TWI805201B - 諧振變換裝置與通用序列匯流排電路 - Google Patents

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TWI805201B
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Abstract

本發明提供一種諧振變換裝置與通用序列匯流排電路。諧振變換裝置包含輸入濾波電路、全橋LLC轉換電路、變壓電路、整流濾波電路以及控制器。其中，控制器被配置以判斷電壓命令的指示電壓是否小於或等於閾值並執行下列步驟：響應於指示電壓小於或等於閾值，控制全橋LLC轉換電路進入半橋操作模式，並且基於直流輸出電壓對全橋LLC轉換電路進行半橋叢發模式控制以調節直流輸出電壓；以及響應於指示電壓大於閾值，基於直流輸出電壓對全橋LLC轉換電路進行全橋叢發模式控制以調節直流輸出電壓。

Description

諧振變換裝置與通用序列匯流排電路
本發明是有關於一種諧振變換裝置，特別是一種具混合控制機制的全橋LLC諧振變換裝置。
為符合小體積與高功率密度的需求，切換式電源供應器逐漸取代傳統的線性電源供應器。但因為切換式電源供應器的控制功率開關在導通或截止時，電壓與電流不為零，將會造成在切換時電壓和電流具有較高的重疊區域面積，亦即較高的切換損失。從而產生熱能而導致效率下降。並且隨著切換頻率的上升，切換損失以及電磁干擾也會跟著上升。LLC諧振變換裝置因具有零電壓切換以及電壓調節能力的優點，近年來逐漸受到重視。為適應複雜的應用場景，並同時達到寬輸出電壓與提升效率，本領域亟需一新穎的具混合控制機制的全橋LLC諧振變換裝置。
有鑑於此，本發明實施例提供一種諧振變換裝置與一種通用序列匯流排電路，以改善現有技術問題。
本發明一實施例提供一種諧振變換裝置。諧振變換裝置包含輸入濾波電路、全橋LLC轉換電路、變壓電路、整流濾波電路以及控 制器。輸入濾波電路用以接收直流輸入電壓，並且濾波直流輸入電壓以輸出濾波後直流電壓。全橋LLC轉換電路用以接收濾波後直流電壓並輸出轉換電壓。變壓電路包含一初級側與一次級側。變壓電路的初級側耦接全橋LLC轉換電路以接收轉換電壓。變壓電路的次級側感應轉換電壓以產生感應電壓。整流濾波電路耦接變壓電路的次級側，整流濾波電路用以接收並且整流、濾波感應電壓以輸出直流輸出電壓。控制器耦接全橋LLC轉換電路與整流濾波電路。控制器可偵測直流輸出電壓並從外部接收電壓命令。其中，控制器被配置以判斷電壓命令的指示電壓是否小於或等於閾值並執行下列步驟：響應於指示電壓小於或等於閾值，控制全橋LLC轉換電路進入半橋操作模式，並且基於直流輸出電壓對全橋LLC轉換電路進行半橋叢發模式控制以調節直流輸出電壓；以及響應於指示電壓大於閾值，基於直流輸出電壓對全橋LLC轉換電路進行全橋叢發模式控制以調節直流輸出電壓。
本發明另一實施例提供一種諧振變換裝置。諧振變換裝置包含輸入濾波電路、全橋LLC轉換電路、變壓電路、整流濾波電路、負載偵測電路以及控制器。輸入濾波電路用以接收直流輸入電壓，並且濾波直流輸入電壓以輸出濾波後直流電壓。全橋LLC轉換電路用以接收濾波後直流電壓並輸出轉換電壓。變壓電路包含一初級側與一次級側。變壓電路的初級側耦接全橋LLC轉換電路以接收轉換電壓。變壓電路的次級側感應轉換電壓以產生感應電壓。負載偵測電路偵測諧振變換裝置的負載狀況。整流濾波電路耦接變壓電路的次級側，整流濾波電路用以接收並且整流、濾波感應電壓以輸出直流輸出電壓。控制器耦接全橋LLC 轉換電路、負載偵測電路與整流濾波電路。控制器可偵測直流輸出電壓、接收負載狀況並從外部接收電壓命令。其中，控制器被配置以判斷電壓命令的指示電壓是否小於或等於閾值並執行下列步驟：響應於指示電壓小於或等於閾值，控制全橋LLC轉換電路進入半橋操作模式，並且基於直流輸出電壓對全橋LLC轉換電路進行半橋叢發-變頻切換模式控制以調節直流輸出電壓；以及響應於指示電壓大於閾值，基於直流輸出電壓對全橋LLC轉換電路進行全橋叢發-變頻切換模式控制以調節直流輸出電壓。
本發明一實施例提供一種包含前述之諧振變換裝置的通用序列匯流排(USB)電路。通用序列匯流排電路基於外部裝置的請求，發出電壓命令給諧振變換裝置。
基於上述，本發明一些實施例以單一級設計可避免效率降低。本發明一些實施例藉由基於指示電壓切換全橋LLC轉換電路的操作模式與控制方法，可達到寬輸出電壓與提升效率的功效。本發明一些實施例在特定電壓與負載範圍內以變頻控制方法控制可以進一步提升效率。
100、1901:諧振變換裝置
101:輸入濾波電路
102:全橋LLC轉換電路
103:變壓電路
104:整流濾波電路
105:控制器
106:類比數位轉換電路
107:處理器
108:數位類比轉換電路
109:負載偵測電路
1900:通用序列匯流排電路
1902:外部裝置
Vin:直流輸入電壓
Cin:濾波電容
Q1:第一開關
Q2:第二開關
Q3:第三開關
Q4:第四開關
Q5、Q9:第五開關
Q6、Q10:第六開關
Q7:第七開關
Q8:第八開關
Lr:第一諧振電感器
Lm:第二諧振電感器
Cr:諧振電容器
DQ1、DQ2、DQ3、DQ4:二極體
CQ1、CQ2、CQ3、CQ4:電容
L1:初級線圈
L2、L3:次級線圈
D1、D5:第一順向導通元件
D2、D6:第二順向導通元件
D3:第三順向導通元件
D4:第四順向導通元件
Cout:電容器
Vo:諧振變換裝置100的直流輸出電壓
1011:輸入濾波電路101的第一端
1012:輸入濾波電路101的第二端
1021:第一開關Q1的第一端
1022:第二開關Q2的第一端
1023:第三開關Q3的第一端
1024:第四開關Q4的第一端
1025:串聯支路的第一端
1026:串聯支路的第二端
1027:第一開關Q1的第二端
1028:第二開關Q2的第二端
1029:第三開關Q3的第二端
1030:第四開關Q4的第二端
1031:次級線圈L2的第一端
1032:次級線圈L2的第二端
1033:次級線圈L3的第一端
1034:次級線圈L3的第二端
1035:中心抽頭接點
1091:第一順向導通元件D1的第一端
1092:第二順向導通元件D2的第一端
1093:第三順向導通元件D3的第一端
1094:第四順向導通元件D4的第一端
1095:電容器Cout的第一端
1096:電容器Cout的第二端
1097:第一順向導通元件D1的第二端
1098:第二順向導通元件D2的第二端
1099:第三順向導通元件D3的第二端
10910:第四順向導通元件D4的第二端
10911:第一順向導通元件D5的第一端
10912:第二順向導通元件D6的第一端
10913:第一順向導通元件D5的第二端
10914:第二順向導通元件D6的第二端
10915:電容器Cout的第一端
10916:電容器Cout的第二端
2091:第五開關Q5的第二端
2092:第六開關Q6的第二端
2093:第七開關Q7的第二端
2094:第八開關Q8的第二端
2097:第五開關Q5的第一端
2098:第六開關Q6的第一端
2099:第七開關Q7的第一端
20910:第八開關Q8的第一端
20911:第五開關Q5的第二端
20912:第六開關Q10的第二端
20913:第五開關Q9的第一端
20914:第六開關Q10的第一端
s:拉普拉斯運算子
Rac:反射負載電阻
fr:諧振頻率
fs:切換頻率
Tr:週期
VGSQ1:第一開關Q1閘極與源極間的電壓
VGSQ2:第二開關Q2閘極與源極間的電壓
VGSQ3:第三開關Q3閘極與源極間的電壓
VGSQ4:第四開關Q4閘極與源極間的電壓
T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13、T14、T15、T16、T17:時間點
