谐振式电力转换电路的制作方法

专利名称：谐振式电力转换电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力转换器，且特别涉及一种谐振式电力转换电路。
背景技术：
近年来环保意识的提升，与全球暖化问题，迫使节约能源成为世界各国重要政策 之一。美国环境协会(U. S. Environmental Protection Agency, EPA)对于各项信息电子 设备也相对规定高效率的规范以去达到节能的目地，如在PC电源供应器上有80+基本款 需求(80%，80%，80% )，铜牌(82%，85%，82% )、银牌(85%，88%，85% )、金牌(87%， 90%，87%)认证，所以提高电源转换器的效率是我们目前必须克服的难题。在效率要求持 续提升下，目前采用的脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)控制方式的顺向式 (forward)等架构为主电源(main converter)的转换效率已经不足以达到要求。一般而 言，前端DC/DC电力转换器主要可分为PWM电力转换器与谐振式电力转换器。由于PWM电 力转换器开关切换属于硬性切换，容易导致严重的切换损失，使得电力转换效率无法提升， 故发展出谐振式电力转换器。谐振电路本身具有柔性切换的特性，可降低开关切换损失，提 升转换器整体效率，所以谐振式转换器架构(resonant converter)的主电源开始被广泛使 用。传统的谐振式电力转换器主要包括三种类型(1)串联谐振式电力转换器 (Series Resonant Converter，简称SRC) ； (2)并联谐振式电力转换器(Parallel Resonant Converter,简称PRC)及(3)串并联谐振式电力转换器(Series-Parallel Resonant Converter,简称SPRC，又称为LCC)。谐振式电力转换器的控制器会输出切换信号至谐振式 电力转换器中的功率开关来控制其输出电压。然而，传统的控制器具有切换频率的限制，因 此转换器的增益会受到限制而容易产生输出电压不足的情形。

实用新型内容本实用新型提供一种谐振式电力转换电路，其中控制器的最低切换频率可根据谐 振式转换器的输出电流或输出电压来调整，藉此让谐振式转换器可操作在最大的增益点 下，让谐振式转换器的输出电压可以符合系统需求以增加输出电压与过电压保护的效果。本实用新型提供一种谐振式电力转换电路，其中控制器的最低切换频率可根据谐 振式转换器的输出电流来调整，藉此提高谐振式电力转换电路在尖峰负载时的电压增益。本实用新型提供一种谐振式电力转换电路，其中控制器的最低切换频率可根据谐 振式转换器的输出电压来调整，藉此提高谐振式电力转换电路在反馈失控时的过电压保护 能力。本实用新型提出一种谐振式电力转换电路，包括一谐振式转换单元、一控制单元、 一电流检测单元、一电压检测单元以及一频率调制单元。控制单元耦接于上述谐振式转换 单元，用以输出至少一第一切换信号至上述谐振式转换单元以调整上述谐振式转换单元的 一输出电压，其中上述控制单元具有一最低切换频率以限制上述第一切换信号的频率。电流检测单元耦接于上述谐振式转换单元的输出以检测上述谐振式转换单元的一输出电流。 电压检测单元耦接于上述谐振式转换单元的输出以检测上述谐振式转换单元的上述输出 电压。频率调制单元耦接于上述电流检测电路与上述电压检测电路与上述控制单元，上述 频率调制单元根据上述输出电流与上述输出电压调整上述控制单元的最低切换频率。在本实用新型一实施例中，其中当上述输出电流大于一电流预设值时，上述频率 调制单元提高上述控制单元的最低切换频率；当上述输出电压大于一电压预设值时，上述 频率调制单元降低上述控制单元的最低切换频率。在本实用新型一实施例中，上述频率调制单元包括一第一电阻、一第一调制单元 与一第二调制单元。第一电阻耦接于上述控制单元的一频率设定引脚与一接地端之间；第 一调制单元耦接于上述电流检测单元与上述控制单元的频率设定引脚。第二调制单元耦接 于上述电压检测单元与上述控制单元的频率设定引脚。在本实用新型一实施例中，其中第一调制单元包括一 PNP晶体管、第二电阻至第 六电阻、第一与第二 NMOS晶体管与第一与第二电容。上述PNP晶体管的射极耦接于一电压 源，第二电阻耦接于上述PNP晶体管的射极与上述PNP晶体管的基极之间。第三电阻的一 端耦接于上述PNP晶体管的基极；上述第一NMOS晶体管的漏极耦接于上述第三电阻的另一 端，上述第一NMOS晶体管的源极耦接于接地端，上述第一NMOS晶体管的栅极耦接于上述电 流检测单元。第一电容耦接于上述第一 NMOS晶体管的栅极与接地端之间；第四电阻耦接于 上述第一 NMOS的栅极与接地端之间。上述第五电阻的一端耦接于上述控制单元的频率设 定引脚，上述第二 NMOS晶体管的漏极耦接于上述第五电阻的另一端。第二 NMOS晶体管的 源极耦接于接地端，其栅极耦接于上述第一 PNP晶体管的集极。第二电容耦接于上述第二 NMOS晶体管的栅极与接地端之间。第六电阻耦接于上述第二 NMOS晶体管的栅极与接地端 之间。在本实用新型一实施例中，上述第二调制单元包括一 NPN晶体管、第二电阻至第 四电阻、一第一 NMOS晶体管与一第一电容。上述NPN晶体管的集极耦接于一电压源，上述 NPN晶体管的基极耦接于上述电压检测单元。一第二电阻耦接于上述NPN晶体管的集极与 上述NPN晶体管的基极之间，上述第三电阻的一端耦接于上述控制单元的频率设定引脚。 上述第一 NMOS晶体管的漏极耦接于上述第三电阻的另一端，上述第一 NMOS晶体管的源极 耦接于接地端，上述第一 NMOS晶体管的栅极耦接于上述NPN晶体管的射极。第一电容耦接 于上述第一 NMOS晶体管的栅极与接地端之间。第四电阻耦接于上述第一 NMOS晶体管的栅 极与接地端之间。在本实用新型另一实施例中，上述频率调制单元可以另一种电路架构实施，其包 括一第一电阻、一接地电容、一第一调制单元以及一第二调制单元。上述第一电阻的一第一 端耦接于上述控制单元的一频率设定引脚，一接地电容耦接于上述第一电阻的一第二端与 接地端之间。第一调制单元耦接于上述电流检测单元与控制单元的频率设定引脚，第二调 制单元耦接于上述电压检测单元与控制单元的频率设定引脚。在本实用新型一实施例中，上述第一调制单元包括一 PNP晶体管、第二电阻至第 十电阻、第一至第二 NMOS晶体管、第一至第二电容，一 NPN晶体管。上述PNP晶体管的射极 耦接于一电压源，第二电阻耦接于上述第一 PNP晶体管的射极与上述PNP晶体管的基极之 间。上述第三电阻的一端耦接于上述PNP晶体管的基极，上述第一 NMOS晶体管的漏极耦接
