谐振电源转换装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种电源转换技术，且特别是有关于一种谐振电源转换装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]直流变换器的发展趋势如同大部分的电源产品，朝着高效率、高功率密度、高可靠性以及低成本的方向发展。谐振型变换器(如LLC谐振变换器等)由于具有在全负载范围内可实现一次侧的零电压切换(zero-voltage switching, ZVS)以及二次侧整流二极管的零电流切换(zero-current switching, ZCS)等优点,近年来越来越多的应用于直流变换器。
[0003]在采用谐振变换器的谐振电源转换装置中，过流保护是一个比较关键的问题。一般而言，在超载或者负载短路的情况下，谐振电路会产生很大的谐振电流。如果不对谐振电流加以限制和保护，则谐振电源转换装置很可能会因为过大的电流而损坏失效。
[0004]为了对谐振电源转换装置进行过流保护，已知技术中可以通过提高谐振变换器的开关频率来增加谐振电路的阻抗，从而实现限流的功效。然而，此种过流保护机制在启用时，会使得谐振变换器的开关频率远高于正常工作的频率，使得谐振变换器的切换损耗大为增加。另外，磁性组件(如电容、电感)所需承受的应力也会随着开关频率的增加而提高，使得磁性组件的损耗也将随之增高。
[0005]除此之外，由于开关频率的增加会使得电路运作的温度上升，因此谐振电源转换装置在设计上的散热要求也必须相应地提高。再者，为了确保谐振变换器在高频率时也能正常运行，因此磁性组件的尺寸也必须增大以符合高频操作的规格。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种谐振电源转换装置及其控制方法，其可藉由降低谐振变换器之开关频率的方式对负载进行限流。
[0007]本发明的谐振电源转换装置包括以开关为基础的谐振变换器以及控制器。以开关为基础的谐振变换器用以供电予负载。控制器耦接谐振变换器与负载，并且用以控制谐振变换器的开关切换以调节谐振变换器的电源转换。其中，控制器具有电压控制回路与电流控制回路。控制器侦测负载的驱动状态，并且依据侦测的结果启用电压控制回路与电流控制回路其中之一来调整谐振变换器的开关频率。
[0008]在本发明一实施例中，控制器侦测流经负载的负载电流以及施加于负载的负载电压。当控制器判断负载电流小于默认电流值时，控制器启用电压控制回路，以依据负载电压来调整谐振变换器的开关频率。当控制器判断负载电流大于等于默认电流值时，控制器启用电流控制回路，以依据负载电流来调整谐振变换器的开关频率。
[0009]在本发明一实施例中，当电压控制回路被启用时，控制器反应于负载电压的增加而增加开关频率。另外，当电流控制回路被启用时，控制器反应于负载电流的增加而降低谐振变换器的开关频率。
[0010]在本发明一实施例中，控制器包括电压比较器、第一比例调节器、电流比较器、第二比例调节器以及回路选择电路。电压比较器用以比较负载电压与参考电压，并且根据比较的结果产生电压误差讯号。第一比例调节器耦接电压比较器。第一比例调节器用以调节电压误差讯号并据以产生第一调节讯号。电流比较器用以比较负载电流与参考电流，并且根据比较的结果产生电流误差讯号。第二比例调节器耦接电流比较器。第二比例调节器用以调节电流误差讯号并据以产生第二调节讯号。回路选择电路耦接第一与第二比例调节器。回路选择电路用以依据第一与第二调节讯号其中之一产生开关频率讯号。其中，电压比较器、第一比例调节器以及回路选择电路组成电压控制回路。其中，电流比较器、第二比例调节器以及回路选择电路组成电流控制回路。
[0011]在本发明一实施例中，回路选择电路包括选择开关以及压控振荡器。选择开关耦接第一与第二比例调节器。选择开关受控于过流判断讯号而选择第一与第二调节讯号其中之一作为控制讯号，其中过流判断讯号关联于负载电流与默认电流值的比较结果。压控振荡器耦接选择开关。压控振荡器接收控制讯号并据以产生开关频率讯号，其中开关频率讯号的讯号频率关联于谐振变换器的开关频率。
[0012]在本发明一实施例中，回路选择电路包括第一压控振荡器以及第二压控振荡器。第一与第二压控振荡器分别耦接第一与第二比例调节器。第一压控振荡器接收第一调节讯号并据以产生第一频率讯号。第二压控振荡器接收第二调节讯号并据以产生第二频率讯号。其中，回路选择电路依据过流判断讯号而选择第一与第二频率讯号其中之一作为开关频率讯号。其中，过流判断讯号关联于负载电流与默认电流值的比较结果。
