本發明涉及一種應用于電源供應器的諧振控制技術，具體涉及一種諧振控制裝置及其諧振控制方法。

背景技術：

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采用半橋式諧振轉換器或全橋式諧振轉換器，半橋式諧振轉換器與全橋式諧振轉換器的效率高，這邊舉半橋式諧振轉換器為例，其大體皆設成如圖1所示，包含一訊號控制器10、一第一電子開關12、一第二電子開關14、一諧振槽16與一變壓器18，其中第一電子開關12與第二電子開關14皆為N通道金氧半場效晶體管。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12與第二電子開關14交替切換，即當第一電子開關12導通時，第二電子開關14關閉，使能量從高電壓端VH儲存于諧振槽16中，同時傳遞能量到負載，當第一電子開關12關閉時，第二電子開關14導通，使能量從諧振槽16中，釋放于低電壓端VL。變壓器18接收諧振槽16之能量，以將轉換成一輸出電壓Vo，并施加輸出電壓Vo在負載20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。諧振轉換器的工作模式包含脈波寬度調變(PWM)模式或脈波頻率調變(PFM)模式。

由于硬件上的限制，脈波調變訊號之頻率不能無限制提高，因此，造成半橋式諧振轉換器不適合應用在輸出電壓操作在寬廣范圍的場合上。再者，如果以脈波寬度調變模式來工作，則因為必須處在高頻狀態，切換損失較大，噪聲較高。另外，在數位控制上，容易因為訊號控制器之脈波寬度調變模塊之分辨率不足，導致輸出電壓不穩定。

因此，本發明系在針對上述的困擾，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。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明旨在提供一種諧振控制裝置及其諧振控制方法。

為實現所述技術目的，本發明的方案是：一種諧振控制裝置，包括一回授控制器，連接一諧振轉換器之輸出端，所述輸出端連接一負載，所述負載上有一輸出電壓，所述回授控制器接收一設定電壓與所述輸出電壓，并利用所述設定電壓對所述輸出電壓進行電壓補償，以產生一控制數值；

以及一處理器，連接所述回授控制器與所述諧振轉換器，并預設有一切換數值，所述處理器接收所述控制數值，以據此與所述切換數值產生脈波調變訊號，并藉所述脈波調變訊號驅動所述諧振轉換器調整所述輸出電壓，其中，所述諧振轉換器決定最大頻率與最小頻率，所述切換數值等于所述最小頻率除以所述最大頻率，在所述控制數值大于或等于所述切換數值時，所述脈波調變訊號為脈波頻率調變訊號，在所述控制數值小于所述切換數值時，所述脈波調變訊號為脈波寬度調變訊號，且其頻率系為第一固定值，其系小于所述最大頻率，并大于或等于所述最小頻率。

作為優選，所述脈波寬度調變訊號之責任周期，小于或等于0.5，并大于一預設限制值。

作為優選，所述脈波頻率調變訊號之責任周期為第二固定值，小于或等于0.5，并大于一預設限制值，而所述脈波頻率調變訊號之頻率在所述最小頻率與所述最大頻率之間。

作為優選，所述輸出電壓施加所述負載以產生一輸出電流，所述輸出電流與所述輸出電壓形成一輸出功率，其中，所述脈波寬度調變訊號之責任周期線性正比于所述輸出功率，所述脈波頻率調變訊號之頻率線性反比所述輸出功率。

作為優選，所述回授控制器還包含：一減法器，連接所述輸出端，并接收所述設定電壓與所述輸出電壓，將所述設定電壓減去所述輸出電壓，以得到一差異電壓；以及一電壓補償器，連接所述減法器與所述處理器，并接收所述差異電壓，且對其進行電壓補償，以產生所述控制數值。

作為優選，所述電壓補償器為比例積分微分控制器或比例積分控制器。

作為優選，所述諧振轉換器為LLC諧振轉換器。

作為優選，所述最大頻率由所述協振轉換器的線路所決定，所述最小頻率由所述諧振轉換器之諧振槽所決定，所述諧振槽可選擇地包含一諧振電感、一激磁電感與一諧振電容串聯而成，所述最小頻率的范圍在以及之間。

一種諧振控制方法，其系控制一諧振轉換器，所述諧振轉換器連接一負載，所述負載上有一輸出電壓，所述諧振轉換器決定最大頻率與最小頻率，所述諧振控制方法包含下列步驟：

接收一設定電壓與所述輸出電壓，并利用所述設定電壓對所述輸出電壓進行電壓補償，以產生一控制數值；

接收所述控制數值，并據此與所述切換數值產生脈波調變訊號，以利用所述脈波調變訊號驅動所述諧振轉換器調整所述輸出電壓，所述切換數值等于所述最小頻率除以所述最大頻率；以及

判斷所述控制數值是否小于所述切換數值：

若是，產生作為所述脈波調變訊號之脈波寬度調變訊號，且其頻率系為第一固定值，其系小于所述最大頻率，并大于或等于所述最小頻率；以及若否，產生作為所述脈波調變訊號之脈波頻率調變訊號。