6于上述第三电阻的另一端，上述第一NMOS晶体管的源极耦接于接地端，上述第一NMOS晶体 管的栅极耦接于上述电流检测单元。第一电容耦接于上述第一 NMOS晶体管的栅极与接地 端之间，第四电阻耦接于上述第一 NMOS的栅极与接地端之间。上述第五电阻的一端耦接于 上述控制单元的频率设定引脚，上述第二 NMOS晶体管的漏极耦接于上述第五电阻的另一 端，上述第二 NMOS晶体管的源极耦接于上述第一电阻的上述第二端，上述第二 NMOS晶体管 的栅极耦接于上述PNP晶体管的集极。上述第六电阻的一第一端耦接于上述PNP晶体管的 集极；第七电阻耦接于上述第六电阻的一第二端与接地端之间。上述NPN晶体管的基极耦 接于上述第六电阻的上述第二端，上述NPN晶体管的射极耦接于接地端。第八电阻耦接于 上述PNP晶体管的射极与上述NPN晶体管的集极之间。第九电阻耦接于上述NPN晶体管的 集极与接地端之间。第二电容耦接于上述NPN晶体管的集极与接地端之间。上述第十电阻 的一端耦接于上述PNP晶体管的集极以及上述第三NMOS晶体管的漏极耦接于上述第十电 阻的另一端，上述第三NMOS晶体管的源极耦接于接地端，上述第三NMOS晶体管的栅极耦接 于上述NPN晶体管的集极。在本实用新型一实施例中，上述第二调制单元包括一第一与第二 NPN晶体管、第 二至第八电阻、第一至第二 NMOS晶体管与一第二电容。上述第一 NPN晶体管的集极耦接于 一电压源，其基极耦接于上述电压检测单元。第二电阻耦接于第一 NPN晶体管的集极与其 基极之间。上述第三电阻的一端耦接于上述控制单元的频率设定引脚，上述第一 NMOS晶体 管的漏极耦接于第三电阻的另一端，第一 NMOS晶体管的源极耦接于接地端，其栅极耦接于 第一NPN晶体管的射极。上述第四电阻的第一端耦接于该第一NPN晶体管的射极，第五电阻 耦接于上述第四电阻的一第二端与接地端之间。上述第二 NPN晶体管的基极耦接于第四电 阻的第二端，第二 NPN晶体管的射极耦接于接地端。第六电阻耦接于第一 NPN晶体管的集 极与第二 NPN晶体管的集极之间。第七电阻耦接于第二 NPN晶体管的集极与接地端之间， 第二电容耦接于第二 NPN晶体管的集极与接地端之间。第八电阻的一端耦接于第一 NPN晶 体管的集极，第二NMOS晶体管的漏极耦接于第八电阻的另一端，第二NMOS晶体管的源极耦 接于接地端，其栅极耦接于第二 NPN晶体管的集极。在本实用新型一实施例中，上述电流检测单元包括一电阻与一检测电路。上述电 阻串联耦接于上述谐振式转换单元的输出，而上述检测电路耦接于上述电阻的两端以检测 上述谐振式转换单元的上述输出电流。在本实用新型一实施例中，上述电压检测单元包括第一与第二电阻以及三端元 件。上述第一电阻的一第一端耦接于上述谐振式转换单元的输出，第二电阻耦接于上述第 一电阻的一第二端与一接地端之间。上述三端元件的一第一端耦接于上述频率调制单元， 上述三端元件的一第二端耦接于接地端，上述三端元件的一参考端耦接于上述第一电阻的 上述第二端。在本实用新型一实施例中，上述谐振式转换单元为一 LLC谐振式转换器。本实用新型一实施例中，上述控制单元更输出一第二切换信号至上述谐振式转换 单元，上述第一切换信号的工作周期实质上为50%，上述第二切换信号工作周期实质上为 50%，且上述第一切换信号与上述第二切换信号的波形反相。本实用新型另提出一种谐振式电力转换电路，包括一谐振式转换单元、一控制单 元、一电流检测单元以及一频率调制单元。控制单元耦接于上述谐振式转换单元，用以输出至少一第一切换信号至上述谐振式转换单元以调整上述谐振式转换单元的一输出电压，其 中上述控制单元具有一最低切换频率以限制上述第一切换信号的频率。电流检测单元耦接 于上述谐振式转换单元的输出以检测上述谐振式转换单元的一输出电流，频率调制单元耦 接于上述电流检测电路与上述控制单元，上述频率调制单元根据上述输出电流调整上述控 制单元的上述最低切换频率。其中，当上述输出电流大于一电流预设值时，上述频率调制单 元提高上述控制单元的最低切换频率。其中，上述各元件的电路架构请参照前述说明，在此 不加累述。本实用新型又提出一种谐振式电力转换电路，包括一谐振式转换单元、一控制单 元、一电压检测单元以及一频率调制单元。控制单元耦接于上述谐振式转换单元，用以输出 一第一切换信号至上述谐振式转换单元以调整上述谐振式转换单元的一输出电压，其中上 述控制单元具有一最低切换频率以限制上述第一切换信号的频率。电压检测单元耦接于上 述谐振式转换单元的输出以检测上述谐振式转换单元的一输出电压，频率调制单元耦接于 上述电流检测电路与上述电压检测电路与上述控制单元，上述频率调制单元根据上述输出 电流与上述输出电压调整上述控制单元的最低切换频率。其中，当上述输出电压大于一电 压预设值时，上述频率调制单元降低上述控制单元的最低切换频率。综合上述，本实用新型的谐振式电力转换电路会根据转换器的输出电压或输出电 流来调整控制器的最低切换频率，让切换信号的操作频率区间可以依照转换器的增益曲线 的变化适时调整。藉此，本实用新型的谐振式电力转换电路可以使谐振式转换单元得到所 需的增益以增加其输出电压与增进其过电压保护的效果。为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合 附图，作详细说明如下。

