TWI543502B - 功率轉換裝置、隔離驅動電路與隔離驅動方法 - Google Patents

Description

功率轉換裝置、隔離驅動電路與隔離驅動方法

本發明是有關於一種功率變換器，且特別是有關於具有隔離驅動電路的功率變換器與其隔離驅動方法。

請參照第1圖，第1圖根據習知技術繪示一種驅動電路120之示意圖。驅動電路120用以產生功率轉換器100的至少一功率開關(未繪示)的控制信號，其中功率轉換器100具有一參考地端GND（輸出信號VOUT之地端）與電壓準位相對於參考地端GND為浮動的驅動地端GND_P。目前常用的驅動電路120包含了控制器122、浮地驅動器124與浮地電壓供應電路126。控制器122用以根據功率轉換器100產生的輸出信號VOUT產生控制信號VCTRL，故控制器122需與功率轉換器100的輸出端相連接， 控制器122的地端亦為參考地端GND。由於功率轉換器100的至少一功率開關的驅動地端GND_P為浮動的，控制器122不可直接控制功率轉換器100的功率開關，故藉由浮地驅動器124隔離控制器122與功率轉換器100。實作上，浮地驅動器124需要兩個地端分別為GND與GND_P的供應電壓。因此，需要一浮地電壓供應電路126以產生地端爲參考地端GND的供應電壓VCP1(即虛線之左側)與地端爲驅動地端GND_P的供應電壓VCP2(即虛線之右側)。

然而，一般而言，前述的浮地驅動器124之電路成本較高，且浮地電壓供應電路126因需產生兩組不同供應電壓，造成其內部電路複雜度亦較高，特別是需要多路驅動信號的變換器。

因此，如何使用低成本與低複雜度的驅動方式來驅動功率因數校正電路，實屬當前重要研發課題之一，亦成爲當前相關領域亟需改進的目標。

為解決上述問題，本發明之一態樣提供一種隔離驅動電路。隔離驅動電路用以驅動功率轉換器，其中功率轉換器包含驅動地端、參考地端與至少一個功率開關，且功率轉換器用以根據輸入信號產生輸出信號，且輸出信號電性耦接參考地端，至少一功率開關電性耦接於驅動地端。隔離驅動電路包含控制模組、變壓器、整流電路與驅動輔助電路。控制模組用以根據功率轉換器的輸出信號產生第一脈波寬度調變(Pulse width modulation, PWM)信號與第二PWM信號。變壓器用以接收第一PWM信號與第二PWM信號，並產生第一控制信號。整流電路用以根據第一控制信號產生第二控制信號。驅動輔助電路用以根據第二控制信號產生驅動控制信號，以驅動功率轉換器的至少一個功率開關。

根據本發明之一實施例，其中前述的至少一功率開關導通與關斷時，前述的驅動地端之電壓準位為不同；或在當輸入信號為交流信號時，前述的驅動地端之電壓準位在輸入信號的正半週期間與負半週期間為不同。

根據本發明之一實施例，其中在驅動控制信號為第一電壓準位時，驅動輔助電路藉由驅動控制信號導通至少一功率開關。在驅動控制信號為第二電壓準位時，驅動輔助電路藉由驅動控制信號關斷前述的至少一功率開關。

根據本發明之一實施例，其中前述的驅動輔助電路包含二極體、偏壓電阻、切換單元。二極體之第一端電性耦接控制電壓節點，且二極體的第二端電性耦接至至少一功率開關的控制端。偏壓電阻的第一端電性耦接於二極體的第二端。切換單元的第一端電性耦接偏壓電阻的第二端，切換單元的第二端電性耦接於驅動地端，且切換單元的控制端電性耦接於控制電壓節點。

根據本發明之一實施例，其中前述的驅動輔助電路更包含第一電阻與第二電阻。第一電阻的第一端用以接收第二控制信號，且第一電阻的第二端電性耦接於控制電壓節點。第二電阻的第一端電性耦接於控制電壓節點，且第二電阻的第二端電性耦接於驅動地端。

根據本發明之一實施例，其中前述的第一PWM信號與第二PWM信號的頻率為驅動控制信號的頻率的一半，且第一PWM信號與第二PWM信號為互補。

根據本發明之一實施例，其中前述的控制模組包含取樣電路、誤差放大器、補償器、脈波寬度調變器與PWM信號產生器。取樣電路用以根據輸出信號產生回授電壓。誤差放大器用以根據回授電壓與參考電壓產生誤差信號。補償器用以根據誤差信號產生脈波控制信號。脈波寬度調變器用以根據脈波控制信號產生脈波信號。PWM信號產生器用以根據脈波信號產生第一PWM信號與第二PWM信號。

根據本發明之一實施例，其中前述的控制模組包含數位信號處理器與驅動晶片。數位信號處理器用以根據輸出信號控制驅動晶片而產生第一PWM信號與第二PWM信號。

根據本發明之一實施例，其中前述的變壓器包含原邊繞組與副邊繞組。原邊繞組的第一端用以接收第一PWM信號，且原邊繞組之第二端用以接收第二PWM信號。副邊繞組用以磁耦合原邊繞組，以產生第一控制信號。