作為優選，所述脈波寬度調變訊號之責任周期，小于或等于0.5，并大于一預設限制值。

作為優選，所述脈波頻率調變訊號之責任周期為第二固定值，小于或等于0.5，并大于一預設限制值，而所述脈波頻率調變訊號之頻率在所述最小頻率與所述最大頻率之間。

作為優選，其中所述輸出電壓施加所述負載以產生一輸出電流，所述輸出電流與所述輸出電壓形成一輸出功率，其中，所述脈波寬度調變訊號之責任周期線性正比于所述輸出功率，所述脈波頻率調變訊號之頻率線性反比所述輸出功率。

作為優選，在接收所述設定電壓與所述輸出電壓，并利用所述設定電壓對所述輸出電壓進行電壓補償，以產生所述控制數值之步驟中，更包含下列步驟：

接收所述設定電壓與所述輸出電壓，將所述設定電壓減去所述輸出電壓，以得到一差異電壓；以及接收所述差異電壓，且對其進行電壓補償，以產生所述控制數值。

作為優選，所述諧振轉換器為LLC諧振轉換器。

作為優選，所述最大頻率由所述協振轉換器的線路所決定，所述最小頻率由所述諧振轉換器之諧振槽所決定，所述諧振槽可選擇地包含一諧振電感L_R、一激磁電感L_M與一諧振電容C_R串聯而成，所述最小頻率的范圍在以及之間。

本發明的有益效果，在于提供一種諧振控制裝置及其諧振控制方法，其系在不增加硬件成本之前提下，設定一切換數值，一般為小于0.5，且對應脈波調變訊號之最小頻率與最大頻率，并根據切換數值進行脈波寬度調變模式或脈波頻率調變模式，在脈波寬度調變模式，產生頻率小于最大頻率之脈波寬度調變訊號，以改善諧振轉換器之輕載效率、降低啟動諧振電流、降低切換損失與噪聲、提高諧振轉換器之輸出電壓的下限范圍與擴大此輸出電壓之操作范圍。

附圖說明

圖1為現有技術的諧振轉換器之電路示意圖；

圖2為諧振控制裝置與諧振轉換器的電路示意圖；

圖3為本發明的脈波調變訊號的責任周期與頻率相對輸出功率的曲線圖；

圖4為本發明的諧振控制方法的流程圖。

附圖符號說明：

10 訊號控制器

12 第一電子開關

14 第二電子開關

16 諧振槽

18 變壓器

20 負載

22 諧振控制裝置

24 回授控制器

26 處理器

28 諧振轉換器

30 負載

32 電子開關組

34 諧振槽

36 變壓器

38 減法器

40 電壓補償器

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。本文實施例由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，于圖式與說明書中，相同標號系代表相同或相似構件。于圖式中，基于簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過夸大表示?？梢岳斫獾氖?，未特別顯示于圖式中或描述于說明書中之元件，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。

本發明所述的具體實施例為：

以下請參閱圖2與圖3，本發明的諧振控制裝置22包含一回授控制器24與一處理器26，回授控制器24連接一諧振轉換器28之輸出端，此輸出端連接一負載30，負載30上有一輸出電壓Vo，輸出電壓Vo施加負載30以產生一輸出電流Io，輸出電流Io與輸出電壓Vo形成一輸出功率W。諧振轉換器28例如為LLC全橋式諧振轉換器或LLC半橋式諧振轉換器。諧振轉換器28包含一電子開關組32、一諧振槽34與一變壓器36，電子開關組32依序連接諧振槽34、變壓器36與負載30。諧振槽34由一諧振電感L_R、一激磁電感L_M與一諧振電容C_R串聯而成，其中激磁電感L_M并聯變壓器34之一次側，激磁電感L_M之一端透過諧振電感L_R連接電子開關組32，另一端透過諧振電容C_R連接電子開關組32。

回授控制器24接收一設定電壓S與輸出電壓Vo，并利用設定電壓S對輸出電壓Vo進行電壓補償，以產生一控制數值C。處理器26連接回授控制器24與諧振轉換器28之電子開關組32，并在不增加硬件成本之前提下，預設有一切換數值Tr。處理器26接收控制數值C，以據此與切換數值Tr產生二脈波調變訊號P，并藉脈波調變訊號P驅動諧振轉換器28調整輸出電壓Vo。諧振控制裝置22具有最小頻率f1與最大頻率f2，切換數值等于最小頻率f1除以最大頻率f2，且小于0.5。此最大頻率f2由諧振轉換器28之線路之硬件性能所決定，例如電子開關，最小頻率f1由諧振轉換器28之諧振槽34所決定，最小頻率f1例如為或者在此兩數值之間。

