TWI694264B - 用於估測隔離型諧振轉換器之輸出電流或電壓之方法 - Google Patents

用於估測隔離型諧振轉換器之輸出電流或電壓之方法 Download PDF

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Abstract

一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一具有一輔助繞組與一二次側繞組之變壓器、一串聯電連接於該二次側繞組之第一輸出二極體和一耦接於該輔助繞組之一電壓維持 電路，包含：提供該輸出電壓
Figure 108116807-A0101-11-0001-36
，其中v aux_dh (t)為該電壓 維持電路之一輸出電壓，V F 為該第一輸出二極體之一導通壓降，N s 為一二次側繞組匝數，且N aux 為一輔助繞組匝數。

Description

用於估測隔離型諧振轉換器之輸出電流或電壓之方法
本發明涉及一種用於估測隔離型諧振轉換器之輸出電流或電壓之方法，尤指用於估測隔離型半橋諧振轉換器之輸出電流或電壓之方法以及用於估測隔離型全橋諧振轉換器之輸出電流或電壓之方法。
傳統隔離型諧振轉換器，當其使用二次側迴授控制時，是藉由光耦合器迴授二次側輸出訊號。但是，光耦合器的特性易受環境影響，且有較高的待機損失。而使用二次側迴授控制的傳統隔離型諧振轉換器，通常僅使用電壓控制法，且需要挑選較大之電感值以減少一次側與二次側電流峰值之時間差，進而降低二次側漏感跨壓對於輸出電壓估測的影響。此外，於二次側電流峰值時，二次側漏感上之跨壓為零，然而二極體的導通壓降則未考慮。
相較於上述傳統隔離型諧振轉換器的二次側迴授控制方法，當使用一次側迴授控制方法時，則可省去由光耦合器所組成的迴授電路，進而使得隔離型諧振轉換器的成本與體積得以減少。
基於上述傳統隔離型諧振轉換器的二次側迴授控制方法的缺點，如何提出具有電壓控制與電流控制的一次側迴授控制方法，且使其能適用於不同的應用場合，是一個值得深思之問題。
職是之故，發明人鑒於習知技術之缺失，乃思及改良發明之意念，終能發明出本案之「用於估測隔離型諧振轉換器之輸出電流或電 壓之方法」。
本案之主要目的在於提供一種用於估測隔離型諧振轉換器之輸出電流或電壓之方法，屬於一次側迴授控制方法，可省去由光耦合器所組成的迴授電路，使得隔離型諧振轉換器的成本與體積得以減少，且能適用於不同的應用場合。
本案之又一主要目的在於提供一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一開關切換週期T s 、一包括一具一第一端與一第二端之一次側繞組之變壓器、一電連接於該第一端之諧振電感、一電連接於該第二端與一接地間之電流取樣電阻與一並聯電連接於該電流取樣電阻之積分器，包含：藉由該積分器對該電流取樣電阻上之一跨壓進行積分，以獲得該輸出電流，其中當該隔離型諧振轉換器操作於一SRC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )/V int_t0 -V int_t5 /，當該隔離型諧振轉換器操作於一LLC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )(/V int_t0 -V int_t3 /+(1/2)t de /I Lr_t0 -I Lr_t3 /)，其中t 0 =0，t 3 為該變壓器發生解耦之一時刻，t 5 =T s /2，V int_t0 為t 0 時該積分器之輸出電壓，V int_t3 為t 3 時該積分器之輸出電壓，V int_t5 為t 5 時該積分器之輸出電壓，t de 為自該T s 之一正半週期開始至該變壓器發生解耦之時間，I Lr_t0 為t 0 時流經該諧振電感之電流，I Lr_t3 為t 3 時流經該諧振電感之電流。
本案之另一主要目的在於提供一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一開關切換週期T s 、一包括一具一第一端與一第二端之一次側繞組之變壓器、一並聯電連 接於該一次側繞組之激磁電感、一電連接於該第一端之諧振電感、一電連接於該第二端與一接地間之電流取樣電阻、一電連接於該電流取樣電阻與該接地間之電壓提升電路與積分器，包含：藉由該電壓提升電路使該電流取樣電阻上之一跨壓提升一位準，其中該位準V LS =(1/2)(I Lm_t0 -I Lm_t5 )，I Lm_t0 為t 0 時流經該激磁電感之電流，I Lm_i5 為t 5 時流經該激磁電感之電流；以及藉由該積分器對經提升該位準之該跨壓進行積分，以獲得該輸出電流，其中當該 隔離型諧振轉換器操作於一SRC區間時，該輸出電流
Figure 108116807-A0101-12-0003-32
(I Lm_t0 -I Lm_t5 ))，其中t 0 =0，t 5 =T s /2，i Lr (t)為t時流經該諧振電感之電流，當該隔離 型諧振轉換器操作於一LLC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )(∫
Figure 108116807-A0101-12-0003-33
，其中t 3 為該變壓器發生解耦之一時刻，I Lr_t0 為t 0 時流 經該諧振電感之電流，I Lr_t3 為t 3 時流經該諧振電感之電流，且t de 為自該T s 之一正半週期開始至該變壓器發生解耦之時間。
本案之下一主要目的在於提供一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一具有一輔助繞組與一二次側繞組之變壓器、一串聯電連接於該二次側繞組之第一輸出二極體和一耦接於該輔助繞組之一電壓維持電路，包含：提供該輸出電壓
