TWI746174B - 可改善元件損耗和提昇效率之諧振轉換器和相關電子系統 - Google Patents

可改善元件損耗和提昇效率之諧振轉換器和相關電子系統 Download PDF

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Abstract

電子系統包含諧振轉換器和負載裝置。在諧振轉換器供電至負載裝置的期間，負載裝置會提供相關其運作模式之偵測訊號，使得諧振轉換器能依此判斷負載裝置之抽載。諧振轉換器包含兩組諧振電路，在低抽載時僅會啟動一組諧振電路，而在高抽載時會同時啟動兩組諧振電路。

Description

可改善元件損耗和提昇效率之諧振轉換器和相關電子系統
本發明相關於一種諧振轉換器和相關電子系統，尤指一種可改善元件損耗和提昇效率之諧振轉換器和相關電子系統。
電腦系統中不同組件所需的操作電壓不同，因此普遍採用電源供應器(power supply)以通過變壓、整流與濾波的方式，將交流電(AC)室內電源轉換為直流電(DC)以驅動不同零組件。傳統馳返式架構下的電源供應器會使用一功率開關來控制變壓器的初級側路徑，並使用一整流開關來控制變壓器的次級側路徑。當功率開關導通時，輸入電能會轉換而磁能而儲存在變壓器中，此時會截止整流開關以隔絕輸出路徑；當功率開關截止時，變壓器內存能量會經由導通之整流開關釋放至輸出端，並藉由一輸出電容來平滑電量輸出。
由於功率開關在硬性切換時，其跨壓與通過功率開關的電流兩者之乘積會造成功率開關的切換損失，而導致整體電路效率降低。諧振轉換器(resonant converter)是一種利用諧振轉換電能的切換式電源 供應器，其包含由電感元件及電容器形成的諧振電路。在功率開關切換時，透過電感和電容所產生的LLC諧振來將功率開關兩端之電壓轉換為正弦波的電壓或電流，以達到零電壓或零電流之柔性切換，進而解決高頻切換所產生之問題。
然而，在功率相對大的使用條件下，LLC諧振轉換器中關鍵零組件之電壓電流應力較大，會造成著損耗較大、溫度較高和效率差等問題，使平均效率低於能源效率之要求。因此，需要一種可提升平均效率和改善元件損耗之LLC諧振轉換器。
本發明提供一種可改善元件損耗和提昇效率之電子系統，其包含一負載裝置和一諧振轉換器。該負載裝置用來在由一輸出電壓供應運作且判定運作時之一抽載大於一預定功率時輸出一偵測訊號。該諧振轉換器包含用來接收一輸入電壓之一輸入端、用來輸出一輸出電壓之一輸出端、一變壓器、一第一限流電阻、一第二限流電阻、一第一至一第四功率開關、一第一輔助開關、一第二輔助開關、一第一諧振電路，以及一第二諧振電路。該變壓器用來將該輸入電壓從一初級側感應至一次級側以供應該輸出電壓，其包含設置在該初級側之一第一至一第三初級側繞組以及設置在該次級側之一第一至一第三次級側繞組，且每一繞組各包含一打點端和一非打點端。該第一和該第二限流電阻各包含一第一端和一第二端。該第一功率開關包含一第一端，耦接至該輸入端；一第二端；以及一控制端，用來接收一第一控制訊號。該第二功率開關包含一第一端，耦接至該第一功率開關之該第二 端；一第二端，耦接至一第一接地電位；以及一控制端，用來接收一第二控制訊號。該第三功率開關包含一第一端，耦接至該輸入端；一第二端；以及一控制端，耦接至該第一限流電阻之該第一端。該第四功率開關包含一第一端，耦接至該第三功率開關之該第二端；一第二端，耦接至該第一接地電位；以及一控制端，耦接至該第二限流電阻之該第一端。該第一輔助開關包含一第一端，耦接至該第一限流電阻之該第二端；一第二端，用來接收該第一控制訊號；以及一控制端。該第二輔助開關包含一第一端，耦接至該第二限流電阻之該第二端；一第二端，用來接收該第二控制訊號；以及一控制端，耦接至該第一輔助開關之該控制端。該第一諧振電路包含一第一諧振電感，其第一端耦接至該第一功率開關之該第二端和該第二功率開關之該第一端之間，而其第二端耦接至該第一初級側繞組之打點端；一第一激磁電感，其第一端耦接至該第一初級側繞組之打點端，而其第二端耦接至該第一初級側繞組之非打點端；以及一第一諧振電容，其第一端耦接至該第一初級側繞組之非打點端，而其第二端耦接至該第一接地電位。該第二諧振電路包含一第二諧振電感，其第一端耦接至該第三功率開關之該第二端和該第四功率開關之該第一端之間，而其第二端耦接至該第二初級側繞組之打點端；一第二激磁電感，其第一端耦接至該第二初級側繞組之打點端，而其第二端耦接至該第二初級側繞組之非打點端；以及一第二諧振電容，其第一端耦接至該第二初級側繞組之非打點端，而其第二端耦接至該第一接地電位。
