TWI806358B

TWI806358B - 諧振轉換裝置

Info

Publication number: TWI806358B
Application number: TW111101606A
Authority: TW
Inventors: 詹子增
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2022-01-14
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2023-06-21
Also published as: TW202329598A

Abstract

本發明提供一種諧振轉換裝置。諧振轉換裝置包括LLC諧振轉換器以及穩定電路。LLC諧振轉換器包括第一整流開關、第二整流開關以及諧振槽。諧振槽包括諧振電容器。穩定電路與諧振電容器形成第一緩振電路以及第二緩振電路。穩定電路感測關聯於LLC諧振轉換器的輸出電流的變動值。當變動值大於預設值時，穩定電路將第一緩振電路耦接至第一整流開關的寄生電容，並將第二緩振電路耦接至第二整流開關的寄生電容，從而穩定第一整流開關以及第二整流開關的切換操作。

Description

諧振轉換裝置

本發明是有關於一種諧振轉換裝置，且特別是有關於一種能夠穩定整流開關的切換操作的諧振轉換裝置。

LLC諧振轉換器電具有柔性切換之特性並採用變頻式的操作來調整電壓增益，以達到穩定電壓輸出的功能。

一般來說，同步整流型LLC諧振轉換器利用整流開關來取代輸出二極體，以實現較佳的同步整流輸出效果。然而，整流開關具有寄生電容。在輸出電流發生大幅度動態變化時，寄生電容會因為輸出電流發生大幅度動態變化而被干擾。因此，整流開關的切換操作之發生不穩定，從而造成同步整流型LLC諧振轉換器發生電路震盪及電磁干擾等問題。

本發明提供一種能夠穩定整流開關的切換操作的諧振轉換裝置。

本發明的諧振轉換裝置包括LLC諧振轉換器以及穩定電路。LLC諧振轉換器包括變壓器、第一整流開關、第二整流開關以及諧振槽。第一整流開關耦接於變壓器的次級側。第二整流開關耦接於次級側。諧振槽耦接於變壓器的初級側。諧振槽包括諧振電容器。穩定電路耦接於LLC諧振轉換器。穩定電路與諧振電容器共同形成第一緩振電路以及第二緩振電路。穩定電路感測關聯於LLC諧振轉換器的輸出電流的變動值。當變動值大於預設值時，穩定電路將第一緩振電路耦接至第一整流開關的第一寄生電容，並將第二緩振電路耦接至第二整流開關的第二寄生電容，從而穩定第一整流開關以及第二整流開關的切換操作。

基於上述，當變動值大於預設值時，第一緩振電路被耦接至第一寄生電容，並且第二緩振電路被耦接至第二寄生電容。因此，在輸出電流發生大幅度動態變化時，第一寄生電容以及第二寄生電容受到輸出電流所產生的干擾能被抑制或者被緩衝。整流開關的切換操作被穩定。如此一來，在輸出電流發生大幅度動態變化時，LLC諧振轉換器不會發生電路震盪及電磁干擾等問題。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。

請參考圖1，圖1是依據本發明一實施例所繪示的諧振轉換裝置的示意圖。在本實施例中，諧振轉換裝置100包括LLC諧振轉換器110以及穩定電路120。LLC諧振轉換器110是同步整流型LLC諧振轉換器。具體來說，LLC諧振轉換器110包括功率開關Q1、Q2、諧振槽111、變壓器TR、整流開關QR1、QR2以及輸出電容器CO。功率開關Q1的第一端接收輸入電源VIN。功率開關Q1的第二端耦接於連接節點。功率開關Q1的控制端接收控制訊號GD1。功率開關Q2的第一端耦接於連接節點。功率開關Q2的第二端耦接至接地端GND1。功率開關Q2的控制端接收控制訊號GD2。諧振槽111耦接於連接節點與接地端GND1之間。此外，諧振槽111耦接於變壓器TR的次級側。整流開關QR1、QR2耦接於變壓器TR的次級側。

進一步來說，諧振槽111包括諧振電容器LR、激磁電感器LM以及諧振電容器CR。諧振電容器LR、激磁電感器LM以及諧振電容器CR彼此串聯耦接。變壓器TR包括初級側繞組N1以及次級側繞組N2、N3。激磁電感器LM並聯耦接於初級側繞組N1。諧振電容器LR耦接於連接節點與激磁電感器LM之間。諧振電容器CR耦接於激磁電感器LM與接地端GND1之間。次級側繞組N2的第一端耦接於整流開關QR1的第一端。次級側繞組N2的第二端耦接於次級側繞組N3的第一端以及接地端GND2。次級側繞組N3的第二端耦接於整流開關QR2的第一端。整流開關QR1的第二端作為LLC諧振轉換器100的輸出端。整流開關QR1的控制端接收控制訊號GD3。整流開關QR2的第二端耦接於整流開關QR1的第二端。整流開關QR2的控制端接收控制訊號GD4。輸出電容器CO耦接於LLC諧振轉換器100的輸出端與接地端GND2之間。基於控制訊號GD1~GD4，功率開關Q1、Q2以及整流開關QR1、QR2進行切換操作，使得LLC諧振轉換器110將輸入電源VIN轉換為輸出電源VO。在本實施例中，控制訊號GD1~GD4可以是由一控制器（未示出）來提供。

