变换器、控制器与控制方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容涉及一种变换器，且特别涉及一种变换器、控制器及变换器的控制方 法。
【背景技术】
[0002] 功率变换器常见于各种电源应用中。在不同的应用中，功率变换器可具有多种操 作模式，例如为不连续导通模式（DiscontinuousConductionMode,DCM)、连续导通模式 (ContinuousConductionMode,CCM)、临界导通模式（BoundaryConductionMode,BCM)或 混合模式等等。
[0003] 其中，操作在临界导通模式中的功率变换器可消除二极管的反向恢复损耗，故相 较于连续导通模式可具有较好的转换效率。
[0004] 然而，由于操作在临界导通模式中的功率变换器的切换频率会随着输入电压与负 载变动而变化。故在输入电压变低与轻载的情况下，功率变换器的切换频率将变得很高，造 成其内部的功率开关的损耗增加，使得功率变换器的转换效率下降。
[0005] 因此，本公开内容提供一种控制方法，可使变换器在轻载或较轻载时的切换频率 稳定于一特定范围，以减少开关切换的损耗，进而改善变换器整体的转换效率。
【发明内容】
[0006] 本公开内容的一方面提供一种控制方法，控制方法用以控制变换器，其中变换器 至少包含开关与电感。开关电性耦接于电感，并根据一控制信号选择性地导通或关断，以使 电感储存或释放能量。当电感的能量释放完后，电感与开关的一寄生电容发生谐振。控制 方法包含下列步骤：根据变换器的电压信息与电流信息中至少一个计算导通时间与下降时 间；根据导通时间、下降时间与对应于电感与寄生电容的谐振周期计算控制信号的切换周 期；将切换周期与第一临界周期以及第二临界周期进行比较，以调整切换周期，其中第二临 界周期大于该第一临界周期；以及当切换周期大于第一临界周期并小于第二临界周期时， 或当切换周期大于第二临界周期且变换器工作于大于50%的额定功率时，输出具有切换周 期的控制信号。
[0007] 于本公开内容的一实施例中，计算下降时间的步骤包含：侦测电压信息与电流信 息中的至少一个，其中电压信息包含变换器的输入电压或输出电压，电流信息包含流经电 感的电流或流经开关的电流；以及根据电压信息与电流信息中的至少一个与一目标值产生 导通时间；以及根据输入电压、输出电压以及导通时间计算下降时间。
[0008] 于本公开内容的一实施例中，其中切换周期满足下式：TS= T0N+T0FF+(2K+1)X(TR/2)。其中，TS为切换周期、T0FF为下降时间，TON为导通时间，TR 为谐振周期，且K为非负整数，其中调整切换周期的步骤包含：将K的初始值设置为0,并比 较切换周期与第一临界周期；以及当切换周期小于第一临界周期时，逐渐增加K，直到切换 周期大于第一临界周期。
[0009] 于本公开内容的一实施例中，其中输出控制信号的步骤包含：当切换周期大于第 一临界周期时，比较切换周期与第二临界周期；以及当切换周期小于第二临界周期时，输出 具有切换周期的控制信号。
[0010] 于本公开内容的一实施例中，其中输出控制信号的步骤还包含：当切换周期大于 第二临界周期时，确认变换器是否工作于大于50%的额定功率；当变换器工作于大于50% 的额定功率时，输出具有切换周期的控制信号；以及当变换器工作于小于等于50%的额定 功率时，输出具有与前一周期相同的切换周期的控制信号或具有预设周期的控制信号。
[0011] 于本公开内容的一实施例中，其中第一临界周期与第二临界周期满足下列特定关 系：
[0013] 其中，TMIN为第一临界周期、TMAX为第二临界周期，TR为谐振周期，K1与K2为非 负整数，且FSET为开关在变换器操作于临界导通模式以及50%的额定功率时的最低切换 频率。