根據本發明之一實施例，其中前述功率轉換器包含降壓轉換器或H橋功率因數校正器。

本發明之另一態樣提供一種功率轉換裝置。功率轉換裝置包含隔離驅動電路與功率轉換器。功率轉換器用以根據輸入信號產生輸出信號，其中功率轉換器包含驅動地端、參考地端與至少一功率開關。輸出信號電性耦接參考地端，至少一功率開關電性耦接於驅動地端。隔離驅動電路用以根據輸出信號產生驅動控制信號，以驅動至少一功率開關。在驅動控制信號之電壓準位為第一電壓準位時，導通前述的至少一功率開關，且在驅動控制信號之電壓準位為第二電壓準位時，關斷前述的至少一功率開關。

根據本發明之一實施例，其中前述的隔離驅動電路包含控制模組、變壓器、整流電路與驅動輔助電路。控制模組用以根據輸出信號産生第一PWM信號與第二PWM信號。變壓器用以接收第一PWM信號與第二PWM信號，以産生第一控制信號。整流電路用以根據第一控制信號産生第二控制信號。驅動輔助電路用以根據第二控制信號産生驅動控制信號，以驅動至少一個功率開關。

根據本發明之一實施例，其中前述的驅動輔助電路包含第一電阻、第二電阻、二極體、偏壓電阻以及切換單元。第一電阻的第一端用以接收第二控制信號，且第一電阻的第二端電性耦接於控制電壓節點。第二電阻的第一端電性耦接於控制電壓節點，且第二電阻的第二端電性耦接於驅動地端。二極體的第一端電性耦接於控制電壓節點，且二極體的第二端電性耦接至至少一功率開關的控制端。偏壓電阻的第一端電性耦接於二極體的第二端。切換單元的第一端電性耦接偏壓電阻的第二端，切換單元的第二端電性耦接驅動地端，且切換單元的控制端電性耦接控制電壓節點。

根據本發明之一實施例，其中前述的控制模組包含取樣電路、誤差放大器、補償器、脈波寬度調變器以及PWM信號産生器。取樣電路用以根據輸出信號産生反饋電壓。誤差放大器用以根據反饋電壓與參考電壓産生誤差信號。補償器用以根據誤差信號産生脈波控制信號。脈波寬度調變器用以根據脈波控制信號産生脈波信號。PWM信號産生器用以根據脈波信號産生第一PWM信號與第二PWM信號。

根據本發明之一實施例，其中前述的取樣電路包含第一取樣電阻與第二取樣電阻。第一取樣電阻的第一端用以接收輸出信號，且第一取樣電阻的第二端用以産生反饋電壓。第二取樣電阻，其中第二取樣電阻的第一端電性耦接第一取樣電阻的第二端，且第二取樣電阻的第二端電性耦接於參考地端。

根據本發明之一實施例，其中前述的第一PWM信號與第二PWM信號的頻率爲驅動控制信號的頻率的一半，且第一PWM信號與第二PWM信號爲互補。

根據本發明之一實施例，其中前述的控制模組包含數位信號處理器與驅動晶片。數位信號處理器用以根據輸出信號控制驅動晶片而産生第一PWM信號與該第二PWM信號。

根據本發明之一實施例，其中前述的變壓器包含原邊繞組與副邊繞組。原邊繞組的第一端用以接收第一PWM信號，且原邊繞組的第二端用以接收第二PWM信號。副邊繞組，磁耦合該原邊繞組，並用以産生第一控制信號。

根據本發明之一實施例，其中前述的功率轉換器為H橋功率因數校正器。H橋功率因數校正器包含切換式開關電路與輸出電容。其中輸出電容之第一端用以產生輸出信號，且輸出電容之一第二端電性耦接於參考地端，其中切換式開關電路之輸入端用以接收該輸入信號。

根據本發明之一實施例，其中前述的切換式開關電路包含第一功率開關、第二功率開關、電感、第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體、第五二極體、第六二極體與電阻。第一功率開關之第一端與第二功率開關一第一端電性耦接於驅動地端，且前述的切換式開關電路包含電感用以接收輸入信號。第一二極體的第一端電性耦接電感與第一功率開關的第二端。第二二極體的第一端電性耦接第二功率開關的第二端，且第二二極體的第二端與第一二極體的第二端皆電性耦接輸出電容的第一端。第三二極體電性耦接於第一二極體的第一端與參考地端之間。第四二極體電性耦接於第二二極體的第一端與參考地端之間。第五二極體電性耦接於驅動地端與第一二極體的第一端之間。第六二極體電性耦接於驅動地端與第二二極體的第一端之間。電阻電性耦接於驅動地端與第一功率開關的控制端之間。

根據本發明之一實施例，其中前述的功率轉換器爲一降壓轉換器。降壓轉換器包含電感、二極體、一電容與功率開關，電感的第一端與二極體的第一端及功率開關的第一端電性耦接於驅動地端，電容的第二端與二極體的第二端電性耦接於參考地端。

