TWI778542B - 諧振控制裝置及其諧振控制方法 - Google Patents

諧振控制裝置及其諧振控制方法 Download PDF

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  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)

Abstract

本發明係揭露一種諧振控制裝置及其諧振控制方法，諧振控制裝置包含一迴授控制器與一處理器。迴授控制器接收一參考電壓與一輸出電壓，並利用參考電壓對輸出電壓進行電壓補償，以產生一控制參數。處理器接收控制參數，以據此與切換參數產生脈波調變訊號，以驅動諧振轉換器調整輸出電壓。每一脈波調變訊號具有最大頻率與最小頻率，最大頻率對應切換參數。在控制參數大於或等於切換參數時，脈波調變訊號根據控制參數與切換參數調整頻率，或控制諧振轉換器在脈波調變訊號之每一週期內以固定時間運作，以避免諧振轉換器之切換損耗。

Description

諧振控制裝置及其諧振控制方法
本發明係關於一種諧振控制技術，且特別關於一種諧振控制裝置及其諧振控制方法。
近幾年各式電子產品皆朝向精密與小型化的方向發展，傳統的電能轉換器不論在體積與效率上皆無法滿足現今的需求，電能轉換器被要求提高功率密度(Power Density)，故1970 年代功率半導體技術成熟時，切換式電源才廣泛應用在電源上，因此現今高效率的切換式電源供應器(Switch Mode Power Supply, SMPS)為產業在電源設計方面的重點。
切換式電源供應器會採用半橋式諧振轉換器或全橋式諧振轉換器。請參閱第1圖與第2圖，由於半橋式諧振轉換器與全橋式諧振轉換器之操作類似，故以半橋式諧振轉換器1為例，其大體皆設成如第1圖所示，包含一訊號控制器10、一第一電子開關11、一第二電子開關12、一諧振槽13與一變壓器14，其中第一電子開關11與第二電子開關12皆為N通道金氧半場效電晶體。理論上，訊號控制器10產生二脈波調變訊號，以控制第一電子開關11與第二電子開關12為交替式切換，即當第一電子開關11導通時，第二電子開關12關閉，使能量從高電壓端VH儲存於諧振槽13中，當第一電子開關11關閉時，第二電子開關12導通，使能量從諧振槽13中，釋放於低電壓端VL。變壓器18接收諧振槽13之能量，以將轉換成一輸出電壓Vo，並施加輸出電壓Vo在負載15上，以產生一輸出電流Io。輸出電壓Vo與輸出電流Io形成一輸出功率W。訊號控制器10根據輸出功率W執行脈波寬度調變（PWM）模式或脈波頻率調變（PFM）模式。在脈波寬度調變模式時，脈波調變訊號為脈波寬度調變訊號。在脈波頻率調變模式時，脈波調變訊號為脈波頻率調變訊號。在脈波寬度調變模式時，脈波寬度調變訊號之責任週期D從一臨界值d開始增加，直到責任週期D為0.5為止。在脈波頻率調變模式時，脈波頻率調變訊號之責任週期D為0.5。在脈波頻率調變模式時，脈波頻率調變訊號之頻率F隨輸出功率W遞減而遞增，脈波頻率調變訊號之頻率F從最小頻率f1開始遞增，直到頻率F等於最大頻率f2為止。在脈波寬度調變模式時，脈波寬度調變訊號之頻率F等於最大頻率f2。若此半橋式諧振轉換器1欲操作在輸出電壓Vo之下限範圍，則脈波寬度調變訊號之頻率F必須提高，以維持輸出電壓Vo。脈波寬度調變模式與脈波頻率調變模式可改善輕載效率，降低諧振轉換器1啟動時的諧振電流。然而，由於訊號控制器10之硬體特性導致脈波調變訊號之頻率F不能無限制提高，因此以脈波寬度調變模式來達到如同提升頻率F的效果，但此輸出電壓Vo之下限範圍仍然不夠低，使此半橋式諧振轉換器1不適合應用在輸出電壓Vo操作在寬廣範圍的場合上。再者，脈波寬度調變模式處在高頻狀態，所以切換損失較大，雜訊較高。
因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種諧振控制裝置及其諧振控制方法，以解決習知所產生的問題。
本發明提供一種諧振控制裝置及其諧振控制方法，其係改善諧振轉換器之輕載效率、降低啟動(start-up)諧振電流、降低切換損失與雜訊、提高諧振轉換器之輸出電壓的下限範圍與擴大此輸出電壓之操作範圍。