本發明另提供一種可改善元件損耗和提昇效率之諧振轉換器，其包含用來接收一輸入電壓之一輸入端、用來輸出一輸出電壓之 一輸出端、一變壓器、一第一限流電阻、一第二限流電阻、一第一至一第四功率開關、一第一輔助開關、一第二輔助開關、一第一諧振電路，以及一第二諧振電路。該變壓器用來將該輸入電壓從一初級側感應至一次級側以供應該輸出電壓，其包含設置在該初級側之一第一至一第三初級側繞組以及設置在該次級側之一第一至一第三次級側繞組，且每一繞組各包含一打點端和一非打點端。該第一和該第二限流電阻各包含一第一端和一第二端。該第一功率開關包含一第一端，耦接至該輸入端；一第二端；以及一控制端，用來接收一第一控制訊號。該第二功率開關包含一第一端，耦接至該第一功率開關之該第二端；一第二端，耦接至一第一接地電位；以及一控制端，用來接收一第二控制訊號。該第三功率開關包含一第一端，耦接至該輸入端；一第二端；以及一控制端，耦接至該第一限流電阻之該第一端。該第四功率開關包含一第一端，耦接至該第三功率開關之該第二端；一第二端，耦接至該第一接地電位；以及一控制端，耦接至該第二限流電阻之該第一端。該第一輔助開關包含一第一端，耦接至該第一限流電阻之該第二端；一第二端，用來接收該第一控制訊號；以及一控制端。該第二輔助開關包含一第一端，耦接至該第二限流電阻之該第二端；一第二端，用來接收該第二控制訊號；以及一控制端，耦接至該第一輔助開關之該控制端。該第一諧振電路包含一第一諧振電感，其第一端耦接至該第一功率開關之該第二端和該第二功率開關之該第一端之間，而其第二端耦接至該第一初級側繞組之打點端；一第一激磁電感，其第一端耦接至該第一初級側繞組之打點端，而其第二端耦接至該第一初級側繞組之非打點端；以及一第一諧振電容，其第一端耦接至該第一初級側繞組之非打點端，而其第二端耦接至該第一接地電位。該第 二諧振電路包含一第二諧振電感，其第一端耦接至該第三功率開關之該第二端和該第四功率開關之該第一端之間，而其第二端耦接至該第二初級側繞組之打點端；一第二激磁電感，其第一端耦接至該第二初級側繞組之打點端，而其第二端耦接至該第二初級側繞組之非打點端；以及一第二諧振電容，其第一端耦接至該第二初級側繞組之非打點端，而其第二端耦接至該第一接地電位。
10:脈衝寬度調變積體電路
21:第一諧振電路
22:第二諧振電路
100:諧振轉換器
200:負載裝置
210:嵌入式控制器
220:充電積體電路
230:電池
240:主機板
300:電子系統
TR:變壓器
NP1:第一初級側繞組和匝數
NP2:第二初級側繞組和匝數
NP3:第三初級側繞組和匝數
NS1:第一次級側繞組和匝數
NS2:第二次級側繞組和匝數
NS3:第三次級側繞組和匝數
Q1-Q4:功率開關
Q5、Q6:輔助開關
C1:穩壓電容
COUT:輸出電容
R1、R2:電阻
DOUT1~DOUT2:輸出二極體
LR1、LR2:諧振電感
LM1、LM2:激磁電感
CR1、CR2:諧振電容
PLUG:接頭
JACK:插座
P1、P2:電源腳位
T1、T2:偵測腳位
VIN:輸入電壓
VOUT:輸出電壓
VFB:回授電壓
VBAT:電壓
SDT:偵測訊號
GND1、GND2:接地電位
GD1-GD3:控制訊號
第1圖為本發明實施例中一種電子系統之功能方塊圖。
第2圖為本發明實施例中諧振轉換器實作方式之示意圖。
第3圖為本發明實施例中脈衝寬度調變積體電路運作時相關訊號圖。