[0014] 本公开内容的另一方面提供一种控制器，以产生控制信号控制变换器的开关，其 中开关电性耦接至电感，并根据控制信号选择性地导通或关断，以使电感储存或释放能量。 当电感的能量释放完后，电感与开关的一寄生电容发生谐振。控制器包含取样模块、反馈计 算模块以及预测模块。取样模块电性耦接变换器，以侦测变换器的电压信息与电流信息中 至少一个。反馈计算模块用以根据电压信息与电流信息中至少一个与目标值产生导通时 间。预测模块用以根据导通时间计算下降时间，并根据导通时间、下降时间与对应于电感与 寄生电容的谐振周期计算控制信号的切换周期。预测模块更比较切换周期与第一临界周 期，以调整切换周期。当切换周期大于第一临界周期时，预测模块输出具有切换周期的控制 信号。
[0015] 于本公开内容的一实施例中，其中电压信息包含变换器的输入电压以及输出电 压，电流信息包含流经电感的电流以及流经开关的电流。预测模块用以根据输入电压、输出 电压以及导通时间产生下降时间。
[0016] 于本公开内容的一实施例中，其中切换周期满足下式：TS= T0N+T0FF+(2K+1)X(TR/2)。其中，TS为切换周期、T0FF为下降时间，TON为导通时间，TR 为谐振周期，且K为非负整数。预测模块将K的初始值设置为0,并比较切换周期与第一临 界周期。当切换周期小于第一临界周期时，预测模块逐渐增加K，直到切换周期大于第一临 界周期。
[0017] 于本公开内容的一实施例中，其中当切换周期大于第一临界周期时，预测模块还 用以比较切换周期与第二临界周期。当切换周期小于第二临界周期时，预测模块输出具有 切换周期的控制信号。
[0018] 于本公开内容的一实施例中，其中当切换周期大于第二临界周期时，预测模块还 用以确认变换器是否工作于大于50%的额定功率。当变换器工作于大于50%的额定功率 时，预测模块输出具有切换周期的控制信号。而当变换器工作于小于等于50%的额定功 率时，预测模块输出具有与前一周期相同的切换周期的控制信号或具有预设周期的控制信 号。
[0019]于本公开内容的一实施例中，其中第一临界周期与第二临界周期满足下列特定关 系：
[0021] 其中，TMIN为第一临界周期、TMAX为第二临界周期，TR为谐振周期，K1与K2为非 负整数，且FSET为开关在变换器操作于临界导通模式及以50%的额定功率时的最低切换 频率。
[0022] 于本公开内容的一实施例中，其中反馈计算模块包含单输出电压闭环或一双闭环 控制电路，其中双闭环控制电路包含输出电压外环与电感电流内环。
[0023] 本公开内容的另一方面提供一种变换器。变换器包含功率级与控制器。功率级用 以产生输出电压，且功率级包含电感与开关。电感用以接收直流电压。开关电性耦接电感， 并根据控制信号选择性导通或关断，以使电感储存或释放能量而调整输出电压。其中电感 的能量释放完成时，电感与开关的寄生电容产生谐振。控制器包含反馈计算模块、反馈计算 模块以及预测模块。反馈计算模块用以根据目标值以及功率级的电压信息与电流信息中的 至少一个计算导通时间。预测模块用以根据导通时间计算下降时间，并根据导通时间、下降 时间与对应于电感与寄生电容的一谐振周期计算控制信号的切换周期。其中预测模块更比 较切换周期与第一临界周期，以调整切换周期。当切换周期大于第一临界周期时，预测模块 输出具有切换周期的控制信号。
[0024] 本公开内容的一实施例中，其中控制器还包含取样模块。取样模块电性耦接于功 率级，以侦测电压信息与电流信息中至少一个，其中电压信息包含该功率器的一输入电压 以及该输出电压，且电流信息包含流经电感的电流以及流经开关的电流。预测模块还根据 输入电压、输出电压以及导通时间产生下降时间。
[0025] 本公开内容的一实施例中，其中功率级为升压型功率因数校正器。升压型功率因 数校正器还包含整流电路、二极管以及输出电容。整流电路电性耦接电感，并用以根据输入 电压产生直流电压。二极管电性耦接电感与开关，其中谐振周期还对应于二极管的寄生电 容以及开关的寄生电容。输出电容电性稱接二极管，以输出输出电压。
[0026] 本公开内容的一实施例中，其中功率级包含升压型（Boost)变换器、降压 型（Buck)变换器、反激式（flyback)变换器、正激式（forward)变换器、升降压型 (Buck-Boost)变换器、升压型（Boost)功率因数校正器、无桥功率因数校正器（如Η桥功率 因数校正器、图腾柱（Totem-pole)功率因数校正器或双升压型（DualBoost)功率因数校 正器等）。
[0027]综上所述，本公开内容所公开的变换器、控制器与