准谐振半桥转换器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种转换器，特别是涉及一种准谐振半桥转换器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]以往的直流电压转换器存在以下缺点:
[0003]1.轻载时转换效率不佳，因为以往的串联谐振转换器(Series ResonantConverter ;SRC)的一次侧开关是操作在零电压切换(Zero Voltage Switching ;ZVS),而能具有转换效率较高的优点。然而，由于该串联谐振转换器的负载的功率大小是相关于一次侧开关的切换频率，导致于轻载时，一次侧开关的切换频率会变高，使得转换器中的磁性元件及开关元件的切换损失(Switching Loss)变大，所以该种转换器在轻载时的转换效率不佳。
[0004]2.操作功率的范围较小，因为以往的返驰式(Flyback)的准谐振转换器是操作在单向激磁，如需提高功率范围，需使用较大的变压器。又因为其功率开关及输出电容是操作于边界导通模式，需具有较高的应力及较大的容值。
[0005]3.开关控制方式较复杂，因为以往返驰式的准谐振转换器是侦测开关的二端跨压来控制开关何时导通，或是侦测变压器传递能量何时结束时来控制开关何时导通，因此，转换器是操作于边界导通模式。控制单元因需要侦测开关的二端跨压何时在相对低点，而需具有变频控制的驱动信号，使得控制方式变得复杂。
[0006]4.电磁干扰(EMI)的设计较困难，以往的串联谐振转换器与准谐振转换器都是利用变频的开关控制以产生稳定的直流输出电压，因此电路的操作频率会在一个范围内变动，在电磁干扰(EMI)的设计上需考虑到该范围内的所有的频段。
[0007]5.涟波表现较差，以往的返驰式的准谐振转换器是操作在单向激磁，与双向激磁的转换器相比较，需要较大的输出电容来减少输出电压涟波。
[0008]6.体积较大，以往的返驰式的准谐振转换器应用在大于60瓦特的负载时，因为其输出电流涟波比较大，因此，其转换器的变压器与输出电容，都需使用较大的型号与容值来达到电路设计的需求。
[0009]7.使用耐压较高的元件，以往的箝位式转换器由于先天结构的特性，开关上的耐压是输出电压加上输出电压由变压器圈数比反射回一次侧的电压，而须使用较高耐压的元件。
[0010]8.利用率较低，以往的准谐振转换器主要操作在单向激磁的架构，使得变压器的利用率比操作在双向激磁架构差，需使用较大体积的变压器来完成电路设计。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种轻载时转换效率佳的准谐振半桥转换器及其控制方法。
[0012]本发明提出一种准谐振半桥转换器，适用于接收一直流输入电压，并输出一直流输出电压至一负载，且包含一开关单兀、一电容单兀、一变压器、一整流器单兀、一输出电容、及一控制单元。
[0013]该开关单元接收该直流输入电压，并包括串联的一第一开关及一第二开关，每一开关具有并联的一基体二极管及一寄生电容，该第一开关及第二开关分别接收一第一控制信号及一第二控制信号，且分别根据该第一控制信号及第二控制信号，于导通与不导通间切换。
[0014]该电容单元与该开关单元并联，并包括串联的一第一电容及一第二电容。
[0015]该变压器包括一位于一次侧的第一绕组，及位于二次侧且串联的一第二绕组与一第三绕组，每一绕组具有一极性端及一非极性端，该第三绕组的极性端电连接该第二绕组的非极性端，该第一绕组的极性端电连接该开关单元的第一开关及第二开关的共同接点，该第一绕组的非极性端电连接该电容单元的第一电容及第二电容的共同接点。
[0016]该整流器单元并联于该第二绕组的极性端及该第三绕组的非极性端间，且包括串联的一第三开关及一第四开关。
[0017]该输出电容电连接于该第二绕组与第三绕组的共同接点及该第三开关与第四开关的共同接点间，并与该负载并联，该输出电容的二端的跨压为该直流输出电压。
[0018]该控制单元电连接该开关单元的第一开关与第二开关，并接收该直流输出电压，且据以产生该第一控制信号及第二控制信号，使该第一控制信号及第二控制信号操作于一固定频率，并调整其占空比以控制该第一开关及第二开关分别于其跨压接近零时，适时导通。
[0019]本发明另提出一种准谐振半桥转换器的控制方法，适用于一准谐振半桥转换器，该准谐振半桥转换器接收一直流输入电压，并输出一直流输出电压至一负载，且包含一开关单兀、一电容单兀、一变压器、一整流器单兀、一输出电容、及一控制单兀。
[0020]该开关单元接收该直流输入电压，并包括串联的一第一开关及一第二开关，每一开关具有并联的一基体二极管及一寄生电容。
[0021]该电容单元与该开关单元并联，并包括串联的一第一电容及一第二电容。
[0022]该变压器包括一位于一次侧的第一绕组，及位于二次侧且串联的一第二绕组与一第三绕组，每一绕组具有一极性端及一非极性端，该第三绕组的极性端电连接该第二绕组的非极性端，该第一绕组的极性端电连接该开关单元的第一开关及第二开关的共同接点，该第一绕组的非极性端电连接该电容单元的第一电容及第二电容的共同接点。
[0023]该整流器单元并联于该第二绕组的极性端及该第三绕组的非极性端间，且包括串联的一第三开关及一第四开关。
[0024]该输出电容电连接于该第二绕组与第三绕组的共同接点及该第三开关与第四开关的共同接点间，并与该负载并联，该输出电容的二端的跨压为该直流输出电压。
[0025]该控制单元电连接该开关单元的第一开关与第二开关，并接收该直流输出电压。
[0026]该控制方法包含下列步骤:
[0027](a)通过该控制单兀根据该直流输出电压，产生一第一控制信号及一第二控制信号，且该第一控制信号及第二控制信号操作于一固定频率；
[0028](b)该第一控制信号及第二控制信号分别控制该第一开关及第二开关，在该第一控制信号为逻辑1时，该第一开关导通，在该第二控制信号为逻辑1时，该第二开关导通，在该第一控制信号为逻辑0时，该第一开关不导通，在该第二控制信号为逻辑0时，该第二开关不导通 '及
[0029](c)通过该控制单元根据该直流输出电压，调整该第一控制信号及第二控制信号的占空比，分别使该第一开关及第二开关在其跨压接近零时，适时导通。
[0030]本发明的有益的效果在于:
[0031]第一、利用固定频率的控制信号，且改变其占空比的方式控制一次侧开关，使得准谐振半桥转换器在满载时能达到串联谐振转换器的转换效率，且在轻载时更能优于串联谐振转换器的转换效率。
[0032]第二、操作功率范围较大。本发明由于变压器操作于双向激磁而提高变压器的利用率，相较于以往的返驰式的准谐振转换器能有效提高操作的功率范围。
[0033]第三、该开关单元的二开关控制方式较为简化。本发明相较于以往的返驰式的准谐振转换器的控制方式，不需要侦测开关的二端跨压何时在相对低点，且不需要变频操作来稳定输出电压，因此能有效简化开关控制方式。
[0034]第四、电磁干扰的设计较为容易。本发明由于第一控制信号及第二控制信号是定频操作，在电磁干扰的设计时，所需考虑到的频率范围是固定的，相较于以往返驰式的准谐振转换器能有效减化电磁干扰的设计。
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