m值需滿足以下公式： 其中m 1與m 2為相鄰的m值。A為峰值電流 下限值，B為峰值電流 上限值。
結合上述公式，可以得到以下公式：
由於峰值電流I pk與反饋電壓值V FB成正比，因而通過控制反饋電壓值V FB在一個帶狀範圍內就可以控制峰值電流I pk在如第2B圖所示之帶狀範圍內。在部分實施例中，控制電路170由二次側電路150取得反饋電壓值V FB。當一次側電路130的電流值I p達到反饋電壓值V FB對應的電流設定值時，控制電路170輸出關斷信號至開關S 1以關斷開關S 1，當反饋電壓值V FB超出電壓值閾值範圍時，控制電路170調整開關S 1的斷續時間，以使反饋電壓值V FB重新回到反饋電壓值V FB的閾值範圍內，並依據斷續時間輸出結束信號。控制電路170依據結束信號及谷底開通信號以輸出開通信號至開關S 1以開啟開關S 1。
在部分實施例中，當反饋電壓值V FB大於電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H時，控制電路170提高開關S 1的開關頻率f s。當反饋電壓值V FB小於該電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L時，控制電路170降低開關S 1的開關頻率f s。
在部分實施例中，當反饋電壓值V FB大於電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H時，控制電路170減小斷續時間。當反饋電壓值小於電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L時，控制電路170增大該斷續時間。
請參閱第3圖。第3圖為根據本揭示內容部分實施例繪示如第1圖所示之變換裝置100的控制電路170的示意圖。如第3圖所繪示，控制電路170包含關斷控制單元172、斷續時間控制單元174、檢測單元176以及開通控制單元178。如第3圖所繪示的控制電路170僅作為例示，本案不以此為限。
在操作關係上，請一併參閱第1圖與第3圖，關斷控制單元172接收一次側電路130的電流值I p。當一次側電路130的電流值I p相等於反饋電壓值V FB對應的電流設定值時，關斷控制單元172輸出關斷信號S_OFF至開關S 1以關斷開關S 1。
斷續時間控制單元174接收反饋電壓值V FB，依據反饋電壓值V FB以及電壓值閾值範圍調整斷續時間，並依據斷續時間輸出結束信號S_END。
請參閱第4圖。第4圖為根據本揭示內容部分實施例繪示如第3圖所示之斷續時間控制單元174的示意圖。如第4圖所繪示，斷續時間控制單元174包含比較單元174a、斷續時間調整單元174b以及斷續時間計時單元174c。斷續時間調整單元174b更包含斷續時間調整單元174b1以及斷續時間調整單元174b2。如第4圖所繪示的斷續時間控制單元174僅作為例示，本案不以此為限。
在操作關係上，比較單元174a用以判斷反饋電壓值V FB是否超出電壓值閾值範圍，並於反饋電壓值V FB超出電壓值閾值範圍時，傳送比較信號S_COM至斷續時間調整單元174b。斷續時間調整單元174b用以接收比較信號S_COM，並依據比較信號S_COM調整斷續時間，並傳送斷續控制信號S_T至斷續時間計時單元174c。斷續時間計時單元174c用以依據斷續控制信號S_T控制斷續時間，並輸出結束信號S_END。
在部分實施例中，當反饋電壓值V FB大於電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H時，斷續時間調整子單元174b1減少一個單位時間值（時間值）Δt以調整斷續時間。當反饋電壓值V FB小於電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L時，斷續時間調整子單元174b2增加一個單位時間值（時間值）Δt以調整斷續時間。
在部分實施例中，當反饋電壓值V FB大於電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H時，斷續時間調整子單元174b1增加谷底數量值以調整斷續時間。當反饋電壓值V FB小於電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L時，斷續時間調整子單元174b2減少谷底數量值以調整斷續時間。