Figure 108116807-A0101-12-0003-31
，其中v aux_dh (t)為該電壓維持電路之一輸出電壓，V F 為該 第一輸出二極體之一導通壓降，N s 為一二次側繞組匝數，且N aux 為一輔助繞組匝數。
為了讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
1‧‧‧本發明第一較佳實施例之隔離型諧振轉換器/隔離型半橋諧振轉換器
11‧‧‧切換開關組/半橋式切換開關組
12,22‧‧‧微控制器
13‧‧‧膝點電壓偵測電路
131‧‧‧RC延遲電路
132‧‧‧比較器
14‧‧‧電壓維持電路
15‧‧‧變壓器
151‧‧‧一次側繞組
152‧‧‧二次側繞組
153‧‧‧輔助繞組
16‧‧‧分壓電路
17‧‧‧直流電源/第一直流電源
18‧‧‧交流電源
19‧‧‧濾波電路
20‧‧‧橋式整流電路
2‧‧‧本發明第二較佳實施例之隔離型諧振轉換器/隔離型全橋諧振轉換器
21‧‧‧切換開關組/全橋式切換開關組
3‧‧‧本發明第三較佳實施例之隔離型諧振轉換器/隔離型半橋諧振轉換器
31‧‧‧積分器
311‧‧‧運算放大器
4‧‧‧本發明第四較佳實施例之隔離型諧振轉換器/隔離型全橋諧振轉換器
5:本發明第五較佳實施例之隔離型諧振轉換器/隔離型半橋諧振轉換器
51:電壓提升電路
511:第一運算放大器
512:第二直流電源
52:積分器
521:第二運算放大器
6:本發明第六較佳實施例之隔離型諧振轉換器/隔離型全橋諧振轉換器
C31,C51:第一電容
Cdc:輸入電容
Cde:延遲電容
Cf:濾波電容
Co:輸出電容
Cr:諧振電容
Cvh:電壓維持電容
D1-D4:第一至第四整流二極體
Da:負電壓箝制二極體
Do1:第一輸出二極體
Do2:第二輸出二極體
Dvh:電壓維持二極體
Lf:濾波電感
Lm:激磁電感
Lr:諧振電感
R31,R51:第一電阻
R32,R52:第二電阻
R53:第三電阻
R54:第四電阻
R55:第五電阻
R56:第六電阻
Ra:電流限制用電阻
Rcs:電流取樣電阻
Rd1:第一分壓電阻
Rd2:第二分壓電阻
Rde:延遲電阻
Ro:輸出電阻
Rvh:電壓維持電阻
S1-S6:第一至第六切換開關
S51:重置開關
Sa:輔助開關
第一圖(a)：其係顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例之隔離型半橋諧振轉換器之電路示意圖。
第一圖(b)：其係顯示一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器之等效電路示意圖。
第一圖(c)：其係顯示一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器之膝點電壓偵測電路與分壓電路之電路圖。
第一圖(d)：其係顯示當一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器之電壓維持電路與分壓電路之電路圖。
第一圖(e)：其係顯示當一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於SRC區間，其電壓維持電路維持分壓電路之輸出電壓直至輔助開關Sa導通時的波形圖。
第一圖(f)：其係顯示當一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於LLC區間，其電壓維持電路維持分壓電路之輸出電壓直至輔助開關Sa導通時的波形圖。
第二圖：其係顯示一依據本發明構想之第二較佳實施例之隔離型全橋諧振轉換器之電路示意圖。
第三圖(a)：其係顯示一依據本發明構想之第三較佳實施例之隔離型半橋諧振轉換器之電路圖。
第三圖(b)：其係顯示當一如第三圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於SRC區間時之波形圖。
第三圖(c)：其係顯示當一如第三圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於LLC區間時之波形圖。
第四圖：其係顯示一依據本發明構想之第四較佳實施例之隔離型全橋 諧振轉換器之電路圖。
第五圖(a)：其係顯示一依據本發明構想之第五較佳實施例之隔離型半橋諧振轉換器之電路圖。
第五圖(b)：其係顯示當一如第五圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於SRC區間時之波形圖。
第五圖(c)：其係顯示當一如第五圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於LLC區間時之波形圖。
第六圖：其係顯示一依據本發明構想之第六較佳實施例之隔離型全橋諧振轉換器之電路圖。
第一圖(a)是顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例之隔離型半橋諧振轉換器之電路示意圖。在第一圖(a)中，本發明第一較佳實施例之隔離型諧振轉換器1是一隔離型半橋諧振轉換器1，具有包括一第一切換開關S1與一第二切換開關S2之一切換開關組11(其為一半橋式切換開關組11)、一微控制器12、一膝點電壓偵測電路13、一電壓維持電路14、一包括一一次側繞組151、一二次側繞組152與一輔助繞組153之變壓器15、一包括一第一分壓電阻Rd1與一第二分壓電阻Rd2之分壓電路16、一包括一輸入電容Cdc之直流電源17、一交流電源18、一包括一濾波電感Lf與一濾波電容Cf之濾波電路19、一包括一第一至一第四整流二極體D1-D4之橋式整流電路20、一輸出電容Co、一諧振電容Cr、一第一輸出二極體Do1、一第二輸出二極體Do2、一激磁電感Lm、一諧振電感Lr、一電流取樣電阻Rcs與一輸出電阻Ro。