在本實施例中，穩定電路120耦接於LLC諧振轉換器110。穩定電路120與諧振電容器CR共同形成緩振電路SC1、SC2。穩定電路120感測LLC諧振轉換器110的變動值VR。變動值VR是關聯於LLC諧振轉換器110的輸出電流IO的變化。穩定電路120對變動值VR進行判斷。當變動值VR大於預設值時，穩定電路120將緩振電路SC1耦接至寄生電容C1，並將緩振電路SC2耦接至寄生電容C2。

寄生電容C1、C2分別與輸出電容器CO串聯耦接。因此，當輸出電流IO發生大幅度動態變化時，輸出電流IO會使輸出電容器CO的電壓值發生動態變動。輸出電容器CO的動態變動會干擾寄生電容C1、C2兩端的電壓值，使得寄生電容C1、C2兩端的電壓值發生不穩定狀況。上述的不穩定狀況會影響整流開關QR1、QR2的切換操作。在本實施例中，緩振電路SC1、SC2的形成能夠抑制或者緩衝上述的不穩定狀況。換言之，當輸出電流IO發生大幅度動態變化時，寄生電容C1、C2受到輸出電流IO所產生的干擾能被抑制或者被緩衝。緩振電路SC1穩定寄生電容C1兩端之間的寄生電容電壓。緩振電路SC2穩定寄生電容C2兩端之間的寄生電容電壓。因此，整流開關QR1、QR2的切換操作能夠被穩定。如此一來，在輸出電流IO發生大幅度動態變化時，LLC諧振轉換器110不會發生電路震盪及電磁干擾等問題。

在本實施例中，穩定電路120耦接於輸出電容器CO的兩端以接收關聯於輸出電流IO的電容電壓值，並依據電容電壓值的動態變化計算出變動值VR。因此，變動值VR實質上等於單位時間的電壓差值。此外，預設值關聯於LLC諧振轉換器110所提供的輸出電壓值的誤差值範圍。舉例來說，輸出電壓值被設計為19.5±5%伏特。因此，誤差值範圍等於1.95伏特。穩定電路120包括分支BR1、BR2。分支BR1與諧振電容器CR共同形成緩振電路SC1。分支BR2與諧振電容器CR共同形成緩振電路SC2。當穩定電路120判斷出變動值VR大於預設值（即，關聯於1.95伏特的數值）時，穩定電路120會將分支BR1耦接至寄生電容C1，並將分支BR2耦接至寄生電容C2。

請同時參考圖1以及圖2，圖2是整流開關的電壓時序比較圖。圖2示出了輸出電流IO的時序、先前技術的整流開關QR1的第一端與第二端之間的電壓VQR1的時序F1以及本實施例的整流開關QR1的第一端與第二端之間的電壓VQR1的時序F2。輸出電流IO的電流值在時間點tp0開始發生大幅度地變動。因此，在時序F1中，電壓VQR1的頻率在時間點tp1、tp2之間發生明顯的變動。這樣的變動起因於寄生電容C1兩端的電壓值被干擾。在時間點tp1、tp2之間的變動會使整流開關QR1的切換操作發生異常。因此，LLC諧振轉換器110可能發生電路震盪及電磁干擾等問題。

在時序F2中，緩振電路SC1在時間點tp1、tp2之間被耦接到寄生電容C1。由於緩振電路SC1抑制了輸出電流IO所產生的干擾，因此電壓VQR1的頻率在時間點tp1、tp2之間被穩定而沒有發生變動。也因此，LLC諧振轉換器110不會發生電路震盪及電磁干擾等問題。此外，時間點tp2之後，輸出電流IO的電流值沒有發生變動。因此，緩振電路SC1不會被耦接到寄生電容C1。

請參考圖3，圖3是依據本發明第二實施例所繪示的諧振轉換裝置的示意圖。在本實施例中，諧振轉換裝置200包括LLC諧振轉換器210以及穩定電路220。LLC諧振轉換器110是同步整流型LLC諧振轉換器。LLC諧振轉換器110的實施態樣已經在第一實施例中充份說明，因此不再重述。在本實施例中，穩定電路220包括分支BR1、BR2、判斷電路221、開關QX1、QX2。判斷電路221對變動值VR進行判斷。當變動值VR大於預設值時，判斷電路221提供操作訊號SX。開關QX1的第一端耦接於整流開關QR1的第一端。開關QX1的第二端耦接於分支BR1的第一端。開關QX1的控制端耦接於判斷電路221。開關QX2的第一端耦接於整流開關QR2的第一端。開關QX2的第二端耦接於分支BR2的第一端。開關QX2的控制端耦接於判斷電路221。諧振電容器CR的第一端還耦接於分支BR1、BR2的第二端。諧振電容器CR的第二端耦接於接地端GND1。