在本發明之一實施例中，一種諧振控制裝置包含一迴授控制器與一處理器。迴授控制器耦接一諧振轉換器之輸出端，輸出端耦接一負載，負載上有一輸出電壓，其中迴授控制器用於接收一參考電壓與輸出電壓，並利用參考電壓對輸出電壓進行電壓補償，以產生一控制參數。處理器耦接迴授控制器與諧振轉換器，並預設一切換參數，處理器用於接收控制參數，以據此與切換參數產生脈波調變訊號，並藉脈波調變訊號驅動諧振轉換器調整輸出電壓，脈波調變訊號具有最大頻率與最小頻率，最大頻率對應切換參數。在控制參數大於或等於切換參數時，脈波調變訊號為脈波頻率調變訊號。在控制參數小於切換參數時，脈波調變訊號控制諧振轉換器在脈波調變訊號之每一週期內以固定時間運作。
在本發明之一實施例中，脈波頻率調變訊號之責任週期為0.5。
在本發明之一實施例中，輸出電壓施加該負載以產生一輸出電流，輸出電流與輸出電壓形成一輸出功率，脈波頻率調變訊號之頻率線性反比於輸出功率。
在本發明之一實施例中，輸出電壓施加負載以產生一輸出電流，輸出電流與輸出電壓形成一輸出功率。在控制參數小於切換參數時，脈波調變訊號之頻率線性正比於輸出功率。
在本發明之一實施例中，在控制參數小於切換參數時，脈波調變訊號之責任週期線性正比於輸出功率，且責任週期之最大值為0.5，責任週期之最小值等於固定時間乘以最小頻率，最小值小於0.5。
在本發明之一實施例中，切換參數等於最大頻率，且迴授控制器包含一減法器、一電壓補償器與一數位壓控振盪器。減法器耦接輸出端，其中減法器用於接收參考電壓與輸出電壓，將參考電壓減去輸出電壓，以得到一差異電壓。電壓補償器耦接減法器，其中電壓補償器用於接收差異電壓，且對其進行電壓補償，以產生一電壓參數。數位壓控振盪器耦接電壓補償器與處理器，其中數位壓控振盪器用於接收電壓參數，並根據電壓參數、最大頻率與最小頻率產生作為控制參數之一控制頻率。
在本發明之一實施例中，控制頻率以Fc表示，Fc=(F min-F max)×P+ F max，F min為最小頻率，F max為最大頻率，P為電壓參數。
在本發明之一實施例中，電壓補償器為比例積分微分控制器(PID controller)或比例積分控制器(PI controller)。
在本發明之一實施例中，諧振轉換器為全橋式諧振轉換器(full-bridge resonate converter)或半橋式諧振轉換器(half-bridge resonate converter)。
在本發明之一實施例中，最小頻率與該最大頻率由該諧振轉換器之諧振槽所決定，該諧振槽由一諧振電感(Resonating Inductor)
Figure 02_image001
、一激磁電感(Magnetizing Inductor）
Figure 02_image003
與一諧振電容(Resonating Capacitor)
Figure 02_image005
串聯而成，最小頻率大於
Figure 02_image007
，且小於
Figure 02_image009
，最大頻率大於
Figure 02_image011
。
在本發明之一實施例中，一種諧振控制方法控制一諧振轉換器，諧振轉換器耦接一負載，負載上有一輸出電壓，諧振控制方法包含下列步驟：接收一參考電壓與輸出電壓，並利用參考電壓對輸出電壓進行電壓補償，以產生一控制參數；以及接收控制參數，並判斷控制參數是否小於一切換參數：若是，根據控制參數與切換參數產生脈波調變訊號，以藉此控制諧振轉換器在脈波調變訊號之每一週期內以固定時間運作，進而調整輸出電壓；以及若否，根據控制參數與切換參數產生脈波頻率調變訊號，以藉此驅動諧振轉換器調整輸出電壓；其中脈波頻率調變訊號與脈波調變訊號具有最大頻率與最小頻率，最大頻率對應切換參數。
在本發明之一實施例中，脈波頻率調變訊號之責任週期為0.5。
在本發明之一實施例中，輸出電壓施加負載以產生一輸出電流，輸出電流與輸出電壓形成一輸出功率，脈波頻率調變訊號之頻率線性反比於輸出功率。
在本發明之一實施例中，輸出電壓施加負載以產生一輸出電流，輸出電流與輸出電壓形成一輸出功率。在控制參數小於切換參數時，脈波調變訊號之頻率線性正比於輸出功率。
在本發明之一實施例中，在控制參數小於切換參數時，脈波調變訊號之責任週期線性正比於輸出功率，且責任週期之最大值為0.5，責任週期之最小值等於固定時間乘以最小頻率，最小值小於0.5。