第一圖(b)是顯示一如第一圖所示之隔離型半橋諧振轉換器之等效電路示意圖。在第一圖(b)中，該交流電源18、該濾波電路19與該橋 式整流電路20未顯示，且以虛線表示未導通處；其中，i Lr 是流經諧振電感之電流、i Lm 是流經激磁電感之電流、i TR 是流經變壓器之電流、i s 是二次側電流，i o 是輸出電流，V aux_d 是分壓電路16的輸出電壓，而Vout是輸出電壓。
1.電壓模式控制
為了準確估側輸出電壓，將第一與第二輸出二極體Do1與Do2均等效為導通壓降VF與串聯阻抗RD，並且忽略二次側漏感。輔助繞組153之電壓v aux (t)可由輸出電壓Vout得知，如式(1)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0006-1
 其中，N aux 為一輔助繞組匝數，N s 為一二次側繞組匝數，且V o 為輸出電壓。
由式(1)可整理出輸出電壓如式(2)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0006-3
若於電流i s 為零時取輔助繞組153之電壓值v aux (t)，則串聯阻抗上跨壓之影響可忽略不計，因此輸出電壓可如式(3)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0006-2
第一圖(c)是顯示一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器之膝點電壓偵測電路與分壓電路之電路圖。在第一圖(c)中，該膝點電壓偵測電路13包括一RC延遲電路131、一比較器132、一負電壓箝制二極體Da與一電流限制用電阻Ra。該RC延遲電路131之輸出電壓是v k ，且包括一延遲電阻Rde與一延遲電容Cde。
第一圖(d)是顯示一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器之電壓維持電路與分壓電路之電路圖。在第一圖(d)中，該電壓維持電路14包括一電壓維持二極體Dvh、一電壓維持電阻Rvh、一電壓維持電容Cvh與一輔 助開關Sa，且該輔助開關Sa之跨壓為v aux_dh 。
如第一圖(c)所示，為了偵測電流is為零所發生之時間點，本案採用膝點電壓偵測的概念置於輔助繞組電壓上，藉由RC延遲電路131，使得訊號延遲傳遞至比較器132輸入正端，當比較器132正負輸入端之電壓差(v a-v de)大於比較器132之磁滯電壓時，比較器132之輸出v k 為高電位，以作為微控制器12抓取電壓迴授訊號之觸發源。然而，由於RC延遲電路131的使用，使得微控制器12無法及時於電流i s 為零之時間點被觸發。因此，如第一圖(d)所示，另外採用電壓維持電路14，俾提供微控制器12足夠的時間取值；並於下個切換週期之前透過輔助開關Sa以重置電壓維持電路上之電壓v aux_dh 。而輸出電壓則可改寫如式(4)所示：
Figure 108116807-A0305-02-0009-2
第一圖(e)是顯示當一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於SRC區間，其電壓維持電路維持分壓電路之輸出電壓直至輔助開關Sa導通時之波形圖。其中v gs1 、v gs2 與v gsa 分別是第一切換開關S1、第二切換開關S2與輔助開關Sa的閘極電壓的波形，△v aux 是v aux 的變動值，v aux_d 對應於圖中線段狀波形，而v aux_dh 則對應於圖中點狀波形。
第一圖(f)是顯示當一如第一圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於LLC區間，其電壓維持電路維持分壓電路之輸出電壓直至輔助開關Sa導通時之波形圖。其參數與第一圖(e)中者相同。
第二圖是顯示一依據本發明構想之第二較佳實施例之隔離型全橋諧振轉換器之電路示意圖。在第二圖中，本發明第二較佳實施例之隔離型諧振轉換器2是一隔離型全橋諧振轉換器2，其與第一圖(a)之不同處在於，以包括一第三切換開關S3至一第六切換開關S6之一切換開關組21(其為一全橋式切換開關組21)與一微控制器22取代第一圖(a)中之該切換開關組 11與該微控制器12。
2.電流模式控制
由第一圖(b)可知，二次側電流i s 為流經諧振電感之電流i Lr 與流經激磁電感之電流i Lm 之差值經由變壓器15傳遞至二次側，如式(5)所示：
Figure 108116807-A0305-02-0010-7
n為一次側與二次側之匝數比。由於電路之工作原理於正負半週期為對稱，因此輸出電流可計算為二次側電流於半週期之平均值，如式(6)所示：
Figure 108116807-A0305-02-0010-8
第三圖(a)是顯示一依據本發明構想之第三較佳實施例之隔離型半橋諧振轉換器之電路圖。在第三圖(a)中，本發明第三較佳實施例之隔離型諧振轉換器3是一隔離型半橋諧振轉換器3，其一次側繞組151右側之電路的結構以及微控制器12與第一圖(a)中一致，故予省略。第三圖(a)並未包括第一圖(a)中之該膝點電壓偵測電路13與該電壓維持電路14，但包括一積分電路31。該積分電路31電連接於該一次側繞組151之一第二端與該電流取樣電阻Rcs，且包括一運算放大器311、一第一電容C31、一第一電阻R31與一第二電阻R32。該積分電路31的輸出電壓為v int 。根據式(6)之計算，本案採用如第三圖(a)所示之積分器31對電流取樣電阻Rcs上之電壓v cs (v iLr )進行積分運算，並藉由微控制器12(未顯示)估算輸出電流Io。
