使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置的制作方法

文档序号:7314405阅读:181来源:国知局
专利名称:使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种控制装置,特别是涉及一种使用于谐振型直流/直流变换 器的控制装置。
背景技术
参阅图1与图2,现有半桥式LLC谐振型直流/直流变换器8用于接收 一个输入直流电源(图未示)以经电压转换后供给予 一 个负载(图未示)。该 变换器8具有一个开关单元81及一个谐振电感器(图未示),该开关单元81 受一个调频控制器9控制来启闭,并影响流经该谐振电感器的电流Is的幅值。
详细来说,该开关单元81接收来自该调频控制器9的一个第一驱动信 号drivel和一个第二驱动信号drive2,并据以切换地"接收输入直流电源以 经变压后输出至负载。且该变换器8的输出功率会随负载变动,而输出电 压Vout保持不变。
该调频控制器9接收该输出电压Vout,并据以调整该等驱动信号 drivel、 drive2的周期来决定该开关单元81的启闭,以实现对输出电压 Vout的控制。
当负载越为轻载时,输出功率减少,该调频控制器9因而缩短该等驱 动信号drivel、 drive2的周期,以使该等驱动信号drivel、 drive2的频 率变高。该开关单元81由于受较高频率的该等驱动信号drivel、 drive2 控制,因而开关次数显著增加,而使开关损耗大,导致变换器8的整体功 率变换效率降低。
美国专利第6, 545, 882的美国专利申请案使用 一 个产生放电 (discharge)电流的截止时间(off-time)调制器来解决这项问题。而本发明 采用另 一种实现方式来达成提高轻载效率的目的。
由此可见,上述现有的半桥式LLC谐振型直流/直流变换器在结构与使 用上,显然仍存在有不便与缺陷,而亟待加以进一步改进。为了解决上述存 在的问题,相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道,但长久以来一直未见适 用的设计被发展完成,而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题,此 显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的使用于 谐振型直流/直流变换器的控制装置,实属当前重要研发课题之一,亦成为 当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的半桥式LLC谐振型直流/直流变换器存在的缺陷,本
发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识,并配 合学理的运用,积极加以研究创新,以期创设一种新型结构的使用于谐振
型直流/直流变换器的控制装置,能够改进一般现有的半桥式LLC谐振型直 流/直流变换器,使其更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经过反复 试作样品及改进后,终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明的目的在于,克服现有的半桥式LLC谐振型直流/直流变换器存 在的缺陷,而提供一种新型结构的使用于谐振型直流/直流变换器的控制装 置,所要解决的技术问题是使其可以在轻载时降低谐振型直流/直流变换器 开关次数并提高功率变换效率的控制装置。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据 本发明提出的一种使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置,用于控制该 谐振型直流/直流变换器的一个开关单元以进行电源转换并输出一个输出 资讯,包含 一个调频控制器,根据该输出资讯产生一个同步信号;其中 该使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置还包含一个脉冲筛选器,接收 该输出资讯和该同步信号,并据以产生一个驱动信号来启闭该开关单元,且 随该输出资讯对应产生的驱动信号包括一段该驱动信号的频率与该同步信 号实质上相同的工作区间与 一段该驱动信号持续为低电位的未工作区间。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置,其中该输出资讯随 着外接负载变化,而使得该脉冲筛选器所产生的驱动信号具有相等于该同 步信号的实质频率。
前述的控制装置,其中该脉沖筛选器依据该输出资讯产生一个致能信 号,当该致能信号为高电位时,该驱动信号的频率与该同步信号实质上相 同而形成该工作区间,当该致能信号为低电位时,该驱动信号持续为低电 位而形成该未工作区间。