請回頭參閱第3圖。檢測單元176用以檢測開關S 1的D極和S極之間的電壓V DS的谷底時刻及／或零電位時刻，並於一谷底時刻及／或一零電位時刻傳送谷底開通信號S_DET至開通控制單元178。
開通控制單元178用以依據結束信號S_END及谷底開通信號S_DET以輸出開通信號S_ON至開關S 1以開啟開關S 1。在部分實施例中，開通控制單元178更用以於接收到結束信號S_END後之第一個谷底時刻的發生時刻開通開關S 1。
請參閱第5圖。第5圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的峰值電流I pk對輸出功率P o的關係圖500。第5圖所繪示的曲線X0至XM表示在不同的m值之下的峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線。
假定電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L對應的電流下限值I PK_L為2.292安培，且電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H對應的電流上限值I PK_H為2.75安培。當輸出功率Po由滿載Pmax開始下降時，此時m=0，代表一次側電路130的開關S1在第一谷底開通，隨著輸出功率P o的降低，一次側電路130的開關S 1保持在第一谷底開通，峰值電流I pk逐漸降低，而開關頻率f s逐漸升高。此時，峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線為曲線X0。
當峰值電流I pk下降至低於電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L所對應的電流值時，控制電路170控制開關S 1跳轉到m=1，也就是控制電路170控制使一次側電路130的開關S 1在第二谷底開通。此時，開關頻率f s相較於m=0時有一個階躍降低，隨著輸出功率P o的降低，一次側電路130的開關S 1保持在第二谷底開通，因此峰值電流I pk逐漸降低，而開關頻率f s逐漸升高。此時，峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線為曲X1。
當峰值電流I pk下降至低於電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L所對應的電流值時，控制電路170控制開關S 1跳轉到m=2，也就是控制電路170控制使一次側電路130的開關S 1在第三谷底開通。此時，峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線為曲線X2。依此類推，開關頻率f s逐漸調整，直至開關頻率f s降低到一設定值，例如控制電路170控制開關S 1跳轉到m=N，此時，峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線為曲線XM。
請參閱第6圖。第6圖係依據第5圖的關係圖所繪示的峰值電流I pk對輸出功率P o的關係圖600。如第6圖所示，本案的變換裝置100可有效的將峰值電流I pk控制在電壓值閾值範圍所對應的電流值的範圍內。
請參閱第7圖。第7圖係依據第5圖的關係圖所繪示的輸出功率P o對開關頻率f s的關係圖700。如第7圖所示，開關頻率f s隨輸出功率P o的降低而分段降低，並整體形成線性下降趨勢。
請參閱第8圖。第8圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的峰值電流I pk對輸出功率P o的關係圖800。第8圖所繪示的曲線X0至XM表示在不同的m值之下的峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線。