第三圖(b)是顯示當一如第三圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於SRC區間時之波形圖。i Do1 是第一輸出二極體電流波形，分佈於圖形之左上側與右下側橫軸處。i Do2 是第二輸出二極體電流波形，分佈於圖形之右上側與左下側橫軸處。v int 則顯示積分電路31的輸出電壓波形。i Lr 對應於圖中線段狀波形，而i Lm 則對應於圖中點狀波形。輸出電流可整理如式(7)所 示：
Figure 108116807-A0101-12-0009-7
由於流經激磁電感之電流的斜率於正半週期為線性上升，又因為正負半週之動作原理為對稱，因此I Lr_t0與I Lr_t5之絕對值為相等，如式(8)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0009-8
而積分器的計算結果如式(9)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0009-9
將式(8)代入式(9)，並根據式(7)之推論，輸出電流可得證如式(10)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0009-10
第三圖(c)是顯示當一如第三圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於LLC區間時之波形圖，其參數與第三圖(b)中相同。由於變壓器解耦時，能量並不會經由變壓器傳遞至二次側，因此輸出電流可整理如式(11)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0009-11
而積分器的計算結果如式(12)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0009-12
將式(12)代入式(11)，然而因為流經激磁電感之電流的斜率於正半週期內並非一致，使得I Lr_t0與I Lr_t3之絕對值不相等，亦即面積A+B≠D，於是輸出電流可整理如式(13)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0009-13
而面積A+B-D可計算如式(14)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0010-15
其中以a與d表示I Lr_t0與I Lr_t3之絕對值，而t de為正半週期始至變壓器解耦之時間，則輸出電流可得知如式(15)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0010-16
第四圖是顯示一依據本發明構想之第四較佳實施例之隔離型全橋諧振轉換器之電路圖。本發明第四較佳實施例之隔離型諧振轉換器4是一隔離型全橋諧振轉換器4，其與第三圖(a)之不同處在於，以一切換開關組21取代第三圖(a)中之切換開關組11(另以一未顯示之微控制器22取代第三圖(a)中未顯示之該微控制器12)。
第五圖(a)是顯示一依據本發明構想之第五較佳實施例之隔離型半橋諧振轉換器之電路圖。在第五圖(a)中，本發明第五較佳實施例之隔離型諧振轉換器5是一隔離型半橋諧振轉換器5。該隔離型半橋諧振轉換器5與第三圖(a)中該隔離型半橋諧振轉換器3的不同處在於該積分器31被一電壓提升電路51與一積分器52所取代。其中該直流電源17是一第一直流電源17，該電壓提升電路51包括一第一運算放大器511、一第二直流電源512、一第一電阻R51、一第二電阻R52、一第三電阻R53與一第四電阻R54。該積分器52電連接於該電壓提升電路51，且包括一第二運算放大器521、一第五電阻R55、一第六電阻R56、一第一電容C51與一重置開關S51。
本案之另外一種輸出電流的估算方式為將諧振電流流經電流取樣電阻Rcs上之跨壓v iLr 抬升一位準，該位準的目的是為使該跨壓皆大於零，並經由積分器52作計算，然而為了防止積分器52達到飽和，因此於積分 器52上並聯一重置開關S51，使得積分器52的結果於每個切換週期內得以重置，如第五圖(a)所示。
第五圖(b)是顯示當一如第五圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於SRC區間時之波形圖。其各項參數中V LS 是第二直流電源之跨壓(或該抬升之位准)，其餘參數與第三圖(b)中相同。輸出電流如式(16)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0011-17
藉由積分器計算之結果如式(17)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0011-18
而面積B之平均值為電壓抬升之位準V LS，因此輸出電流如式(18)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0011-19
第五圖(c)是顯示當一如第五圖(a)所示之隔離型半橋諧振轉換器操作於LLC區間時之波形圖。其參數與第三圖(c)中相同。輸出電流如式(19)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0011-20
藉由積分器52計算之結果如式(20)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0011-21
於半個切換週期，由於變壓器解耦，因此流經激磁電感之電流的斜率並非一致，故面積B之計算如式(21)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0011-22
而輸出電流可整理如式(22)所示：
Figure 108116807-A0101-12-0011-23