S901~S904、S1001~S1003、S1101~S1102、S1201~S1204、S1301~S1305、S1401~S1407、S1501~S1504、S1601~S1607:步驟
圖1為依據本發明一實施例繪示的諧振變換裝置方塊圖。
圖2-1為依據本發明一實施例繪示的諧振變換裝置電路結構圖。
圖2-2為依據本發明一實施例繪示的諧振變換裝置電路結構圖。
圖3-1為依據本發明一實施例所繪示的諧振變換裝置電路結構圖。
圖3-2為依據本發明一實施例所繪示的諧振變換裝置電路結構圖。
圖4為依據本發明一實施例的全橋LLC轉換電路中串聯支路所繪示的等效電路圖。
圖5為依據本發明一實施例所繪示的切換增益諧振槽增益乘積與正規化頻率的響應圖。
圖6為依據本發明一實施例所繪示的開關控制信號時序圖。
圖7為依據本發明一實施例所繪示的開關控制信號時序圖。
圖8為依據本發明一實施例所繪示的開關控制信號時序圖。
圖9為依據本發明一實施例所繪示的諧振變換裝置控制流程圖。
圖10為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。
圖11為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。
圖12為依據本發明一實施例所繪示的諧振變換裝置控制流程圖。
圖13為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。
圖14為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。
圖15為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。
圖16為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。
圖17為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。
圖18為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。
圖19為依據本發明一實施例所繪示的通用序列匯流排電路與外部裝置方塊圖。
圖20為諧振變換裝置輕載時效率比較圖。
圖21為諧振變換裝置重載時效率比較圖。
圖22為諧振變換裝置半橋叢發模式控制與半橋變頻控制效率比較圖。
圖23為諧振變換裝置全橋叢發模式控制與全橋變頻控制效率比較圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。圖式中各元件的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，且每個元件的尺寸並未完全為其實際的尺寸，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均仍應落在本發明所揭示之技術內容涵蓋之範圍內。在所有圖式中相同的標號將用於表示相同或相似的元件。以下實施例中所提到的「耦接」或「連接」一詞可指任何直接或間接的連接手段。
圖1為依據本發明一實施例繪示的諧振變換裝置方塊圖。請同時參閱圖1，諧振變換裝置100包含輸入濾波電路101、全橋LLC轉換電路102、變壓電路103、整流濾波電路104以及控制器105。輸入濾波電路101接收直流輸入電壓，並且濾波直流輸入電壓以輸出濾波後直流電壓。全橋LLC轉換電路102為諧振開關式轉換器，包含諧振電感、諧振電容與激磁電感所組成的諧振槽。全橋LLC轉換電路102接收濾波後直流電壓，經由前述由諧振電感、諧振電容與激磁電感所組成的諧振 槽輸出轉換電壓。全橋LLC轉換電路102的具體實施方式將在後面的實施例中詳細說明。
變壓電路103包含初級側與次級側。變壓電路103的初級側耦接全橋LLC轉換電路以接收由前述諧振槽所輸出的轉換電壓。變壓電路103的次級側感應轉換電壓以產生感應電壓。整流濾波電路104耦接變壓電路103的次級側以接收前述變壓電路103的次級側所產生的感應電壓。整流濾波電路104並且整流、濾波感應電壓以輸出直流輸出電壓作為諧振變換裝置100的輸出。
控制器105耦接全橋LLC轉換電路102與整流濾波電路104的輸出端。控制器105偵測整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓並從外部接收電壓命令。前述電壓命令包含一個指示電壓，用以指示諧振變換裝置100的直流輸出電壓的數值。在一些實施例中，控制器105更進一步接收負載狀況。
在一些實施例中，指示電壓包含5V、9V、15V、20V、28V、36V、48V。前述指示電壓可滿足通用序列匯流排(Universal Serial Bus)的PD 3.1規範(USB Power Delivery Specification Revision 3.1,Version 1.0)。
控制器105基於前述電壓命令與偵測到的整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓數值控制全橋LLC轉換電路102。
圖9為依據本發明一實施例所繪示的諧振變換裝置控制流程圖。在本發明的一些實施例中，控制器105基於外部接收電壓的指示電壓與偵測到的整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓數值，對全橋 LLC轉換電路102發出控制信號使諧振變換裝置100的整流濾波電路104輸出對應指示的電壓的直流輸出電壓。請同時參閱圖1與圖9。圖9所繪示的各步驟由控制器105執行。在步驟S901中，控制器105偵測整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓並從外部接收電壓命令。在步驟S902中，控制器105判斷電壓命令的指示電壓是否小於或等於一閾值。當指示電壓小於或等於前述閾值，控制器105控制全橋LLC轉換電路102進入半橋操作模式，並且基於控制器105所偵測整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓數值，對全橋LLC轉換電路102進行半橋叢發模式控制以調節直流輸出電壓。當指示電壓大於前述閾值，控制器105基於控制器105所偵測整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓數值，對全橋LLC轉換電路102進行全橋叢發模式控制以調節直流輸出電壓。
圖12為依據本發明一實施例所繪示的諧振變換裝置控制流程圖。請同時參閱圖1與圖12。圖12所繪示的各步驟由控制器105執行。在本發明的一些實施例中，控制器105基於外部接收電壓的指示電壓、負載狀況與偵測到的整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓數值，對全橋LLC轉換電路102發出控制信號以使諧振變換裝置100的整流濾波電路104輸出對應指示的電壓直流輸出電壓。
在步驟S1201中，控制器105偵測整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓、接收負載狀況並從外部接收電壓命令。在步驟S1202中，控制器105判斷電壓命令的指示電壓是否小於或等於一閾值。當指示電壓小於或等於前述閾值，控制器105控制全橋LLC轉換電路102進入半橋操作模式，並且基於控制器105所偵測整流濾波電路104輸出的直流輸出 電壓數值，對全橋LLC轉換電路102進行半橋叢發-變頻切換模式控制以調節直流輸出電壓。當指示電壓大於前述閾值，控制器105基於控制器105所偵測整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓數值，對全橋LLC轉換電路102進行全橋叢發-變頻切換模式控制以調節直流輸出電壓。
