準(zhǔn)諧振半橋轉(zhuǎn)換器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換器，特別是涉及一種準(zhǔn)諧振半橋轉(zhuǎn)換器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往的直流電壓轉(zhuǎn)換器存在以下缺點:
[0003]1.輕載時轉(zhuǎn)換效率不佳，因為以往的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器(Series ResonantConverter ;SRC)的一次側(cè)開關(guān)是操作在零電壓切換(Zero Voltage Switching ;ZVS),而能具有轉(zhuǎn)換效率較高的優(yōu)點。然而，由于該串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器的負(fù)載的功率大小是相關(guān)于一次側(cè)開關(guān)的切換頻率，導(dǎo)致于輕載時，一次側(cè)開關(guān)的切換頻率會變高，使得轉(zhuǎn)換器中的磁性元件及開關(guān)元件的切換損失(Switching Loss)變大，所以該種轉(zhuǎn)換器在輕載時的轉(zhuǎn)換效率不佳。
[0004]2.操作功率的范圍較小，因為以往的返馳式(Flyback)的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器是操作在單向激磁，如需提高功率范圍，需使用較大的變壓器。又因為其功率開關(guān)及輸出電容是操作于邊界導(dǎo)通模式，需具有較高的應(yīng)力及較大的容值。
[0005]3.開關(guān)控制方式較復(fù)雜，因為以往返馳式的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器是偵測開關(guān)的二端跨壓來控制開關(guān)何時導(dǎo)通，或是偵測變壓器傳遞能量何時結(jié)束時來控制開關(guān)何時導(dǎo)通，因此，轉(zhuǎn)換器是操作于邊界導(dǎo)通模式?？刂茊卧蛐枰獋蓽y開關(guān)的二端跨壓何時在相對低點，而需具有變頻控制的驅(qū)動信號，使得控制方式變得復(fù)雜。
[0006]4.電磁干擾(EMI)的設(shè)計較困難，以往的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器與準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器都是利用變頻的開關(guān)控制以產(chǎn)生穩(wěn)定的直流輸出電壓，因此電路的操作頻率會在一個范圍內(nèi)變動，在電磁干擾(EMI)的設(shè)計上需考慮到該范圍內(nèi)的所有的頻段。
[0007]5.漣波表現(xiàn)較差，以往的返馳式的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器是操作在單向激磁，與雙向激磁的轉(zhuǎn)換器相比較，需要較大的輸出電容來減少輸出電壓漣波。
[0008]6.體積較大，以往的返馳式的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器應(yīng)用在大于60瓦特的負(fù)載時，因為其輸出電流漣波比較大，因此，其轉(zhuǎn)換器的變壓器與輸出電容，都需使用較大的型號與容值來達(dá)到電路設(shè)計的需求。
[0009]7.使用耐壓較高的元件，以往的箝位式轉(zhuǎn)換器由于先天結(jié)構(gòu)的特性，開關(guān)上的耐壓是輸出電壓加上輸出電壓由變壓器圈數(shù)比反射回一次側(cè)的電壓，而須使用較高耐壓的元件。
[0010]8.利用率較低，以往的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器主要操作在單向激磁的架構(gòu)，使得變壓器的利用率比操作在雙向激磁架構(gòu)差，需使用較大體積的變壓器來完成電路設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種輕載時轉(zhuǎn)換效率佳的準(zhǔn)諧振半橋轉(zhuǎn)換器及其控制方法。
[0012]本發(fā)明提出一種準(zhǔn)諧振半橋轉(zhuǎn)換器，適用于接收一直流輸入電壓，并輸出一直流輸出電壓至一負(fù)載，且包含一開關(guān)單兀、一電容單兀、一變壓器、一整流器單兀、一輸出電容、及一控制單元。
[0013]該開關(guān)單元接收該直流輸入電壓，并包括串聯(lián)的一第一開關(guān)及一第二開關(guān)，每一開關(guān)具有并聯(lián)的一基體二極管及一寄生電容，該第一開關(guān)及第二開關(guān)分別接收一第一控制信號及一第二控制信號，且分別根據(jù)該第一控制信號及第二控制信號，于導(dǎo)通與不導(dǎo)通間切換。
[0014]該電容單元與該開關(guān)單元并聯(lián)，并包括串聯(lián)的一第一電容及一第二電容。