在本實施例中，開關QX1、QX2分別是N型電晶體開關（本發明並不以此為限）。當變動值VR大於預設值時，判斷電路221提供操作訊號SX。操作訊號SX具有高電壓準位。開關QX1、QX2反應於操作訊號SX而被導通。緩振電路SC1被耦接至整流開關QR1的第一端。也就是，緩振電路SC1被耦接至寄生電容C1的第一端。緩振電路SC2被耦接至整流開關QR2的第一端。也就是，緩振電路SC2被耦接至寄生電容C2的第一端。

在另一方面，當變動值VR小於或等於預設值時，判斷電路221不提供操作訊號SX。開關QX1、QX2則被斷開。緩振電路SC1與整流開關QR1解耦。也就是，緩振電路SC1與寄生電容C1解耦。緩振電路SC2與整流開關QR2解耦。也就是，緩振電路SC2與寄生電容C2解耦。

在本實施例中，分支BR1包括二極體D1、緩振電感器LX1以及緩振電阻器R1。緩振電感器LX1耦接於開關QX1的第二端與二極體D1的陽極之間。緩振電阻器R1耦接於二極體D1的陰極與諧振電容器CR的第一端之間。分支BR2包括二極體D2、緩振電感器LX2以及緩振電阻器R2。緩振電感器LX2耦接於開關QX2的第二端與二極體D2的陽極之間。緩振電阻器R2耦接於二極體D2的陰極與諧振電容器CR的第一端之間。

請參考圖3以及圖4，圖4是依據本發明一實施例所繪示的緩振電路與寄生電容的連接示意圖。在本實施例中，當變動值VR大於預設值時，判斷電路221提供操作訊號SX。開關QX1、QX2反應於操作訊號SX而被導通。因此，緩振電路SC1被耦接至寄生電容C1。緩振電路SC2被耦接至寄生電容C2。緩振電路SC1、SC2分別為電阻-電感-電容（RLC）緩振電路。

在此順帶一提，緩振電路SC1、SC2與諧振槽111共用諧振電容器CR。因此，諧振轉換裝置200的體積可以被節約。諧振轉換裝置200的電容性負載可適度地被降低。此外，二極體D1、D2配置能夠防止諧振槽111的諧振發生異常。

在一些實施例中，緩振電感器LX1、LX2的至少其中一者與變壓器TR是由單一耦合電感器來實施。在一些實施例中，變壓器TR還包括第一繞組以及第二繞組（未示出）。第一繞組用以作為緩振電感器LX1。第二繞組用以作為緩振電感器LX2。因此，諧振轉換裝置200的體積可以進一步地被節約。

綜上所述，當變動值大於預設值時，第一緩振電路被耦接至第一寄生電容，並且第二緩振電路被耦接至第二寄生電容。因此，在輸出電流發生大幅度動態變化時，第一寄生電容以及第二寄生電容受到的干擾能被抑制或者被緩衝。整流開關的切換操作被穩定。如此一來，在輸出電流發生大幅度動態變化時，LLC諧振轉換器不會發生電路震盪及電磁干擾等問題。此外，第一緩振電路、第二緩振電路以及諧振槽共用諧振電容器。因此，諧振轉換裝置的體積可以被節約。諧振轉換裝置的電容性負載並可適度地被降低。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200:諧振轉換裝置

110:LLC諧振轉換器

111:諧振槽

120、220:穩定電路

221:判斷電路

BR1、BR2:分支

C1、C2:寄生電容

CO:輸出電容器

CR:諧振電容器

D1、D2:二極體

F1、F2:整流開關的第一端與第二端之間的電壓的時序

GD1~GD4:控制訊號

GND1、GND2:接地端

IO:輸出電流

LM:激磁電感器

LR:諧振電容器

LX1、LX2:緩振電感器

N1:初級側繞組

N2、N3:次級側繞組

Q1、Q2:功率開關

QR1、QR2:整流開關

QX1、QX2:開關

R1、R2:緩振電阻器

SC1、SC2:緩振電路

SX:操作訊號

tp0~tp2:時間點

TR:變壓器

VIN:輸入電源

VO:輸出電源

VQR1、VQR2:整流開關的第一端與第二端之間的電壓

VR:變動值

圖1是依據本發明第一實施例所繪示的諧振轉換裝置的示意圖。圖2是整流開關的電壓時序比較圖。圖3是依據本發明第二實施例所繪示的諧振轉換裝置的示意圖。圖4是依據本發明一實施例所繪示的緩振電路與寄生電容的連接示意圖。

100:諧振轉換裝置