假定電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L對應的電流下限值I PK_L為2.292安培，且電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H對應的電流上限值I PK_H為2.75安培。當輸出功率P o由輕載開始增大時，此時m=M，代表一次側電路130的開關S 1在第M-1谷底開通。隨著輸出功率P o的升高，一次側電路130的開關S1保持在第M-1谷底開通。峰值電流I pk逐漸升高，而開關頻率f s逐漸降低。此時，峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線為曲線XM。
當峰值電流I pk上升至高於電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H所對應的電流值時，控制電路170控制開關S1跳轉到m=M-1，也就是控制電路170控制使一次側電路130的開關S 1在第M-2谷底開通，此時開關頻率f s相較於m=M時有一個階躍升高，隨著輸出功率P o的升高，一次側電路130的開關S 1保持在第M-2谷底開通，因此峰值電流I pk逐漸升高，而開關頻率f s逐漸降低。此時，峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線為曲XM-1。
當峰值電流I pk上升至高於電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H所對應的電流值時，控制電路170控制開關S 1跳轉到m=M-2，也就是控制電路170控制使一次側電路130的開關S1在第M-3谷底開通。此時，峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線為曲線XM-2。依此類推，開關頻率f s逐漸調整，直至開關頻率f s升高到一設定值，例如控制電路170控制開關S 1跳轉到m=1，此時，峰值電流I pk對輸出功率P o的關係曲線為曲線X0，且輸出功率P o達到滿載Pmax。
請參閱第9圖。第9圖係依據第8圖的關係圖所繪示的峰值電流I pk對輸出功率P o的關係圖900。如第9圖所示，本案的變換裝置100可有效的將峰值電流I pk控制在電壓值閾值範圍所對應的電流值的範圍內。
請參閱第10圖。第10圖係依據第8圖的關係圖所繪示的輸出功率P o對開關頻率f s的關係圖1000。如第10圖所示，開關頻率f s隨輸出功率P o的升高而分段升高，並整體形成線性上升趨勢。
由第7圖以及第10圖可以看出，本案的方法近似實現了開關頻率f s隨輸出功率P o的降低而線性降低，達到了較佳的降頻效果，同時還保證了一次側電路130的開關S 1的零電壓開通。
請參閱第11圖。第11圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的控制方法1100的流程圖。為方便及清楚說明起見，下述控制方法1100是配合第1圖、第3圖以及第4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。如第11圖所繪示，控制方法1100包含步驟S1130、S1150以及S1170。
為使控制方法1100易於說明與理解。請一併參閱第1圖與第11圖。
請一併參閱第1圖、第3圖以及第11圖。在步驟S1130中，當一次側電路130的電流值I p達到電流設定值時，由控制電路170輸出關斷信號S_OFF至一次側電路130的開關S 1以關斷開關S 1。舉例來說，在部分實施例中，電壓值閾值範圍包含電壓上限值V FB_H與電壓下限值V FB_L。電流設定值為與電壓上限值V FB_H對應的電流值或與電壓下限值V FB_L對應的電流值。當一次側電路130的電流值I p達到電壓上限值V FB_H對應的電流值或電壓下限值V FB_L對應的電流值時，由控制電路170輸出關斷信號S_OFF至一次側電路130的開關S 1以關斷開關S 1。在部分其他實施例中，當一次側電路130的電流值I p達到電壓上限值V FB_H對應的電流值或電壓下限值V FB_L對應的電流值時，由如第3圖所繪示之關斷控制單元172輸出關斷信號S_OFF至一次側電路130的開關S 1以關斷開關S 1。