[0015]該變壓器包括一位于一次側(cè)的第一繞組，及位于二次側(cè)且串聯(lián)的一第二繞組與一第三繞組，每一繞組具有一極性端及一非極性端，該第三繞組的極性端電連接該第二繞組的非極性端，該第一繞組的極性端電連接該開關(guān)單元的第一開關(guān)及第二開關(guān)的共同接點，該第一繞組的非極性端電連接該電容單元的第一電容及第二電容的共同接點。
[0016]該整流器單元并聯(lián)于該第二繞組的極性端及該第三繞組的非極性端間，且包括串聯(lián)的一第三開關(guān)及一第四開關(guān)。
[0017]該輸出電容電連接于該第二繞組與第三繞組的共同接點及該第三開關(guān)與第四開關(guān)的共同接點間，并與該負(fù)載并聯(lián)，該輸出電容的二端的跨壓為該直流輸出電壓。
[0018]該控制單元電連接該開關(guān)單元的第一開關(guān)與第二開關(guān)，并接收該直流輸出電壓，且據(jù)以產(chǎn)生該第一控制信號及第二控制信號，使該第一控制信號及第二控制信號操作于一固定頻率，并調(diào)整其占空比以控制該第一開關(guān)及第二開關(guān)分別于其跨壓接近零時，適時導(dǎo)通。
[0019]本發(fā)明另提出一種準(zhǔn)諧振半橋轉(zhuǎn)換器的控制方法，適用于一準(zhǔn)諧振半橋轉(zhuǎn)換器，該準(zhǔn)諧振半橋轉(zhuǎn)換器接收一直流輸入電壓，并輸出一直流輸出電壓至一負(fù)載，且包含一開關(guān)單兀、一電容單兀、一變壓器、一整流器單兀、一輸出電容、及一控制單兀。
[0020]該開關(guān)單元接收該直流輸入電壓，并包括串聯(lián)的一第一開關(guān)及一第二開關(guān)，每一開關(guān)具有并聯(lián)的一基體二極管及一寄生電容。
[0021]該電容單元與該開關(guān)單元并聯(lián)，并包括串聯(lián)的一第一電容及一第二電容。
[0022]該變壓器包括一位于一次側(cè)的第一繞組，及位于二次側(cè)且串聯(lián)的一第二繞組與一第三繞組，每一繞組具有一極性端及一非極性端，該第三繞組的極性端電連接該第二繞組的非極性端，該第一繞組的極性端電連接該開關(guān)單元的第一開關(guān)及第二開關(guān)的共同接點，該第一繞組的非極性端電連接該電容單元的第一電容及第二電容的共同接點。
[0023]該整流器單元并聯(lián)于該第二繞組的極性端及該第三繞組的非極性端間，且包括串聯(lián)的一第三開關(guān)及一第四開關(guān)。
[0024]該輸出電容電連接于該第二繞組與第三繞組的共同接點及該第三開關(guān)與第四開關(guān)的共同接點間，并與該負(fù)載并聯(lián)，該輸出電容的二端的跨壓為該直流輸出電壓。
[0025]該控制單元電連接該開關(guān)單元的第一開關(guān)與第二開關(guān)，并接收該直流輸出電壓。
[0026]該控制方法包含下列步驟:
[0027](a)通過該控制單兀根據(jù)該直流輸出電壓，產(chǎn)生一第一控制信號及一第二控制信號，且該第一控制信號及第二控制信號操作于一固定頻率；
[0028](b)該第一控制信號及第二控制信號分別控制該第一開關(guān)及第二開關(guān)，在該第一控制信號為邏輯1時，該第一開關(guān)導(dǎo)通，在該第二控制信號為邏輯1時，該第二開關(guān)導(dǎo)通，在該第一控制信號為邏輯0時，該第一開關(guān)不導(dǎo)通，在該第二控制信號為邏輯0時，該第二開關(guān)不導(dǎo)通 '及
[0029](c)通過該控制單元根據(jù)該直流輸出電壓，調(diào)整該第一控制信號及第二控制信號的占空比，分別使該第一開關(guān)及第二開關(guān)在其跨壓接近零時，適時導(dǎo)通。
[0030]本發(fā)明的有益的效果在于:
[0031]第一、利用固定頻率的控制信號，且改變其占空比的方式控制一次側(cè)開關(guān)，使得準(zhǔn)諧振半橋轉(zhuǎn)換器在滿載時能達(dá)到串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率，且在輕載時更能優(yōu)于串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。
[0032]第二、操作功率范圍較大。本發(fā)明由于變壓器操作于雙向激磁而提高變壓器的利用率，相較于以往的返馳式的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器能有效提高操作的功率范圍。
[0033]第三、該開關(guān)單元的二開關(guān)控制方式較為簡化。本發(fā)明相較于以往的返馳式的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的控制方式，不需要偵測開關(guān)的二端跨壓何時在相對低點，且不需要變頻操作來穩(wěn)定輸出電壓，因此能有效簡化開關(guān)控制方式。
[0034]第四、電磁干擾的設(shè)計較為容易。本發(fā)明由于第一控制信號及第二控制信號是定頻操作，在電磁干擾的設(shè)計時，所需考慮到的頻率范圍是固定的，相較于以往返馳式的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器能有效減化電磁干擾的設(shè)計。
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