图1为根据本实用新型第一实施例的谐振式电力转换电路的功能方块图。图2A为根据本实用新型第一实施例的负载与增益曲线图。图2B为根据本实用新型第二实施例的增益曲线图。图3为根据本实用新型第二实施例的谐振式电力转换电路的电路图。图4为根据本实用新型第三实施例的转换单元的电路图。图5为根据本实用新型第四实施例的适用于电流检测的谐振式电力转换电路的 功能方块图。图6为根据本实用新型第四实施例的适用于电压检测的谐振式电力转换电路的 功能方块图。主要元件符号说明100、300、400、500、600 谐振式电力转换电路110、310 谐振式转换单元120,320 控制单元130、330 电流检测单元140、340 电压检测单元150,350,450 频率调制单元
8[0037]152、352、452 第一调制单元154、354、454 第二调制单元332:检测电路Bn、B3I ；PNP晶体管[0041]B2I、 2、B41、B42 =NPN 晶体[0042]Mn、M12、M21 :NM0S晶体管[0043]M31、M32、M33、M41、M42 =NMOS[0044]Roi、尺28、尺29、Rs 电阻R12 R16, R22 R24, R30 R39、R42 R48 电阻C11 C12、C21、C31、C32、C42 电容C01 接地电容IC2 三端元件FmiruVref 频率设定引脚RT/CT:引脚VGl 第一控制信号VG2 第二控制信号FSl 第一切换信号FS2 第二切换信号F1、F2、F3:频率Vcc 电压源VOUT 输出电压GND 接地端
具体实施方式
(第一实施例)谐振式电力转换器(resonant power converter)的电压增益曲线会随着负载或 是输出电压变化而改变，例如当负载提高时，其最高增益的工作频率会提高。由于传统的控 制器所输出的切换信号频率会受限于其内部振荡频率，且其内部振荡频率的设定值通常是 固定的，无法随着谐振式电力转换器的输出调整其输出频率的调制范围。因此，在某些特定 情况下，谐振式电力转换器会受限于切换信号的工作频率区间而无法获得最大的增益。例 如，当谐振式电力转换器操作在重负载或尖峰负载(peak load)时，其最大增益点的频率会 提高。因此，本实施例的谐振式电力转换电路会依照其增益曲线的变化调整其控制器的最 低切换频率，让谐振式电力转换器可以获得较高的增益以提高其输出电压。此外，当反馈失 控(系统发生问题)时，输出电压会上升，此时输出电压需升高至过电压保护点才能触发保 护电压以关闭电源供应器。因此，当检测到电压上升时，控制器的最低切换频率会对应的降 低以提高谐振式电力转换器的增益，让谐振式电力转换器具有足够的增益来提高输出电压 以触发保护电路。本实施例的控制器会根据谐振式转换器的输出电压与输出电流来获得目前的负 载状况或是反馈状况，然后据以调整控制器的最低切换频率，让控制器具有较大的频率切换区间来调制切换信号的频率，以使得谐振式电力转换器可以操作在最大增益点以符合系 统需求。由于在本实施例中，控制器的最低切换频率会依照转换器的输出电压与电流调整， 因此不论系统是操作在尖峰负载(peak load)或反馈失控过电压的情况下，本实施例的谐 振式电力转换电路皆可操作在适当的频率点以获得所需的电压增益。请参照图1，图1为根据本实用新型第一实施例的谐振式电力转换电路的功能方 块图，谐振式电力转换电路100包括谐振式转换单元110、控制单元120、电流检测单元130、 电压检测单元140与频率调制单元150。控制单元120耦接于谐振式转换单元110，频率调 制电路150耦接于控制单元120与电流检测单元130与电压检测单元140。电流检测单元 130、电压检测单元140耦接于谐振式转换单元110的输出以检测谐振式转换单元110的输 出电压与输出电流。谐振式转换单元110例如为串联谐振式电力转换器(简称SRC)或并联谐振式电 力转换器(简称PRC)或串并联谐振式电力转换器(简称SPRC，又称为LCC)，本实施例并不 受限。在本实施例中以半桥式LCC谐振式电力转换器为例说明，谐振式转换单元110具有 两个串联的功率开关(未绘示)，其功效类似方波产生器。谐振式转换单元110中的功率 开关会依据控制单元120所输出的切换信号来进行分别切换(导通与关闭)以产生方波信 号，然后经由谐振电路与变压器产生输出电压V0UT。在操作过程中，谐振式转换单元110的 增益与切换信号的频率相关。以半桥式的谐振转换器而言，控制单元120会输出两个反相 以及具有实质上50%的工作周期(duty cycle)的切换信号来控制其开关。如图1所示，控 制单元120所输出的切换信号包括第一切换信号FSl与第二切换信号FS2，用以分别控制谐 振式转换单元110中的开关(例如为功率晶体管)。控制单元120可以经由调整第一切换 信号FSl与第二切换信号FS2的频率来调整谐振式转换单元110的增益，进而调整谐振式 转换单元110的输出电压V0UT。此外，谐振式转换单元110的电路架构也可以是全桥式的电路架构，这样控制单 元120会输出四个切换信号以控制谐振式转换单元110中的功率开关。本实施例中并不限 定谐振式转换单元110的电路架构，控制单元120可依照其电路架构输出至少一切换信号 至谐振式转换单元110，并且可经由调整切换信号的频率来调整谐振式转换单元110的增 益以产生所需的输出电压。控制单元120的功能就像是信号产生器，可利用例如意法半导体 (STMicroelectronics,ST)公司的高电压谐振控制芯片(例如型号L6599)来实现，但本实 施例并不受限于此一型号的芯片。