谐振控制装置及其谐振控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种谐振控制装置以及一种谐振控制方法，谐振控制装置包括一回授控制器与一处理器。回授控制器接收一参考电压与一输出电压，并利用参考电压对输出电压进行电压补偿，以产生一控制参数。处理器接收控制参数，以据此与切换参数产生脉波调变信号，以驱动谐振转换器调整输出电压。每一脉波调变信号具有最大频率与最小频率，最大频率对应切换参数。在控制参数大于或等于切换参数时，脉波调变信号根据控制参数与切换参数调整频率，或控制谐振转换器在脉波调变信号的每一周期内以固定时间运作，以避免谐振转换器的切换损耗。以避免谐振转换器的切换损耗。以避免谐振转换器的切换损耗。

【技术实现步骤摘要】
谐振控制装置及其谐振控制方法


[0001]本专利技术关于一种谐振控制技术，且特别关于一种谐振控制装置及其谐振控制方法。

技术介绍

[0002]近几年各式电子产品皆朝向精密与小型化的方向发展，传统的电能转换器不论在体积与效率上皆无法满足现今的需求，电能转换器被要求提高功率密度(Power Density)，故1970年代功率半导体技术成熟时，切换式电源才广泛应用在电源上，因此现今高效率的切换式电源供应器(Switch Mode Power Supply,SMPS)为产业在电源设计方面的重点。
[0003]切换式电源供应器会采用半桥式谐振转换器或全桥式谐振转换器。请参照图1与图2，由于半桥式谐振转换器与全桥式谐振转换器的操作类似，故以半桥式谐振转换器1为例，其大体皆设成如图1所示，包括一信号控制器10、一第一电子开关11、一第二电子开关12、一谐振槽13与一变压器14，其中第一电子开关11与第二电子开关12皆为N通道金氧半场效晶体管。理论上，信号控制器10产生二脉波调变信号，以控制第一电子开关11与第二电子开关12为交替式切换，即当第一电子开关11导通时，第二电子开关12关闭，使能量从高电压端VH储存于谐振槽13中，当第一电子开关11关闭时，第二电子开关12导通，使能量从谐振槽13中，释放于低电压端VL。变压器18接收谐振槽13的能量，以将转换成一输出电压Vo，并施加输出电压Vo在负载15上，以产生一输出电流Io。输出电压Vo与输出电流Io形成一输出功率W。信号控制器10根据输出功率W执行脉波宽度调变(PWM)模式或脉波频率调变(PFM)模式。在脉波宽度调变模式时，脉波调变信号为脉波宽度调变信号。在脉波频率调变模式时，脉波调变信号为脉波频率调变信号。在脉波宽度调变模式时，脉波宽度调变信号的责任周期D从一临界值d开始增加，直到责任周期D为0.5为止。在脉波频率调变模式时，脉波频率调变信号的责任周期D为0.5。在脉波频率调变模式时，脉波频率调变信号的频率F随输出功率W递减而递增，脉波频率调变信号的频率F从最小频率f1开始递增，直到频率F等于最大频率f2为止。在脉波宽度调变模式时，脉波宽度调变信号的频率F等于最大频率f2。若此半桥式谐振转换器1欲操作在输出电压Vo的下限范围，则脉波宽度调变信号的频率F必须提高，以维持输出电压Vo。脉波宽度调变模式与脉波频率调变模式可改善轻载效率，降低谐振转换器1启动时的谐振电流。然而，由于信号控制器10的硬件特性导致脉波调变信号的频率F不能无限制提高，因此以脉波宽度调变模式来达到如同提升频率F的效果，但此输出电压Vo的下限范围仍然不够低，使此半桥式谐振转换器1不适合应用在输出电压Vo操作在宽广范围的场合上。再者，脉波宽度调变模式处在高频状态，所以切换损失较大，噪声较高。
[0004]因此，本专利技术针对上述的困扰，提出一种谐振控制装置及其谐振控制方法，以解决现有技术所产生的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种谐振控制装置及其谐振控制方法，其能够改善谐振转换器的轻载
效率、降低启动(start
‑
up)谐振电流、降低切换损失与噪声、提高谐振转换器的输出电压的下限范围与扩大此输出电压的操作范围。
[0006]在本专利技术的一实施例中，一种谐振控制装置包括一回授控制器与一处理器。回授控制器耦接一谐振转换器的输出端，输出端耦接一负载，负载上有一输出电压，其中回授控制器用于接收一参考电压与输出电压，并利用参考电压对输出电压进行电压补偿，以产生一控制参数。处理器耦接回授控制器与谐振转换器，并预设一切换参数，处理器用于接收控制参数，以据此与切换参数产生脉波调变信号，并通过脉波调变信号驱动谐振转换器调整输出电压，脉波调变信号具有最大频率与最小频率，最大频率对应切换参数。在控制参数大于或等于切换参数时，脉波调变信号为脉波频率调变信号。在控制参数小于切换参数时，脉波调变信号控制谐振转换器在脉波调变信号的每一周期内以固定时间运作。
[0007]在本专利技术的一实施例中，脉波频率调变信号的责任周期为0.5。
[0008]在本专利技术的一实施例中，输出电压施加所述负载以产生一输出电流，输出电流与输出电压形成一输出功率，脉波频率调变信号的频率线性反比于输出功率。
[0009]在本专利技术的一实施例中，输出电压施加负载以产生一输出电流，输出电流与输出电压形成一输出功率。在控制参数小于切换参数时，脉波调变信号的频率线性正比于输出功率。
[0010]在本专利技术的一实施例中，在控制参数小于切换参数时，脉波调变信号的责任周期线性正比于输出功率，且责任周期的最大值为0.5，责任周期的最小值等于固定时间乘以最小频率，最小值小于0.5。