在本發明之一實施例中，切換參數等於最大頻率，且在接收參考電壓與輸出電壓，並利用參考電壓對輸出電壓進行電壓補償，以產生控制參數之步驟，包含下列步驟：接收參考電壓與輸出電壓，將參考電壓減去輸出電壓，以得到一差異電壓；接收差異電壓，且對其進行電壓補償，以產生一電壓參數；以及接收電壓參數，並根據電壓參數、最大頻率與最小頻率產生作為控制參數之一控制頻率。
在本發明之一實施例中，控制頻率以Fc表示，Fc=(F min-F max)×P+ F max，F min為最小頻率，F max為最大頻率，P為電壓參數。
在本發明之一實施例中，最小頻率與最大頻率由諧振轉換器之諧振槽所決定，諧振槽由一諧振電感(Resonating Inductor)
Figure 02_image001
、一激磁電感(Magnetizing Inductor）
Figure 02_image003
與一諧振電容(Resonating Capacitor)
Figure 02_image005
串聯而成，最小頻率大於
Figure 02_image007
，且小於
Figure 02_image009
，最大頻率大於
Figure 02_image011
。
基於上述，諧振控制裝置及其諧振控制方法在不增加硬體成本之前提下，設定一切換參數，並根據切換參數進行恆定導通時間(constant on-time, COT)調變模式或脈波頻率調變模式，以改善諧振轉換器之輕載效率、降低啟動諧振電流、降低切換損失與雜訊、提高諧振轉換器之輸出電壓的下限範圍與擴大此輸出電壓之操作範圍。此外，數位壓控振盪器產生控制頻率，使其與電壓參數呈線性反比，以提升控制參數之變化量的穩定性。
茲為使　貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
當一個元件被稱為『在…上』時，它可泛指該元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地，當一個元件被稱為『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在於兩者之中間。如本文所用，詞彙『及/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。
於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此，於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者，於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。
揭露特別以下述例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包含這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外，如本揭露所用，除非從特定上下文明顯可見將複數個排除在外，否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「在其中」的意思可包含「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明，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，以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的引導。在通篇說明書之任何地方之例子，包含在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。
此外，若使用「電(性)耦接」或「電(性)耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣耦接手段。舉例而言，若文中描述一第一裝置電性耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接耦接於該第二裝置，或透過其他裝置或耦接手段間接地耦接至該第二裝置。另外，若描述關於電訊號之傳輸、提供，熟習此技藝者應該可了解電訊號之傳遞過程中可能伴隨衰減或其他非理想性之變化，但電訊號傳輸或提供之來源與接收端若無特別敘明，實質上應視為同一訊號。舉例而言，若由電子電路之端點A傳輸(或提供)電訊號S給電子電路之端點B，其中可能經過一電晶體開關之源汲極兩端及/或可能之雜散電容而產生電壓降，但此設計之目的若非刻意使用傳輸(或提供)時產生之衰減或其他非理想性之變化而達到某些特定的技術效果，電訊號S在電子電路之端點A與端點B應可視為實質上為同一訊號。