本發明之又一態樣係提供一種隔離驅動方法。隔離驅動方法包含下列步驟：(a) 提供第一PWM信號與第二PWM信號至變壓器之原邊繞組，以於變壓器之副邊繞組產生第一控制信號，第一PWM信號與第二PWM信號為互補；(b)將第一控制信號輸入整流電路，以產生第二控制信號；(c)將第二控制信號輸入一驅動輔助電路，以產生一驅動控制信號而控制至少一功率開關，其中當驅動控制信號之電壓準位為第一電壓準位時，導通至少一功率開關，且在驅動控制信號之電壓準位為第二電壓準位時，關斷至少一功率開關。

根據本發明之一實施例，更包含提供控制模組。藉由控制模組根據功率轉換器所輸出的一輸出信號而產生第一PWM信號與第二PWM信號，且第一PWM信號與第二PWM信號之頻率為驅動控制信號的頻率的一半。

綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，可達到相當的技術進步，並具有産業上的廣泛利用價值，本揭示內容所示之功率轉換器、隔離驅動電路與其方法具有低成本與低複雜度的優點。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件將以相同之符號標示來說明。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

關於本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』一般通常係指數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約』、『大約』或『大致』所表示的誤差或範圍。

其次，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

另外，關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請參照第2A圖，第2A圖根據本發明之一實施例繪示一種隔離驅動電路200之系統示意圖。如第2A圖所示， 隔離驅動電路200用以驅動一功率轉換器202。功率轉換器202包含驅動地端GND_P、參考地端GND與至少一個功率開關。功率轉換器202用以根據一輸入信號VIN産生一輸出信號VOUT，其中功率轉換器202中的至少一個功率開關電性耦接於驅動地端GND_P，輸出信號VOUT電性耦接於參考地端GND。隔離驅動電路200包含控制模組220、變壓器240、整流電路260與驅動輔助電路280。

控制模組220用以根據功率轉換器202的輸出信號產生第一脈波寬度調變(Pulse width modulation, PWM)信號VCK1與第二PWM信號VCK2。變壓器240用以接收第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2，並相應地產生第一控制信號VCTRL1，其中，第一與第二PWM信號VCK1、VCK2的工作週期(duty cycle)都小於0.5且其時間相差半個週期，亦即第一與第二PWM信號VCK1、VCK2的相位彼此為互補。

整流電路260用以根據第一控制信號VCTRL1產生第二控制信號VCTRL2。驅動輔助電路280用以根據第二控制信號VCTRL2產生驅動控制信號VDRIVE，以驅動功率轉換器202的至少一個功率開關。實作上，前述的輸出信號可為直流輸出電壓VOUT、相應的輸出電流或任何能夠反映直流輸出電壓VOUT的信號，本領域具有通常知識者可相應置換，本發明並不以此為限。為了簡潔的說明，下述內容僅以直流輸出電壓VOUT為例。

以下段落將提出各個實施例，來說明上述隔離驅動電路200的功能與應用，但本發明並不僅以下所列的實施例為限。

請參照第2B圖，第2B圖根據本發明之一實施例繪示一種功率轉換裝置200a的示意圖。如第2B圖所示，功率轉換裝置200a包含隔離驅動電路200與功率轉換器202。在此例中，功率轉換器202為H橋功率因數校正器(H-bridge power factor corrector, HPFC)。

在此實施例中，驅動輔助電路280用以根據第二控制信號VCTRL2產生驅動控制信號VDRIVE。驅動輔助電路280設置以在第二控制信號VCTRL2為第一電壓準位(例如：高電壓準位)時，驅動控制信號VDRIVE亦為第一電壓準位(即亦處於高電壓準位)，導通功率轉換器202中的功率開關(例如：功率開關Q1、Q2)。而在第二控制信號VCTRL2為第二電壓準位(例如：低電壓準位)時，驅動控制信號VDRIVE亦為第二電壓準位(即亦處於低電壓準位)，驅動輔助電路280用以將功率開關Q1、Q2的控制端電性耦接至驅動地端GND_P，藉此關斷功率開關Q1、Q2。

本文所述『第一電壓準位』、『第二電壓準位』、『電壓準位』、『高電壓準位』、『低電壓準位』等描述並不局限于指一個特定電壓值，還可指能實現相應功能的一個電壓範圍，本發明並不以此為限，本領域具有通常知識者可視實際應用的需求調整上述電壓準位。

相較於第1圖，本實施例中的控制模組220根據相位互補的第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2，進而產生驅動控制信號VDRIVE，其中第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2的頻率為驅動控制信號的頻率的一半。

於此實施例中，驅動輔助電路280包含電阻R1、R2、二極體D1、偏壓電阻R3與切換單元284。電阻R1之第一端用以接收第二控制信號VCTRL2，且電阻R1之第二端電性耦接於控制電壓節點N1。電阻R2之第一端電性耦接於控制電壓節點N1，且電阻R2之第二端電性耦接於驅動地端GND_P。二極體D1之第一端電性耦接控制電壓節點N1，且二極體D1的第二端電性耦接至該至少一功率開關之一控制端，用以輸出驅動控制信號VDRIVE。偏壓電阻R3的第一端電性耦接於二極體D1的第二端。切換單元284的第一端電性耦接偏壓電阻R3的第二端，切換單元284的第二端電性耦接於驅動地端GND_P，且切換單元284的控制端電性耦接於控制電壓節點N1。