第4圖顯示了本發明實施例中諧振轉換器在低抽載下運作時初級側諧振迴路之示意圖。
第5圖顯示了本發明實施例中諧振轉換器在高抽載下運作時初級側諧振迴路之示意圖。
第1圖為本發明實施例中一種電子系統300之功能方塊圖。電子系統300包含一諧振轉換器100和一負載裝置200。諧振轉換器100可透過一傳輸介面連結至負載裝置200，以進行資料傳輸或電力傳輸(power delivery)。在第1圖所示之實施例中，諧振轉換器100可透過一接頭PLUG連結至負載裝置200上的一插座JACK，其中接頭PLUG包含一電源腳位P1和一偵測腳位T1，而插座JACK包含一電源腳位P2和一偵測腳 位T2。然而，諧振轉換器100和負載裝置200之間傳輸介面之實施方式並不限定本發明之範疇。
諧振轉換器100可將由市電供應之輸入電壓VIN轉換成一輸出電壓VOUT，進而驅動一負載。舉例來說，當諧振轉換器100透過接頭PLUG連結至負載裝置200的插座JACK時，電源腳位P1和P2彼此電性連接，使得輸出電壓VOUT可用來供應負載裝置200運作所需之電力。
負載裝置200包含一嵌入式控制器(embedded controller,EC)210、一充電積體電路(charger IC)220，以及一內建電池230，其中嵌入式控制器210和充電積體電路220設置在一主機板240上。負載裝置200可在一正常模式和一省電模式下運作，省電模式可為休眠模式(hibernate mode)、睡眠模式(sleep mode)或待機模式(standby mode)，其中負載裝置200在省電模式下運作時所需之系統電壓低於在正常模式下運作時所需之系統電壓。當諧振轉換器100供電至負載裝置200時，在正常模式下運作之負載裝置200對諧振轉換器100來說可定義為100%負載，而在省電模式下運作之負載裝置200對諧振轉換器100來說可定義為LPCT%負載，其中LPCT為小於100之正整數。
嵌入式控制器210用來控制週邊裝置及進階組態與電源介面(Advanced Configuration and Power Interface,ACPI)，搭配硬體偵測主機板溫度、風扇轉速和諧振轉換器100的輸出電壓VOUT等資訊，可將電源有效地分配傳送至系統元件和提供適當的工作頻率，來達到省電與效率並存的目標。充電積體電路220可依據諧振轉換器100提供之輸出電 壓VOUT、負載裝置200運作所需之系統電壓VSYS，以及內建電池230提供之電壓VBAT來管理負載裝置200之電源供應和對內建電池230充電。當負載裝置200未連接至諧振轉換器100時，其運作所需之電力可由內建電池230提供之電壓VBAT來供應；當負載裝置200連接至諧振轉換器100時，其運作所需之電力可由諧振轉換器100提供之輸出電壓VOUT來供應。
在第1圖所示之實施例中，嵌入式控制器210可依據ACPI之電源選項得知負載裝置200之運作模式，並依此輸出相對應之偵測訊號SDT。如此當負載裝置200連接至諧振轉換器100時，諧振轉換器100可透過其偵測腳位T1來接收偵測訊號SDT。當判定負載裝置200之抽載大於一預定功率(例如在正常模式下運作)時，嵌入式控制器210會輸出具致能電位之一偵測訊號SDT至其偵測腳位T2。在一實施例中，當判定負載裝置200之抽載不大於預定功率(例如在省電模式下運作)時，嵌入式控制器210不會輸出偵測訊號SDT至其偵測腳位T2。在另一實施例中，當判定負載裝置200之抽載不大於預定功率(例如在省電模式下運作)時，嵌入式控制器210會輸出具除能電位之偵測訊號SDT至其偵測腳位T2。
換句話說，當諧振轉換器100接收到具致能電位之偵測訊號SDT時，即可得知目前負載裝置200之抽載大於預定功率；當諧振轉換器100未接收到偵測訊號SDT或接收到具除能電位之偵測訊號SDT時，即可得知目前負載裝置200之抽載不大於預定功率。預定功率之值可為諧振轉換器100之最大輸出功率乘上一預定比例(小於1之正數)，例如預定功率之值可為諧振轉換器100最大輸出功率之60%。然而，預定功率之值並不限定本發明之範疇。