前述的控制装置,其中该脉冲筛选器所产生的致能信号的频率较该同 步信号低。
前述的控制装置,其中该脉冲筛选器包括一个存有一个修正临界值的 脉冲宽度调制器,比较该修正临界值和该输出资讯以决定一个修正信号的 工作周期,且依据该同步信号来同步调整该修正信号以得到该致能信号。
前述的控制装置,该谐振型直流/直流变换器电连接一个外接负载,其 中该输出资讯随着外接负载而变化,且该外接负载越为轻载,该调频控制 器受一个较小的输出资讯控制而调升该同步信号的频率,当该输出资讯小于该修正临界值时,愈小的输出资讯导致该脉冲宽度调制器令该修正信号 的工作周期愈小,而当该输出资讯大于该修正临界值时,该脉冲宽度调制 器使该修正信号的工作周期为100%,此时,该驱动信号具有一个实质上与 该同步信号相同的频率。
前述的控制装置,其中该脉沖筛选器包括一个逻辑合成器,合成该同 步信号与该致能信号以产生该驱动信号。
前述的控制装置,其中该调频控制器是一个脉冲密度调制器。 前述的控制装置,其中该逻辑合成器利用及闸方式来合成该同步信号 与该致能信号。
前述的控制装置,更用于接收一个参考电压,其中该调频控制器包括 一个电压调整器及一个压控震荡器,该电压调整器依据该输出资讯和该参 考电压的差值输出一个调整电压,该压控震荡器根据该调整电压决定该同 步信号的频率。
本发明与现有^t术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知,为达 到上述目的,本发明提供了 一种使用于谐振型直流/直流变换器的控制装 置,用于控制该谐振型直流/直流变换器的一个开关单元以进行电源转换并
输出一个输出资讯,该使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置包含一 个调频控制器,根据该输出资讯产生一个同步信号;及一个脉冲筛选器,接 收该输出资讯和该同步信号,并据以产生一个驱动信号来启闭该开关单元, 且随该输出资讯对应产生的驱动信号包括一段该驱动信号的频率与该同步 信号实质上相同的工作区间与 一段该驱动信号持续为低电位的未工作区 间。
借由上述技术方案,本发明使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置 至少具有下列优点及有益效果当外接负载越为轻载时,本发明使用于谐 振型直流/直流变换器的控制装置能依据输出资讯适度减少谐振型直流/直 流变换器的开关次数以避免开关损耗,进而提高轻载功率变换效率。
综上所述,本发明具有上述诸多优点及实用价值,其不论在控制装置或 功能上皆有较大改进,在技术上有显着的进步,并产生了好用及实用的效 果,且较现有的半桥式LLC谐振型直流/直流变换器具有增进的突出功效,从 而更加适于实用,并具有产业的广泛利用价值,诚为一新颖、进步、实用 的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的 技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附 图,详细说明如下。


图l是一个方块图,说明现有谐振型直流/直流变换器受调频控制器控
制;
图2是一个时序图,说明现有谐振型直流/直流变换器的主要信号相对 关系;
图3是一个本发明使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置的较佳实 施例的方块图4是一个电路图,说明本较佳实施例的谐振型直流/直流变换器;
图5是一个流程图,说明本较佳实施例所执行的方法;
图6是一个流程图,说明本较佳实施例的脉沖宽度调制器产生致能信
图7是一个时序图,说明外接负载较为轻载时的主要信号相对关系; 图8是一个转换曲线图,说明谐振型直流/直流变换器的功率变换效率。
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的使用于谐振型直流/ 直流变换器的控制装置其具体实施方式
、结构、特征及其功效,详细说明 如后。
参阅图3和图4,本发明使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置2的 较佳实施例用于控制一个谐振型直流/直流变换器1,该谐振型直流/直流变 换器1对一个输入电源31进行转换处理,以传递能量到一个外接负载32,并 传送一个输出资讯到该控制装置2,而该输出资讯具有一个输出电压Vout 和一个输出电流Iout。
该谐振型直流/直流变换器l包^-M^f关单元11、 一个谐振单元12、 一 个整流单元13及一个输出单元14。该开关单元ll包括一个第一电晶体Q1 和一个第二电晶体Q2。该谐振单元12包括一个第一电容器Cl、 一个第一 电感器Ll及一个第二电感器L2。 i^至该第一电感器Ll的电流视为一个谐振电 流Is。因为谐振型直流/直流变换器1为本领域具有通常知识者所熟知,所 以在此不再详细赘述。