以操作而言，在此例中，當第二控制信號VCTRL2的電壓準位為高電壓準位時，第二控制信號VCTRL2經電阻R1傳遞至控制電壓節點N1，使得控制電壓節點N1之電壓準位提高，藉此導通二極體D1。同時，驅動輔助電路280產生的驅動控制信號VDRIVE亦為高電壓準位而導通功率開關Q1、Q2。

反之，當第二控制信號VCTRL2的電壓準位為低電壓準位時，控制電壓節點N1的電壓準位亦會下降，藉此導通切換單元284，同時，驅動輔助電路280相應產生的驅動控制信號VDRIVE亦為低電壓準位，進而將功率開關Q1、Q2的控制端電性耦接至驅動地端GND_P以關斷功率開關Q1、Q2。在前述的各實施例中，切換單元284可為電晶體或類似的開關元件。驅動輔助電路280亦可由其他電路實現，只要當第二控制信號VCTRL2的電壓準位為高電壓準位時，驅動控制信號VDRIVE亦為高電壓準位，當第二控制信號VCTRL2的電壓準位為低電壓準位時，驅動控制信號VDRIVE亦為低電壓準位即可。本領域之通常知識者可視實際應用彈性設置之，本發明並不以此為限。

再者，如第2B圖所示，變壓器240包含原邊繞組NP與副邊繞組NS。原邊繞組NP的第一端用以接收第一PWM信號VCK1，且原邊繞組NP之第二端用以接收第二PWM信號VCK2。副邊繞組NS用以磁耦合原邊繞組NP，以產生第一控制信號VCTRL1。整流電路260可為全波整流電路，用以整流第一控制信號VCTRL1而產生第二控制信號VCTRL2。值得注意的是，變壓器240的原邊繞組NP與控制模組220電性耦接至參考地端GND，而變壓器240的副邊繞組NS、整流電路260與驅動輔助電路280皆電性耦接至驅動地端GND_P，藉此實現功率轉換器202的隔離驅動。

請參照第2B圖與第2C圖，第2C圖根據本發明之一實施例繪示第一控制信號VCTRL1與第二控制信號VCTRL2的波形示意圖。舉例而言，如第2B圖與第2C圖所示，在驅動控制信號VDRIVE之頻率為f時，變壓器240可根據頻率為f/2的第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2而產生具有三種電壓準位的第一控制信號VCTRL1。整流電路260將第一控制信號VCTRL1整流後而產生頻率爲f的第二控制信號VCTRL2至驅動輔助電路280，進而驅動功率開關Q1、Q2。

請參照第3A圖與第3B圖，第3A圖根據本發明之一實施例繪示控制模組220之示意圖，第3B圖根據本發明之一實施例繪示取樣電路221之示意圖。如第3A圖所示，前述的控制模組220可包含取樣電路221、誤差放大器222、補償器223、脈波寬度調變器224與PWM信號產生器225。取樣電路221用以根據輸出信號(例如：直流輸出電壓VOUT)產生回授電壓VFB。舉例而言，如第3B圖所示，取樣電路221可包含取樣電阻RF1與取樣電阻RF2。取樣電阻RF1的第一端用以接收輸出信號(例如:直流輸出電壓VOUT)，且取樣電阻RF1的第二端用以產生回授電壓VFB。取樣電阻RF2的第一端電性耦接於取樣電阻RF1的第二端，取樣電阻RF2的第二端電性耦接於參考地端GND。取樣電阻RF1、RF2藉由電阻分壓而產生回授電壓VFB。

誤差放大器222用以根據回授電壓VFB與參考電壓VREF產生誤差信號e(t)。補償器223用以根據誤差信號e(t)產生脈波控制信號u(t)。例如，補償器223可為比例-微分-積分(Proportional-Integral-Derivative, PID)控制器，藉由根據誤差信號e(t)與補償器223中的預設參數而產生相應的脈波控制信號u(t)。脈波寬度調變器224用以根據脈波控制信號u(t)產生脈波信號d(t)。PWM信號產生器225用以根據脈波信號d(t)產生第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2。舉例而言，PWM信號產生器225可為一分相器，並將脈波信號d(t)分成兩個相位互補的第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2。如此，功率轉換裝置200a可藉由控制模組220的回授控制而產生穩定的輸出信號(例如：直流輸出電壓VOUT)。

請參照第3C圖，第3C圖根據本發明之一實施例繪示一種控制模組之示意圖。如第3C圖所示，於本發明之一實施例中，前述的控制模組220可包含數位信號處理器220a與驅動晶片220b。數位信號處理器220a用以根據輸出信號(例如：直流輸出電壓VOUT)控制驅動晶片220b，藉此使驅動晶片220b產生第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2。本領域具有通常知識者可視實際應用決定控制模組220的實現方式，本發明並不以此為限。

在本發明各個實施例中，前述的隔離驅動電路200可適用於具有驅動地端GND_P與參考地端GND的功率轉換器202。舉例來說，第2A圖所示的功率轉換器202可為如先前第2B圖中所示的H橋功率因數校正器(HPFC)或後述第2D圖中的降壓(buck)轉換器202a。