第2圖為本發明實施例中諧振轉換器100實作方式之示意圖。諧振轉換器100包含一變壓器TR、功率開關Q1-Q4、輔助開關Q5和Q6、電阻R1和R2、一穩壓電容C1、一脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)電路10、一第一諧振電路21，以及一第二諧振電路22。
變壓器TR包含一第一初級側繞組(由匝數NP1來表示)、一第二初級側繞組(由匝數NP2來表示)、一第三初級側繞組(由匝數NP3來表示)、一第一次級側繞組(由匝數NS1來表示)、一第二次級側繞組(由匝數NS2來表示)，以及一第三次級側繞組(由匝數NS3來表示)。變壓器TR中每一繞組各包含一打點端和一非打點端，其中打點端以圓點標示。第一初級側繞組NP1之打點端透過第一諧振電路21和功率開關Q1選擇性地耦接於輸入電壓VIN，而第一初級側繞組NP1之非打點端透過第一諧振電路21耦接至一接地電位GND1。第一次級側繞組NS1之打點端透過輸出二極體DOUT1選擇性地耦接至諧振轉換器100之輸出端(電源腳位P1)，而第一次級側繞組NS1之非打點端耦接至一接地電位GND2。第二初級側繞組NP2之打點端透過第二諧振電路22和功率開關Q3選擇性地耦接於輸入電壓VIN，而第二初級側繞組NP2之非打點端透過第二諧振電路22耦接至接地電位GND1。第二次級側繞組NS2之打點端耦接至接地電位GND2，而第二次級側繞組NS2之非打點端透過輸出二極體DOUT2選擇性地耦接至諧振轉換器100之輸出端(電源腳位P1)。第三初級側繞組NP3之打點端耦接至輔助開關Q5和Q6之控制端，而第三初級側繞組NP3之非打點端耦接至接地電位GND1。第三次級側繞組NS3之打點端耦接至偵測腳位T1，而第三次級側繞組NS3之非打點端耦接至接地電 位GND2。
在本發明之變壓器TR中，第一初級側繞組NP1和第一次級側繞組NS1形成一電壓感應單元，第二初級側繞組NP2和第二次級側繞組NS2形成一電壓感應單元，而第三初級側繞組NP3和第三次級側繞組NS3形成一電壓感應單元。在一實施例中，NP1、NS1、NP2、NS2、NP3和NS3之值的比例可為39：3：39：3：15：3，然而變壓器TR中各繞組之匝數並不限定本發明之範疇。
功率開關Q1-Q4、輔助開關Q5和Q6，以及電阻R1和R2組成一開關電路，可依據偵測腳位T1之狀態來選擇性地啟動第一諧振電路21和第二諧振電路22。功率開關Q1之第一端耦接至輸入電壓VIN，其第二端耦接至第一諧振電路21，而控制端耦接至脈衝寬度調變積體電路10以接收一控制訊號GD1。功率開關Q2之第一端耦接至功率開關Q1之第二端，其第二端耦接至接地電位GND1，而控制端耦接至脈衝寬度調變積體電路10以接收一控制訊號GD2。功率開關Q3之第一端耦接至輸入電壓VIN，其第二端耦接至第二諧振電路22，而控制端耦接至限流電阻R1之第一端。功率開關Q4之第一端耦接至功率開關Q3之第二端，其第二端耦接至接地電位GND1，而控制端耦接至限流電阻R2之第一端。輔助開關Q5之第一端耦接至耦接至限流電阻R1之第二端，其第二端耦接至脈衝寬度調變積體電路10以接收控制訊號GD1，而控制端耦接至第三初級側繞組NP3之打點端。輔助開關Q6之第一端耦接至耦接至限流電阻R2之第二端，其第二端耦接至脈衝寬度調變積體電路10以接收控制訊號GD2，而控制端耦接至第三初級側繞組 NP3之打點端。
第3圖為本發明實施例中脈衝寬度調變積體電路10運作時相關訊號圖。脈衝寬度調變積體電路10可依據一回授電壓VFB來提供控制訊號GD1和GD2，並調整控制訊號GD1和GD2之工作週期(duty cycle)，進而選擇性地導通或截止功率開關Q1和Q2以調節變壓器TR從初級側感應至次級側之能量，其中回授電壓VFB之值相關於輸出電壓VOUT之值。控制訊號GD1和GD2為互補式動作，也就是說當控制訊號GD1和GD2其中之一具致能電位(例如高電位)時，另一控制訊號具除能電位(例如低電位)。控制訊號GD1和GD2採用變頻設計，其切換頻率可介於90K和130K赫茲之間以滿足不同負載和需求：當輕載或輸入電壓VIN過高時，諧振轉換器100之輸出對輸入的增益將會降低，此時切換頻率將會逐漸升高以降低增益；當負載為重載或輸入電壓過低時，此時切換頻率將會逐漸降低以提高增益。