[0013]在本发明一实施例中，控制器更包括第一限幅电路以及第二限幅电路。第一限幅电路耦接于第一比例调节器与回路选择电路之间，并且用以对第一调节讯号进行限幅。第二限幅电路耦接于第二比例调节器与选择开关之间，并且用以对第二调节讯号进行限幅，其中回路选择电路依据限幅后的第一与第二调节讯号其中之一产生开关频率讯号。
[0014]在本发明一实施例中，控制器更包括脉宽调变产生器。脉宽调变产生器耦接回路选择电路，并且用以依据开关频率讯号产生至少一个脉宽调变讯号来控制谐振变换器的开关切换。
[0015]在本发明一实施例中，以开关为基础的谐振变换器包括桥式开关电路、谐振及变压电路、整流滤波电路以及箝位电路。桥式开关电路受控于至少一个脉宽调变讯号而导通或截止，其中所述脉宽调变讯号是由控制器所产生。谐振及变压电路耦接桥式开关电路且具有至少一个谐振电容，其中所述谐振电容反应于桥式开关电路的切换而充放能。整流滤波电路耦接谐振及变压电路与负载。整流滤波电路用以对谐振及变压电路的输出进行整流及滤波，并据以产生负载电压。箝位电路耦接谐振及变压电路，并且用以箝制谐振电容的跨压于第一电压范围。
[0016]本发明的谐振电源转换装置的控制方法包括以下步骤:控制谐振变换器的开关切换，以使谐振变换器进行电源转换以供电予负载；侦测负载的驱动状态；以及依据侦测的结果启用电压控制回路与电流控制回路其中之一来调整谐振变换器的开关频率。
[0017]在本发明一实施例中，侦测负载的驱动状态的步骤包括:侦测流经负载的负载电流以及施加于负载的负载电压。
[0018]在本发明一实施例中，依据侦测的结果启用电压控制回路与电流控制回路其中之一来调整谐振变换器的开关频率的步骤包括:判断负载电流是否大于等于预设电流值；若负载电流小于默认电流值，启用电压控制回路，以依据负载电压来调整谐振变换器的开关频率；以及若负载电流大于等于默认电流值，启用电流控制回路，以依据负载电流来调整谐振变换器的开关频率。
[0019]在本发明一实施例中，依据负载电压来调整谐振变换器的开关频率的步骤包括:比较负载电压与参考电压，并且根据比较的结果产生电压误差讯号；调节电压误差讯号并据以产生第一调节讯号；以及以第一调节讯号作为控制讯号，并且依据控制讯号产生开关频率讯号，其中开关频率讯号的讯号频率关联于谐振变换器的开关频率。
[0020]在本发明一实施例中，依据负载电流来调整谐振变换器的开关频率的步骤包括:比较负载电流与参考电流，并且根据比较的结果产生电流误差讯号；调节电流误差讯号并据以产生第二调节讯号；以及以第二调节讯号作为控制讯号，并且依据控制讯号产生开关频率讯号，其中开关频率讯号的讯号频率关联于谐振变换器的开关频率。
[0021]在本发明一实施例中，依据负载电压或负载电流来调整谐振变换器的开关频率的步骤更包括:依据开关频率讯号产生至少一个脉宽调变讯号；以及利用所述脉宽调变讯号控制谐振变换器的开关切换。
[0022]基于上述，本发明实施例提出一种谐振电源转换装置及其控制方法。所述谐振电源转换装置可侦测负载是否发生过流现象，并且据以选择性地启用电压回授或电流回授的控制机制来控制谐振变换器的开关频率，使得所述谐振电源转换装置可在正常工作状态下稳定供电，并且在负载发生过流现象时对负载进行限流。
[0023]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【附图说明】
[0024]图1为本发明一实施例的谐振电源转换装置的功能方块示意图。
[0025]图2为本发明一实施例的谐振电源转换装置的电路示意图。
[0026]图3为本发明一实施例的控制器的功能方块示意图。
[0027]图4至图7为依照图3的不同实施例的控制器的示意图。
[0028]图8为本发明一实施例的谐振电源转换装置的控制方法的步骤流程图。
[0029]图9为本发明另一实施例的谐振电源转换装置的控制方法的步骤流程图。
具体实施例
[0030]本发明实施例提出一种谐振电源转换装置及其控制方法。所述谐振电源转换装置可基于负载是否发生过流现象而选择性地启用具有反向频率调节机制的电压控制回路或具有正向频率调节机制的电流控制回路来控制谐振变换器的开关频率。其中，由于所述电流控制回路是以降低开关频率的方式来对负载进行限流，因此可改善传统上藉由提高开关频率进行限流所造成的切换损耗。为了使本揭露之内容可以被更容易明了，以下特举实施例作为本揭露确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
[0031]图1为本发明一实施例的谐振电源转换装置的功能方块示意图。请参照图1，谐振电源转换装置100为一种直流-直流转换电源供应装置，且其包括以开关为基础的谐振变换器(switch-based resonant converter) 110 以及控制器 120。
[0032]以开关为基础的谐振变换器110可