一般而言，控制单元所输出的切换信号的频率会受限于 芯片内部的振荡频率，其切换信号会具有一最小切换频率的限制。以上述L6599为例，其最 低切换频率是经由一频率设定引脚来设定，也就是说，经由此设定引脚可设定第一切换信 号FSl与第二切换信号FS2的最低工作频率。由于谐振式转换单元110的增益会随着第一 切换信号FSl与第二切换信号FS2的切换频率而变，因此调整控制单元120的最低切换频 率可以让谐振式转换单元110具有更大的增益调制空间以符合设计需求。值得注意的是， 所谓调整最低切换频率是指调整控制单元120所能输出的切换信号的频率下限，而非直接 调整其切换信号的频率。电流检测单元130与电压检测单元140分别用来检测谐振式转换单元110的输出 电流与输出电压。频率调制单元150会根据谐振式转换单元110的输出电流与输出电压调整控制单元120的最低切换频率。以L6599来实现控制单元120为例，频率调制单元150 可经由调整其Fmin引脚所连接的电阻值来调整控制单元120的最低切换频率。值得注意 的是，不同的控制芯片具有不同的频率设定方式，上述L6599仅为本实用新型的一实施例， 本实用新型并不以此为限。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者应可 推知其他实施方式，在此不加累述。频率调制单元150中包括第一调制单元152与第二调制单元154，分别耦接于电流 检测单元130与电压检测单元140。第一调制单元152会根据谐振式转换单元110的输出 电流调整控制单元120的最低切换频率。第二调制单元154会根据谐振式转换单元110的 输出电压调整控制单元120的最低切换频率。举例来说，当检测到谐振式转换单元110的 输出电流大于一电流预设值时，表示其操作在重负载下，频率调制单元150会提高控制单 元120的最低切换频率；当检测到谐振式转换单元110的输出电压大于一电压预设值时则 可能发生反馈失控，此时频率调制单元150会降低控制单元120的最低切换频率。通过上 述调整，控制单元120可在尖峰负载或反馈失控时调整切换信号的最低切换频率，让谐振 式转换单元110可以获得较高的增益以输出所需的电压值。请参照图2A，图2A为根据本实用新型第一实施例的负载与增益曲线图。本实施例 以280W的电源供应器为例说明，图2A绘示的两条增益曲线分别为280W负载与600W尖峰 负载时的增益曲线。在280W负载的曲线中，其最大增益的频率为F1，在600W尖峰负载的曲 线中，其最大增益的频率为F2。由图2A可知，尖峰负载或重负载时，对应于最大增益点的频 率会提高，因此当检测到谐振式转换单元110的输出电流大于电流预设值时，第一调制单 元152便会提高控制单元120的最低切换频率以限制切换信号的最低切换频率，藉此提高 谐振式转换单元110的增益，让谐振式转换单元110可以维持稳定的输出。以图2A为例，第 一调制单元152会提高控制单元120的最低切换频率至频率F2以限制控制单元120的最 低切换频率。如图2A所示，原始的最低切换频率设定在频率F1，当600W尖峰负载发生时， 频率Fl (27kHz)所对应的增益为0. 83，当第一调制单元152将控制单元120的最低切换频 率提高至频率F2 (40kHz)时，则可使增益增加到0. 99。所谓反馈失控表示电源供应器发生异常的问题，例如元件烧毁或故障，此时必须 让谐振式转换单元110的输出电压可以升高至过电压保护点以触发过电压保护机制来关 闭电源供应器。因此，当电压检测单元140检测到输出电压超过电压预设值时，第二频率调 制电路154便会降低控制单元120的最低切换频率，让谐振式转换单元110可以获得较高 的增益以提高其输出电压来触发过电压保护以关闭电源供应器。请参照图2B，图2B为根据 本实用新型第二实施例的增益曲线图。当原始设定的最低切换频率限制于频率Fl (27kHz) 时，电压增益只能达到1. 07，当第二频率调制电路154将控制单元120的最低切换频率降低 至频率F3(20kHz)时，其电压增益可达到1. 11，可以确保谐振式转换单元110的输出电压能 达到过电压保护点。由上述可知，谐振式电力转换电路100可在尖峰负载或反馈失控时调整谐振式转 换单元110的输出增益，让谐振式转换单元110可以操作在较高的增益点以输出所需的电 压值。上述用以判断是否发生尖峰负载或反馈失控的预设电流值与预设电压值可依照设计 需求而定，本实用新型并不受限。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者 应可推知其他实施方式，在此不加累述。[0071](第二实施例)接下来，进一步说明谐振式电力转换电路的电路实施方式，请参照图3，图3为根 据本实用新型第二实施例的谐振式电力转换电路的电路图。谐振式电力转换电路300包 括谐振式转换单元310、控制单元320、电流检测单元330、电压检测单元340与频率调制单 元350，频率调制单元350中尚包括第一调制单元352与第二调制单元354。电流检测单元 330中包括电阻Rs与检测电路332，电阻Rs串联耦接于谐振式转换单元310的输出，用以将 电流转换为电压信号，检测电路332耦接于电阻Rs的两端，经由其电压差检测谐振式转换 单元310的输出电流。检测电路332可利用电流检测元件或电压检测电路实现，本实施例 并不受限。电压检测单元340包括电阻R28与R29以及三端元件IC2,电阻R28与R29串联耦 接于谐振式转换单元310的输出与接地端GND之间，三端元件IC2耦接于第二调制单元354 与接地端GND之间，三端元件IC2的参考端耦接于电阻R28与R29的共用接点。