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TW201349724A - 電源轉換器及其控制方法 - Google Patents

電源轉換器及其控制方法 Download PDF

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TW201349724A
TW201349724A TW101118642A TW101118642A TW201349724A TW 201349724 A TW201349724 A TW 201349724A TW 101118642 A TW101118642 A TW 101118642A TW 101118642 A TW101118642 A TW 101118642A TW 201349724 A TW201349724 A TW 201349724A
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TW
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signal
output
pulse width
width modulation
trigger control
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TW101118642A
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English (en)
Inventor
Tse-Hua Chi
Chung-His Chiang
Original Assignee
Delta Electronics Inc
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Publication date
Application filed by Delta Electronics Inc filed Critical Delta Electronics Inc
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Priority to US13/619,827 priority patent/US20130314949A1/en
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Abstract

一種電源轉換器包含全橋式切換電路、諧振電路、變壓器、過電壓保護單元、脈波寬度調變控制單元、觸發控制單元以及驅動單元。過電壓保護單元偵測電源轉換器輸出電壓，並產生輸出電壓信號。脈波寬度調變控制單元產生脈波寬度調變信號。觸發控制單元接收輸出電壓信號與脈波寬度調變信號，並產生觸發控制信號。當過電壓保護單元偵測到輸出電壓為一過電壓時，觸發控制單元在脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出低準位之觸發控制信號，以禁能驅動單元。

Description

電源轉換器及其控制方法
本發明係有關一種電源轉換器及其控制方法，尤指一種用於行動載具之充電裝置之電源轉換器及其控制方法。
現今，行動載具發展已朝向無污染、高效能之電動驅動時。然而作為電動驅動之能源必須藉由電池以作為能源儲存之容器，使得能源能被儲存到電池中。透過將能源，例如火力、水力、風力、熱能、太陽能以及核能…等轉換成電能後，才能夠將電能做適當地轉換後儲存在電池中。然而，在電能轉換的過程，必須考慮到安全性、高效能以及便利性等問題。
請參見第一圖，係為先前技術之行動載具充電裝置之方塊示意圖。如圖所示，該充電裝置10A係接收一外部交流電壓Vs，並轉換該外部交流電壓Vs為一直流輸出電壓Vo，以對一充電電池20A進行充電。
該充電裝置10A係包含一電磁干擾濾波器102A、一功率因數校正器104A、一隔離型電源轉換器106A (isolated DC-to-DC converter)以及一非隔離型電源轉換器108A (non-isolated DC-to-DC converter)。該電磁干擾濾波器102A係接收該外部交流電源Vs，以消除該交流電源Vs之雜訊，並防止傳導性電磁雜訊之干擾。該功率因數校正器104A係電性連接該電磁干擾濾波器102A，以改善轉換後之直流電源之功率因數。該隔離型電源轉換器106A係電性連接該功率因數校正器104A，以轉換並輸出該功率因數校正器104A輸出之直流電壓所產生之能量。該非隔離型電源轉換器108A係電性連接該隔離型電源轉換器106A，以提供不同直流輸出電壓Vo準位之轉換與調整，進而輸出該充電電池20A所需之充電電壓準位。
