準諧振半橋轉換器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種轉換器，特別是涉及一種準諧振半橋轉換器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]以往的直流電壓轉換器存在以下缺點:
[0003]1.輕載時轉換效率不佳，因為以往的串聯諧振轉換器(Series ResonantConverter ;SRC)的一次側開關是操作在零電壓切換(Zero Voltage Switching ;ZVS),而能具有轉換效率較高的優點。然而，由于該串聯諧振轉換器的負載的功率大小是相關于一次側開關的切換頻率，導致于輕載時，一次側開關的切換頻率會變高，使得轉換器中的磁性元件及開關元件的切換損失(Switching Loss)變大，所以該種轉換器在輕載時的轉換效率不佳。
[0004]2.操作功率的范圍較小，因為以往的返馳式(Flyback)的準諧振轉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。又因為其功率開關及輸出電容是操作于邊界導通模式，需具有較高的應力及較大的容值。
[0005]3.開關控制方式較復雜，因為以往返馳式的準諧振轉換器是偵測開關的二端跨壓來控制開關何時導通，或是偵測變壓器傳遞能量何時結束時來控制開關何時導通，因此，轉換器是操作于邊界導通模式。控制單元因需要偵測開關的二端跨壓何時在相對低點，而需具有變頻控制的驅動信號，使得控制方式變得復雜。
[0006]4.電磁干擾(EMI)的設計較困難，以往的串聯諧振轉換器與準諧振轉換器都是利用變頻的開關控制以產生穩定的直流輸出電壓，因此電路的操作頻率會在一個范圍內變動，在電磁干擾(EMI)的設計上需考慮到該范圍內的所有的頻段。
[0007]5.漣波表現較差，以往的返馳式的準諧振轉換器是操作在單向激磁，與雙向激磁的轉換器相比較，需要較大的輸出電容來減少輸出電壓漣波。
[0008]6.體積較大，以往的返馳式的準諧振轉換器應用在大于60瓦特的負載時，因為其輸出電流漣波比較大，因此，其轉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到電路設計的需求。
[0009]7.使用耐壓較高的元件，以往的箝位式轉換器由于先天結構的特性，開關上的耐壓是輸出電壓加上輸出電壓由變壓器圈數比反射回一次側的電壓，而須使用較高耐壓的元件。
[0010]8.利用率較低，以往的準諧振轉換器主要操作在單向激磁的架構，使得變壓器的利用率比操作在雙向激磁架構差，需使用較大體積的變壓器來完成電路設計。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在于提供一種輕載時轉換效率佳的準諧振半橋轉換器及其控制方法。
[0012]本發明提出一種準諧振半橋轉換器，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載，且包含一開關單兀、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]該開關單元接收該直流輸入電壓，并包括串聯的一第一開關及一第二開關，每一開關具有并聯的一基體二極管及一寄生電容，該第一開關及第二開關分別接收一第一控制信號及一第二控制信號，且分別根據該第一控制信號及第二控制信號，于導通與不導通間切換。
[0014]該電容單元與該開關單元并聯，并包括串聯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的第一繞組，及位于二次側且串聯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單元的第一開關及第二開關的共同接點，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，且包括串聯的一第三開關及一第四開關。
[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與第四開關的共同接點間，并與該負載并聯，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單元的第一開關與第二開關，并接收該直流輸出電壓，且據以產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，并調整其占空比以控制該第一開關及第二開關分別于其跨壓接近零時，適時導通。
[0019]本發明另提出一種準諧振半橋轉換器的控制方法，適用于一準諧振半橋轉換器，該準諧振半橋轉換器接收一直流輸入電壓，并輸出一直流輸出電壓至一負載，且包含一開關單兀、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]該開關單元接收該直流輸入電壓，并包括串聯的一第一開關及一第二開關，每一開關具有并聯的一基體二極管及一寄生電容。
[0021]該電容單元與該開關單元并聯，并包括串聯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的第一繞組，及位于二次側且串聯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單元的第一開關及第二開關的共同接點，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，且包括串聯的一第三開關及一第四開關。
[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與第四開關的共同接點間，并與該負載并聯，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單元的第一開關與第二開關，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該直流輸出電壓，產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及第二開關，在該第一控制信號為邏輯1時，該第一開關導通，在該第二控制信號為邏輯1時，該第二開關導通，在該第一控制信號為邏輯0時，該第一開關不導通，在該第二控制信號為邏輯0時，該第二開關不導通 '及
[0029](c)通過該控制單元根據該直流輸出電壓，調整該第一控制信號及第二控制信號的占空比，分別使該第一開關及第二開關在其跨壓接近零時，適時導通。
[0030]本發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開關，使得準諧振半橋轉換器在滿載時能達到串聯諧振轉換器的轉換效率，且在輕載時更能優于串聯諧振轉換器的轉換效率。
[0032]第二、操作功率范圍較大。本發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諧振轉換器能有效提高操作的功率范圍。
[0033]第三、該開關單元的二開關控制方式較為簡化。本發明相較于以往的返馳式的準諧振轉換器的控制方式，不需要偵測開關的二端跨壓何時在相對低點，且不需要變頻操作來穩定輸出電壓，因此能有效簡化開關控制方式。
[0034]第四、電磁干擾的設計較為容易。本發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諧振轉換器能有效減化電磁干擾的設計。
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