舉例而言，如第2B圖所示，H橋功率因數校正器(即功率轉換器202)可包含輸出電容CO與切換式開關電路204。輸出電容CO的第一端用以產生輸出信號(例如:直流輸出電壓VOUT)，且輸出電容CO的第二端電性耦接至參考地端GND。切換式開關電路204之輸入端接收輸入信號VIN(於此例中，輸入信號VIN為交流信號)，且切換式開關電路204包含前述的功率開關Q1、Q2。功率開關Q1、Q2之第一端分別電性耦接於驅動地端GND_P，且驅動地端GND_P端在輸入信號VIN的正半週與負半週期間的電壓準位為不同。

如第2B圖所示，切換式開關電路204更包含電感L1、二極體DC1~DC6。電感L1用以接收輸入信號VIN。二極體DC1的第一端電性耦接電感L1與功率開關Q1的第二端。二極體DC2的第一端電性耦接功率開關Q2的第二端，且二極體DC2的第二端與二極體DC1的第二端皆電性耦接輸出電容CO的第一端。二極體DC3電性耦接於二極體DC1的第一端與參考地端GND之間。二極體DC4電性耦接於二極體DC2的第一端與參考地端GND之間。二極體DC5電性耦接於驅動地端GND_P與二極體DC1的第一端之間。二極體DC6電性耦接於驅動地端GND_P與二極體DC2的第一端之間。其中，切換式開關電路204更包含一電阻RC1，電阻RC1電性耦接於驅動地端GND_P與功率開關Q1和Q2的控制端之間。

在操作上，於輸入信號VIN的正半週時，電感L1、功率開關Q1、Q2、二極體DC1、DC4與輸出電容Co構成升壓電路而產生相應的輸出信號(例如:直流輸出電壓VOUT)。當功率開關Q1、Q2導通時，輸入信號VIN所產生的交流電流(未繪示)流經電感L1、功率開關Q1、Q2而產生輸出信號。當功率開關Q1、Q2關斷時，交流電流則經由電感L1、二極體DC1、輸出電容Co、二極體DC4而產生輸出信號。實作上，二極體DC4為具有較慢的恢復時間的二極體，因此當功率開關Q1、Q2導通時，驅動地端GND_P會電性耦接至參考地端GND。

於輸入信號VIN的負半週時，電感L1、功率開關Q1、Q2、二極體DC2、DC3、輸出電容Co構成升壓電路而產生相應的輸出信號(例如:直流輸出電壓VOUT)。當功率開關Q1、Q2導通時，輸入信號VIN所產生之交流電流流經電感L1、功率開關Q1、Q2而產生輸出信號。當功率開關Q1、Q2關斷時，交流電流則經由電感L1、二極體DC2、二極體DC3與輸出電容Co產生輸出信號。實作上，二極體DC2為具有較慢的恢復時間的二極體，因此當功率開關Q1、Q2導通時，驅動地端GND_P會電性耦接至輸出端(即產生直流輸出電壓VOUT之正端)。

然而，上述的二極體DC4與DC2亦可為普通的二極體，於輸入信號VIN的正半週時，當功率開關Q1、Q2為導通，驅動地端GND_P會經由關斷的二極體DC4與GND接在一起。而在輸入信號VIN的負半週時，當功率開關Q1、Q2為導通，驅動地端GND_P會經由關斷的二極體DC2與輸出端電性耦接。因此，於第2B圖中的H橋功率因數校正器(HPFC)202之驅動地端GND_P之電壓準位在輸入信號VIN的正負週期為不同，故其驅動地端GND_P為浮動的。

請參照第2D圖，第2D圖根據本發明之一實施例繪示一種降壓轉換器202a的示意圖。或者，如第2D圖所示，前述的功率轉換器202可包含降壓(buck)轉換器202a。降壓轉換器202a包含電感L、二極體D、電容C與功率開關Q1。電感L的第一端與二極體D的第一端及功率開關Q1的第一端電性耦接於驅動地端GND_P，而電容C的第二端與二極體D的第二端電性耦接於參考地端GND。其中功率開關Q1可用以根據驅動控制信號VDRIVE選擇性地導通與關斷。

於操作而言，當功率開關Q1導通時，驅動地端GND_P經由電感L與輸出端(即直流輸出電壓VOUT之正端)電性耦接。而當功率開關Q1關斷時，驅動地端GND_P會與參考地端GND電性耦接。也就是說，驅動地端GND_P之電壓準位在功率開關Q1關斷與導通時會不同，亦即驅動地端GND_P是浮動的。

簡言之，於上述各個例子中，在輸入信號VIN的正半週期間與負半週期間之間，或是在功率開關Q1、Q2導通與關閉時，驅動地端GND_P之電壓準位可以不相同，因此，驅動地端GND_P之電壓準位為浮動的。

上述各個功率轉換器架構僅為例示，並非用以限制本發明，本領域具有通常知識者可隨實際應用置換不同型態的功率轉換器。

本發明之另一態樣提供一種隔離驅動方法。隔離驅動方法適用於驅動具有驅動地端與參考地端的功率轉換器，其中功率轉換器包含至少一功率開關電性耦接於驅動地端，例如為第2B圖所示的功率轉換器202中的功率開關Q1、Q2。