第六圖是顯示一依據本發明構想之第六較佳實施例之隔離 型全橋諧振轉換器之電路圖。本發明第六較佳實施例之隔離型諧振轉換器6是一隔離型全橋諧振轉換器6，其與第五圖(a)之不同處在於，以一切換開關組21取代第五圖(a)中之切換開關組11(另以一未顯示之微控制器22取代第五圖(a)中未顯示之該微控制器12)。
實施例：
1.一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一開關切換週期T s 、一包括一具一第一端與一第二端之一次側繞組之變壓器、一電連接於該第一端之諧振電感、一電連接於該第二端與一接地間之電流取樣電阻與一並聯電連接於該電流取樣電阻之積分器，包含：藉由該積分器對該電流取樣電阻上之一跨壓進行積分，以獲得該輸出電流，其中當該隔離型諧振轉換器操作於一SRC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )/V int_t0 -V int_t5 /，當該隔離型諧振轉換器操作於一LLC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )(/V int_t0 -V int_t3 /+(1/2)t de /I Lr_t0 -I Lr_t3 /)，其中t 0 =0，t 3 為該變壓器發生解耦之一時刻，t 5 =T s /2，V int_t0 為t 0 時該積分器之輸出電壓，V int_t3 為t 3 時該積分器之輸出電壓，V int_t5 為t 5 時該積分器之輸出電壓，t de 為自該T s 之一正半週期開始至該變壓器發生解耦之時間，I Lr_t0 為t 0 時流經該諧振電感之電流，I Lr_t3 為t 3 時流經該諧振電感之電流。
2.根據實施例1所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一直流電源、一並聯電連接於該直流電源之切換開關組與一電連接於該切換開關組與該諧振電感之一諧振電容，該積分器包括一具一正輸入端、一負輸入端與一輸出端之運 算放大器、一第一電阻、一第二電阻與一第一電容，該第一電阻電連接於該第二端與該負輸入端間，該正輸入端電連接於該接地，該第二電阻並聯電連接於該負輸入端與該輸出端，且該第一電容並聯電連接於該第二電阻，其中該隔離型諧振轉換器為一隔離型半橋諧振轉換器或一隔離型全橋諧振轉換器，該隔離型半橋諧振轉換器之該切換開關組為一半橋式切換開關組，且該隔離型全橋諧振轉換器之該切換開關組為一全橋式切換開關組。
3.一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一開關切換週期T s 、一包括一具一第一端與一第二端之一次側繞組之變壓器、一並聯電連接於該一次側繞組之激磁電感、一電連接於該第一端之諧振電感、一電連接於該第二端與一接地間之電流取樣電阻、一電連接於該電流取樣電阻與該接地間之電壓提升電路與積分器，包含：藉由該電壓提升電路使該電流取樣電阻上之一跨壓提升一位準，其中該位準V LS =(1/2)(I Lm_t0 -I Lm_t5 )，I Lm_t0 為t 0 時流經該激磁電感之電流，I Lm_t5 為t 5 時流經該激磁電感之電流；以及藉由該積分器對經提升該位準之該跨壓進行積分，以獲得該輸出電流，其中當該隔離型諧振轉換器操作於一SRC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )(∫
Figure 108116807-A0101-12-0013-24
，其中t 0 =0，t 5 =T s /2，I Lr (t)為t時流經該諧振電感之電 流，當該隔離型諧振轉換器操作於一LLC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )(∫
Figure 108116807-A0101-12-0013-25
，其中t 3 為該變壓器發生解耦之一時刻，I Lr_t0 為t 0 時 流經該諧振電感之電流，I Lr_t3 為t 3 時流經該諧振電感之電流，且t de 為自該T s 之一正半週期開始至該變壓器發生解耦之時間。
4.根據實施例3所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一第一直流電源、一並聯電連接於該第一直流電源之切換開關組與一電連接於該切換開關組與該諧振電感間之諧振電容，該電壓提升電路包括一具一第一正輸入端、一第一負輸入端與一第一輸出端之第一運算放大器、一第二直流電源與一第一電阻至一第四電阻，該第一電阻電連接於該第二端與該第一正輸入端間，該第二電阻電連接於該第二直流電源的一端與該第一正輸入端間，該第二直流電源的另一端接地，該第三電阻電連接於該接地與該第一負輸入端間，該第四電阻電連接於該第一輸出端與該第一負輸入端間，該積分器包括一具一第二正輸入端、一第二負輸入端與一第二輸出端之第二運算放大器、一第五電阻、一第六電阻、一第一電容與一重置開關，該第五電阻電連接於該第二負輸入端與該第一輸出端間，該第二正輸入端電連接於該接地，該第六電阻電連接於該第二負輸入端與該第二輸出端間，該第一電容並聯電連接於該第六電阻，該重置開關並聯電連接於該第一電容，且該重置開關是用於使該積分器之一積分結果於每個切換週期內得以被重置，其中該隔離型諧振轉換器為一隔離型半橋諧振轉換器或一隔離型全橋諧振轉換器，該隔離型半橋諧振轉換器之該切換開關組為一半橋式切換開關組，且該隔離型全橋諧振轉換器之該切換開關組為一全橋式切換開關組。
5.一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一具有一輔助繞組與一二次側繞組之變壓器、一串聯電連接於該二次側繞組之第一輸出二極體和一耦接於該輔助繞組之一電壓維持電路，包含： 提供該輸出電壓