值得一提，現行實務應用上，該隔離型電源轉換器106A主要係採用LLC全橋串聯諧振式轉換器(LLC full-bridge series resonant converter)。諧振式轉換器是藉由諧振電路與頻率調變的方式，並依照負載特性使得電流相位落後電壓相位，以達到零電壓切換；或是若電流相位超前電壓相位，則能達到零電流切換。傳統諧振型轉換器主要分為串聯諧振、並聯諧振以及串並聯諧振。雖然這三種電路架構都能達到零電壓或零電流切換，但對串聯諧振轉換器來說，在輕載操作情況下，將會導致無法調整輸出電壓，而產生穩壓上的問題。LLC諧振式轉換器是由半橋式或全橋式轉換器與串聯諧振電路結合演變而來，正常工作電壓操作時，功率開關之工作週期(duty cycle)係操作於接近50%的互補訊號，並且透過切換頻率的調變來達到輸出電壓穩定。
配合參見第二圖係為先前技術之LLC全橋串聯諧振式轉換器之方塊示意圖。該隔離型電源轉換器106A之控制架構係為開迴路設計。由於開迴路電路架構，其輸出電壓的穩壓特性與負載大小、工作週期大小以及功率元件的導通壓降有關，因此，當該隔離型電源轉換器106A於輕載模式操作下，其輸出電壓會不斷地向上提升，而造成較差之穩壓特性。故此，為求在輕載時能達到穩壓控制，所以，控制迴路通常使用過電壓保護(over-voltage protection)。
請參見第二圖係為先前技術充電裝置之電源轉換器之電路方塊示意圖。該充電裝置之電源轉換器106A係電性連接一直流輸入電壓(未標示)，以轉換並輸出該直流輸入電壓所產生之能量。該電源轉換器106A係包含一全橋式切換電路1061A、一諧振電路1062A、一變壓器1063A、一過電壓保護單元1064A、一脈波寬度調變控制單元1065A以及一驅動單元1067A。
該全橋式切換電路1061A係包含四個功率開關元件所組成之兩橋臂(未標示)，以切換該直流輸入電壓為一方波電壓(未圖示)。該諧振電路1062A係電性連接該全橋式切換電路1061A，以接收並轉換該方波電壓為一諧振電壓(未圖示)。其中，該諧振電路1062A係包含一諧振電容Cr與兩諧振電感(分別為一漏感Lr與一激磁電感(未圖示))，所形成之一LLC諧振電路。該變壓器1063A係具有一輸入側與一輸出側，該輸入側係電性連接該諧振電路1062A，以接收該諧振電壓。其中，該輸入側係包含至少一一次側繞組(未標示)，該輸出側係包含至少一二次側繞組(未標示)。承上所述，該諧振電路1062A所包含之該諧振電感係為該變壓器1063A一次側內部之漏感Lr與激磁電感。
該過電壓保護單元1064A係電性連接該變壓器1063A之該輸出側，以偵測該電源轉換器106A輸出電壓，並產生一輸出電壓信號Sovp，進而對該電源轉換器106A提供過電壓輸出之保護。該脈波寬度調變(PWM)控制單元1065A，係產生一脈波寬度調變信號。其中，由於該全橋式切換電路1061A係由兩組橋臂所構成，並且每組橋臂係由兩個功率開關元件所組成，因此，該脈波寬度調變控制單元1065A所產生該脈波寬度調變信號係包含一第一脈波寬度調變信號Spwm1與一第二脈波寬度調變信號Spwm2，其中，該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2之導通與截止係為互補之準位。
其中，當該過電壓保護單元1064A偵測到該電源轉換器106A發生過電壓輸出時，該過電壓保護單元1064A所產生該輸出電壓信號Sovp，係以禁能(disable)該驅動單元1067A對該全橋式切換電路1061A之驅動。反之，當過電壓輸出狀況排除後，該過電壓保護單元1064A偵測到該電源轉換器106A為工作電壓輸出時，該過電壓保護單元1064A所產生該輸出電壓信號Sovp係以致能(enable)該驅動單元1067A對該全橋式切換電路1061A之驅動。此外，該電源轉換器106A係更包含一光耦合單元1068A，使得該過電壓保護單元1064A可透過該光耦合單元1068A，將該輸出電壓信號Sovp傳送至該驅動單元1067A。
惟，上述該輸出電壓信號Sovp禁能或致能該驅動單元1067A，係由於當該過電壓保護單元1064A偵測到該電源轉換器106A發生過電壓輸出或過電壓輸出狀況排除時，立即發生之隨機關斷與隨機開啟之動作。配合參見第三圖係為先前技術該脈波寬度調變控制單元與該驅動單元之控制時序圖。如圖所示，由上而下分別代表該第一脈波寬度調變信號Spwm1、該第二脈波寬度調變信號Spwm2、該短路防止時間Td、該輸出電壓信號Sovp、該閘極驅動信號Sga,Sgd以及該閘極驅動信號Sgb,Sgc。