圖2-1係依據本發明一實施例繪示的諧振變換裝置電路結構圖。請同時參考圖1與圖2-1。在本發明一些實施例中，諧振變換裝置100從外部接收直流輸入電壓Vin。輸入濾波電路101包含濾波電容Cin，濾波電容Cin並聯直流輸入電壓Vin以濾波直流輸入電壓Vin以輸出濾波後直流電壓。全橋LLC轉換電路102包含第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3、第四開關Q4與串聯支路。其中第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3與第四開關Q4為n型MOS場效電晶體。
第一開關Q1的第一端1021耦接輸入濾波電路101的第一端1011。第一開關Q1並聯二極體DQ1與電容CQ1。第二開關Q2的第一端1022耦接第一開關Q1的第一端1021與輸入濾波電路101的第一端1011。第二開關Q2並聯二極體DQ2與電容CQ2。第三開關Q3的第一端1023耦接第一開關Q1的第二端1027，第三開關Q3的第二端1029耦接輸入濾波電路101的第二端1012。第三開關Q3並聯二極體DQ3與電容CQ3。第四開關Q4的第一端1024耦接第二開關Q2的第二端1028，第四開關Q4的第二端1030耦接第三開關Q3的第二端1029。第四開關Q4並聯二極體DQ4與電容CQ4。
串聯支路包含串聯的第一諧振電感器Lr、第二諧振電感器Lm與諧振電容器Cr。其中，第一諧振電感器Lr為前述全橋LLC轉換電路 102的諧振電感，第二諧振電感器Lm為前述全橋LLC轉換電路102的激磁電感，諧振電容器Cr為前述全橋LLC轉換電路102的諧振電容。第一諧振電感器Lr、第二諧振電感器Lm與諧振電容器Cr組成全橋LLC轉換電路102的諧振槽。串聯支路的第一端1025耦接第一開關Q1的第二端1027與第三開關Q3的第一端1023之間。串聯支路的第二端1026耦接第二開關Q2的第二端1028與第四開關Q4的第一端1024之間。
變壓電路103的初級側包含初級線圈L1。變壓電路103的次級側包含次級線圈L2。初級線圈L1與次級線圈L2的圈數比為N1：N2。第二諧振電感器Lm並聯變壓電路103初級側的初級線圈L1。次級線圈L2包含第一端1031與第二端1032，整流濾波電路104經由次級線圈L2的第一端1031與第二端1032耦接變壓電路103的次級側。
諧振變換裝置100包含負載偵測電路109。負載偵測電路109耦接整流濾波電路104的輸出端以偵測整流濾波電路104的直流輸出電壓以及負載電流。負載偵測電路109藉由整流濾波電路104的直流輸出電壓與負載電流以獲得負載狀況。
整流濾波電路104包含第一順向導通元件D1、第二順向導通元件D2、第三順向導通元件D3、第四順向導通元件D4與電容器Cout。其中第一順向導通元件D1、第二順向導通元件D2、第三順向導通元件D3、第四順向導通元件D4皆為二極體。第一順向導通元件D1的第一端1091與第三順向導通元件D3的第二端1099耦接。變壓電路103的次級側的次級線圈L2的第一端1031耦接第一順向導通元件D1的第一端1091與第三順向導通元件D3的第二端1099之間。第二順向導通元件D2的第一 端1092與第四順向導通元件D4的第二端10910耦接。變壓電路103的次級側的次級線圈L2的第二端1032耦接第二順向導通元件D2的第一端1092與第四順向導通元件D4的第二端10910之間。第一順向導通元件D1的第二端1097、第二順向導通元件D2的第二端1098與電容器Cout的第一端1095相互耦接。第三順向導通元件D3的第一端1093、第四順向導通元件D4的第一端1094與電容器Cout的第二端1096相互耦接。電容器Cout的跨壓作為整流濾波電路104的直流輸出電壓。諧振變換裝置100的直流輸出電壓Vo為整流濾波電路104的直流輸出電壓。
控制器105包含處理器107、類比數位轉換電路106與數位類比轉換電路108。
控制器105的類比數位轉換電路106接收負載偵測電路109的負載狀況，並將負載狀況數位化後傳送給處理器107。類比數位轉換電路106同時也接收整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓，並將整流濾波電路104輸出的直流輸出電壓數位化後傳送給處理器107。
處理器107會從外部接收電壓命令，處理器107從所接收的電壓命令中獲得一個指示電壓。指示電壓用以指示諧振變換裝置100的直流輸出電壓的數值。
需要說明的是，在上述實施例中，控制器105以數位方式實現，然而，控制器105當然也可以類比方式實現。此時，控制器105接收負載偵測電路109所偵測的整流濾波電路104的直流輸出電壓、負載電流以及負載狀況，在經類比運算後輸出第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3與第四開關Q4的控制訊號。
圖2-2係依據本發明另一實施例所繪示的諧振變換裝置電路結構圖。相較於圖2-1所繪示的諧振變換裝置，圖2-2所繪示的諧振變換裝置100中的整流濾波電路104包含第五開關Q5、第六開關Q6、第七開關Q7、第八開關Q8與電容器Cout。其中第五開關Q5、第六開關Q6、第七開關Q7、第八開關Q8皆為為n型MOS場效電晶體。第五開關Q5的第二端2091與第七開關Q7的第一端2099耦接。變壓電路103的次級側的次級線圈L2的第一端1031耦接第五開關Q5的第二端2091與第七開關Q7的第一端2099之間。第六開關Q6的第二端2092與第八開關Q8的第一端20910耦接。變壓電路103的次級側的次級線圈L2的第二端1032耦接第六開關Q6的第二端2092與第八開關Q8的第一端20910之間。第五開關Q5的第一端2097、第六開關Q6的第一端2098與電容器Cout的第一端1095相互耦接。第七開關Q7的第二端2093、第八開關Q8的第二端2094與電容器Cout的第二端1096相互耦接。電容器Cout的跨壓作為整流濾波電路104的直流輸出電壓。諧振變換裝置100的直流輸出電壓Vo為整流濾波電路104的直流輸出電壓。控制器105發出適當的控制訊號給第五開關Q5、第六開關Q6、第七開關Q7、第八開關Q8以整流感應電壓。
在本發明一些實施例中，控制器105發出適當的控制訊號給第五開關Q5、第六開關Q6、第七開關Q7、第八開關Q8，使第五開關Q5、第六開關Q6、第七開關Q7、第八開關Q8的作用表現與圖2-1的第一順向導通元件D1、第二順向導通元件D2、第三順向導通元件D3、第四順向導通元件D4相同。
圖3-1係依據本發明另一實施例所繪示的諧振變換裝置電 路結構圖。相較於圖2-1所繪示的諧振變換裝置，圖3-1所繪示的諧振變換裝置100中的變壓電路103的初級側包含初級線圈L1。變壓電路103的次級側包含次級線圈L3。次級線圈L3包含第一端1033、第二端1034與中心抽頭接點1035。整流濾波電路104經由次級線圈L3的第一端1033、第二端1034與中心抽頭接點1035耦接變壓電路103的次級側。整流濾波電路104包含第一順向導通元件D5、第二順向導通元件D6與電容器Cout。第一順向導通元件D5的第二端10913耦接次級線圈L3的第一端1033，第二順向導通元件D6的第二端10914耦接次級線圈L3的第二端1034。第二順向導通元件D6的第一端10912耦接電容器Cout的第二端10916，第一順向導通元件D5的第一端10911耦接第二順向導通元件D6的第一端10912與電容器Cout的第二端10916之間。電容器Cout的第一端10915耦接中心抽頭接點1035。電容器Cout的跨壓作為整流濾波電路104的直流輸出電壓。諧振變換裝置100的直流輸出電壓Vo為整流濾波電路104的直流輸出電壓。