其中，三端元件IC2例如为德州仪器(Texas Instruments, Tl)所出产的 TL431 (voltage regulator)，三端元件IC2的参考端(REF)耦接于电阻R28与R29的共用接 点，三端元件1(2的阳极端(ANODE)耦接于接地端GND，三端元件IC2的阴极端(CATHODE)耦 接于NPN晶体管B21的基极。三端元件IC2会依照参考端(REF)的电压调整阴极端的输出 电压。关于TL431的应用方式请参考其规格书，在此不加累述。控制单元320具有频率设定引脚Fmin，电阻Rtll耦接于频率设定引脚Fmin与接地 端GND之间，控制单元320的振荡频率可由频率设定引脚Fmin所耦接的电阻值来决定。在 本实施例中，频率调制单元350包括电阻Rtll、第一调制单元352与第二调制单元354，电阻 R01耦接于控制单元320的频率设定引脚Fmin与接地端GND之间。第一调制单元352与第 二调制单元354同样耦接于频率设定引脚Fmin，可以选择性分别控制是否并联一电阻(在 本实施例中，被控制的电阻分别为电阻R15与电阻R23)至电阻Rtll以调整频率设定引脚Fmin 所连接的电阻值，藉此调整控制单元320的最低切换频率。第一调制单元352包括电阻R12 R16、电容C11 C12、PNP晶体管B11与 NMOS晶体管Mn、M12，其中PNP晶体管为PNP双极接面晶体管(PNPbipolar junction transistor)的简称，NMOS晶体管为N通道金属氧化物半导体场效应晶体管(N channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)白勺■禾尔。PNP !^.iW B11 白勺身寸丰及 耦接于电压源电阻R12耦接于PNP晶体管B11的射极与PNP晶体管B11的基极之间。电 阻R13的一端耦接于PNP晶体管B11的基极。NMOS晶体管M11的漏极耦接于电阻R13的另一 端。NMOS晶体管M11的源极耦接于接地端GND。NMOS晶体管M11的栅极耦接于电流检测单 元330中的检测电路332。电容C11耦接于NMOS晶体管M11的栅极与接地端GND之间，电阻R14耦接于NMOS晶 体管M11的栅极与接地端GND之间。电阻R15的一端耦接于控制单元320的频率设定引脚 Fmin0 NMOS晶体管M12的漏极耦接于电阻R15的另一端，其源极耦接于接地端GND，其栅极耦 接于PNP晶体管B11的集极。电容C12耦接于NMOS晶体管M12的栅极与接地端GND之间。电 阻R16耦接于NMOS晶体管M12的栅极与接地端GND之间。在正常状况下，NMOS晶体管M12是处于关闭的状态，当检测电路332检测到谐振式 转换单元310的输出电流大于电流预设值时(表示处于尖峰负载或重负载)，检测电路332 会导通NMOS晶体管M11,此时第一调制单元352会产生高电位的第一控制信号VGl以导通
12NMOS晶体管M12，使得电阻R15与电阻Rtll并联，让频率设定引脚Fmin所连接的阻抗值降低。 藉此，提高控制单元320的最低切换频率，如同图2A所示。第二调制单元354包括电阻R22 R24、电容C21、NPN晶体管B21与匪OS晶体管M21， 其中NPN晶体管为NPN双极接面晶体管(NPN bipolar junctiontransistor)的简称。NPN 晶体管B21的集极耦接于电压源Vrc，NPN晶体管B21的基极耦接于电压检测单元340的三端 元件IC2。电阻R22耦接于NPN晶体管B21的集极与NPN晶体管B21的基极之间。电阻R23的 一端耦接于控制单元320的频率设定引脚Fmin，NM0S晶体管M21的漏极耦接于电阻R23的另 一端，其源极耦接于接地端GND，其栅极耦接于NPN晶体管B21的射极。电容C21耦接于NMOS 晶体管M21的栅极与接地端GND之间。电阻R24耦接于NMOS晶体管M21的栅极与接地端GND 之间。在正常操作下，NMOS晶体管M21是处于导通的状态，电阻R23可视为与电阻Rtll并联。 当电压检测单元340检测到谐振转换单元310的输出电压大于电压预设值时，电压检测单 元340会关闭NPN晶体管B21，使得第二调制单元354所输出的第二控制信号VG2转换为低 电位。此时，第二调制单元354会关闭NMOS晶体管M21以使电阻R23不与电阻Rtll并联(即 是让电阻R23浮接)。因此，控制单元320的频率设定引脚Fmin所耦接的电阻值会提高，使 得控制单元320的最低切换频率下降。如图2B所示，较低的最低切换频率可以让谐振式转 换单元310获得较高的增益。(第三实施例)上述图3仅为本实用新型的一实施例，其中频率调制单元也可以用其他电路实施 以适用于不同规格的谐振控制芯片(resonant controller)，在本实施例中，控制单元320 以Champion-mirco出产的CM6901芯片为例说明。请参照图4，图4为根据本实用新型第三 实施例的谐振式电力转换电路400的电路图。图4与图3主要差异在于频率调制单元450， 在图4中，频率调制单元450包括电阻Rtll、接地电容Ctll、第一调制单元452与第二调制单元 454。电阻Rtll与接地电容Ctll串联耦接于控制单元320的频率设定引脚Vref与接地端GND 之间，电阻Rtll与接地电容Ctll的共用接点耦接于控制单元320的另一引脚RT/CT。更详细 的说，CM6901的频率设定引脚为第16号引脚(Pin number 16，Vref)，所以电阻Rtll会耦接 于芯片的第16号引脚(Pin number 16，Vref)与第9号引脚(Pin number 9,RT/CT)之间， 接地电容Ctll耦接于第9号引脚(Pin number 9，RT/CT)与接地端GND之间。关于CM6901 芯片的电路设计方式请参考CM6901的元件规格书，在此不加累述。第一调制单元452包括电阻R3tl R39、电容C31、C32> PNP晶体管B31与NPN晶体管 B32与NMOS晶体管M31、M32、M33。