第一諧振電路21包含一諧振電感LR1、一激磁電感LM1，以及一諧振電容CR1。諧振電感LR1之第一端耦接至功率開關Q1之第二端和功率開關Q2之第一端之間，而其第二端耦接至第一初級側繞組NP1之打點端。激磁電感LM1之第一端耦接至第一初級側繞組NP1之打點端，而其第二端耦接至第一初級側繞組NP1之非打點端。諧振電容CR1之第一端耦接至第一初級側繞組NP1之非打點端，而其第二端耦接至接地電位GND1。
第二諧振電路22包含一諧振電感 LR2、一激磁電感LM2，以及一諧振電容CR2。諧振電感LR2之第一端耦接至功率開關Q3之第二端和功率開關Q4之第一端之間，而其第二端耦接至第二初級側繞組NP2之打點端。激磁電感LM2之第一端耦接至第二初級側繞組NP2之打點端，而其第二端耦接至第二初級側繞組NP2之非打點端。諧振電容CR2之第一端耦接至第二初級側繞組NP2之非打點端，而其第二端耦接至接地電位GND1。
穩壓電容C1之第一端耦接至第三初級側繞組NP3之打點端，而其第二端耦接至接地電位GND1。當偵測腳位T1接收到訊號時，第三次級側繞組NS3可將相對應能量感應至第三初級側繞組NP3，進而在穩壓電容C1建立一控制訊號GD3以選擇性地導通或截止輔助開關G5和Q6。更詳細地說，輔助開關G5和Q6之導通或截止取決於偵測腳位T1接收到之訊號。
為了說明目的，接下來將諧振轉換器100之運作分為四個狀態來詳述。其中，狀態S1為在交流市電未通電且未供電至負載時的初始關機狀態，狀態S2為在交流市電通電但未供電至負載時的狀態，狀態S3為在交流市電通電下且需要供電至負載時(抽載不大於預定功率)的狀態，而狀態S4為在交流市電通電下且需要供電至負載時(抽載大於預定功率)的狀態。下列表一顯示了在狀態S1~S4下諧振轉換器100中各元件的狀態。在諧振轉換器100運作期間的狀態S2~S4下，功率開關Q1和Q2會分別依據控制訊號GD1和GD2在導通和截止狀態之間做高頻切換。如前所述，在高頻切換的期間當控制訊號GD1和GD2其中之一具致能電位(例如高電位)時，另一控制訊號具除能電位(例如低電位)。
Figure 109132217-A0305-02-0015-6
在狀態S1下當交流市電並未通電時，諧振轉換器100為關機，此時輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之值為0，功率開關Q1-Q4和輔助開關Q5-Q6皆為截止。
在交流市電開始通電後會啟動諧振轉換器100，此時輸入電壓VIN之值不再為0。同時，脈衝寬度調變積體電路10會輸出具特定工作週期之控制訊號GD1和GD2以使得功率開關Q1和Q2能在導通和截止狀態之間做高頻切換。在功率開關Q1呈導通而功率開關Q2呈截止的期間，輸入電壓VIN可傳送至第一初級側繞組NP1之打點端，使得初級側能量能透過第一初級側繞組NP1感應至第一次級側繞組NS1。由於諧振轉換器100在狀態S2下尚未連接至任何裝置，偵測腳位T1不會收到任何訊號，因此輔助開關Q5和Q6呈截止，而功率開關Q3和Q4也會被截止，進而切斷輸入電壓VIN和第二次級側繞組NS2之間的路徑。
當諧振轉換器100啟動並連接至負載裝置200時，偵測腳位T1會電性連接至偵測腳位T2，因此可接收到負載裝置200提供之偵測訊號 SDT。如前所述，當負載裝置200之抽載不大於預定功率時，諧振轉換器100不會接收到具致能準位之偵測訊號SDT(偵測腳位T1收到具除能準位之偵測訊號SDT或不會收到任何訊號)，此時諧振轉換器100會在狀態S3下運作；當負載裝置200之抽載大於預定功率時，諧振轉換器100會接收到具致能準位之偵測訊號SDT，此時諧振轉換器100會在狀態S4下運作。