Figure 108116807-A0101-12-0015-26
，其中v aux_dh (t)為該電壓維持電路之 一輸出電壓，V F 為該第一輸出二極體之一導通壓降，N s 為一二次側繞組匝數，且N aux 為一輔助繞組匝數。
6.根據實施例5所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一具一第一端與一第二端之一次側繞組、一並聯電連接於該一次側繞組之激磁電感、一第一直流電源、一並聯電連接於該第一直流電源之切換開關組、一電連接於該第一端之諧振電感、一電連接於該切換開關組與該諧振電感之諧振電容、一電連接於該第二端與一接地間之電流取樣電阻與一並聯電連接於該輔助繞組且具一第一輸出端之分壓電路，該電壓維持電路並聯電連接於該分壓電路且包括一具一陽極與一陰極之電壓維持二極體、一電壓維持電阻、一電壓維持電容與一輔助開關，該陽極電連接於該第一輸出端，該電壓維持電阻電連接該陰極與一接地，該電壓維持電容並聯電連接於該電壓維持電阻，該輔助開關並聯電連接於該電壓維持電容，該輔助開關是用以在下個切換週期之前重置該電壓維持電路上之一電壓，其中該隔離型諧振轉換器為一隔離型半橋諧振轉換器或一隔離型全橋諧振轉換器，該隔離型半橋諧振轉換器之該切換開關組為一半橋式切換開關組，且該隔離型全橋諧振轉換器之該切換開關組為一全橋式切換開關組。
7.根據實施例5或6所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一膝點電壓偵測電路與一微控制器，該膝點電壓偵測電路包括一電流限制用電阻、一具一陽極與一陰極之負電壓箝制二極體、一RC延遲電路和具一正輸入端、一負輸入 端與一第二輸出端之比較器，該RC延遲電路包括一延遲電阻與一延遲電容，該電流限制用電阻電連接於該第一輸出端與該負輸入端，該陰極電連接於該負輸入端，該陽極電連接於一接地，該延遲電阻電連接於該陰極與該正輸入端，該延遲電容電連接於該正輸入端與該接地，該第二輸出端電連接於該微控制器，藉由該RC延遲電路使得該第一輸出端之一第一輸出訊號延遲傳遞至該正輸入端，當該比較器之該正輸入端與該負輸入端間之一電壓差大於該比較器之一磁滯電壓時，則該比較器之一第二輸出訊號為一高電位，且該第二輸出訊號被用為該微控制器抓取該隔離型諧振轉換器之一電壓迴授訊號之一觸發源，並藉由該電壓維持電路維持其輸出電壓v aux_dh (t)於一既定水準直至該輔助開關導通，俾使該微控制器有足夠的時間取得當該隔離型諧振轉換器之一二次側電流為零之時的該輔助繞組的一電壓值。
8.根據以上任一實施例所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該微控制器接收該電壓維持電路之該輸出電壓與該第二輸出訊號以估測當該隔離型諧振轉換器之該二次側電流為零之時的該輔助繞組的該電壓值，並進而估測該隔離型諧振轉換器之該輸出電壓。
9.根據以上任一實施例所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一交流電源、一濾波電路與一橋式整流電路，該濾波電路並聯電連接於該交流電源，該橋式整流電路並聯電連接於該濾波電路，該直流電源並聯電連接於該橋式整流電路，且該直流電源為一具有一第一端與一第二端之輸入電容，該半橋式切換開關組包括各具有一第一端、一第二端與一控制端之一第一與一第 二切換開關，該第一切換開關之該第一端電連接於該輸入電容之該第一端，該第一切換開關之該第二端電連接於該第二切換開關之該第一端與該諧振電容，該第二切換開關之該第二端電連接於該輸入電容之該第二端與該接地，且該第一與該第二切換開關之該控制端電連接於該微控制器，該全橋式切換開關組包括各具有一第一端、一第二端與一控制端之一第三至一第六切換開關，該第三切換開關之該第一端電連接於該輸入電容之該第一端，該第三切換開關之該第二端電連接於該第四切換開關之該第一端與該電流取樣電阻，該第四切換開關之該第二端電連接於該輸入電容之該第二端與該接地，該第五切換開關之該第一端電連接於該輸入電容之該第一端，該第五切換開關之該第二端電連接於該諧振電容與該第六切換開關之該第一端，該第六切換開關之該第二端電連接於該接地，且該第三至該第六切換開關之該控制端電連接於該微控制器。
10.根據以上任一實施例所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一第二輸出二極體、一輸出電容與一輸出電阻，該二次側繞組具有一第一端、一第二端與一中央抽頭，該第一與該第二輸出二極體各具有一陽極與一陰極，該第一輸出二極體之該陽極電連接於該二次側繞組之該第一端，該第一輸出二極體之該陰極電連接於該第二輸出二極體之該陰極，該第二輸出二極體之該陽極電連接於該二次側繞組之該第二端，該輸出電容電連接於該第一輸出二極體之該陰極與該中央抽頭，該輸出電阻並聯電連接於該輸出電容，該中央抽頭電連接於一接地，且該輸出電阻之一跨壓為該輸出電壓。
綜上所述，本發明提供一種用於估測隔離型諧振轉換器之輸 出電流或電壓之方法，屬於一次側迴授控制方法，可省去由光耦合器所組成的迴授電路，使得隔離型諧振轉換器的成本與體積得以減少，且能適用於不同的應用場合，故具有新穎性與進步性。
是以，縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
1‧‧‧本發明第一較佳實施例之隔離型諧振轉換器/隔離型半橋諧振轉換器
11‧‧‧切換開關組/半橋式切換開關組
12‧‧‧微控制器
13‧‧‧膝點電壓偵測電路
14‧‧‧電壓維持電路
15‧‧‧變壓器
151‧‧‧一次側繞組
152‧‧‧二次側繞組
153‧‧‧輔助繞組
16‧‧‧分壓電路
17‧‧‧直流電源/第一直流電源
18‧‧‧交流電源
19‧‧‧濾波電路