圖3-2為依據本發明一實施例所繪示的諧振變換裝置電路結構圖。請參考圖3-2，相較於圖3-1所繪示的諧振變換裝置，圖3-2所繪示的諧振變換裝置100中的整流濾波電路104包含第五開關Q9、第六開關Q10與電容器Cout。第五開關Q9的第一端20913耦接次級線圈L3的第一端1033。第六開關Q10的第一端20914耦接次級線圈L3的第二端1034，第六開關Q10的第二端20912耦接電容器Cout的第二端10916。第五開關的第二端20911耦接第六開關Q10的第二端20912與電容器Cout的第二端10916之間。電容器Cout的第一端10915耦接中心抽頭接點 1035。電容器Cout的跨壓作為整流濾波電路104的直流輸出電壓。諧振變換裝置100的直流輸出電壓Vo為整流濾波電路104的直流輸出電壓。控制器105發出適當的控制訊號給第五開關Q9、第六開關Q10以整流感應電壓。
在本發明一些實施例中，控制器105發出適當的控制訊號給第五開關Q9、第六開關Q10，使第五開關Q5、第六開關Q6的作用表現與圖3-1的第一順向導通元件D5、第二順向導通元件D6相同。
全橋LLC轉換電路102有兩種操作模式。一種是控制器105同時控制第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3、第四開關Q4以調節直流輸出電壓，這種操作模式被稱為全橋操作模式。一種是使控制器105控制第二開關Q2截止以及控制第四開關Q4導通。此時第二開關Q2表現為開路，第四開關Q4表現為短路，控制器105僅控制第一開關Q1與第三開關Q3以調節直流輸出電壓，這種操作模式被稱為半橋操作模式。
圖4為依據本發明一實施例的全橋LLC轉換電路中串聯支路所繪示的等效電路圖。請同時參閱圖2-1與圖4，圖4中的s為拉普拉斯運算子，全橋LLC轉換電路102的諧振槽的增益為
Figure 111103015-A0305-02-0015-1
 其中，
Figure 111103015-A0305-02-0015-2
為品質因數(Quality factor)，
Figure 111103015-A0305-02-0015-3
為反射負載 電阻，Ro為由電容器Cout往外看的輸出阻抗，
Figure 111103015-A0305-02-0015-4
為正規化切換頻率，
Figure 111103015-A0305-02-0015-5
為諧振頻率，f s 為切換頻率，
Figure 111103015-A0305-02-0015-6
。
全橋LLC轉換電路102、變壓電路103、整流濾波電路104 的轉換增益可由下列方程式決定轉換增益=切換增益*諧振槽增益*初級線圈L1與次級線圈L2的圈數比(N2/N1)。其中，切換增益在全橋操作模式時為1，切換增益在半橋操作模式時為0.5。亦即，全橋操作模式時的轉換增益為半橋操作模式時的兩倍。圖5為依據本發明一實施例所繪示的切換增益諧振槽增益乘積與正規化頻率的響應圖。在圖5中，是以m=6，Q=0.53、Lr=420μH、Lm=2.1mH、Cr=6.031nF、初級線圈L1與次級線圈L2的圈數比為N1：N2=8：1為例所繪示。當全橋LLC轉換電路102在全橋操作模式時，切換增益*諧振槽增益在諧振頻率f r 時為1。當全橋LLC轉換電路102在半橋操作模式時，切換增益*諧振槽增益在諧振頻率f r 時為0.5。切換增益*諧振槽增益在切換頻率f s 大於諧振頻率f r 時小於1，並且當切換頻率f s 增加時，切換增益*諧振槽增益會遞減。值得說明的是，當切換頻率f s 大於或等於諧振頻率f r 時，全橋LLC轉換電路102中的第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3、第四開關Q4具有零電壓切換的特性，因此在後面的實施例中，全橋LLC轉換電路102將會操作在切換頻率大於或等於諧振頻率f r 的區間中。
處理器107將要傳送給全橋LLC轉換電路102的第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3與第四開關Q4的控制信號傳送給數位類比轉換電路108，數位類比轉換電路108將接收到的控制信號轉換成適當的驅動訊號後傳送給全橋LLC轉換電路102的第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3與第四開關Q4以驅動第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3與第四開關Q4。
圖6為依據本發明一實施例所繪示的開關控制信號時序圖。圖7為依據本發明一實施例所繪示的開關控制信號時序圖。圖10為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。圖11為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。請同時參閱圖2-1、圖6、圖7、圖10及圖11。其中圖6所記載的VGSQ1代表第一開關Q1閘極(gate)與源極(source)間的電壓，VGSQ2代表第二開關Q2閘極與源極間的電壓，VGSQ3代表第三開關Q3閘極與源極間的電壓，VGSQ4代表第四開關Q4閘極與源極間的電壓。
如圖10所繪示，前述步驟S903更包含步驟S1001與步驟S1002。在步驟S1001中，處理器107響應於指示電壓小於或等於一閾值，處理器107使數位類比轉換電路108傳送如圖6所記載的VGSQ2以及VGSQ4信號的驅動信號，以控制第二開關Q2閘極與源極間的電壓與第四開關Q4閘極與源極間的電壓，使第二開關Q2截止以及第四開關Q4導通。此時全橋LLC轉換電路102進入半橋操作模式。
在步驟S1002中，控制器105偵測整流濾波電路104的直流輸出電壓。當直流輸出電壓大於第一預設電壓後，處理器107使數位類比轉換電路108傳送如圖6所記載的VGSQ1以及VGSQ3在時間點T1前的信號波形的驅動信號，以控制第一開關Q1閘極與源極間的電壓以及第三開關Q3閘極與源極間的電壓，使第一開關Q1與第三開關Q3截止。
當控制器105偵測直流輸出電壓小於第二預設電壓時，如圖6所記載時間點T1到時間點T2所繪示，處理器107使數位類比轉換電路108傳送第一信號(如圖6所記載VGSQ1在時間點T1到時間點T2的信號波形)驅動第一開關，以及第二信號(如圖6所記載VGSQ3在時間點T1到時間 點T2的信號波形)驅動第三開關Q3。第一信號與第二信號為工作週期(duty cycle)為50%、頻率為叢發模式頻率的週期脈波訊號，且第一信號與第二信號互補。其中叢發模式頻率為
Figure 111103015-A0305-02-0018-16
，Tr為第一信號與第二信號的週期。當控制器105偵測直流輸出電壓在時間點T2又大於第一預設電壓後，處理器107使數位類比轉換電路108傳送驅動信號控制第一開關Q1閘極與源極間的電壓以及第三開關Q3閘極與源極間的電壓如圖6所記載的VGSQ1以及VGSQ3在時間點T2至時間點T3的信號波形，以截止第一開關Q1與第三開關Q3。
其中第一預設電壓大於指示電壓，第二預設電壓小於指示電壓，控制器105控制直流輸出電壓在第一預設電壓與第二預設電壓內。第一預設電壓與第二預設電壓的實際數值依據設計規格而設定。
在步驟S1003中，控制器105會持續執行S1002，直到處理器107接收到停止信號。
如圖11所繪示，步驟S904更包含步驟S1101與步驟S1102。在步驟S1101中，控制器105偵測整流濾波電路104的直流輸出電壓。當直流輸出電壓大於第一預設電壓後，處理器107使數位類比轉換電路108傳送驅動信號控制第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3與第四開關Q4閘極與源極間的電壓如圖7所記載的VGSQ1、VGSQ2、VGSQ3與VGSQ4在時間點T1前的信號波形，以截止第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3與第四開關Q4。