PNP晶体管B31的射极耦接于电压源Ncc。电阻R32耦接于PNP 晶体管B31的射极与其基极之间。电阻R33耦接于PNP晶体管B31的基极与NMOS晶体管M31 的漏极之间。NMOS晶体管M31的源极耦接于接地端GND，其栅极耦接于电流检测单元330。 电容C31耦接于NMOS晶体管M31的栅极与接地端GND之间，电阻R34耦接于NMOS的栅极M31 与接地端GND之间。电阻R35耦接于控制单元320的频率设定引脚Vref与NMOS晶体管M32 的漏极之间，NMOS晶体管M32的源极耦接于电阻Rtll与接地电容Ctll的共用接点，NMOS晶体 管M32的栅极则耦接于PNP晶体管B31的集极。电阻R36耦接于PNP晶体管B31的集极与电阻R37之间，电阻R37的另一端耦接于接 地端GND。NPN晶体管B32的基极耦接于电阻R36与电阻R37的共用接点，NPN晶体管B32的射极耦接于接地端GND。电阻R38与电阻R39串联耦接于PNP晶体管B31的集极与接地端GND 之间，其共用接点则耦接于NPN晶体管B32的集极。电容C32耦接于NPN晶体管B32的集极与 接地端GND之间。电阻R3tl的一端耦接于PNP晶体管B31的集极，另一端耦接于NMOS晶体管 M33的漏极，NMOS晶体管M33的源极耦接于接地端GND，NM0S晶体管M33的栅极耦接于NPN晶 体管B32的集极。如同图3 —样，在正常状况下，NMOS晶体管M32是处于关闭的状态，当检测电路332 检测到谐振式转换单元310的输出电流大于电流预设值时(表示处于尖峰负载或重负载)， 检测电路332会导通NMOS晶体管M31，此时第一调制单元452会产生高电位的第一控制信 号VGl以导通NMOS晶体管M32，使得电阻R35与电阻Rtll并联。频率设定引脚Vref所连接的 阻抗值会因为电阻R35与电阻Rtll并联而降低。藉此，提高控制单元320的最低切换频率，让 谐振式转换单元310可以产生较高的增益，如同图2A所示。第二调制单元454包括电阻R42 R48、电容C42、NPN晶体管B41、B42与匪OS晶体管 M41、M42。NPN晶体管B41的集极耦接于电压源Vee，其基极耦接于电压检测单元340。电阻R42 耦接于NPN晶体管B41的集极与基极之间。电阻R43耦接于控制单元320的频率设定引脚 Vref与NMOS晶体管M41的漏极之间。NMOS晶体管M41的源极耦接于接地端GND，其栅极耦 接于NPN晶体管B41的射极。电阻R44与电阻R45串联耦接于NPN晶体管B41的射极与接地 端GND之间，其共用接点耦接于NPN晶体管B42的基极，NPN晶体管B42的射极耦接于接地端 GND。电阻R46耦接于NPN晶体管B41的集极与NPN晶体管B42的集极之间。电阻R47耦接于 NPN晶体管B42的集极与接地端GND之间。电容C42耦接于NPN晶体管B42的集极与接地端 GND之间。电阻R48的一端耦接于NPN晶体管B41的射极，另一端耦接于NMOS晶体管M42的 漏极。NMOS晶体管M42的源极耦接于接地端GND，NMOS晶体管M42的栅极耦接于NPN晶体管 B42的集极。在正常操作下，NMOS晶体管M41是处于导通的状态，电阻R43可视为与电阻Rtll并联。 当电压检测单元340检测到谐振转换单元310的输出电压大于电压预设值时，电压检测单 元340会关闭NPN晶体管B41，使得第二调制单元454所输出的第二控制信号VG2转换为低 电位。此时，第二调制单元454会关闭NMOS晶体管M41，使得电阻R43不与电阻Rtll并联。此 时，控制单元320的频率设定引脚Vref所耦接的电阻值会提高，使得控制单元320的最低 切换频率下降。如图2B所示，较低的最低切换频率可以让谐振式转换单元310获得较高的 增 ο图4中的其余电路架构与图3相似，其电路原理也相似，因此本技术领域具有通常 知识者在经由上述实施例的公开后应可轻易推知其电路作动方式，在此不加累述。此外，虽 然图3与图4是以不同的芯片为例说明，但其频率调制单元350、450的电路架构可依照芯 片规格调整或调换使用，本实用新型并不受限。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具 有通常知识者应可推知其他实施与应用方式，在此不加累述。此外，值得注意的是，上述图 3与图4仅为本实用新型的实施范例，但本实用新型的实施电路并不以此为限，上述图1中 的各元件可依照其功能以不同的电路实施。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有 通常知识者应可推知其他实施方式，在此不加累述。(第四实施例)在上述图1中，其最低切换频率的调整可分为根据输出电流调整或根据输出电压
14调整两种方式，其中负责根据输出电流调整最低切换频率的部分电路为第一调制单元152 与电流检测单元130，而负责根据输出电压调整最低切换频率的部分电路为第二调制单元 154与电压检测单元140。由于第一调制单元152与第二调制单元154皆具有调整控制单 元120的最低切换频率的功能，因此电压检测与电流检测两部分的电路可独立运作或是整 合在同一个谐振式电力转换电路中。如图5与图6所示，图5为根据本实用新型第四实施例的适用于电流检测的谐振 式电力转换电路的功能方块图。图6为根据本实用新型第四实施例的适用于电压检测的谐 振式电力转换电路的功能方块图。在图5中，谐振式电力转换电路500包括谐振式转换单 元110、控制单元120、电流检测单元130与第一调制单元152。其中，在图5实施例中的频 率调制单元仅包括第一调制单元152。控制单元120耦接于谐振式转换单元110，第一调制 单元152耦接于控制单元120与电流检测单元130。