[發明專利]諧振轉換器及實現其輕載以及空載穩壓的方法

有效

• 申請號: 200610095650.4
• 申請日: 2006-06-22
• 公開（公告）號: CN101093961A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 曾劍鴻;葉益青;言超;應建平;尹國棟
• 申請（專利權）人: 臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M7/06;H02M7/217;H02M1/14;G05F1/56
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陳亮

技術領域

本發明涉及一種諧振轉換器及實現其輕載以及空載穩壓的方法，尤其涉及應用于電源供應器(power?supply)的諧振直流-直流轉換器。

背景技術

直流-直流轉換器的發展趨勢如同大部分的電源產品一樣，朝著高效率(HighEfficiency)、高功率密度(High?Power?Density)、高可靠性(High?Reliability)以及低成本(Low?Cost)的方向發展。請參閱圖1，其為現有的直流-直流轉換器的方塊圖，在圖1中，直流-直流轉換器10由轉換電路級11、二極管整流電路級12、以及濾波及負載電路級13所構成；其工作原理為，直流電壓Vin先經過轉換電路級11接受高頻截波，再經過二極管整流電路級12接受整流，最后被送至濾波及負載電路級13接受濾波后至負載。

在這種直流-直流轉換器當中，由于能量從轉換電路級11傳送至濾波及負載電路級13，是一種單向的傳送途徑，因此在電路工作在輕載或空載時，會出現輸出電壓不穩定的情形，具體參照圖2(a)為例。

圖2(a)為典型的傳統全橋式LLC(電感-電感-電容)轉換器的電路圖，其一般采用脈波頻率調變(Pulse?Frequency?Modulation，PFM)技術。在圖2(a)中，全橋式LLC轉換器20主要包括由開關Q1~Q4和諧振電容C1和諧振電感L1和激磁電感L2以及變壓器T1構成的轉換電路級、二極管D1~D2構成的二極管整流電路級、以及濾波電容Cout構成的濾波及負載電路級等三個部份。其中，Q1與Q2、Q3與Q4分別構成了兩個橋臂，Q1與Q4、Q3與Q2的驅動信號各以接近50％的占空比進行開關動作。在兩橋臂的中點上連接著彼此串聯的諧振電容C1、諧振電感L1以及變壓器T1的一次側，而激磁電感L2則與變壓器T1的一次側并聯。另一方面，變壓器T1的二次側采用中央抽頭(Center?Tap)的架構，利用兩個二極管D1、D2采用全波整流模式，而輸出端則直接采用電容Cout以進行濾波穩壓。

對于采用二極管整流的諧振型轉換器來說，在其工作頻率范圍內，存在著一個最小電壓增益；前述全橋式LLC轉換器20在工作頻率最高時可獲得的最小電壓增益即為一例。一般轉換器在其工作范圍內的增益會設計成大于上述的最小電壓增益，這個時候的轉換器理論上是可以實現完全空載的穩定運作。然而實際上，由于元件的寄生參數(例如：變壓器一、二次側的寄生電容等)所引起的寄生振蕩的存在，如果轉換器所采用的是單向導電性的二極管(例如：圖2(a)所示者)，那么過多的能量便會注入輸出端而導致輸出電壓升高，其結果為在輕載或空載時，系統常會出現不穩定的狀況。

針對上述問題，現有技術中至少出現了以下四種解決方案試圖加以解決之。

第一種方法是將注入至輸出端的過多能量消耗掉，實際的做法是在輸出端加上一個適當的假負載。然而，假負載的存在會使得系統的效率降低，空載損耗增加，成本和體積也會隨之加大。

第二種方法是添加一個獨立的輔助電路，在空載或輕載時關閉主要電路，而采用該輔助電路來維持輸出電壓。這種方法雖然不會增加額外的損耗，但是控制上需要進行負載電壓大小的判斷以及輔助電路與主要電路之間的切換，不但增加了控制的難度，系統的動態性能也會因此而大幅下降，同時成本也會增加。

第三種方法系采用間歇式工作模式(Burst?Mode)來控制輸入至輸出的能量大小。

第四種方法系阻止過多的能量在空載時注入輸出端，其可以通過改變諧振參數或是諧振阻抗等來實現，已知的解決方案有下列三種：

(1)US5,388,040號發明

請參閱圖2(b)，其為US5,388,040號發明所揭示的傳統全橋式LLC轉換器的電路圖，全橋式LLC轉換器21中與前述圖2(a)相同的元件標示相同的圖示符號。

US5,388,040號發明所采用的是改變諧振參數的方法，如圖2(b)所示，其是在主要電路中添加一個與激磁電感L2串聯的開關Sa。透過控制該開關Sa來調整等效激磁電感的大小，在輕載或是空載的情況下，開通該開關Sa后，整個主要電路的等效激磁電感便會減小，于是在一定的工作頻率范圍內，整個主要電路的最小電壓增益會減小，整個主要電路便能穩定地工作。

(2)JP8,033,329號發明

請參閱圖2(c)，其為JP8,033,329號發明所揭示的傳統全橋式LLC轉換器的電路圖，全橋式LLC轉換器22中與前述圖2(a)相同的元件標示相同的圖示符號。