當控制器105偵測直流輸出電壓小於第二預設電壓時，如圖7所記載時間點T4到時間點T5所繪示，處理器107使數位類比轉換電路 108傳送第一信號(如圖7所記載VGSQ1在時間點T4到時間點T5的信號波形)驅動第一開關與第四開關Q4，以及第二信號(如圖7所記載VGSQ2在時間點T4到時間點T5的信號波形)驅動第二開關Q2與第三開關Q3。第一信號與第二信號為工作週期為50%、頻率為叢發模式頻率的週期脈波訊號，且第一信號與第二信號互補。其中叢發模式頻率為
Figure 111103015-A0305-02-0019-17
，Tr為第一信號與第二信號的週期。
在本發明一些實施例中，前述叢發模式頻率選擇為前述諧振頻率
Figure 111103015-A0305-02-0019-7
。在本發明一些實施例中，前述叢發模式頻率為包含諧振變換裝置之諧振頻率。在本發明一些實施例中，前述叢發模式頻率為包含全橋LLC轉換電路102的諧振頻率
Figure 111103015-A0305-02-0019-8
。
在本發明一些實施例中，前述閾值為諧振變換裝置100於諧振頻率
Figure 111103015-A0305-02-0019-9
操作點的設計最高輸出電壓的一半。舉例來說，為涵蓋前述指示電壓5V、9V、15V、20V、28V、36V、48V，諧振變換裝置100於諧振頻率
Figure 111103015-A0305-02-0019-10
操作點的最高輸出電壓被設計為50V，前述閾值則選擇為25V。
圖8為依據本發明一實施例所繪示的開關控制信號時序圖。請同時參考圖2-1、圖6、圖7與圖8，若第一開關Q1與第三開關Q3同時導通或是第二開關Q2與第四開關Q4同時導通，則會產生大電流而損毀第一開關Q1與第三開關Q3或是第二開關Q2與第四開關Q4。因此圖6、圖7所記載的第一信號(如圖6所記載VGSQ1在時間點T1到時間點T2的信號波形)與第二信號(如圖6所記載VGSQ3在時間點T1到時間點T2的信號波形)會設計成如圖8所繪示的VGSQ1與VGSQ3的波形。在時間點T7到時間 點T8(對應時間點T13到時間點T14)、時間點T9到時間點T10(對應時間點T15到時間點T16)、時間點T10到時間點T11(對應時間點T16到時間點T17)與時間點T12到時間點T13設置死區時間(Dead Time)，在死區時間中，控制器105控制VGSQ1、VGSQ2、VGSQ3與VGSQ4處於低電位使得第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3與第四開關Q4截止，以避免第一開關Q1與第三開關Q3同時導通或是第二開關Q2與第四開關Q4同時導通而損毀第一開關Q1與第三開關Q3或是第二開關Q2與第四開關Q4。
在本發明的一些實施例中，第一信號與該第二信號的工作週期不含死區時間(Dead Time)為50%。
圖13為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。請同時參考圖6與圖13，如圖13所繪示，前述步驟S1203更包含步驟S1301~S1305。在步驟S1301中，處理器107響應於指示電壓小於或等於閾值，處理器107使數位類比轉換電路108傳送如圖6所記載的VGSQ2以及VGSQ4信號的驅動信號，以控制第二開關Q2閘極(gate)與源極(source)間的電壓與第四開關Q4閘極與源極間的電壓，使第二開關Q2截止以及第四開關Q4導通。此時全橋LLC轉換電路102進入半橋操作模式。
在步驟S1302中，處理器107判斷電壓命令的指示電壓是否在第一電壓區間。若處理器107判斷電壓命令的指示電壓不在第一電壓區間，則執行步驟S1304。若處理器107判斷電壓命令的指示電壓在第一電壓區間，則執行步驟S1303。在步驟S1303進一步判斷負載狀況是否為輕載，若是，則執行步驟S1304，若不是，則執行步驟S1305。在步驟S1304中，處理器107基於直流輸出電壓對全橋LLC轉換電路102進 行半橋叢發模式控制以調節直流輸出電壓。在步驟S1305中，處理器107基於該直流輸出電壓與該指示電壓的差值，對全橋LLC轉換電路102進行半橋變頻控制以調節該直流輸出電壓。
圖14為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。請同時參閱圖6與圖14。如圖14所繪示，步驟S1304更包含步驟S1401與步驟S1402。在步驟S1401中，控制器105偵測整流濾波電路104的直流輸出電壓。當直流輸出電壓大於第一預設電壓後，處理器107使數位類比轉換電路108傳送如圖6所記載的VGSQ1以及VGSQ3在時間點T1前的信號波形的驅動信號，以控制第一開關Q1閘極與源極間的電壓以及第三開關Q3閘極與源極間的電壓，使第一開關Q1與第三開關Q3截止。
當控制器105偵測直流輸出電壓小於第二預設電壓時，如圖6所記載時間點T1到時間點T2所繪示，處理器107使數位類比轉換電路108傳送第一信號(如圖6所記載VGSQ1在時間點T1到時間點T2的信號波形)驅動第一開關，以及第二信號(如圖6所記載VGSQ3在時間點T1到時間點T2的信號波形)驅動第三開關Q3。第一信號與第二信號為工作週期(duty cycle)為50%、頻率為叢發模式頻率的週期脈波訊號，且第一信號與第二信號互補。其中叢發模式頻率為
Figure 111103015-A0305-02-0021-11
，Tr為第一信號與第二信號的週期。當控制器105偵測直流輸出電壓在時間點T2又大於第一預設電壓後，處理器107使數位類比轉換電路108傳送驅動信號控制第一開關Q1閘極與源極間的電壓以及第三開關Q3閘極與源極間的電壓如圖6所記載的VGSQ1以及VGSQ3在時間點T2至時間點T3的信號波形，以截止第一開關Q1與第三開關Q3。
在步驟S1402中，控制器105會持續執行步驟S1401，直到處理器107接收到停止信號。
圖15為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。如圖15所繪示，前述步驟S1305更包含步驟S1403至步驟S1407。在本實施例中，處理器107使數位類比轉換電路108傳送第三信號驅動第一開關Q1以及傳送第四信號驅動第三開關Q3。其中，第三信號與第四信號為工作週期(duty cycle)為50%的變頻週期脈波信號，第三信號與第四信號互補。在步驟S1403中，處理器107判斷直流輸出電壓與預設電壓的差值是否大於0。若直流輸出電壓與預設電壓的差值大於0，則執行步驟S1404。在步驟S1404中，處理器107增加第三信號的頻率與第四信號的頻率。若直流輸出電壓與預設電壓的差值小於0，則執行步驟S1405。在步驟S1405中，處理器107降低第三信號的頻率與第四信號的頻率。若直流輸出電壓與預設電壓的差值為0，則不改變第三信號的頻率與第四信號的頻率。
在步驟S1406中，處理器107使數位類比轉換電路108傳送第三信號驅動第一開關Q1以及傳送第四信號驅動第三開關Q3。在步驟S1407中，控制器105會持續執行前述步驟S1403至步驟S1406，直到處理器107接收到停止信號。
圖16為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。請同時參考圖7與圖16，如圖16所繪示，前述步驟S1204更包含步驟S1501~S1504。在步驟S1501中，處理器107判斷電壓命令的指示電壓是否在第二電壓區間。若處理器107判斷電壓命令的指示電壓不在第二 電壓區間，則執行步驟S1503。若處理器107判斷電壓命令的指示電壓在第二電壓區間，則執行步驟S1502。在步驟S1502中進一步判斷負載狀況是否為輕載，若是，則執行步驟S1503，若不是，則執行步驟S1504。在步驟S1503中，處理器107基於直流輸出電壓對全橋LLC轉換電路102進行全橋叢發模式控制以調節直流輸出電壓。在步驟S1504中，基於直流輸出電壓與指示電壓的差值，對全橋LLC轉換電路102進行全橋變頻控制以調節直流輸出電壓。