电流检测单元130耦接于谐振式转换 单元110的输出以检测谐振式转换单元110的输出电流。当检测到谐振式转换单元110的 输出电流大于电流预设值时，第一调制单元152会提高控制单元120的最低切换频率以让 谐振式转换单元110具有较高的增益。图5中的个别元件的作动与其操作方式可参照图1 的说明，而其电路实施方式请参照上述图3与图4的描述，在此不加累述。在图6中，谐振式电力转换电路600包括谐振式转换单元110、控制单元120、电流 检测单元130与第二调制单元154。其中，在图6实施例中的频率调制单元仅包括第二调制 单元154。第二调制单元154耦接于控制单元120与电压检测单元140。当检测到谐振式 转换单元110的输出电压大于电压预设值时，第二调制单元154会降低控制单元120的最 低切换频率以让谐振式转换单元110具有较高的增益。图6中的个别元件的作动与其操作 方式可参照图1的说明，而其电路实施方式请参照上述图3与图4的描述，在此不加累述。值得注意的是，控制单元120可使用不同的芯片或电路来实施，不同的芯片与电 路具有不同的频率调整方式，本实用新型并不受限于上述图1 图6的实施方式。第一调 制单元152与第二调制单元154主要的功能是用来调整控制单元120的最低切换频率，其 电路可依照不同的控制单元120而变。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常 知识者应可推知其他实施方式，在此不加累述。综上所述，本实用新型的谐振式电力转换电路具有依照谐振式转换单元的输出电 流或输出电压动态调整控制单元的最低切换频率的功能。本实用新型的谐振式电力转换电 路可因应转换器在不同负载下的增益曲线变化即时调整控制器的最低切换频率，让谐振式 转换单元可以得到较佳的增益以符合系统需求。藉此提高电源供应器的稳定性与过电压保 护效果。虽然本实用新型的优选实施例已公开如上，然本实用新型并不受限于上述实施 例，本领域技术人员，在不脱离本实用新型所公开的范围内，当可作些许的更动与调整，因 此本实用新型的保护范围应当以所附权利要求书所界定者为准。
权利要求一种谐振式电力转换电路，其特征在于，该谐振式电力转换电路包括一谐振式转换单元；一控制单元，耦接于该谐振式转换单元，用以输出至少一第一切换信号至该谐振式转换单元以调整该谐振式转换单元的一输出电压，其中该控制单元具有一最低切换频率以限制该第一切换信号的频率；一电流检测单元，耦接于该谐振式转换单元的输出以检测该谐振式转换单元的一输出电流；一电压检测单元，耦接于该谐振式转换单元的输出以检测该谐振式转换单元的该输出电压；以及一频率调制单元，耦接于该电流检测电路与该电压检测电路与该控制单元，该频率调制单元根据该输出电流与该输出电压调整该控制单元的该最低切换频率。
2.如权利要求1所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该频率调制单元包括 一第一电阻，耦接于该控制单元的一频率设定引脚与一接地端之间；一第一调制单元，耦接于该电流检测单元与该控制单元的该频率设定引脚；以及 一第二调制单元，耦接于该电压检测单元与该控制单元的该频率设定引脚。
3.如权利要求2所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该第一调制单元包括 一 PNP晶体管，该PNP晶体管的射极耦接于一电压源；一第二电阻，耦接于该PNP晶体管的射极与该PNP晶体管的基极之间； 一第三电阻，该第三电阻的一端耦接于该PNP晶体管的基极； 一第一 NMOS晶体管，该第一 NMOS晶体管的漏极耦接于该第三电阻的另一端，该第一 NMOS晶体管的源极耦接于该接地端，该第一 NMOS晶体管的栅极耦接于该电流检测单元； 一第一电容，耦接于该第一 NMOS晶体管的栅极与该接地端之间； 一第四电阻，耦接于该第一 NMOS的栅极与该接地端之间； 一第五电阻，该第五电阻的一端耦接于该控制单元的该频率设定引脚； 一第二 NMOS晶体管，该第二 NMOS晶体管的漏极耦接于该第五电阻的另一端，该第二 NMOS晶体管的源极耦接于该接地端，该第二 NMOS晶体管的栅极耦接于该第一 PNP晶体管的 集极；一第二电容，耦接于该第二 NMOS晶体管的栅极与该接地端之间；以及 一第六电阻，耦接于该第二 NMOS晶体管的栅极与该接地端之间。
4.如权利要求2所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该第二调制单元包括一 NPN晶体管，该NPN晶体管的集极耦接于一电压源，该NPN晶体管的基极耦接于该电 压检测单元；一第二电阻，耦接于该NPN晶体管的集极与该NPN晶体管的基极之间； 一第三电阻，该第三电阻的一端耦接于该控制单元的该频率设定引脚； 一第一 NMOS晶体管，该第一 NMOS晶体管的漏极耦接于该第三电阻的另一端，该第一 NMOS晶体管的源极耦接于该接地端，该第一 NMOS晶体管的栅极耦接于该NPN晶体管的射 极；一第一电容，耦接于该第一 NMOS晶体管的栅极与该接地端之间；以及 一第四电阻，耦接于该第一 NMOS晶体管的栅极与该接地端之间。
5.如权利要求1所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该频率调制单元包括 一第一电阻，该第一电阻的一第一端耦接于该控制单元的一频率设定引脚； 一接地电容，耦接于该第一电阻的一第二端与一接地端之间；一第一调制单元，耦接于该电流检测单元与该控制单元的该频率设定引脚；以及 一第二调制单元，耦接于该电压检测单元与该控制单元的该频率设定引脚。