可了解如在此所使用的用詞「包含(comprising)」、「包含(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包含(involving)」等等，為開放性的(open-ended)，即意指包含但不限於。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制發明作之申請專利範圍。
第3圖為本發明之第一實施例之諧振控制裝置與諧振轉換器之電路示意圖。第4圖為本發明之一實施例之脈波調變訊號之責任週期與頻率相對輸出功率之曲線圖。第5圖為本發明之一實施例之於脈衝頻率調變模式之脈波調變訊號之波形圖。第6圖為本發明之一實施例之於恆定導通時間模式之脈波調變訊號之波形圖。請參閱第3圖與第4圖，以下介紹本發明之第一實施例之諧振控制裝置2。諧振控制裝置2包含一迴授控制器20與一處理器21。迴授控制器20耦接一諧振轉換器3之輸出端，此輸出端耦接一負載4，負載4上有一輸出電壓V，輸出電壓V施加負載4以產生一輸出電流I，輸出電流I與輸出電壓V形成一輸出功率W。諧振轉換器3可為全橋式諧振轉換器(full-bridge resonate converter)或半橋式諧振轉換器(half-bridge resonate converter)。迴授控制器20用於接收一參考電壓S與輸出電壓V，並利用參考電壓S對輸出電壓V進行電壓補償，以產生一控制參數C。處理器21耦接迴授控制器20與諧振轉換器3，並預設一切換參數。處理器21用於接收控制參數C，以據此與切換參數產生脈波調變訊號P與P’，並藉脈波調變訊號P與P’驅動諧振轉換器3調整輸出電壓V。脈波調變訊號P與P’具有以F max表示之最大頻率與以F min表示之最小頻率，最大頻率F max對應切換參數。在控制參數C大於或等於切換參數時，脈波調變訊號P與P’為脈波頻率調變訊號，使諧振轉換器3執行脈波頻率調變(PFM)模式。在控制參數C小於切換參數時，脈波調變訊號P與P’控制諧振轉換器3在脈波調變訊號P與P’之每一週期內以固定時間運作，使諧振轉換器3執行恆定導通時間(COT)模式。
在本發明之某些實施例中，諧振轉換器3可包含一電子開關組30、一諧振槽31與一變壓器32。電子開關組30耦接處理器21與諧振槽31，諧振槽31耦接變壓器32之一次側，變壓器32之二次側作為諧振轉換器3之輸出端。電子開關組30用於接收脈波調變訊號P與P’，以藉此透過諧振槽31驅動變壓器32，進而改變輸出電壓V。舉例來說，最小頻率F min與最大頻率F max由諧振轉換器3之諧振槽31所決定，諧振槽31由一諧振電感(Resonating Inductor)
Figure 02_image001
、一激磁電感(Magnetizing Inductor）
Figure 02_image003
與一諧振電容(Resonating Capacitor)
Figure 02_image005
串聯而成，最小頻率F min大於
Figure 02_image007
，且小於
Figure 02_image009
，最大頻率F max大於
Figure 02_image011
。
如第3圖、第4圖、第5圖與第6圖所示，脈波頻率調變訊號之責任週期可固定為0.5，脈波頻率調變訊號之頻率F線性反比於輸出功率W。頻率F之最大值為最大頻率F max，頻率F之最小值為最小頻率F min。二脈波頻率調變訊號並未同時具有高準位電壓，以避免燒毀電路。若脈波頻率調變訊號之頻率F小於最小頻率F min，則脈波頻率調變訊號具有責任週期D之最小值M。在控制參數C小於切換參數時，脈波調變訊號P與P’之頻率F可線性正比於輸出功率W，且脈波調變訊號P與P’之頻率F的最大值與最小值分別為最大頻率F max與最小頻率F min。