請參照第4圖，第4圖根據本發明之一實施例繪示隔離驅動方法400之流程圖。如第4圖所示，隔離驅動方法400包含步驟S420、S440與S460。

在步驟S420中，提供第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2至變壓器之原邊繞組NP，藉此於變壓器之副邊繞組NS產生第一控制信號VCTRL1，其中第一與第二PWM信號為互補。舉例而言，如第2B圖所示，可藉由一控制模組220根據功率因數轉換器202輸出的輸出信號(例如：直流輸出電壓VOUT)而產生第一PWM信號VCK1與第二PWM信號VCK2至變壓器240，藉此產生第一控制信號VCTRL1。

在步驟S440中，將第一控制信號VCTRL1輸入整流電路260，以產生第二控制信號VCTRL2。

在步驟S460中，將第二控制信號VCTRL2輸入至驅動輔助電路280以產生驅動控制信號VDRIVE控制前述的至少一功率開關。具體而言，在第二控制信號VCTRL2之電壓準位為第一電壓準位時，驅動控制信號VDRIVE亦為第一電壓準位，導通功率轉換器內的至少一功率開關，且在第二控制信號之電壓準位為第二電壓準位時，驅動控制信號VDRIVE亦為第二電壓準位，將至少一功率開關之控制端電性耦接至驅動地端GND_P，藉此關斷至少一功率開關。舉例而言，如第2B圖所示，整流電路260將第一控制信號VCTRL1整流後產生第二控制信號VCTRL2，而在第二控制信號VCTRL2為高電壓準位（即驅動控制信號VDRIVE為高電壓準位）時，功率開關Q1、Q2可被導通。反之，在第二控制信號VCTRL2為低電壓準位（即驅動控制信號VDRIVE為低電壓準位）時，功率開關Q1、Q2的控制端經切換單元284電性耦接至驅動地GND_P，以關斷功率開關Q1、Q2。

綜上所述，本揭露內容所示的功率轉換裝置、隔離驅動電路與其隔離驅動方法可免去額外的浮地電壓供應電路來驅動具有浮動的驅動地端的功率轉換器，因此具有低成本與低複雜度的優點。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：
200a‧‧‧功率轉換裝置
100、202‧‧‧功率轉換器
202a‧‧‧降壓轉換器
120‧‧‧驅動電路
200‧‧‧隔離驅動電路
122‧‧‧控制器
124‧‧‧浮地驅動器
126‧‧‧浮地電壓供應電路
204‧‧‧切換式開關電路
VCP1、VCP2‧‧‧供應電壓
220‧‧‧控制模組
221‧‧‧取樣電路
222‧‧‧誤差放大器
223‧‧‧補償器
224‧‧‧脈波寬度調變器
225‧‧‧PWM信號產生器
220a‧‧‧數位信號處理器
220b‧‧‧驅動晶片
240‧‧‧變壓器
260‧‧‧整流電路
280‧‧‧驅動輔助電路
284‧‧‧切換單元
400‧‧‧隔離驅動方法
S420、S440、S460‧‧‧步驟
Q1、Q2‧‧‧功率開關
NP‧‧‧原邊繞組
NS‧‧‧副邊繞組
N1‧‧‧控制電壓節點
L1‧‧‧電感
GND_P‧‧‧驅動地端
GND‧‧‧參考地端
VCTRL1、VCTRL2‧‧‧控制信號
VCK1、VCK2‧‧‧PWM信號
VDRIVE‧‧‧驅動控制信號
VIN‧‧‧輸入信號
VOUT‧‧‧直流輸出電壓
VREF‧‧‧參考電壓
VFB‧‧‧回授電壓
e(t)‧‧‧誤差信號
u(t)‧‧‧脈波控制信號
d(t)‧‧‧脈波信號
CO‧‧‧輸出電容
C‧‧‧電容
L‧‧‧電感
D1、DC1、DC2、DC3、DC4、DC5、DC6、D‧‧‧二極
R1、R2、R3、RC1、RF1、RF2‧‧‧電阻

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖根據習知技術繪示一種驅動電路120之示意圖； 第2A圖根據本發明之一實施例繪示一種隔離驅動電路200之系統示意圖； 第2B圖根據本發明之一實施例繪示一種功率轉換裝置200a的示意圖； 第2C圖根據本發明之一實施例繪示第一控制信號VCTRL1與第二控制信號VCTRL2的波形示意圖； 第2D圖根據本發明之一實施例繪示一種降壓轉換器202a的示意圖； 第3A圖根據本發明之一實施例繪示控制模組220之示意圖； 第3B圖根據本發明之一實施例繪示取樣電路221之示意圖； 第3C圖根據本發明之一實施例繪示一種控制模組之示意圖；以及 第4圖根據本發明之一實施例繪示隔離驅動方法400之流程圖。