6.如权利要求5所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该第一调制单元包括 一 PNP晶体管，该PNP晶体管的射极耦接于一电压源；一第二电阻，耦接于该PNP晶体管的射极与该PNP晶体管的基极之间； 一第三电阻，该第三电阻的一端耦接于该PNP晶体管的基极； 一第一 NMOS晶体管，该第一 NMOS晶体管的漏极耦接于该第三电阻的另一端，该第一 NMOS晶体管的源极耦接于该接地端，该第一 NMOS晶体管的栅极耦接于该电流检测单元； 一第一电容，耦接于该第一 NMOS晶体管的栅极与该接地端之间； 一第四电阻，耦接于该第一 NMOS的栅极与该接地端之间； 一第五电阻，该第五电阻的一端耦接于该控制单元的该频率设定引脚； 一第二 NMOS晶体管，该第二 NMOS晶体管的漏极耦接于该第五电阻的另一端，该第二 NMOS晶体管的源极耦接于该第一电阻的该第二端，该第二NMOS晶体管的栅极耦接于该PNP 晶体管的集极；一第六电阻，该第六电阻的一第一端耦接于该PNP晶体管的集极； 一第七电阻，耦接于该第六电阻的一第二端与该接地端之间； 一 NPN晶体管，该NPN晶体管的基极耦接于该第六电阻的该第二端，该NPN晶体管的射 极耦接于该接地端；一第八电阻，耦接于该PNP晶体管的射极与该NPN晶体管的集极之间； 一第九电阻，耦接于该NPN晶体管的集极与该接地端之间； 一第二电容，耦接于该NPN晶体管的集极与该接地端之间； 一第十电阻，该第十电阻的一端耦接于该PNP晶体管的集极；以及 一第三NMOS晶体管，该第三NMOS晶体管的漏极耦接于该第十电阻的另一端，该第三 NMOS晶体管的源极耦接于该接地端，该第三NMOS晶体管的栅极耦接于该NPN晶体管的集 极。
7.如权利要求5所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该第二调制单元包括 一第一 NPN晶体管，该第一 NPN晶体管的集极耦接于一电压源，该第一 NPN晶体管的基极耦接于该电压检测单元；一第二电阻，耦接于该第一 NPN晶体管的集极与该第一 NPN晶体管的基极之间； 一第三电阻，该第三电阻的一端耦接于该控制单元的该频率设定引脚； 一第一 NMOS晶体管，该第一 NMOS晶体管的漏极耦接于该第三电阻的另一端，该第一 NMOS晶体管的源极耦接于该接地端，该第一 NMOS晶体管的栅极耦接于该第一 NPN晶体管的 射极；一第四电阻，该第四电阻的一第一端耦接于该第一 NPN晶体管的射极；一第五电阻，耦接于该第四电阻的一第二端与该接地端之间；一第二 NPN晶体管，该第二 NPN晶体管的基极耦接于该第四电阻的该第二端，该第二NPN晶体管的射极耦接于该接地端；一第六电阻，耦接于该第一 NPN晶体管的集极与该第二 NPN晶体管的集极之间； 一第七电阻，耦接于该第二 NPN晶体管的集极与该接地端之间； 一第二电容，耦接于该第二 NPN晶体管的集极与该接地端之间； 一第八电阻，该第八电阻的一端耦接于该第一 NPN晶体管的射极；以及 一第二 NMOS晶体管，该第二 NMOS晶体管的漏极耦接于该第八电阻的另一端，该第二 NMOS晶体管的源极耦接于该接地端，该第二 NMOS晶体管的栅极耦接于该第二 NPN晶体管的 集极。
8.如权利要求1所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该电流检测单元包括 一电阻，串联耦接于该谐振式转换单元的输出；以及一检测电路，耦接于该电阻的两端以检测该谐振式转换单元的该输出电流。
9.如权利要求1所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该电压检测单元包括 一第一电阻，该第一电阻的一第一端耦接于该谐振式转换单元的输出；一第二电阻，耦接于该第一电阻的一第二端与一接地端之间；以及 一三端元件，该三端元件的一第一端耦接于该频率调制单元，该三端元件的一第二端 耦接于该接地端，该三端元件的一参考端耦接于该第一电阻的该第二端。
10.如权利要求1所述的谐振式电力转换电路，其特征在于，该谐振式转换单元为一 LLC谐振式转换器。
11.一种谐振式电力转换电路，其特征在于，该谐振式电力转换电路包括 一谐振式转换单元；一控制单元，耦接于该谐振式转换单元，用以输出至少一第一切换信号至该谐振式转 换单元以调整该谐振式转换单元的一输出电压，其中该控制单元具有一最低切换频率以限 制该第一切换信号的频率；一电流检测单元，耦接于该谐振式转换单元的输出以检测该谐振式转换单元的一输出 电流；以及一频率调制单元，耦接于该电流检测电路与该控制单元，该频率调制单元根据该输出 电流调整该控制单元的该最低切换频率。
12.—种谐振式电力转换电路，其特征在于，该谐振式电力转换电路包括 一谐振式转换单元；一控制单元，耦接于该谐振式转换单元，用以输出一第一切换信号至该谐振式转换单 元以调整该谐振式转换单元的一输出电压，其中该控制单元具有一最低切换频率以限制该 第一切换信号的频率；一电压检测单元，耦接于该谐振式转换单元的输出以检测该谐振式转换单元的一输出 电压；以及一频率调制单元，耦接于该电流检测电路与该电压检测电路与该控制单元，该频率调 制单元根据该输出电流与该输出电压调整该控制单元的该最低切换频率。
专利摘要一种谐振式电力转换电路，包括一谐振式转换单元、一控制单元、一电流检测单元、一电压检测单元与一频率调制单元。控制单元输出切换信号至谐振式转换单元以调整其输出，而电流与电压检测单元用来检测谐振式转换单元的输出电流与输出电压。频率调制单元会根据所检测到的输出电流与输出电压调整控制单元的最低切换频率，藉此提高谐振式转换单元的增益与增加其输出的稳定度。
文档编号H02M3/156GK201726316SQ201020220150
公开日2011年1月26日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者关晔, 陈志泰 申请人:旭丽电子(广州)有限公司;光宝科技股份有限公司