在控制參數C小於切換參數時，脈波調變訊號P與P’之責任週期D線性正比於輸出功率W，且責任週期D之最大值為0.5，責任週期D之最小值M等於諧振轉換器3所運作的固定時間T乘以最小頻率F min，且責任週期D之最小值M小於0.5。一般來說，此固定時間T為諧振轉換器3運作的最短時段，並由諧振轉換器3之硬體所決定。在COT模式中，固定諧振轉換器3所運作的時間，並改變頻率F，以得到可變的責任週期D。如第6圖所示，脈波調變訊號P’之相位落後脈波調變訊號P之相位180度，脈波調變訊號P與P’亦並未同時具有高準位電壓，以避免燒毀電路。諧振控制裝置在不增加硬體成本之前提下，設定切換參數，並根據切換參數進行恆定導通時間調變模式或脈波頻率調變模式，以改善諧振轉換器3之輕載效率、降低啟動諧振電流與降低切換損失與雜訊。此外，恆定導通時間調變模式能延伸脈波寬度調變模式所無法涵蓋的輸出電壓或輸出電流之範圍。因此，諧振控制裝置2能提高諧振轉換器3之輸出電壓的下限範圍與擴大此輸出電壓之操作範圍，並減少執行叢集模式(burst mode)的次數。
第7圖為本發明之一實施例之諧振控制方法之流程圖。請參閱第3圖與第7圖，以下介紹本發明之一實施例之諧振控制裝置2之諧振控制方法。首先，如步驟S10所示，迴授控制器20接收參考電壓S與輸出電壓V，並利用參考電壓S對輸出電壓V進行電壓補償，以產生控制參數C。如步驟S12所示，處理器21接收控制參數C，並判斷控制參數C是否小於切換參數。若是，則如步驟S14所示，處理器21根據控制參數C與切換參數產生脈波調變訊號P與P’，以藉此控制諧振轉換器3在脈波調變訊號P或P’之每一週期內以固定時間運作，進而調整輸出電壓V。若否，則如步驟S16所示，處理器21根據控制參數C與切換參數產生脈波頻率調變訊號，以藉此驅動諧振轉換器3調整輸出電壓V。
請參閱第3圖與第4圖。當負載4變輕時，控制參數C變小。當控制參數C小於切換參數時，處理器21產生脈波調變訊號P與P’，以藉此控制諧振轉換器3在脈波調變訊號P或P’之每一週期內以固定時間運作，進而調整輸出電壓V。脈波調變訊號P與P’之責任週期D與頻率F取決於輸出功率W。當負載4變重時，控制參數C變大。當控制參數C大於或等於切換參數時，處理器21根據控制參數C與切換參數產生脈波頻率調變訊號，以藉此驅動諧振轉換器3調整輸出電壓V。脈波頻率調變訊號之頻率F取決於輸出功率W，且脈波頻率調變訊號之責任週期D固定在0.5。此外，亦可變動參考電壓S以產生脈波調變訊號P與P’或脈波頻率調變訊號。當參考電壓S降低，且輸出電壓V尚未變動時，控制參數C變小。當控制參數C小於切換參數時，處理器21產生脈波調變訊號P與P’，以藉此控制諧振轉換器3在脈波調變訊號P或P’之每一週期內以固定時間運作，進而調整輸出電壓V。脈波調變訊號P與P’之責任週期D與頻率F取決於輸出功率W。當參考電壓S提升，且輸出電壓V尚未變動時，控制參數C變大。當控制參數C大於或等於切換參數時，處理器21根據控制參數C與切換參數產生脈波頻率調變訊號，以藉此驅動諧振轉換器3調整輸出電壓V。脈波頻率調變訊號之頻率F取決於輸出功率W，且脈波頻率調變訊號之責任週期D固定在0.5。
第8圖為本發明之第二實施例之諧振控制裝置與諧振轉換器之電路示意圖。第9圖為本發明之一實施例之產生控制參數之流程圖。請參閱第8圖與第9圖，以下介紹本發明之第二實施例之諧振控制裝置2。第二實施例與第一實施例差別在於迴授控制器20、切換參數與控制參數C，其餘技術特徵與第一實施例相同，於此不再贅述。在第二實施例中，切換參數等於最大頻率F max，且迴授控制器20包含一減法器200、一電壓補償器201與一數位壓控振盪器202。電壓補償器201耦接減法器200與數位壓控振盪器202，數位壓控振盪器202耦接處理器21。以下介紹本發明之一實施例之產生控制參數之流程。首先，如步驟S100所示，減法器200接收參考電壓S與輸出電壓V，將參考電壓S減去輸出電壓V，以得到一差異電壓VD。接著，如步驟S101所示，電壓補償器201接收差異電壓VD，且對其進行電壓補償，以產生一電壓參數VP。電壓參數VP是跟電壓有關的係數，但沒有單位。最後，如步驟S102所示，數位壓控振盪器202接收電壓參數VP，並根據電壓參數VP、最大頻率F max與最小頻率F min產生作為控制參數C之一控制頻率。在本發明之某些實施例中，控制頻率以Fc表示，Fc=(F min-F max)×P+ F max，P為電壓參數。由於控制頻率與電壓參數呈線性反比關係，故能提升控制參數C之變化量的穩定性。