20‧‧‧橋式整流電路
Cdc‧‧‧輸入電容
Cf‧‧‧濾波電容
Co‧‧‧輸出電容
Cr‧‧‧諧振電容
D1-D4‧‧‧第一至第四整流二極體
Do1‧‧‧第一輸出二極體
Do2‧‧‧第二輸出二極體
Lf‧‧‧濾波電感
Lm‧‧‧激磁電感
Lr‧‧‧諧振電感
Rcs‧‧‧電流取樣電阻
Rd1‧‧‧第一分壓電阻
Rd2‧‧‧第二分壓電阻
Ro‧‧‧輸出電阻
S1-S2‧‧‧第一與第二切換開關

Claims (10)

  1. 一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一開關切換週期T s 、一包括一具一第一端與一第二端之一次側繞組之變壓器、一電連接於該第一端之諧振電感、一電連接於該第二端與一接地間之電流取樣電阻、一第一與一第二輸出端、一並聯電連接於該第一與該第二輸出端之輸出電阻R O 與一並聯電連接於該電流取樣電阻之積分器，包含：藉由該積分器對該電流取樣電阻上之一跨壓進行積分，以獲得該輸出電流，其中當該隔離型諧振轉換器操作於一SRC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )|V int_t0 -V int_t5 |，當該隔離型諧振轉換器操作於一LLC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )(|V int_t0 -V int_t3 |+(1/2)t de |I Lr_t0 -I Lr_t3 |)，其中t 0 =0，t 3 為該變壓器發生解耦之一時刻，t 5 =T s /2，V int_t0 為t 0 時該積分器之輸出電壓，V int_t3 為t 3 時該積分器之輸出電壓，V int_t5 為t 5 時該積分器之輸出電壓，t de 為自該T s 之一正半週期開始至該變壓器發生解耦之時間，I Lr_t0 為t 0 時流經該諧振電感之電流，I Lr_t3 為t 3 時流經該諧振電感之電流，且V O =I O* R O ，其中V O 為該隔離型諧振轉換器之一輸出電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一直流電源、一並聯電連接於該直流電源之切換開關組與一電連接於該切換開關組與該諧振電感之一諧振電容，該積分器包括一具一正輸入端、一負輸入端與一輸出端之運算放大器、一第一電阻、一第二電阻與一第一電容，該第一電阻電連接於該第二端與該負輸入端間，該正輸入端電連接於該接地，該第二電阻並聯電連 接於該負輸入端與該輸出端，且該第一電容並聯電連接於該第二電阻，其中該隔離型諧振轉換器為一隔離型半橋諧振轉換器或一隔離型全橋諧振轉換器，該隔離型半橋諧振轉換器之該切換開關組為一半橋式切換開關組，且該隔離型全橋諧振轉換器之該切換開關組為一全橋式切換開關組。
  3. 一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一開關切換週期T s 、一包括一具一第一端與一第二端之一次側繞組之變壓器、一並聯電連接於該一次側繞組之激磁電感、一電連接於該第一端之諧振電感、一電連接於該第二端與一接地間之電流取樣電阻、一電連接於該電流取樣電阻與該接地間之電壓提升電路、一第一與一第二輸出端、一並聯電連接於該第一與該第二輸出端之輸出電阻R0與一積分器，包含：藉由該電壓提升電路使該電流取樣電阻上之一跨壓提升一位準，其中該位準V LS =(1/2)(I Lm_t0 -I Lm_t5 )，I Lm_t0 為t 0 時流經該激磁電感之電流，I Lm_t5 為t 5 時流經該激磁電感之電流；以及藉由該積分器對經提升該位準之該跨壓進行積分，以獲得該輸出電流，其中當該隔離型諧振轉換器操作於一SRC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )(∫ 0 t5 i Lr (t)dt-(1/2)(I Lm_t0 -I Lm_t5 ))，其中t 0 =0，t 5 =T s /2，i Lr (t)為t時流經該諧振電感之電流，當該隔離型諧振轉換器操作於一LLC區間時，該輸出電流I o =(2/T s )(∫ 0 t3 i Lr (t)dt-(1/2)(I Lr_t0 +I Lr_t3 )t de )，其中t 3 為該變壓器發生解耦之一時刻，I Lr_t0 為t 0 時流經該諧振電感之電流，I Lr_t3 為t 3 時流經該諧振電感之電流，t de 為自該T s 之一正半週期開始至該變壓器發生解耦之時間，且V O =I O* R O ，其中V O 為該隔離型諧振轉換器之一輸出電壓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電流之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一第一直流電源、一並聯電連接於該第一直流電源之切換開關組與一電連接於該切換開關組與該諧振電感間之諧振電容，該電壓提升電路包括一具一第一正輸入端、一第一負輸入端與一第一輸出端之第一運算放大器、一第二直流電源與一第一電阻至一第四電阻，該第一電阻電連接於該第二端與該第一正輸入端間，該第二電阻電連接於該第二直流電源的一端與該第一正輸入端間，該第二直流電源的另一端接地，該第三電阻電連接於該接地與該第一負輸入端間，該第四電阻電連接於該第一輸出端與該第一負輸入端間，該積分器包括一具一第二正輸入端、一第二負輸入端與一第二輸出端之第二運算放大器、一第五電阻、一第六電阻、一第一電容與一重置開關，該第五電阻電連接於該第二負輸入端與該第一輸出端間，該第二正輸入端電連接於該接地，該第六電阻電連接於該第二負輸入端與該第二輸出端間，該第一電容並聯電連接於該第六電阻，該重置開關並聯電連接於該第一電容，且該重置開關是用於使該積分器之一積分結果於每個切換週期內得以被重置，其中該隔離型諧振轉換器為一隔離型半橋諧振轉換器或一隔離型全橋諧振轉換器，該隔離型半橋諧振轉換器之該切換開關組為一半橋式切換開關組，且該隔離型全橋諧振轉換器之該切換開關組為一全橋式切換開關組。