第4圖顯示了諧振轉換器100在狀態S3下運作時初級側諧振迴路之示意圖。在狀態S3下當諧振轉換器100啟動並連接至低抽載之負載裝置200時，諧振轉換器100不會接收到具致能準位之偵測訊號SDT。在此種狀況下，由第三次級側繞組NS3感應至第三初級側繞組NS3之控制電壓GD3也不會具致能準位。因此輔助開關Q5和Q6呈截止，而功率開關Q3和Q4也會被截止，進而切斷輸入電壓VIN和第二初級側繞組NP2之間的路徑，使得第二諧振電路22不會作動。如第4圖所示，當諧振轉換器100在狀態S3下運作時，第一諧振電路21和第二諧振電路22中僅有第一諧振電路21會作動，此時初級側諧振迴路由諧振電感LR1、激磁電感LM1，和諧振電容CR1所組成。
第5圖顯示了諧振轉換器100在狀態S4下運作時在初級側諧振迴路之示意圖。在狀態S4下當諧振轉換器100啟動並連接至在高抽載之負載裝置200時，諧振轉換器100會接收到具致能準位之偵測訊號SDT。在此種狀況下，由第三次級側繞組NS3感應至第三初級側繞組NS3之控制電壓GD3具致能準位，進而導通輔助開關Q5和Q6。此時，控制訊號GD1和GD2可透過導通之輔助開關Q5和Q6分別傳送到功率開關Q3 和Q4之控制端。換句話說，功率開關Q1和Q3會依據控制訊號GD1而選擇性地呈導通或截止，而功率開關Q2和Q4會依據控制訊號GD2而選擇性地呈導通或截止。在功率開關Q1和Q3呈導通且功率開關Q2和Q4呈截止的期間，初級側能量可透過第一初級側繞組NP1感應至第一次級側繞組NS1，並透過第二初級側繞組NP2感應至第一次級側繞組NS2。此時，第一諧振電路21之諧振電感LR1和第二諧振電路22之諧振電感LR21會耦接至輸入電壓VIN。如第5圖所示，當諧振轉換器100在狀態S4下運作時，第一諧振電路21和第二諧振電路22皆會作動，此時初級側諧振迴路由諧振電感LR1和LR2、激磁電感LM1和LM1，和諧振電容CR1和CR2所組成，因此可分散各關鍵零組件之電壓電流應力。
在本發明中，諧振電感LR1之電感值可為40μH(誤差±10%)，諧振電感LR2之電感值可為40μH(誤差±10%)，激磁電感LM1之電感值可為200μH(誤差±10%)，激磁電感LM2之電感值可為200μH(誤差±10%)，諧振電容CR1之電容值可為10nF(誤差±10%)，諧振電容CR2之電容值可為10nF(誤差±10%)，穩壓電容C1之電容值可為47μF(誤差±5%)，輸出電容COUT之電容值可為680μF(誤差±20%)，電阻R1之電阻值可為100Ω(誤差±15%)，而電阻R2之電阻值可為100Ω(誤差±15%)。然而，上述元件之實作方式並不限定本發明之範疇。
在本發明中，諧振轉換器100之輸入電壓VIN可為400V(誤差±5%)，輸出電壓VOUT可為19.5V(誤差±5%)，最大輸出電流可為16.9A，而最大輸出功率可為300W。然而，上述諧振轉換器100之規格並不限定本發明之範疇。
在本發明實施例中，功率開關Q1-Q4和輔助開關Q5-Q6可為金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)、雙極性接面型電晶體(bipolar junction transistor,BJT)，或其它具類似功能的元件。對N型電晶體來說，致能電位為高電位，而除能電位為低電位；對P型電晶體來說，致能電位為低電位，而除能電位為高電位。然而，上述開關之種類並不限定本發明之範疇。
綜上所述，在本發明之電子系統300中，負載裝置200會提供相關其運作模式之偵測訊號，使得諧振轉換器100能依此判斷負載裝置200之抽載。此外，本發明諧振轉換器100包含兩組諧振電路，在低抽載時僅會啟動一組諧振電路，而在高抽載時會同時啟動兩組諧振電路。因此，在功率相對大的使用條件下，本發明可降低諧振轉換器中關鍵零組件之電壓電流應力，進而改善元件損耗以及提昇平均效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10:脈衝寬度調變積體電路