如上所述，該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2係為互補導通與截止，其中，該第一脈波寬度調變信號Spwm1係在一時間區間t10~t11為導通狀態(此時，該第二脈波寬度調變信號Spwm2係為截止狀態)；該第二脈波寬度調變信號Spwm2係在一時間區間t12~t13為導通狀態(此時，該第一脈波寬度調變信號Spwm1係為截止狀態)，並且，該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2係為週期性之互補切換導通與截止。
再者，假設該電源轉換器106A於一時間tov時發生過電壓輸出，亦即，該過電壓保護單元1064A偵測到該電源轉換器106A發生過電壓輸出時，因此，該過電壓保護單元1064A所產生該輸出電壓信號Sovp係為低準位信號。由於當過電壓輸出發生時(亦即，發生在時間區間t12~t13)，該第二脈波寬度調變信號Spwm2為高準位導通狀態(相對地，該第一脈波寬度調變信號Spwm1為低準位截止狀態)，因此，該輸出電壓信號Sovp立即由高準位轉變為低準位，而禁能該驅動單元1067A。同理，若在時間區間t12~t13內任意之時間點發生過電壓輸出，該過電壓保護單元1064A所產生該輸出電壓信號Sovp則為隨機關斷該驅動單元1067A。
反之，假設該電源轉換器106A於一時間tnv時排除過電壓輸出狀況，亦即，該過電壓保護單元1064A偵測到該電源轉換器106A為工作電壓輸出，因此，該過電壓保護單元1064A所產生該輸出電壓信號Sovp係為高準位信號。由於當工作電壓輸出發生時(亦即，發生在時間區間t14~t15)，該第一脈波寬度調變信號Spwm1為高準位導通狀態(相對地，該第二脈波寬度調變信號Spwm2為低準位截止狀態)，因此，該輸出電壓信號Sovp立即由低準位轉變為高準位，而致能該驅動單元1067A對該全橋式切換電路1061A之驅動。同理，若在時間區間t14~t15內任意之時間點排除過電壓輸出狀況，該過電壓保護單元1064A所產生該輸出電壓信號Sovp則為隨機開啟該驅動單元1067A。
因此，將導致該禁能或致能該驅動單元1067A之方波信號的工作週期(duty cycle)為不完全週期，亦即，可能為5%、10%或15%不等之方波週期隨機關斷與隨機開啟該驅動單元1067A，如此，將導致儲存於儲能元件內的能量在一工作週期內無法釋放，反而於下一個週期中瞬間釋放能量，致終造成短路(short through)現象發生。
因此，如何設計出一種電源轉換器及其控制方法，當過電壓保護單元偵測到電源轉換器發生過電壓輸出時，過電壓保護單元所產生之輸出電壓信號控制觸發控制單元，使得觸發控制單元在脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出觸發控制信號以禁能驅動單元，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
本發明之一目的在於提供一種電源轉換器，以克服習知技術的問題。因此本發明電源轉換器係包含一全橋式切換電路、一諧振電路、一變壓器、一過電壓保護單元、一脈波寬度調變控制單元、一觸發控制單元以及一驅動單元。
該全橋式切換電路係轉換一直流輸入電壓為一方波電壓。該諧振電路係電性連接該全橋式切換電路，接收該方波電壓並轉換為一諧振電壓。該變壓器係具有一輸入側與一輸出側，該輸入側係電性連接該諧振電路，接收該諧振電壓。該過電壓保護單元係電性連接該輸出側，偵測該輸出側之一輸出電壓，並產生一輸出電壓信號。該脈波寬度調變控制單元係產生一脈波寬度調變信號。該觸發控制單元係接收該輸出電壓信號與該脈波寬度調變信號，並產生一觸發控制信號。該驅動單元係接收該觸發控制信號與該脈波寬度調變信號，以驅動該全橋式切換電路導通與截止。
其中，當該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為一過電壓時，該觸發控制單元係在該脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能(disable)該驅動單元。