  5. 一種用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器包括一具有一輔助繞組與一二次側繞組之變壓器、一串聯電連接於該二次側繞組之第一輸出二極體、一第一與一第二輸出端、一並聯電連接於該第一與該第二輸出端之輸出電阻R O 和一耦接於該輔助繞組之一電 壓維持電路，包含：提供該輸出電壓
    Figure 108116807-A0305-02-0025-5
    ，其中v aux_dh (t)為該電壓維持電路之一輸出電壓，V F 為該第一輸出二極體之一導通壓降，N s 為一二次側繞組匝數，N aux 為一輔助繞組匝數，且V O =I O* R O ，其中V O 為該隔離型諧振轉換器之一輸出電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一具一第一端與一第二端之一次側繞組、一並聯電連接於該一次側繞組之激磁電感、一第一直流電源、一並聯電連接於該第一直流電源之切換開關組、一電連接於該第一端之諧振電感、一電連接於該切換開關組與該諧振電感之諧振電容、一電連接於該第二端與一接地間之電流取樣電阻與一並聯電連接於該輔助繞組且具一第一輸出端之分壓電路，該電壓維持電路並聯電連接於該分壓電路且包括一具一陽極與一陰極之電壓維持二極體、一電壓維持電阻、一電壓維持電容與一輔助開關，該陽極電連接於該第一輸出端，該電壓維持電阻電連接該陰極與一接地，該電壓維持電容並聯電連接於該電壓維持電阻，該輔助開關並聯電連接於該電壓維持電容，該輔助開關是用以在下個切換週期之前重置該電壓維持電路上之一電壓，其中該隔離型諧振轉換器為一隔離型半橋諧振轉換器或一隔離型全橋諧振轉換器，該隔離型半橋諧振轉換器之該切換開關組為一半橋式切換開關組，且該隔離型全橋諧振轉換器之該切換開關組為一全橋式切換開關組。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一膝點電壓偵測電路與一微控 制器，該膝點電壓偵測電路包括一電流限制用電阻、一具一陽極與一陰極之負電壓箝制二極體、一RC延遲電路和具一正輸入端、一負輸入端與一第二輸出端之比較器，該RC延遲電路包括一延遲電阻與一延遲電容，該電流限制用電阻電連接於該第一輸出端與該負輸入端，該陰極電連接於該負輸入端，該陽極電連接於一接地，該延遲電阻電連接於該陰極與該正輸入端，該延遲電容電連接於該正輸入端與該接地，該第二輸出端電連接於該微控制器，藉由該RC延遲電路使得該第一輸出端之一第一輸出訊號延遲傳遞至該正輸入端，當該比較器之該正輸入端與該負輸入端間之一電壓差大於該比較器之一磁滯電壓時，則該比較器之一第二輸出訊號為一高電位，且該第二輸出訊號被用為該微控制器抓取該隔離型諧振轉換器之一電壓迴授訊號之一觸發源，並藉由該電壓維持電路維持其輸出電壓v aux_dh (t)於一既定水準直至該輔助開關導通，俾使該微控制器有足夠的時間取得當該隔離型諧振轉換器之一二次側電流為零之時的該輔助繞組的一電壓值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該微控制器接收該電壓維持電路之該輸出電壓與該第二輸出訊號以估測當該隔離型諧振轉換器之該二次側電流為零之時的該輔助繞組的該電壓值，並進而估測該隔離型諧振轉換器之該輸出電壓。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一交流電源、一濾波電路與一橋式整流電路，該濾波電路並聯電連接於該交流電源，該橋式整流電路並聯電連接於該濾波電路，該直流電源並聯電連接於該橋式整流電路，且該直流電源為一具有一第一端與一第二端之輸入電容，該半橋式切換開關組 包括各具有一第一端、一第二端與一控制端之一第一與一第二切換開關，該第一切換開關之該第一端電連接於該輸入電容之該第一端，該第一切換開關之該第二端電連接於該第二切換開關之該第一端與該諧振電容，該第二切換開關之該第二端電連接於該輸入電容之該第二端與該接地，且該第一與該第二切換開關之該控制端電連接於該微控制器，該全橋式切換開關組包括各具有一第一端、一第二端與一控制端之一第三至一第六切換開關，該第三切換開關之該第一端電連接於該輸入電容之該第一端，該第三切換開關之該第二端電連接於該第四切換開關之該第一端與該電流取樣電阻，該第四切換開關之該第二端電連接於該輸入電容之該第二端與該接地，該第五切換開關之該第一端電連接於該輸入電容之該第一端，該第五切換開關之該第二端電連接於該諧振電容與該第六切換開關之該第一端，該第六切換開關之該第二端電連接於該接地，且該第三至該第六切換開關之該控制端電連接於該微控制器。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之用於估測一隔離型諧振轉換器之一輸出電壓之方法，其中該隔離型諧振轉換器更包括一第二輸出二極體、一輸出電容與一輸出電阻，該二次側繞組具有一第一端、一第二端與一中央抽頭，該第一與該第二輸出二極體各具有一陽極與一陰極，該第一輸出二極體之該陽極電連接於該二次側繞組之該第一端，該第一輸出二極體之該陰極電連接於該第二輸出二極體之該陰極，該第二輸出二極體之該陽極電連接於該二次側繞組之該第二端，該輸出電容電連接於該第一輸出二極體之該陰極與該中央抽頭，該輸出電阻並聯電連接於該輸出電容，該中央抽頭電連接於一接地，且該輸出電阻之一跨壓為該輸出電壓。
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