21:第一諧振電路
22:第二諧振電路
100:諧振轉換器
TR:變壓器
NP1:第一初級側繞組和匝數
NP2:第二初級側繞組和匝數
NP3:第三初級側繞組和匝數
NS1:第一次級側繞組和匝數
NS2:第二次級側繞組和匝數
NS3:第三次級側繞組和匝數
Q1-Q4:功率開關
Q5、Q6:輔助開關
C1:穩壓電容
COUT:輸出電容
R1、R2:電阻
DOUT1~DOUT2:輸出二極體
LR1、LR2:諧振電感
LM1、LM2:激磁電感
CR1、CR2:諧振電容
P1:電源腳位
T1:偵測腳位
VIN:輸入電壓
VOUT:輸出電壓
VFB:回授電壓
GND1、GND2:接地電位
GD1-GD3:控制訊號

Claims (9)

  1. 一種可改善元件損耗和提昇效率之電子系統，其包含：一負載裝置，用來在由一輸出電壓供應運作且判定運作時之一抽載大於一預定功率時輸出一偵測訊號；以及一諧振轉換器，其包含：一輸入端，用來接收一輸入電壓；一輸出端，用來輸出該輸出電壓；一變壓器，用來將該輸入電壓從一初級側感應至一次級側以供應該輸出電壓；一第一諧振電路和一第二諧振電路，用來在該初級側提供一諧振迴路；以及一開關電路，用來：在接收到該偵測訊號時將該第一諧振電路和該第二諧振電路耦接至該輸入端，以使該諧振迴路同時包含該第一諧振電路和該第二諧振電路；以及在未接收到該偵測訊號時將該第一諧振電路耦接至該輸入端，並截止該第二諧振電路和該輸入端之間的路徑，以使該諧振迴路僅包含該第一諧振電路，且該開關電路包含：一第一限流電阻，其包含一第一端和一第二端；一第二限流電阻，其包含一第一端和一第二端；一第一功率開關，其包含：一第一端，耦接至該輸入端；一第二端；以及 一控制端，用來接收一第一控制訊號；一第二功率開關，其包含：一第一端，耦接至該第一功率開關之該第二端；一第二端，耦接至一第一接地電位；以及一控制端，用來接收一第二控制訊號；一第三功率開關，其包含：一第一端，耦接至該輸入端；一第二端；以及一控制端，耦接至該第一限流電阻之該第一端；一第四功率開關，其包含：一第一端，耦接至該第三功率開關之該第二端；一第二端，耦接至該第一接地電位；以及一控制端，耦接至該第二限流電阻之該第一端；一第一輔助開關，其包含：一第一端，耦接至該第一限流電阻之該第二端；一第二端，用來接收該第一控制訊號；以及一控制端；一第二輔助開關，其包含：一第一端，耦接至該第二限流電阻之該第二端；一第二端，用來接收該第二控制訊號；以及一控制端，耦接至該第一輔助開關之該控制端；以及一脈衝寬度調變積體電路，用來依據一回授電壓來提供該第一控制訊號和該第二控制訊號，並調整該第一控制 訊號和該第二控制訊號之工作週期(duty cycle)，進而選擇性地導通或截止該第一功率開關和該第二功率開關以調節該變壓器從該初級側感應至該次級側之能量，其中該回授電壓之值相關於該輸出電壓之值。
  2. 如請求項1所述之電子系統，其中：該變壓器包含設置在該初級側之一第一至一第三初級側繞組以及設置在該次級側之一第一至一第三次級側繞組，且每一繞組各包含一打點端和一非打點端；該第一諧振電路包含：一第一諧振電感，其第一端耦接至該第一功率開關之該第二端和該第二功率開關之該第一端之間，而其第二端耦接至該第一初級側繞組之打點端；一第一激磁電感，其第一端耦接至該第一初級側繞組之打點端，而其第二端耦接至該第一初級側繞組之非打點端；以及一第一諧振電容，其第一端耦接至該第一初級側繞組之非打點端，而其第二端耦接至該第一接地電位；且該第二諧振電路包含：一第二諧振電感，其第一端耦接至該第三功率開關之該第二端和該第四功率開關之該第一端之間，而其第二端耦接至該第二初級側繞組之打點端；一第二激磁電感，其第一端耦接至該第二初級側繞組之打點端，而其第二端耦接至該第二初級側繞組之非打點端；以 及一第二諧振電容，其第一端耦接至該第二初級側繞組之非打點端，而其第二端耦接至該第一接地電位。