在步驟S1150中，當反饋電壓值V FB超出電壓值閾值範圍時，由控制電路170調整開關S 1的斷續時間，以使反饋電壓值V FB重新回到反饋電壓值V FB的閾值範圍內，並依據斷續時間輸出結束信號S_END。舉例來說，在部分實施例中，當反饋電壓值V FB大於電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H時，由控制電路170減小斷續時間。當反饋電壓值V FB小於電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L時，由控制電路170增大斷續時間。接著，控制電路170依據斷續時間輸出結束信號S_END。
請參閱步驟S1150，再舉例來說，在部分實施例中，當反饋電壓值V FB大於電壓值閾值範圍的電壓上限值V FB_H時，由控制電路170提高開關S 1的開關頻率f s以減小斷續時間。當反饋電壓值V FB小於電壓值閾值範圍的電壓下限值V FB_L時，由控制電路170降低開關S 1的開關頻率f s以增大斷續時間。接著，控制電路170依據斷續時間輸出結束信號S_END。
於步驟S1150中，請一併參閱第1圖、第3圖、第4圖以及第11圖。在部分實施例中，如第4圖所繪示的比較單元174a判斷反饋電壓值V FB是否超出電壓值閾值範圍，並於反饋電壓值V FB超出電壓值閾值範圍時，傳送比較信號S_COM至斷續時間調整單元174b。斷續時間調整單元174b接收比較信號S_COM，並依據比較信號S_COM調整斷續時間，並傳送斷續控制信號S_T至斷續時間計時單元174c。斷續時間計時單元174c依據斷續控制信號S_T控制斷續時間，並輸出結束信號S_END。
在步驟S1170中，由控制電路170依據結束信號S_END及谷底開通信號S_T以輸出開通信號S_ON至開關S 1以開啟開關S 1。在部分實施例中，是由如第3圖所繪示的開通控制單元178依據結束信號S_END及谷底開通信號S_T以輸出開通信號S_ON至開關S 1以開啟開關S 1。在部分實施例中，如第3圖所繪示的開通控制單元178更用以於接收到結束信號S_END後的第一個谷底發生時刻開通開關S 1。再舉例來說，假設控制電路170控制開關S 1跳轉至m=M-1，此時，控制電路170依據結束信號S_END及谷底開通信號S_T輸出開通信號S_ON至開關S 1，以控制使一次側電路130的開關S 1在第M-2谷底開通。
於步驟S1170中，請一併參閱第1圖、第3圖以及第11圖。在部分實施例中，結束信號S_END是由斷續時間控制單元174傳送至開通控制單元178。在部分實施例中，檢測單元176檢測開關S 1的D極和S極之間的電壓V DS的谷底時刻及／或零電位時刻，並於一谷底時刻及／或一零電位時刻傳送谷底開通信號S_DET至開通控制單元178。
綜上所述，在本案的各個實施例中，透過調整斷續時間以控制開關S 1的開關頻率f s，並於一次側電路130的電流值I p達到反饋電壓值V FB對應的電流設定值時，將一次側電路130的開關S 1關斷，以將峰值電流I pk限定在一個帶狀範圍內。本案的各個實施例中，不需要一次側電路130的峰值電流隨輸出功率P o的降低而降低，可以達到較佳的降頻效果，並且可以在全負載範圍內實現谷底開通。
所屬技術領域具有通常知識者可直接瞭解此控制方法1100如何基於上述實施例中的變換裝置100以執行該等操作及功能，故不再此贅述。
此外，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‧‧‧變換裝置
110‧‧‧變壓器
130‧‧‧ ㄧ次側電路
150‧‧‧二次側電路
132‧‧‧箝位電路
170‧‧‧控制電路
Vin‧‧‧輸入電壓
Vo‧‧‧輸出電壓
Rclamp‧‧‧箝位電阻
Cclamp‧‧‧箝位電容
Dclamp‧‧‧二極體
Ip、Is‧‧‧電流
Co‧‧‧輸出電容
RL‧‧‧負載
S1、SR‧‧‧開關
SS1、SSR‧‧‧控制訊號
VDS‧‧‧電壓
CEQ‧‧‧寄生電容
VFB‧‧‧反饋電壓值
m、m1至mN‧‧‧非負整數
Ipk、Ipk1至IpkN‧‧‧峰值電流
Po‧‧‧輸出功率
Pmax‧‧‧滿載
S_OFF、S_END、S_ON、S_DET、S_COM、S_T‧‧‧信號
172‧‧‧關斷控制單元
174‧‧‧斷續時間控制單元
176‧‧‧檢測單元
VFB_H‧‧‧電壓上限值
VFB_L‧‧‧電壓下限值
174a‧‧‧比較單元
174b‧‧‧斷續時間調整單元
174b1、174b2‧‧‧斷續時間調整子單元
174c‧‧‧斷續時間計時單元