圖17為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。如圖17所繪示，步驟S1503更包含步驟S1601與步驟S1602。由於步驟S1601與前述步驟S1101相同，步驟S1602與前述步驟S1102相同，在此不再贅述。
圖18為依據本發明一實施例所繪示的控制流程圖。如圖18所繪示，前述步驟S1504更包含步驟S1603至步驟S1607。在本實施例中，處理器107使數位類比轉換電路108傳送第三信號驅動第一開關Q1與第四開關Q4，以及傳送第四信號驅動第二開關Q2與第三開關Q3。其中，第三信號與第四信號為工作週期為50%的變頻週期脈波信號，第三信號與第四信號互補。在步驟S1603中，處理器107判斷直流輸出電壓與預設電壓的差值是否大於0。若直流輸出電壓與預設電壓的差值大於0，則執行步驟S1604。在步驟S1404中，處理器107增加第三信號的頻率與第四信號的頻率。若直流輸出電壓與預設電壓的差值小於0，則執行步驟S1605。在步驟S1605中，處理器107降低第三信號的頻率與第四信號的頻率。若直流輸出電壓與預設電壓的差值為0，則不改變第三信 號的頻率與第四信號的頻率。
在步驟S1606中，處理器107使數位類比轉換電路108傳送第三信號驅動第一開關Q1與第四開關Q4，以及傳送第四信號驅動第二開關Q2與第三開關Q3。在步驟S1607中，控制器105會持續執行前述步驟S1603至步驟S1606，直到處理器107接收到停止信號。
在本發明一些實施例中，前述叢發模式頻率選擇為前述諧振頻率
Figure 111103015-A0305-02-0024-12
。在本發明一些實施例中，前述叢發模式頻率為包含諧振變換裝置之諧振頻率。在本發明一些實施例中，前述叢發模式頻率為包含全橋LLC轉換電路102的諧振頻率
Figure 111103015-A0305-02-0024-13
。
在本發明一些實施例中，前述第二電壓區間為包含諧振變換裝置100於諧振頻率
Figure 111103015-A0305-02-0024-15
操作點的最高輸出電壓的一個區間，前述第一電壓區間為包含前述閾值的一個區間。在前述諧振變換裝置100於諧振頻率f r 操作點的最高輸出電壓被設計為50V，前述閾值選擇為25V的實施例中，第二電壓區間為48至50伏特，第一電壓區間為24至25伏特。
圖19為依據本發明一實施例所繪示的通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)電路與外部裝置方塊圖。請參考圖19，通用序列匯流排電路1900包含諧振變換裝置1901。其中諧振變換裝置1901可為前述任一實施例所述的諧振變換裝置100。通用序列匯流排電路1900連接一外部裝置1902。通用序列匯流排電路1900依據外部裝置1902的需求發出電壓命令給諧振變換裝置1901，使諧振變換裝置1901提供固定電壓給外部裝置1902。
圖20為諧振變換裝置輕載時效率比較圖。圖21為諧振變換裝置重載時效率比較圖。請同時參考圖20與圖21，圖20與圖21是基於圖2-1所記載的諧振變換裝置100，並以m=6，Q=0.53、Lr=420μH、Lm=2.1mH、Cr=6.031nF、初級線圈L1與次級線圈L2的圈數比為N1：N2=8：1為例，為例，分別在10%負載與100%負載時所繪示的不同控制方法的效率比較圖。如圖20所示，在10%負載時，在25V以下使用半橋叢發模式控制的效率優於使用全橋叢發模式控制。在25V~48V時，使用全橋叢發模式控制的效率優於傳統的全橋相移模式控制。如圖21所示，在100%負載時，在25V以下使用半橋叢發模式控制的效率優於使用全橋叢發模式控制。在25V~48V時，使用全橋叢發模式控制的效率優於傳統的全橋相移模式控制。圖20與圖21所繪示結果可驗證前述圖9所繪示的諧振變換裝置控制方法具有良好的效率。
圖22為諧振變換裝置半橋叢發模式控制與半橋變頻控制效率比較圖。圖23為諧振變換裝置全橋叢發模式控制與全橋變頻控制效率比較圖。請同時參考圖22與圖23，圖22與圖23是基於圖2-1所記載的諧振變換裝置100，並以m=6，Q=0.53、Lr=420μH、Lm=2.1mH、Cr=6.031nF、初級線圈L1與次級線圈L2的圈數比為N1：N2=8：1為例，分別在直流輸出電壓為25V與直流輸出電壓為48V時所繪示的不同控制方法的效率比較圖。如圖22所示，在直流輸出電壓為25V時，在40%負載以下時使用半橋叢發模式控制的效率優於使用半橋變頻控制，而在40%負載以上時使用半橋變頻控制的效率優於使用半橋叢發模式控制。如圖23所示，在直流輸出電壓為48V時，在30%負載以下時使用全橋叢發模 式控制的效率優於使用全橋變頻控制，而在30%負載以上時使用全橋變頻控制的效率優於使用全橋叢發模式控制。圖22與圖23所繪示結果可驗證前述圖12所繪示的諧振變換裝置控制方法具有良好的效率。
基於上述，本發明一些實施例以單一級設計可避免效率降低。本發明一些實施例藉由基於指示電壓切換全橋LLC轉換電路的操作模式與控制方法，可達到寬輸出電壓與提升效率的功效。本發明一些實施例在特定電壓與負載範圍內以變頻控制方法控制可以進一步提升效率。
100:諧振變換裝置
101:輸入濾波電路
102:全橋LLC轉換電路
103:變壓電路
104:整流濾波電路
105:控制器

Claims (36)

  1. 一種諧振變換裝置，包含： 一輸入濾波電路，接收一直流輸入電壓，濾波該直流輸入電壓以輸出一濾波後直流電壓； 一全橋LLC轉換電路，接收該濾波後直流電壓並輸出一轉換電壓； 一變壓電路，包含一初級側與一次級側，該初級側耦接該全橋LLC轉換電路以接收該轉換電壓，該次級側感應該轉換電壓以產生一感應電壓； 一整流濾波電路，耦接該次級側，接收並且整流、濾波該感應電壓以輸出一直流輸出電壓；以及 一控制器，耦接該全橋LLC轉換電路與該整流濾波電路，該控制器用以偵測該直流輸出電壓並從外部接收一電壓命令；其中，該控制器用以判斷該電壓命令的一指示電壓是否小於或等於一閾值並執行下列步驟： 響應於該指示電壓小於或等於該閾值，控制該全橋LLC轉換電路進入一半橋操作模式，並且基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行一半橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓；以及 響應於該指示電壓大於該閾值，基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行一全橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓。
  2. 如請求項1所述之諧振變換裝置，其中該全橋LLC轉換電路包含： 一第一開關，該第一開關的一第一端耦接該輸入濾波電路一第一端； 一第二開關，該第二開關的一第一端耦接該第一開關的該第一端； 一第三開關，該第三開關的一第一端耦接該第一開關的一第二端，該第三開關的一第二端耦接該輸入濾波電路一第二端； 一第四開關，該第四開關的一第一端耦接該第二開關的一第二端，該第四開關的一第二端耦接該第三開關的該第二端；以及 一串聯支路，包含串聯的一諧振電容器、一第一諧振電感器與一第二諧振電感器； 其中，該串聯支路的一第一端耦接該第一開關的該第二端與該第三開關的該第一端之間，該串聯支路的一第二端耦接該第二開關的該第二端與該第四開關的該第一端之間，該第二諧振電感器並聯該初級側。