根據上述實施例，諧振控制裝置及其諧振控制方法在不增加硬體成本之前提下，設定一切換參數，並根據切換參數進行恆定導通時間調變模式或脈波頻率調變模式，以改善諧振轉換器之輕載效率、降低啟動諧振電流、降低切換損失與雜訊、提高諧振轉換器之輸出電壓的下限範圍與擴大此輸出電壓之操作範圍。此外，數位壓控振盪器產生控制頻率，使其與電壓參數呈線性反比，以提升控制參數之變化量的穩定性。
以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1…諧振轉換器 10…訊號控制器 11…第一電子開關 12…第二電子開關 13…諧振槽 14…變壓器 15…負載 2…諧振控制裝置 20…迴授控制器 200…減法器 201…電壓補償器 202…數位壓控振盪器 21…處理器 3…諧振轉換器 30…電子開關組 31…諧振槽 32…變壓器 4…負載 VH…高壓端 VL…低電壓端 Vo…輸出電壓 Io…輸出電流 D…責任週期 d…臨界值 F…頻率 W…輸出功率 f1…最小頻率 f2…最大頻率 V…輸出電壓 I…輸出電流 S…參考電壓 C…控制參數 P與P’… 脈波調變訊號 F max…最大頻率 F min…最小頻率 M…最小值 T…固定時間
Figure 02_image001
…諧振電感
Figure 02_image003
…激磁電感
Figure 02_image005
…諧振電容 S10、S12、S14、S16、S100、S101、S102…步驟
第1圖為先前技術之諧振轉換器之電路示意圖。 第2圖為先前技術之脈波調變訊號之責任週期與頻率相對輸出功率之曲線圖。 第3圖為本發明之第一實施例之諧振控制裝置與諧振轉換器之電路示意圖。 第4圖為本發明之一實施例之脈波調變訊號之責任週期與頻率相對輸出功率之曲線圖。 第5圖為本發明之一實施例之於脈衝頻率調變模式之脈波調變訊號之波形圖。 第6圖為本發明之一實施例之於恆定導通時間模式之脈波調變訊號之波形圖。 第7圖為本發明之一實施例之諧振控制方法之流程圖。 第8圖為本發明之第二實施例之諧振控制裝置與諧振轉換器之電路示意圖。 第9圖為本發明之一實施例之產生控制參數之流程圖。
D…責任週期 W…輸出功率 F max…最大頻率 F min…最小頻率 M…最小值 F…頻率

Claims (16)

  1. 一種諧振控制裝置，包含：一迴授控制器，耦接一諧振轉換器之輸出端，該輸出端耦接一負載，該負載上有一輸出電壓，其中該迴授控制器用於接收一參考電壓與該輸出電壓，並利用該參考電壓對該輸出電壓進行電壓補償，以產生一控制參數；以及一處理器，耦接該迴授控制器與該諧振轉換器，並預設一切換參數，該處理器用於接收該控制參數，以據此與該切換參數產生脈波調變訊號，並藉該脈波調變訊號驅動該諧振轉換器調整該輸出電壓，該脈波調變訊號具有最大頻率與最小頻率，該最大頻率對應該切換參數，在該控制參數大於或等於該切換參數時，該脈波調變訊號為脈波頻率調變訊號，在該控制參數小於該切換參數時，該脈波調變訊號控制該諧振轉換器在該脈波調變訊號之每一週期內以固定時間運作；其中該輸出電壓施加該負載以產生一輸出電流，該輸出電流與該輸出電壓形成一輸出功率，在該控制參數小於該切換參數時，該脈波調變訊號之頻率線性正比於該輸出功率。
  2. 如請求項1所述之諧振控制裝置，其中該脈波頻率調變訊號之責任週期為0.5。
  3. 如請求項2所述之諧振控制裝置，其中該脈波頻率調變訊號之頻率線性反比於該輸出功率。
  4. 如請求項1所述之諧振控制裝置，其中該控制參數小於該切換參數時，該脈波調變訊號之責任週期線性正比於該輸出功率，且該責任週期之最大值為0.5，該責任週期之最小值等於該固定時間乘以 該最小頻率，該最小值小於0.5。
  5. 如請求項1所述之諧振控制裝置，其中該切換參數等於該最大頻率，且該迴授控制器包含：一減法器，耦接該輸出端，其中該減法器用於接收該參考電壓與該輸出電壓，將該參考電壓減去該輸出電壓，以得到一差異電壓；一電壓補償器，耦接該減法器，其中該電壓補償器用於接收該差異電壓，且對其進行電壓補償，以產生一電壓參數；以及一數位壓控振盪器，其係耦接該電壓補償器與該處理器，其中該數位壓控振盪器用於接收該電壓參數，並根據該電壓參數、該最大頻率與該最小頻率產生作為該控制參數之一控制頻率。