178‧‧‧開通控制單元
200、500、800‧‧‧關係圖
600、700、900、1000‧‧‧關係圖
X0至XM‧‧‧曲線
fs‧‧‧開關頻率
1100‧‧‧控制方法
S1130、S1150、S1170‧‧‧步驟
ton‧‧‧開關S1的導通時間
toff‧‧‧開關SR的導通時間
td‧‧‧斷續時間
t0至t5‧‧‧時間點
LN‧‧‧勵磁電感
LK‧‧‧漏感
第1圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換裝置的示意圖。 第2A圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的變換裝置的電壓電流訊號波形圖。 第2B圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的非負整數、輸出功率與峰值電流的關係圖。 第3圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的控制電路的示意圖。 第4圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的斷續時間控制單元的示意圖。 第5圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的峰值電流對輸出功率的關係圖。 第6圖係依據第5圖的關係圖所繪示的峰值電流對輸出功率的關係圖。 第7圖係依據第5圖的關係圖所繪示的輸出功率對開關頻率的關係圖。 第8圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的峰值電流對輸出功率的關係圖。 第9圖係依據第8圖的關係圖所繪示的峰值電流對輸出功率的關係圖。 第10圖係依據第8圖的關係圖所繪示的輸出功率對開關頻率的關係圖。 第11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. 一種變換裝置，包含： 一一次側電路，包含一開關； 一二次側電路； 一變壓器，用以由該一次側電路接收一輸入電壓並經由該二次側電路輸出一輸出電壓至一負載；以及 一控制電路，用以控制使流過該一次側電路的該開關的一電流峰值在全負載範圍內限定在一個帶狀範圍內。
  2. 如請求項1所述的變換裝置，其中當該一次側電路的該開關的該電流峰值達到一電流設定值時，該控制電路輸出一關斷信號至該開關以關斷該開關； 其中當該一次側電路的該開關的該電流峰值超出一電流值閾值範圍時，該控制電路調整該開關的一斷續時間，並依據該斷續時間輸出一結束信號； 其中該控制電路依據該結束信號及一谷底開通信號以輸出一開通信號至該開關以開啟該開關。
  3. 如請求項1所述的變換裝置，其中當該一次側電路的該開關的該電流峰值大於該電流值閾值範圍的一上限值時，該控制電路提高該開關的開關頻率；當該一次側電路的該開關的該電流峰值小於該電流值閾值範圍的一下限值時，該控制電路降低該開關的開關頻率。
  4. 如請求項1所述的變換裝置，其中當該一次側電路的該開關的該電流峰值大於該電流值閾值範圍的一上限值時，該控制電路減小該斷續時間；當該一次側電路的該開關的該電流峰值小於該電流值閾值範圍的一下限值時，該控制電路增大該斷續時間。
  5. 如請求項1所述的變換裝置，其中該控制電路更包含： 一關斷控制單元，當該一次側電路的該電流值相等於該一次側電路的該開關的該電流峰值對應的一電流設定值時，該關斷控制單元輸出該關斷信號至該開關以關斷該開關。
  6. 如請求項1-5任一項所述的變換裝置，該一次側電路的該開關的該電流峰值對應一反饋電壓值，其中該控制電路更包含： 一斷續時間控制單元，用以依據該反饋電壓值以及該電壓值閾值範圍調整該斷續時間，並依據該斷續時間輸出該結束信號；以及 一開通控制單元，用以依據該結束信號及該谷底開通信號以輸出該開通信號至該開關以開啟該開關。
  7. 如請求項6所述的變換裝置，其中該斷續時間控制單元更包含： 一比較單元，用以判斷該反饋電壓值是否超出該電壓值閾值範圍，並於該反饋電壓值超出該電壓值閾值範圍時，傳送一比較信號； 一斷續時間調整單元，用以接收該比較信號，並依據該比較信號調整該斷續時間，傳送一斷續控制信號；以及 一斷續時間計時單元，用以依據該斷續控制信號控制該斷續時間，並輸出該結束信號。