  3. 如請求項2所述之諧振變換裝置，其中該控制器響應於該指示電壓小於或等於該閾值，該控制器控制該第二開關截止以及控制該第四開關導通，以使該全橋LLC轉換電路進入該半橋操作模式。
  4. 如請求項3所述之諧振變換裝置，其中該控制器基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該半橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓的步驟包含： 響應於該直流輸出電壓大於一第一預設電壓，截止該第一開關與該第三開關；以及 響應於該直流輸出電壓小於一第二預設電壓，以一第一信號驅動該第一開關，以一第二信號驅動該第三開關，其中，該第一信號與該第二信號的工作週期(duty cycle)不含死區時間(Dead Time)為50%、頻率為一叢發模式頻率，且該第一信號與該第二信號互補。
  5. 如請求項4所述之諧振變換裝置，其中該叢發模式頻率包含該諧振變換裝置之一諧振頻率。
  6. 如請求項2所述之諧振變換裝置，其中基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該全橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓的步驟包含： 響應於該直流輸出電壓大於一第一預設電壓，截止該第一開關、該第二開關、該第三開關與該第四開關；以及 響應於該直流輸出電壓小於一第二預設電壓，以一第一信號驅動該第一開關與該第四開關，以一第二信號驅動該第二開關與該第三開關，其中，該第一信號與該第二信號的工作週期(duty cycle)不含死區時間(Dead Time)為50%、頻率為一叢發模式頻率，且該第一信號與該第二信號互補。
  7. 如請求項6所述之諧振變換裝置，其中該叢發模式頻率包含該諧振變換裝置之一諧振頻率。
  8. 如請求項1所述之諧振變換裝置，其中該閾值為該諧振變換裝置於一諧振頻率操作點的一設計最高輸出電壓的一半。
  9. 如請求項1所述之諧振變換裝置，其中該次級側包含一次級線圈，該次級線圈包含一第一端與一第二端，該整流濾波電路經由該次級線圈的該第一端與該第二端耦接該次級側。
  10. 如請求項9所述之諧振變換裝置，其中，該整流濾波電路包含一第一順向導通元件、一第二順向導通元件、一第三順向導通元件、一第四順向導通元件與一電容器，其中該第一順向導通元件的一第一端與該第三順向導通元件的一第二端耦接，該次級側的該次級線圈的該第一端耦接該第一順向導通元件的該第一端與該第三順向導通元件的該第二端之間；該第二順向導通元件的一第一端與該第四順向導通元件的一第二端耦接，該次級側的該次級線圈的該第二端耦接該第二順向導通元件的該第一端與該第四順向導通元件的該第二端之間；該第一順向導通元件的一第二端、該第二順向導通元件的一第二端與該電容器的一第一端相互耦接，該第三順向導通元件的一第一端、該第四順向導通元件的一第一端與該電容器的一第二端相互耦接；該電容器的跨壓作為該直流輸出電壓。
  11. 如請求項9所述之諧振變換裝置，其中，該整流濾波電路包含一第五開關、一第六開關、一第七開關、一第八開關與一電容器，其中該第五開關的一第二端與該第七開關的一第一端耦接，該次級側的該次級線圈的該第一端耦接該第五開關的該第二端與該第七開關的該第一端之間；該第六開關的一第二端與該第八開關的一第一端耦接，該次級側的該次級線圈的該第二端耦接該第六開關的該第二端與該第八開關的該第一端之間；該第五開關的一第一端、該第六開關的一第一端與該電容器的一第一端相互耦接，該第七開關的一第二端、該第八開關的一第二端與該電容器的一第二端相互耦接；該電容器的跨壓作為該直流輸出電壓。
  12. 如請求項1所述之諧振變換裝置，其中該次級側包含包含一次級線圈，該次級線圈包含一第一端、一第二端與一中心抽頭接點，該整流濾波電路經由該次級線圈的該第一端、該第二端與該中心抽頭接點耦接該次級側。
  13. 如請求項12所述之諧振變換裝置，其中，該整流濾波電路包含一第一順向導通元件、一第二順向導通元件與一電容器，該第一順向導通元件的一第二端耦接該次級線圈的該第一端，該第二順向導通元件的一第二端耦接該次級線圈的該第二端，該第二順向導通元件的一第一端耦接該電容器的一第二端，該第一順向導通元件的一第一端耦接該第二順向導通元件的該第一端與該電容器的該第二端之間，該電容器的一第一端耦接該中心抽頭接點，該電容器的跨壓作為該直流輸出電壓。
  14. 如請求項12所述之諧振變換裝置，其中，該整流濾波電路包含一第五開關、一第六開關與一電容器，該第五開關的一第一端耦接該次級線圈的該第一端，該第六開關的一第一端耦接該次級線圈的該第二端，該第六開關的一第二端耦接該電容器的一第二端，該第五開關的一第二端耦接該第六開關的該第二端與該電容器的該第二端之間，該電容器的一第一端耦接該中心抽頭接點，該電容器的跨壓作為該直流輸出電壓。
  15. 一種諧振變換裝置，包含： 一輸入濾波電路，接收一直流輸入電壓，濾波該直流輸入電壓以輸出一濾波後直流電壓； 一全橋LLC轉換電路，接收該濾波後直流電壓並輸出一轉換電壓； 一變壓電路，包含一初級側與一次級側，該初級側耦接該全橋LLC轉換電路以接收該轉換電壓，該次級側感應該轉換電壓以產生一感應電壓； 一整流濾波電路，耦接該次級側，接收並且整流、濾波該感應電壓以輸出一直流輸出電壓； 一負載偵測電路，偵測該諧振變換裝置之一負載狀況；以及 一控制器，耦接該全橋LLC轉換電路、該負載偵測電路與該整流濾波電路，該控制器用以偵測該直流輸出電壓、接收該負載狀況並從外部接收一電壓命令；其中，該控制器用以判斷該電壓命令的一指示電壓是否小於或等於一閾值並執行下列步驟： 響應於該指示電壓小於或等於該閾值，控制該全橋LLC轉換電路進入一半橋操作模式，並且基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行一半橋叢發-變頻切換模式控制以調節該直流輸出電壓；以及 響應於該指示電壓大於該閾值，基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行一全橋叢發-變頻切換模式控制以調節該直流輸出電壓。
  16. 如請求項15所述之諧振變換裝置，其中該控制器基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該半橋叢發-變頻切換模式控制以調節該直流輸出電壓的步驟包含： 響應於該電壓命令的該指示電壓在一第一電壓區間，判斷該負載狀況是否為輕載，並執行下列步驟： (a)響應於該負載狀況為輕載，基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行一半橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓；以及 (b)響應於該負載狀況不為輕載，基於該直流輸出電壓與該指示電壓的一差值，對該全橋LLC轉換電路進行一半橋變頻控制以調節該直流輸出電壓；以及 響應於該電壓命令的該指示電壓不在該第一電壓區間，基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該半橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓。
  17. 如請求項16所述之諧振變換裝置，其中該第一電壓區間為24至25伏特。