  6. 如請求項5所述之諧振控制裝置，其中該控制頻率以Fc表示，Fc=(Fmin-Fmax)×P+Fmax，Fmin為該最小頻率，Fmax為該最大頻率，P為該電壓參數。
  7. 如請求項5所述之諧振控制裝置，其中該電壓補償器為比例積分微分控制器(PID controller)或比例積分控制器(PI controller)。
  8. 如請求項1所述之諧振控制裝置，其中該諧振轉換器為全橋式諧振轉換器(full-bridge resonate converter)或半橋式諧振轉換器(half-bridge resonate converter)。
  9. 如請求項1所述之諧振控制裝置，其中該最小頻率與該最大頻率由該諧振轉換器之諧振槽所決定，該諧振槽由一諧振電感(Resonating Inductor)L R 、一激磁電感(Magnetizing Inductor)L M 與一諧振電容(Resonating Capacitor)C R 串聯而成，該最小頻率大於
    Figure 110108529-A0305-02-0018-2
    ，且小於
    Figure 110108529-A0305-02-0018-19
    ，該最大頻率大於
    Figure 110108529-A0305-02-0018-4
  10. 一種諧振控制方法，其係控制一諧振轉換器，該諧振轉換器耦接一負載，該負載上有一輸出電壓，該諧振控制方法包含下列步驟：接收一參考電壓與該輸出電壓，並利用該參考電壓對該輸出電壓進行電壓補償，以產生一控制參數；以及接收該控制參數，並判斷該控制參數是否小於一切換參數：若是，根據該控制參數與該切換參數產生脈波調變訊號，以藉此控制該諧振轉換器在該脈波調變訊號之每一週期內以固定時間運作，進而調整該輸出電壓；以及若否，根據該控制參數與該切換參數產生脈波頻率調變訊號，以藉此驅動該諧振轉換器調整該輸出電壓；其中該脈波頻率調變訊號與該脈波調變訊號具有最大頻率與最小頻率，該最大頻率對應該切換參數；其中該輸出電壓施加該負載以產生一輸出電流，該輸出電流與該輸出電壓形成一輸出功率，在該控制參數小於該切換參數時，該脈波調變訊號之頻率線性正比於該輸出功率。
  11. 如請求項10所述之諧振控制方法，其中該脈波頻率調變訊號之責任週期為0.5。
  12. 如請求項10所述之諧振控制方法，其中該脈波頻率調變訊號之頻率線性反比於該輸出功率。
  13. 如請求項10所述之諧振控制方法，其中該控制參數小於該切 換參數時，該脈波調變訊號之責任週期線性正比於該輸出功率，且該責任週期之最大值為0.5，該責任週期之最小值等於該固定時間乘以該最小頻率，該最小值小於0.5。
  14. 如請求項10所述之諧振控制方法，其中該切換參數等於該最大頻率，且接收該參考電壓與該輸出電壓，並利用該參考電壓對該輸出電壓進行電壓補償，以產生該控制參數之步驟，包含下列步驟：接收該參考電壓與該輸出電壓，將該參考電壓減去該輸出電壓，以得到一差異電壓；接收該差異電壓，且對其進行電壓補償，以產生一電壓參數；以及接收該電壓參數，並根據該電壓參數、該最大頻率與該最小頻率產生作為該控制參數之一控制頻率。
  15. 如請求項14所述之諧振控制方法，其中該控制頻率以Fc表示，Fc=(Fmin-Fmax)×P+Fmax，Fmin為該最小頻率，Fmax為該最大頻率，P為該電壓參數。
  16. 如請求項10所述之諧振控制方法，其中該最小頻率與該最大頻率由該諧振轉換器之諧振槽所決定，該諧振槽由一諧振電感(Resonating Inductor)L R 、一激磁電感(Magnetizing Inductor)L M 與一諧振電容(Resonating Capacitor)C R 串聯而成，該最小頻率大於
    Figure 110108529-A0305-02-0019-6
    ，且小於
    Figure 110108529-A0305-02-0019-7
    ，該最大頻率大於
    Figure 110108529-A0305-02-0019-8
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