在本实施例中,该谐振型直流/直流变换器1是半桥(half-bridge)对 称LLC谐振转换器(resonant converter),也可以是不对称LLC谐才展转换 器或全桥LLC直流谐振转换器,且不以此为限。
该控制装置2根据该输出电压Vout和该输出电流lout来调整并输出 一个第一驱动信号drivel和一个第二驱动信号drive2,以决定该第一电晶 体Ql和该第二电晶体Q2的导通状态。而该控制装置2包含一个调频控制器21及一个脉冲筛选器22,该调频控制器21包括一个电压调整器211和 一个压控震荡器(Voltage Controlled Oscillator,简称VC0)212,且该脉 冲筛选器22包括一个脉冲宽度调制器(pulse width modulator) 221及一个 逻辑合成器222 。而该脉冲宽度调制器221存有一个修正临界值 reg—correct_thrd。
参阅图5,本发明使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置2所执行 的控制方法包含以下步骤
步骤61:该调频控制器21根据该输出电压Vout产生一个具有多数个 脉沖的第一同步信号syncl及一个与该第一同步信号syncl呈反相的第二 同步信号sync2。
本较佳实施例中,该调频控制器21是脉冲密度调制器(pulse density modulator),且不以此为限。而该脉冲密度调制器所进行的处理是指依据 该输出电压Vout的幅值决定该等同步信号syncl、 sync2的频率(也就是周 期的倒数)。
而步骤61包括以下子步骤
子步骤611:该电压调整器211接收该输出电压Vout和一个参考电压,并 依据两者差值输出一个调整电压。
而外接负载32状态改变时,会造成该输出电压Vout的微幅变动。若 是外接负载32越为重载,则该电压调整器211受差值控制而调降该调整电 压。若是外接负载32越为轻载,则该电压调整器211受差值控制而调升该 调整电压。
子步骤612:该压控震荡器212根据该调整电压决定该第一同步信号 syncl和该第二同步信号sync2的频率。
当外接负载32越为重载时,该电压调整器211使该调整电压越小,而导 致该压控震荡器212输出具有较低频率的该等同步信号syncl、 sync2。相 反地,当外接负载32越为轻载,该电压调整器211使该调整电压越大,而导 致该压控震荡器212输出具有较高频率的该等同步信号sync 1 、 sync2 。
步骤62:该脉冲宽度调制器221根据该修正临界值reg—correct — thrd 和该输出电流lout产生一个4务正信号Pcorrect,且输出一个与该第一同步 信号syncl维持同步的致能信号Pvalid。
参阅图6,步骤62包括以下子步骤
子步骤621:该脉冲宽度调制器221判断该输出电流lout是否小于该 修正临界值reg_correct_thrd。若是,跳到子步骤622;若否,跳到子步 骤623。 ,
子步骤622:该脉沖宽度调制器221根据该输出电流lout进行脉沖宽 度调制处理,以决定该々务正信号Pcorrect的工作周期(duty cycle),接着
8跳到子步骤624。而该修正信号Pcorrect的频率较该第一同步信号syncl 低。
脉冲宽度调制处理是指依据该输出电流lout的幅值决定该修正信号 Pcorrect的工作周期。而愈小的输出电流lout导致该脉冲宽度调制器221 令该修正信号Pcorrect的工作周期愈小。
子步骤623:该脉冲宽度调制器221使该修正信号Pcorrect的工作周 期为100%,也就是该修正信号Pcorrect总是处于高电位状态。
子步骤624:该脉冲宽度调制器221依据该修正信号Pcorrect来产生 一个与该第一同步信号syncl保持同步的致能信号Pvalid,且该致能信号 Pvalid的频率也因而较该第一同步信号syncl低。也就是说,产生的致能 信号Pvalid其时脉特性如下随着时间过去,致能信号Pval id会遵循修 正信号Pcorrect的状态,^f旦是当》务正信号Pcorrect转态时,致能信号 Pvalid会直到出现第一同步信号syncl的切换点时才转态(如图7)。
执行此步骤的原因主要是因为修正信号Pcorrect不一定与第一同步信 号syncl同步,也就是修正信号Pcorrect的信号切换点不一定与第一同 步信号syncl的切换点相同。因此,此子步骤624特别产生与该第一同步 信号syncl保持同步的致能信号Pvalid。
本较佳实施例中,第一同步信号syncl的切换点是指每次转态的时间 点,也可以是指每次发生上升(rising)缘的时间点,但也可以是该脉冲宽 度调变器221使致能信号Pvalid直到出现第二同步信号sync2的切换点时 才转态,且不以此为限。