  18. 如請求項15所述之諧振變換裝置，其中，該控制器基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該全橋叢發-變頻切換模式控制以調節該直流輸出電壓的步驟包含： 響應於該電壓命令的該指示電壓在一第二電壓區間，判斷該負載狀況是否為輕載，並執行： (a)響應於該負載狀況為輕載，基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行一全橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓；以及 (b)響應於該負載狀況不為輕載，基於該直流輸出電壓與該指示電壓的一差值，對該全橋LLC轉換電路進行全橋變頻控制以調節該直流輸出電壓；以及 響應於該電壓命令的該指示電壓不在該第二電壓區間，基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該全橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓。
  19. 如請求項18所述之諧振變換裝置，其中該第二電壓區間為48至50伏特。
  20. 如請求項16或18所述之諧振變換裝置，其中該全橋LLC轉換電路包含： 一第一開關，該第一開關的一第一端耦接該輸入濾波電路一第一端； 一第二開關，該第二開關的一第一端耦接該第一開關的該第一端； 一第三開關，該第三開關的一第一端耦接該第一開關的一第二端，該第三開關的一第二端耦接該輸入濾波電路一第二端； 一第四開關，該第四開關的一第一端耦接第二開關的一第二端，該第四開關的一第二端耦接該第三開關的該第二端；以及 一串聯支路，包含串聯的一諧振電容器、一第一諧振電感器與一第二諧振電感器； 其中，該串聯支路的一第一端耦接該第一開關的該第二端與該第三開關的該第一端之間，該串聯支路的一第二端耦接第二開關的該第二端與該第四開關的該第一端之間，該第二諧振電感器並聯該初級側。
  21. 如請求項20所述之諧振變換裝置，其中該控制器響應於該指示電壓小於或等於該閾值，該控制器控制該第二開關截止以及控制該第四開關導通，以使該全橋LLC轉換電路進入該半橋操作模式。
  22. 如請求項21所述之諧振變換裝置，其中該控制器基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該半橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓的步驟包含： 響應於該直流輸出電壓大於一第一預設電壓，截止該第一開關與該第三開關；以及 響應於該直流輸出電壓小於一第二預設電壓，以一第一信號驅動該第一開關，以一第二信號驅動該第三開關，其中，該第一信號與該第二信號的工作週期(duty cycle)不含死區時間(Dead Time)為50%、頻率為一叢發模式頻率，且該第一信號與該第二信號互補。
  23. 如請求項22所述之諧振變換裝置，其中該叢發模式頻率包含該諧振變換裝置之一諧振頻率。
  24. 如請求項21所述之諧振變換裝置，其中基於該直流輸出電壓與該預設電壓的該差值，對該全橋LLC轉換電路進行該半橋變頻控制以調節該直流輸出電壓的步驟包含： 該控制器在該差值小於零時，降低一第三信號的一頻率與一第四信號的一頻率，該控制器在該差值大於零時，增加該第三信號的該頻率與該第四信號的該頻率；以及 以該第三信號驅動該第一開關，以該第四信號驅動該第三開關，其中，該第三信號與該第四信號互補。
  25. 如請求項20所述之諧振變換裝置，其中基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該全橋叢發模式控制以調節該直流輸出電壓的步驟包含： 響應於該直流輸出電壓大於一第一預設電壓，截止該第一開關、該第二開關、該第三開關與該第四開關；以及 響應於該直流輸出電壓小於一第二預設電壓，以一第一信號驅動該第一開關與該第四開關，以一第二信號驅動該第二開關與該第三開關，其中，該第一信號與該第二信號的工作週期(duty cycle)不含死區時間(Dead Time)為50%、頻率為一叢發模式頻率，且該第一信號與該第二信號互補。
  26. 如請求項25所述之諧振變換裝置，其中該叢發模式頻率包含該諧振變換裝置之一諧振頻率。
  27. 如請求項20所述之諧振變換裝置，其中基於該直流輸出電壓對該全橋LLC轉換電路進行該全橋變頻控制以調節該直流輸出電壓的步驟包含： 該控制器在該差值小於零時，降低一第三信號的一頻率與一第四信號的一頻率，該控制器在該差值大於零時，增加該第三信號的該頻率與該第四信號的該頻率；以及 以該第三信號驅動該第一開關與該第四開關，以該第四信號驅動該第二開關與該第三開關，其中，該第三信號與該第四信號互補。
  28. 如請求項15所述之諧振變換裝置，其中該閾值該諧振變換裝置於一諧振頻率操作點的一設計最高輸出電壓的一半。
  29. 如請求項15所述之諧振變換裝置，其中該次級側包含一次級線圈，該次級線圈包含一第一端與一第二端，該整流濾波電路經由該次級線圈的該第一端與該第二端耦接該次級側。
  30. 如請求項29所述之諧振變換裝置，其中，該整流濾波電路包含一第一順向導通元件、一第二順向導通元件、一第三順向導通元件、一第四順向導通元件與一電容器，其中該第一順向導通元件的一第一端與該第三順向導通元件的一第二端耦接，該次級側的該次級線圈的該第一端耦接該第一順向導通元件的該第一端與該第三順向導通元件的該第二端之間；該第二順向導通元件的一第一端與該第四順向導通元件的一第二端耦接，該次級側的該次級線圈的該第二端耦接該第二順向導通元件的該第一端與該第四順向導通元件的該第二端之間；該第一順向導通元件的一第二端、該第二順向導通元件的一第二端與該電容器的一第一端相互耦接，該第三順向導通元件的一第一端、該第四順向導通元件的一第一端與該電容器的一第二端相互耦接；該電容器的跨壓作為該直流輸出電壓。
  31. 如請求項29所述之諧振變換裝置，其中，該整流濾波電路包含一第五開關、一第六開關、一第七開關、一第八開關與一電容器，其中該第五開關的一第二端與該第七開關的一第一端耦接，該次級側的該次級線圈的該第一端耦接該第五開關的該第二端與該第七開關的該第一端之間；該第六開關的一第二端與該第八開關的一第一端耦接，該次級側的該次級線圈的該第二端耦接該第六開關的該第二端與該第八開關的該第一端之間；該第五開關的一第一端、該第六開關的一第一端與該電容器的一第一端相互耦接，該第七開關的一第二端、該第八開關的一第二端與該電容器的一第二端相互耦接；該電容器的跨壓作為該直流輸出電壓。
  32. 如請求項15所述之諧振變換裝置，其中該次級側包含包含一次級線圈，該次級線圈包含一第一端、一第二端與一中心抽頭接點，該整流濾波電路經由該次級線圈的該第一端、該第二端與該中心抽頭接點耦接該次級側。
  33. 如請求項32所述之諧振變換裝置，其中，該整流濾波電路包含一第一順向導通元件、一第二順向導通元件與一電容器，該第一順向導通元件的一第二端耦接該次級線圈的該第一端，該第二順向導通元件的一第二端耦接該次級線圈的該第二端，該第二順向導通元件的一第一端耦接該電容器的一第二端，該第一順向導通元件的一第一端耦接該第二順向導通元件的該第一端與該電容器的該第二端之間，該電容器的一第一端耦接該中心抽頭接點，該電容器的跨壓作為該直流輸出電壓。
  34. 如請求項32所述之諧振變換裝置，其中，該整流濾波電路包含一第五開關、一第六開關與一電容器，該第五開關的一第一端耦接該次級線圈的該第一端，該第六開關的一第一端耦接該次級線圈的該第二端，該第六開關的一第二端耦接該電容器的一第二端，該第五開關的一第二端耦接該第六開關的該第二端與該電容器的該第二端之間，該電容器的一第一端耦接該中心抽頭接點，該電容器的跨壓作為該直流輸出電壓。
  35. 一種包含如請求項1所述之諧振變換裝置的通用序列匯流排(USB)電路，該通用序列匯流排電路基於一外部裝置的請求，發出該電壓命令給該諧振變換裝置。
  36. 一種包含如請求項15所述之諧振變換裝置的通用序列匯流排(USB)電路，該通用序列匯流排電路基於一外部裝置的請求，發出該電壓命令給該諧振變換裝置。
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