[0011]在本专利技术的一实施例中，切换参数等于最大频率，且回授控制器包括一减法器、一电压补偿器与一数字压控振荡器。减法器耦接输出端，其中减法器用于接收参考电压与输出电压，将参考电压减去输出电压，以得到一差异电压。电压补偿器耦接减法器，其中电压补偿器用于接收差异电压，且对其进行电压补偿，以产生一电压参数。数字压控振荡器耦接电压补偿器与处理器，其中数字压控振荡器用于接收电压参数，并根据电压参数、最大频率与最小频率产生作为控制参数的一控制频率。
[0012]在本专利技术的一实施例中，控制频率以Fc表示，Fc＝(F
min
‑
F
max
)
×
P+F
max
，F
min
为最小频率，F
max
为最大频率，P为电压参数。
[0013]在本专利技术的一实施例中，电压补偿器为比例积分微分控制器(PID controller)或比例积分控制器(PI controller)。
[0014]在本专利技术的一实施例中，谐振转换器为全桥式谐振转换器(full
‑
bridge resonate converter)或半桥式谐振转换器(half
‑
bridge resonate converter)。
[0015]在本专利技术的一实施例中，最小频率与最大频率由谐振转换器的谐振槽所决定，谐振槽由一谐振电感(Resonating Inductor)L
R
、一激磁电感(Magnetizing Inductor)L
M
与一谐振电容(Resonating Capacitor)C
R
串联而成，最小频率大于且小于最大频率大于
[0016]在本专利技术的一实施例中，一种谐振控制方法控制一谐振转换器，谐振转换器耦接一负载，负载上有一输出电压，谐振控制方法包括下列步骤：接收一参考电压与输出电压，并利用参考电压对输出电压进行电压补偿，以产生一控制参数；以及接收控制参数，并判断控制参数是否小于一切换参数：若是，根据控制参数与切换参数产生脉波调变信号，以此控制谐振转换器在脉波调变信号的每一周期内以固定时间运作，进而调整输出电压；以及若否，根据控制参数与切换参数产生脉波频率调变信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振控制装置，其特征在于，包括：一回授控制器，耦接一谐振转换器的输出端，所述输出端耦接一负载，所述负载上有一输出电压，其中所述回授控制器用于接收一参考电压与所述输出电压，并利用所述参考电压对所述输出电压进行电压补偿，以产生一控制参数；以及一处理器，耦接所述回授控制器与所述谐振转换器，并预设一切换参数，所述处理器用于接收所述控制参数，以据此与所述切换参数产生脉波调变信号，并通过所述脉波调变信号驱动所述谐振转换器调整所述输出电压，所述脉波调变信号具有最大频率与最小频率，所述最大频率对应所述切换参数，在所述控制参数大于或等于所述切换参数时，所述脉波调变信号为脉波频率调变信号，在所述控制参数小于所述切换参数时，所述脉波调变信号控制所述谐振转换器在所述脉波调变信号的每一周期内以固定时间运作。2.如权利要求1所述的谐振控制装置，其特征在于，所述脉波频率调变信号的责任周期为0.5。3.如权利要求2所述的谐振控制装置，其特征在于，所述输出电压施加所述负载以产生一输出电流，所述输出电流与所述输出电压形成一输出功率，所述脉波频率调变信号的频率线性反比于所述输出功率。4.如权利要求1所述的谐振控制装置，其特征在于，所述输出电压施加所述负载以产生一输出电流，所述输出电流与所述输出电压形成一输出功率，在所述控制参数小于所述切换参数时，所述脉波调变信号的频率线性正比于所述输出功率。5.如权利要求4所述的谐振控制装置，其特征在于，所述控制参数小于所述切换参数时，所述脉波调变信号的责任周期线性正比于所述输出功率，且所述责任周期的最大值为0.5，所述责任周期的最小值等于所述固定时间乘以所述最小频率，所述最小值小于0.5。6.如权利要求1所述的谐振控制装置，其特征在于，所述切换参数等于所述最大频率，且所述回授控制器包括：一减法器，耦接所述输出端，其中所述减法器用于接收所述参考电压与所述输出电压，将所述参考电压减去所述输出电压，以得到一差异电压；一电压补偿器，耦接所述减法器，其中所述电压补偿器用于接收所述差异电压，且对其进行电压补偿，以产生一电压参数；以及一数字压控振荡器，其耦接所述电压补偿器与所述处理器，其中所述数字压控振荡器用于接收所述电压参数，并根据所述电压参数、所述最大频率与所述最小频率产生作为所述控制参数的一控制频率。7.如权利要求6所述的谐振控制装置，其特征在于，所述控制频率以Fc表示，Fc＝(F
min
‑
F
max
)
×
P+F
max
，F
min
为所述最小频率，F
max
为所述最大频率，P为所述电压参数。8.如权利要求6所述的谐振控制装置，其特征在于，所述电压补偿器为比例积分微分控制器或比例积分控制器。9.如权利要求1所述的谐振控制装置，其特征在于，所述谐振转换器为全桥式谐振转换器或半桥式谐振转换器。10.如权利要求1所述的谐振控制装置，其特征在于，所述最小频率与所述最大频率由所述谐振转换器的谐振槽所决定，所述谐振槽由一谐振电感L
R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢信宏，黄柏翰，
申请(专利权)人：明纬企业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：