202‧‧‧功率轉換器

200‧‧‧驅動電路

220‧‧‧控制模組

240‧‧‧變壓器

260‧‧‧整流電路

280‧‧‧驅動輔助電路

NP‧‧‧原邊繞組

NS‧‧‧副邊繞組

GND_P‧‧‧驅動地端

GND‧‧‧參考地端

VCTRL1、VCTRL2‧‧‧控制信號

VCK1、VCK2‧‧‧PWM信號

VDRIVE‧‧‧驅動控制信號

VIN‧‧‧輸入信號

VOUT‧‧‧直流輸出電壓

Claims (23)

1. 一種隔離驅動電路，用於驅動一功率轉換器，其中該功率轉換器包含一驅動地端、一參考地端及至少一功率開關，該功率轉換器用以根據一輸入信號而產生一輸出信號，且該輸出信號電性耦接於該參考地端，該至少一功率開關電性耦接於該驅動地端，該隔離驅動電路包含：一控制模組，用以根據該輸出信號產生一第一脈波寬度調變(Pulse width modulation,PWM)信號與一第二脈波寬度調變信號；一變壓器，用以接收該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號，以產生一第一控制信號；一整流電路，用以根據該第一控制信號產生一第二控制信號；以及一驅動輔助電路，用以根據該第二控制信號產生一驅動控制信號，以驅動該至少一功率開關。
2. 如請求項1所述之隔離驅動電路，其中在該至少一功率開關導通與關斷時，該驅動地端之電壓準位為不同，或當該輸入信號為一交流信號時，該驅動地端之電壓準位在該輸入信號的正半週期間與負半週期間為不同。
3. 如請求項1所述之隔離驅動電路，其中在該 驅動控制信號之電壓準位為一第一電壓準位時，該驅動輔助電路藉由該驅動控制信號導通該至少一功率開關，而在該驅動控制信號之電壓準位為一第二電壓準位時，該驅動輔助電路藉由該驅動控制信號關斷該至少一功率開關。
4. 如請求項3所述之隔離驅動電路，其中該驅動輔助電路包含：一二極體，其中該二極體之一第一端電性耦接於一控制電壓節點，且該二極體之一第二端電性耦接至該至少一功率開關之一控制端；一偏壓電阻，其中該偏壓電阻之一第一端電性耦接於該二極體之該第二端；以及一切換單元，其中該切換單元之一第一端電性耦接該偏壓電阻之該第二端，該切換單元之一第二端電性耦接該驅動地端，且該切換單元之一控制端電性耦接該控制電壓節點。
5. 如請求項4所述之隔離驅動電路，其中該驅動輔助電路更包含：一第一電阻，其中該第一電阻之一第一端用以接收該第二控制信號，且該第一電阻之一第二端電性耦接於該控制電壓節點；以及一第二電阻，其中該第二電阻之一第一端電性耦接於該控制電壓節點，且該第二電阻之一第二端電性耦接於該 驅動地端。
6. 如請求項1所述之隔離驅動電路，其中該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號之頻率為該驅動控制信號的頻率的一半，且該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號為互補。
7. 如請求項1所述之隔離驅動電路，其中該控制模組包含：一取樣電路，用以根據該輸出信號產生一回授電壓；一誤差放大器，用以根據該回授電壓與一參考電壓，以產生一誤差信號；一補償器，用以根據該誤差信號產生一脈波控制信號；一脈波寬度調變器，用以根據該脈波控制信號產生一脈波信號；以及一脈波寬度調變信號產生器，用以根據該脈波信號產生該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號。
8. 如請求項1所述之隔離驅動電路，其中該控制模組包含一數位信號處理器與一驅動晶片，該數位信號處理器用以根據該輸出信號控制該驅動晶片而產生該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號。
9. 如請求項1所述之隔離驅動電路，其中該變 壓器包含：一原邊繞組，該原邊繞組之一第一端用以接收該第一脈波寬度調變信號，且該原邊繞組之一第二端用以接收該第二脈波寬度調變信號；以及一副邊繞組，磁耦合該原邊繞組，並用以產生該第一控制信號。
10. 如請求項1所述之隔離驅動電路，其中該功率轉換器包含一降壓轉換器或一H橋功率因數校正轉換器。
11. 一種功率轉換裝置，包含：一功率轉換器，用以根據一輸入信號而產生一輸出信號，該功率轉換器包含一驅動地端、一參考地端及至少一功率開關，其中該輸出信號電性耦接於該參考地端，該至少一功率開關電性耦接於該驅動地端；以及一隔離驅動電路，用以根據該輸出信號產生一驅動控制信號，以驅動該至少一功率開關；其中在該驅動控制信號之電壓準位為一第一電壓準位時，導通該至少一功率開關，且在該驅動控制信號之電壓準位為一第二電壓準位時，關斷該至少一功率開關。
12. 如請求項11所述之功率轉換裝置，其中該隔離驅動電路包含： 一控制模組，用以根據該輸出信號產生一第一脈波寬度調變信號與一第二脈波寬度調變信號；一變壓器，用以接收該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號以產生一第一控制信號；一整流電路，用以根據該第一控制信號以產生一第二控制信號；以及一驅動輔助電路，用以根據該第二控制信號產生該驅動控制信號至該至少一功率開關的一控制端，以驅動該至少一功率開關。