在控制數值C大于或等于切換數值Tr時，脈波調變訊號P為脈波頻率調變訊號。在控制數值C小于切換數值Tr時，脈波調變訊號P為脈波寬度調變訊號，且其頻率F系為第一固定值，該第一固定值的范圍系小于最大頻率f2，并大于或等于最小頻率f1。脈波頻率調變訊號之責任周期D為第二固定值，該第二固定值的范圍系小于或等于0.5，且大于一預設限制值d，此預設限制值d需大于0。在此實施例中，第二固定值為0.5。脈波寬度調變訊號之責任周期D線性正比于輸出功率W，舉例來說，脈波寬度調變訊號之責任周期D之最小值與最大值分別等于預設限制值d與切換數值Tr。脈波頻率調變訊號之頻率F則線性反比輸出功率W，舉例來說，脈波頻率調變訊號之頻率F之最小值與最大值分別等于最小頻率f1與最大頻率f2。由于本發明將切換數值Tr設定至小于0.5，故脈波寬度調變訊號之責任周期D隨輸出功率W增加卻還未升至0.5時，脈波寬度調變訊號即轉換成脈波頻率調變訊號。換言之，處理器26系以切換數值Tr作為切換脈波寬度調變(PWM)模式與脈波頻率調變(PFM)模式之基準。相對傳統技術，本發明的脈波寬度調變訊號之頻率F比較低，如此，在脈波寬度調變訊號之責任周期D之最大值較小的情況下，導通時間仍然比較長，故能提高諧振轉換器28之輸出電壓Vo的下限范圍與擴大此輸出電壓Vo之操作范圍，進一步能改善諧振轉換器28之輕載效率、降低啟動諧振電流及降低切換損失與噪聲。同時因為脈波寬度調變訊號之責任周期D變小。切換數值Tr系影響脈波寬度調變訊號之頻率F，使用者能根據效率需求設定切換數值Tr與脈波寬度調變訊號之頻率F。

回授控制器24更包含一減法器38與一電壓補償器40，其中電壓補償器40例如為比例積分微分控制器或比例積分控制器。減法器38連接諧振轉換器28之輸出端，并接收設定電壓S與輸出電壓Vo，將設定電壓S減去輸出電壓Vo，以得到一差異電壓VD。電壓補償器40連接減法器38與處理器26，并接收差異電壓VD，且對其進行電壓補償，以產生控制數值C。比例積分微分控控制器可以采用可程序邏輯控制或有安裝面板的數位控制器來實現。

本實施例中諧振控制裝置的諧振控制方法，如圖2-4所示，首先，如步驟S10所示，減法器38接收設定電壓S與輸出電壓Vo，將設定電壓S減去輸出電壓Vo，以得到差異電壓VD。接著，如步驟S12所示，電壓補償器40接收差異電壓，且對其進行電壓補償，以產生控制數值C。再來，如步驟S14所示，處理器26接收控制數值C，并據此與切換數值Tr產生二脈波調變訊號P，以利用脈波調變訊號P驅動諧振轉換器28調整輸出電壓Vo，諧振控制裝置22具有最大頻率f2與最小頻率f1，切換數值Tr等于最小頻率f1除以最大頻率f2，且小于0.5。最后，處理器26判斷控制數值C是否小于切換數值Tr，若是，如步驟S18所示，處理器26產生作為脈波調變訊號P之脈波寬度調變訊號，若否，如步驟S20所示，處理器26產生作為脈波調變訊號P之脈波頻率調變訊號。

舉例來說，若最小頻率f1為60k赫茲(kHz)，最大頻率f2為300kHz，則切換數值Tr為0.2，且預設限制值d為0.1，作為脈波調變訊號P之脈波寬度調變訊號之頻率F系設定至100kHz，作為脈波調變訊號P之脈波頻率調變訊號之責任周期D系設定至0.5。當負載30變輕時，控制數值C變小。當控制數值C小于0.2時，處理器26作為脈波調變訊號P之脈波寬度調變訊號，其責任周期D取決于輸出功率W。當負載30變重時，控制數值C變大。當控制數值C大于或等于0.2時，處理器26作為脈波調變訊號P之脈波頻率調變訊號，其頻率F取決于輸出功率W。此外，亦可變動設定電壓S以產生脈波寬度調變訊號或脈波頻率調變訊號。當設定電壓S降低，且輸出電壓Vo尚未變動時，控制數值C變小。當控制數值C小于0.2時，處理器26作為脈波調變訊號P之脈波寬度調變訊號，其責任周期D取決于輸出功率W。當設定電壓S提升，且輸出電壓Vo尚未變動時，控制數值C變大。當控制數值C大于或等于0.2時，處理器26作為脈波調變訊號P之脈波頻率調變訊號，其頻率F取決于輸出功率W。

上述步驟S10與步驟S12亦可由一步驟取代，其系為利用回授控制器24接收設定電壓S與輸出電壓Vo，并利用設定電壓S對輸出電壓Vo進行電壓補償，以產生控制數值C，接著再依序進行步驟S14及其以下步驟，同樣能改善諧振轉換器28之輕載效率、降低啟動諧振電流、降低切換損失與噪聲、提高諧振轉換器28之輸出電壓Vo的下限范圍與擴大此輸出電壓Vo之操作范圍。

綜上所述，本發明設定切換數值，以降低脈波寬度調變訊號之頻率，并增加諧振轉換器之輸出電壓的下限范圍。

以上所述，僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發明技術方案的保護范圍之內。