步骤63:该逻辑合成器222合成该第一同步信号syncl与该致能信号 Pvalid以产生该第一驱动信号drivel,并合成该第二同步信号sync2与该 致能信号Pvalid以产生该第二驱动信号drive2。本较佳实施例中,该逻辑 合成器222是利用及(AND)闸方式来合成该等同步信号syncl、 sync2与该 致能信号Pvalid以产生该等驱动信号drivel、 drive2,且不以此为限。
当致能信号Pvalid为高电位时,该逻辑合成器222将该等同步信号 syncl、 sync2分别当作其输出的该等驱动信号drivel、 drive2而形成一段 工作区间。当致能信号Pvalid为低电位时,该逻辑合成器222使该等驱动 信号drivel、 drive2处于#^电位而形成一#殳未工作区间。
且该等驱动信号drivel、 drive2分别包括多数賴:接续区间,例如二段 或超过二段的区间,这些段区间中两相邻的区间分别为工作区间与未工作 区间。在本较佳实施例中,这些段区间更依序为工作区间与未工作区间,举 例来说,假设驱动信号drivel、 drive2包含三段以上区间,若顺位为奇数 段的区间为工作区间,则顺位为偶数段的区间为未工作区间;相反地,若 顺位为偶数段的区间为工作区间,则顺位为奇数段的区间为未工作区间。因此,驱动信号drivel、 drive2分别在致能信号Pvalid为低电位的 区间都保持低电位而不产生切'换,所以实质上整体的频率降低了,也减少 了开关单元11的电晶体Q1、 Q2的开关次数。
由于该致能信号Pvalid与该等同步信号syncl、 sync2保持同步,所 以可确保经该逻辑合成器222合成后的驱动信号drivel、 drive2发生切换 的时间点相同,以实现该开关单元11的软开关。
步骤64:重复步骤61到步骤63,直到该谐振型直流/直流变换器1停 止接收该输入电源31。
因此,当外接负载32越为重载而使得该输出电流lout大于该修正临 界值reg-correct-thrd时,本发明控制装置2将该调频控制器21的输出 分别视为该等驱动信号drivel、 drive2。
而当外接负载32越为轻载而使得该输出电流lout小于该修正临界值 reg-correct-thrd时,本发明控制装置2合成该调频控制器21与该脉冲宽度 调制器221的输出,来降低该等驱动信号drivel、 drive2的实质频率。因 此,与现有相比,脉冲个数少,脉冲频率低,可以有效降低开关单元11的 开关次数。
且值得注意的是,参阅图7的虚线,在较为轻载情况下,用以控制现 有谐振型直流/直流变.换器8的调频控制器9输出高频率(周期短)的该等驱 动信号drivel、 drive2。随着周期缩短,每个开关周期内所能传递的能量 相对减少,除了造成功率变换效率降低,该开关单元81也因为一直处于高 频切换状态而容易损耗。
而在相同的负载条件(较为轻载)下,参阅图7的实线,为了在降低该 开关单元11的开关次数的同时实现同等功率传输,本发明控制装置2的该 压控震荡器212适度地调整该等同步信号syncl、 sync2的频率(周期较现 有的该等驱动信号drivel、 drive2为宽),而使得流经第一电感器Ll的谐 振电流Is较现有提高。 '
请注意,为了在浮见觉上突显图7中驱动信号drivel、 drive2的实线与 虚线差异性,特别使两者具有不同幅值。但是,实际情形中两者幅值相近,只 实质频率不同。 功率变换效率
参阅图8,显示了谐振型直流/直流变换器1的功率变换效率与外接负 载32的负载指数Po的转换曲线。且当负载指数Po使该谐振型直流/直流 变换器1处于由该谐振单元12所决定的最佳工作点时,该谐振型直流/直 流变换器1具有最高功率变换效率,并称此时的负载指数Po为最佳负载 值。 ,
当采用现有方式(也就是调频控制器9)来控制接收电源状态时,若是负载指数Po小于最佳负载值(较为轻载),功率变换效率将大幅度降低,如 图8的虚线所示。
而当釆用本发明控制装置2来控制,且该修正临界值reg_correct_ thrd 被设定为发生最高功率变换效率的输出电流Iout值时,若是负载指数Po 小于最佳负载值(较为轻载)而造成输出电流lout小于该修正临界值 reg — correct-thrd,则该脉冲宽度调制器221将缩小该》务正信号Pcorrect 的工作周期,以提高功率变换效率,如图8的实线所示。
值得注意的是,本实施例中,该修正临界值reg_correct-thrd为当发 生最佳功率变换效率的输出电流lout值,且不以此为限,可视实际使用 情形调整。
此外,上述的步骤62中,虽是比较输出电流lout和修正临界值 reg-correct-thrd,但是实际上也可以比较该谐振型直流/直流变换器1的 输出功率和另 一个相对应的临界值,而可达到相同的功效。