13. 如請求項12所述之功率轉換裝置，其中該驅動輔助電路更包含：一第一電阻，其中該第一電阻之一第一端用以接收該第二控制信號，且該第一電阻之一第二端電性耦接於一控制電壓節點；一第二電阻，其中該第二電阻之一第一端電性耦接於該控制電壓節點，且該第二電阻之一第二端電性耦接於該驅動地端；一二極體，其中該二極體之一第一端電性耦接於該控制電壓節點，且該二極體之一第二端電性耦接至該至少一功率開關之控制端；一偏壓電阻，其中該偏壓電阻之一第一端電性耦接於該二極體之該第二端；以及一切換單元，其中該切換單元之一第一端電性耦接該 偏壓電阻之該第二端，該切換單元之一第二端電性耦接該驅動地端，且該切換單元之一控制端電性耦接該控制電壓節點。
14. 如請求項12所述之功率轉換裝置，其中該控制模組包含：一取樣電路，用以根據該輸出信號產生一回授電壓；一誤差放大器，用以根據該回授電壓與一參考電壓產生一誤差信號；一補償器，用以根據該誤差信號產生一脈波控制信號；一脈波寬度調變器，用以根據該脈波控制信號產生一脈波信號；以及一脈波寬度調變信號產生器，用以根據該脈波信號產生該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號。
15. 如請求項14所述之功率轉換裝置，其中該取樣電路包含：一第一取樣電阻，其中該第一取樣電阻的一第一端用以接收該輸出信號，且該第一取樣電阻的一第二端用以產生該回授電壓；以及一第二取樣電阻，其中該第二取樣電阻的一第一端電性耦接該第一取樣電阻的該第二端，且該第二取樣電阻的一第二端電性耦接於該參考地端。
16. 如請求項12所述之功率轉換裝置，其中該 第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號之頻率為該驅動控制信號的頻率的一半，且該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號為互補。
17. 如請求項12所述之功率轉換裝置，其中該控制模組包含一數位信號處理器與一驅動晶片，該數位信號處理器用以根據該輸出信號控制該驅動晶片而產生該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號。
18. 如請求項12所述之功率轉換裝置，其中該變壓器包含：一原邊繞組，該原邊繞組之一第一端用以接收該第一脈波寬度調變信號，且該原邊繞組之一第二端用以接收該第二脈波寬度調變信號；以及一副邊繞組，磁耦合該原邊繞組，並用以產生該第一控制信號。
19. 如請求項11所述之功率轉換裝置，其中該功率轉換器為一H橋(H-bridge)功率因數校正器，該H橋功率因數校正器包含一切換式開關電路與一輸出電容，其中該輸出電容之一第一端用以產生該輸出信號，該輸出電容之一第二端電性耦接於該參考地端，且該切換式開關電路之輸入端用以接收該輸入信號。
20. 如請求項19所述之功率轉換裝置，其中該切換式開關電路包含：一第一功率開關；一第二功率開關，該第一功率開關之一第一端與該第二功率開關之一第一端電性耦接於該驅動地端；一電感，用以接收該輸入信號；一第一二極體，其中該第一二極體的一第一端電性耦接該電感與該第一功率開關之一第二端；一第二二極體，其中該第二二極體的一第一端電性耦接該第二功率開關之一第二端，且該第一二極體的一第二端與該第二二極體的一第二端皆電性耦接該輸出電容之該第一端；一第三二極體，電性耦接於該第一二極體之該第一端與該參考地端之間；一第四二極體，電性耦接於該第二二極體之該第一端與該參考地端之間；一第五二極體，電性耦接於該驅動地端與該第一二極體之該第一端之間；一第六二極體，電性耦接於該驅動地端與該第二二極體之該第一端之間；以及一電阻，電性耦接於該驅動地端與該第一功率開關之一控制端之間。
21. 如請求項11所述之功率轉換裝置，其中該 功率轉換器為一降壓轉換器，該降壓轉換器包含一電感、一二極體、一電容與一功率開關，該電感的一第一端與該二極體的一第一端及該功率開關的一第一端電性耦接於該驅動地端，該電容的一第二端與該二極體的一第二端電性耦接於該參考地端。
22. 一種隔離驅動方法，用以驅動一具有一驅動地端與一參考地端的一功率轉換器，其中該功率轉換器包含至少一功率開關電性耦接於該驅動地端，該隔離驅動方法包含：提供一第一脈波寬度調變信號與一第二脈波寬度調變信號至一變壓器的一原邊繞組，以於該變壓器的一副邊繞組產生一第一控制信號，其中該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號為互補；將該第一控制信號輸入一整流電路，以產生一第二控制信號；以及將該第二控制信號輸入一驅動輔助電路以產生一驅動控制信號而控制該至少一功率開關，其中當該驅動控制信號之電壓準位為一第一電壓準位時，導通該至少一功率開關，且在該驅動控制信號之電壓準位為一第二電壓準位時，關斷該至少一功率開關。
23. 如請求項22所述的隔離驅動方法，更包含：提供一控制模組，並藉由該控制模組根據該功率轉換 器所輸出的一輸出信號而產生該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號，且該第一脈波寬度調變信號與該第二脈波寬度調變信號之頻率為該驅動控制信號的頻率的一半。