  8. 如請求項7所述的變換裝置，其中該控制電路更包含： 一檢測單元，用以檢測該開關的D極和S極之間的電壓一谷底時刻及／或一零電位時刻，並於該谷底時刻及／或該零電位時刻傳送該谷底開通信號至該開通控制單元。
  9. 如請求項8所述的變換裝置，其中該開通控制單元更用以於接收到該結束信號後的第一個谷底發生時刻開通該開關。
  10. 如請求項7所述的變換裝置，其中當該反饋電壓值大於該電壓值閾值範圍的一電壓上限值時，該斷續時間調整單元減少一時間值以調整該斷續時間；當該反饋電壓值小於該電壓值閾值範圍的一電壓下限值時，該斷續時間調整單元增加一時間值以調整該斷續時間。
  11. 如請求項7所述的變換裝置，其中當該反饋電壓值大於該電壓值閾值範圍的一電壓上限值時，該斷續時間調整單元減小一谷底數量值以調整該斷續時間；當該反饋電壓值小於該電壓值閾值範圍的一電壓下限值時，該斷續時間調整單元增加該谷底數量值以調整該斷續時間。
  12. 一種變換裝置的控制方法，包含： 由一一次側電路接收一輸入電壓並經由一二次側電路輸出一輸出電壓至一負載；以及 由一控制電路控制使流過該一次側電路的一開關的一電流峰值在全負載範圍內限定在一個帶狀範圍內。
  13. 如請求項12所述的控制方法，更包含： 當該一次側電路的該開關的該電流峰值達到一電流設定值時，由該控制電路輸出一關斷信號至該開關以關斷該開關； 當該一次側電路的該開關的該電流峰值超出一電流值閾值範圍時，由該控制電路調整該開關的一斷續時間，並依據該斷續時間輸出一結束信號；以及 由該控制電路依據該結束信號及一谷底開通信號以輸出一開通信號至該開關以開啟該開關。
  14. 如請求項12所述的控制方法，更包含： 當該一次側電路的該開關的該電流峰值大於該電流值閾值範圍的一上限值時，由該控制電路提高該開關的開關頻率；當該一次側電路的該開關的該電流峰值小於該電流值閾值範圍的下限值時，由該控制電路降低該開關的開關頻率。
  15. 如請求項12所述的控制方法，更包含： 當該一次側電路的該開關的該電流峰值大於該電流值閾值範圍的一上限值時，由該控制電路減小該斷續時間；當該一次側電路的該開關的該電流峰值小於該電流值閾值範圍的一下限值時，由該控制電路增大該斷續時間。
  16. 如請求項12所述的控制方法，更包含： 當該一次側電路的該電流值相等於該一次側電路的該開關的該電流峰值對應的一電流設定值時，該關斷控制單元輸出該關斷信號至該開關以關斷該開關。
  17. 如請求項12-16所述的控制方法，其中該一次側電路的該開關的該電流峰值對應一反饋電壓值，更包含： 由一斷續時間控制單元依據該反饋電壓值以及該電壓值閾值範圍調整該斷續時間，並依據該斷續時間輸出該結束信號至一開通控制單元； 由該開通控制單元依據該結束信號及該谷底開通信號以輸出該開通信號至該開關以開啟該開關。
  18. 如請求項17所述的控制方法，更包含： 由一比較單元判斷該反饋電壓值是否超出該電壓值閾值範圍，並於該反饋電壓值超出該電壓值閾值範圍時，傳送一比較信號； 由一斷續時間調整單元以接收該比較信號，並依據該比較信號調整該斷續時間，傳送一斷續控制信號；以及 由一斷續時間計時單元依據該斷續控制信號控制該斷續時間，並輸出該結束信號。
  19. 如請求項18所述的控制方法，更包含： 由一檢測單元檢測該開關的D極和S極之間的電壓的一谷底時刻及／或一零電位時刻，並於該谷底時刻及／或該零電位時刻傳送該谷底開通信號至該開通控制單元。
  20. 如請求項19所述的控制方法，更包含： 由該開通控制單元更用以於接收到該結束信號後的第一個谷底發生時刻開通該開關。
  21. 如請求項18所述的控制方法，更包含： 當該反饋電壓值大於該電壓值閾值範圍的一電壓上限值時，該斷續時間調整單元減小一時間值以調整該斷續時間；當該反饋電壓值小於該電壓值閾值範圍的一電壓下限值時，該斷續時間調整單元增加一時間值以調整該斷續時間。
  22. 如請求項18所述的控制方法，更包含： 當該反饋電壓值大於該電壓值閾值範圍的一電壓上限值時，該斷續時間調整單元減小一谷底數量值以調整該斷續時間；當該反饋電壓值小於該電壓值閾值範圍的一電壓下限值時，該斷續時間調整單元增加該谷底數量值以調整該斷續時間。
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