  3. 如請求項2所述之電子系統，其另包含：一穩壓電容，耦接於該第三初級側繞組之打點端和該接地電位之間。
  4. 如請求項2所述之電子系統，其中：該第一次級側繞組之打點端選擇性地耦接至該輸出端；該第二次級側繞組之打點端選擇性地耦接至該輸出端；該第三次級側繞組之打點端用來接收該偵測訊號；且該第一至該第三次級側繞組之非打點端耦接至一第二接地電位。
  5. 如請求項4所述之電子系統，其另包含：一第一輸出二極體，其陽極耦接至該第一次級側繞組之打點端，而其陰極耦接至該輸出端；以及一第二輸出二極體，其陽極耦接至該第二次級側繞組之打點端，而其陰極耦接至該輸出端。
  6. 一種可改善元件損耗和提昇效率之諧振轉換器，其包含：一輸入端，用來接收一輸入電壓；一輸出端，用來輸出一輸出電壓；一變壓器，用來將該輸入電壓從一初級側感應至一次級側以供應 該輸出電壓，其包含設置在該初級側之一第一至一第三初級側繞組以及設置在該次級側之一第一至一第三次級側繞組，且每一繞組各包含一打點端和一非打點端：一第一限流電阻，其包含一第一端和一第二端；一第二限流電阻，其包含一第一端和一第二端；一第一功率開關，其包含：一第一端，耦接至該輸入端；一第二端；以及一控制端，用來接收一第一控制訊號；一第二功率開關，其包含：一第一端，耦接至該第一功率開關之該第二端；一第二端，耦接至一第一接地電位；以及一控制端，用來接收一第二控制訊號；一第三功率開關，其包含：一第一端，耦接至該輸入端；一第二端；以及一控制端，耦接至該第一限流電阻之該第一端；一第四功率開關，其包含：一第一端，耦接至該第三功率開關之該第二端；一第二端，耦接至該第一接地電位；以及一控制端，耦接至該第二限流電阻之該第一端；一第一輔助開關，其包含：一第一端，耦接至該第一限流電阻之該第二端；一第二端，用來接收該第一控制訊號；以及 一控制端；一第二輔助開關，其包含：一第一端，耦接至該第二限流電阻之該第二端；一第二端，用來接收該第二控制訊號；以及一控制端，耦接至該第一輔助開關之該控制端；一第一諧振電路，其包含：一第一諧振電感，其第一端耦接至該第一功率開關之該第二端和該第二功率開關之該第一端之間，而其第二端耦接至該第一初級側繞組之打點端；一第一激磁電感，其第一端耦接至該第一初級側繞組之打點端，而其第二端耦接至該第一初級側繞組之非打點端；以及一第一諧振電容，其第一端耦接至該第一初級側繞組之非打點端，而其第二端耦接至該第一接地電位；且一第二諧振電路，其包含：一第二諧振電感，其第一端耦接至該第三功率開關之該第二端和該第四功率開關之該第一端之間，而其第二端耦接至該第二初級側繞組之打點端；一第二激磁電感，其第一端耦接至該第二初級側繞組之打點端，而其第二端耦接至該第二初級側繞組之非打點端；以及一第二諧振電容，其第一端耦接至該第二初級側繞組之非打點端，而其第二端耦接至該第一接地電位；以及一脈衝寬度調變積體電路，用來依據一回授電壓來提供該第一 控制訊號和該第二控制訊號，並調整該第一控制訊號和該第二控制訊號之工作週期，進而選擇性地導通或截止該第一功率開關和該第二功率開關以調節該變壓器從該初級側感應至該次級側之能量，其中該回授電壓之值相關於該輸出電壓之值。
  7. 如請求項6所述之諧振轉換器，其另包含：一穩壓電容，耦接於該第三初級側繞組之打點端和該接地電位之間。
  8. 如請求項7所述之諧振轉換器，其中：該第一次級側繞組之打點端選擇性地耦接至該輸出端；該第二次級側繞組之打點端選擇性地耦接至該輸出端；該第三次級側繞組之打點端用來接收一負載裝置輸出之一偵測訊號；該負載裝置由該輸出電壓來供應運作；且該第一至該第三次級側繞組之非打點端耦接至一第二接地電位。
  9. 如請求項8所述之諧振轉換器，其另包含：一第一輸出二極體，其陽極耦接至該第一次級側繞組之打點端，而其陰極耦接至該輸出端；以及一第二輸出二極體，其陽極耦接至該第二次級側繞組之打點端，而其陰極耦接至該輸出端。
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