且值得注意的是,当采用数位化控制时,该脉冲筛选器22也可采用另 一个实施状态该脉沖筛选器22根据同步信号syncl、 sync2的切换点来 产生一个循环计数,并借由该输出资讯决定循环计数为何值时将同步信号 syncl、 sync2分别当作驱动信号drivel、 drive2,且决定循环计数为何值 时4吏马区动4言号drive 1、 drive2处于j氐电4立。
综上所述,当外接负载32越为轻载时,本发明使用于谐振型直流/直 流变换器的控制装置2能依据输出电流lout适度减少该等驱动信号 drivel、 drive2的脉沖个数,进而降低开关单元11的电晶体Ql、 Q2的开 关次数以避免开关损耗,并在实现同等功率传输的前提下提高轻载功率变 换效率。同时,由于该等驱动信号drivel、 drive2的切换点相同,所以 可实现软开关,所以确实能达成本发明的目的。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式 上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发 明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但 凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围 内。
权利要求
1、一种使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置,用于控制该谐振型直流/直流变换器的一个开关单元以进行电源转换并输出一个输出资讯,包含一个调频控制器,根据该输出资讯产生一个同步信号;其特征在于该使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置还包含一个脉冲筛选器,接收该输出资讯和该同步信号,并据以产生一个驱动信号来启闭该开关单元,且随该输出资讯对应产生的驱动信号包括一段该驱动信号的频率与该同步信号实质上相同的工作区间与一段该驱动信号持续为低电位的未工作区间。
2、 如权利要求1所述的控制装置,该谐振型直流/直流变换器电连接 一个外接负载,其特征在于该输出资讯随着外接负载变化,而使得该脉 冲筛选器所产生的驱动信号具有相等于该同步信号的实质频率。
3、 如权利要求l所述的控制装置,其特征在于该脉冲筛选器依据该 输出资讯产生一个致能信号,当该致能信号为高电位时,该驱动信号的频率 与该同步信号实质上相同而形成该工作区间,当该致能信号为低电位时,该 驱动信号持续为低电位而形成该未工作区间。
4、 如权利要求3所述的控制装置,其特征在于该脉冲筛选器所产生的致能信号的频率较该同步信号低。
5、 如权利要求3所述的控制装置,其特征在于该脉冲筛选器包括一 个存有一个修正临界值的脉冲宽度调制器,比较该修正临界值和该输出资 讯以决定一个修正信号的工作周期,且依据该同步信号来同步调整该修正 信号以得到该致能信号。
6、 如权利要求5所述的控制装置,该谐振型直流/直流变换器电连接 一个外接负载,其特征在于该输出资讯随着外接负载而变化,且该外接 负载越为轻载,该调频控制器受一个较小的输出资讯控制而调升该同步信 号的频率,当该输出资讯小于该修正临界值时,愈小的输出资讯导致该脉 冲宽度调制器令该修正信号的工作周期愈小,而当该输出资讯大于该修正 临界值时,该脉冲宽度调制器使该修正信号的工作周期为100%,此时,该 驱动信号具有一个实质上与该同步信号相同的频率。
7、 如权利要求3所述的控制装置,其特征在于该脉冲筛选器包括一个逻辑合成器,合成该同步信号与该致能信号以产生该驱动信号。
8、 如权利要求1所述的控制装置,其特征在于该调频控制器是一个 脉冲密度调制器。
9、 如权利要求7所述的控制装置,其特征在于该逻辑合成器利用及闸方式来合成该同步信号与该致能信号。
10、如权利要求1所述的控制装置,更用于接收一个参考电压,其特征在于该调频控制器包括一个电压调整器及一个压控震荡器,该电压调 整器依据该输出资讯和该参考电压的差值输出一个调整电压,该压控震荡 器根据该调整电压决定该同步信号的频率。
全文摘要
本发明是有关于一种使用于谐振型直流/直流变换器的控制装置,用于控制该谐振型直流/直流变换器的一个开关单元以进行电源转换并输出一个输出资讯,该控制装置包含一个调频控制器,根据该输出资讯产生一个同步信号;及一个脉冲筛选器,接收该输出资讯和该同步信号,并据以产生一个驱动信号来启闭该开关单元,且该驱动信号包括一段该驱动信号的频率与该同步信号实质上相同的工作区间与一段该驱动信号持续为低电位的未工作区间。
文档编号H02M3/335GK101527510SQ20081000802
公开日2009年9月9日 申请日期2008年3月3日 优先权日2008年3月3日
发明者叶志红, 张庆友, 赵清林, 新 郭, 金晓毅 申请人:光宝科技股份有限公司
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