本發明之另一目的在於提供一種電源轉換器之控制方法，以克服習知技術的問題。因此本發明電源轉換器之控制方法之步驟係包含：(a)提供一全橋式切換電路、一諧振電路以及一變壓器；(b)提供一過電壓保護單元，偵測該電源轉換器之一輸出電壓，並產生一輸出電壓信號；(c)提供一脈波寬度調變控制單元，產生一脈波寬度調變信號；(d)提供一觸發控制單元，係接收該輸出電壓信號與該脈波寬度調變信號，並產生一觸發控制信號；(e)提供一驅動單元，係接收該觸發控制信號與該脈波寬度調變信號，驅動該全橋式切換電路導通與截止；以及(f)當該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為一過電壓時，該觸發控制單元係在該脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能(disable)該驅動單元。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參見第四圖係為本發明充電裝置之電源轉換器之電路方塊示意圖。其中，該充電裝置係包含一電磁干擾濾波器、一功率因數校正器104、一隔離型電源轉換器106 (isolated DC-to-DC converter)以及一非隔離型電源轉換器108 (non-isolated DC-to-DC converter)。除了該隔離型電源轉換器106外，上述之電路裝置及其電路架構皆與先前技術所揭露相同，因此，在此不再贅述。在後文中，將針對該電源轉換器106加以詳細說明。
該充電裝置之電源轉換器106係電性連接一直流輸入電壓(未標示)，以轉換並輸出該直流輸入電壓所產生之能量。該電源轉換器106係包含一全橋式切換電路1061、一諧振電路1062、一變壓器1063、一過電壓保護單元1064、一脈波寬度調變控制單元1065、一觸發控制單元1066以及一驅動單元1067。
該全橋式切換電路1061係包含四個功率開關元件所組成之兩橋臂(未標示)，以切換該直流輸入電壓為一方波電壓(未圖示)。亦即，該全橋式切換電路1061係具有一第一功率開關元件Qa、一第二功率開關元件Qb、一第三功率開關元件Qc以及一第四功率開關元件Qd。此外，該全橋式切換電路1061係由兩組橋臂(未標示)所構成，每組橋臂係由上述兩個功率開關元件所組成。其中，該第一功率開關元件Qa與該第二功率開關元件Qb係形成一第一橋臂；該第三功率開關元件Qc與該第四功率開關元件Qd係形成一第二橋臂。值得一提的，該全橋式切換電路1061之該第一橋臂與該第二橋臂互補導通與截止係間隔一短路防止時間(dead time)或稱死區時間，以避免同一橋臂上兩功率開關元件在非完全導通或截止狀態下發生短路之情況。
該諧振電路1062係電性連接該全橋式切換電路1061，以接收並轉換該方波電壓為一諧振電壓(未圖示)。其中，該諧振電路1062係包含一諧振電容Cr與兩諧振電感(分別為一漏感Lr與一激磁電感(未圖示))，所形成之一LLC諧振電路。
該變壓器1063係具有一輸入側與一輸出側，該輸入側係電性連接該諧振電路1062，以接收該諧振電壓。其中，該輸入側係包含至少一一次側繞組(未標示)，該輸出側係包含至少一二次側繞組(未標示)。承上所述，該諧振電路1062所包含之該諧振電感係為該變壓器1063一次側內部之漏感Lr與激磁電感。
該過電壓保護單元1064係電性連接該變壓器1063之該輸出側，以偵測該電源轉換器106輸出電壓，並產生一輸出電壓信號Sovp，進而對該電源轉換器106提供過電壓輸出之保護。亦即，當該電源轉換器106在操作過程中，出現超過其工作電壓的不正常電壓時，該過電壓保護單元1064係產生該輸出電壓信號Sovp，進而對該電源轉換器106提供過電壓輸出之保護。該脈波寬度調變(PWM)控制單元1065，係產生一脈波寬度調變信號。其中，由於該全橋式切換電路1061係由兩組橋臂所構成，並且每組橋臂係由兩個功率開關元件所組成，因此，該脈波寬度調變控制單元1065所產生該脈波寬度調變信號係包含一第一脈波寬度調變信號Spwm1與一第二脈波寬度調變信號Spwm2，其中，該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2之導通與截止係為互補之準位。再者，以本實施例為例，該第一脈波寬度調變信號Spwm1係控制該第一功率開關元件Qa與該第四功率開關元件Qd；該第二脈波寬度調變信號Spwm2係控制該第二功率開關元件Qb與該第三功率開關元件Qc。
該觸發控制單元1066係接收該輸出電壓信號Sovp與該脈波寬度調變信號Spwm1, Spwm2，並產生一觸發控制信號Sen。至於該觸發控制單元1066之操作，將在後文有更詳細之說明。該驅動單元1067係接收該觸發控制信號Sen與該脈波寬度調變信號Spwm1, Spwm2，以產生驅動該些功率開關元件Qa~Qd導通與截止所對應之閘極驅動信號Sga~Sgd。亦即，該第一閘極驅動信號Sga係驅動該第一功率開關元件Qa、該第二閘極驅動信號Sgb係驅動該第二功率開關元件Qb、該第三閘極驅動信號Sgc係驅動該第三功率開關元件Qc以及該第四閘極驅動信號Sgd係驅動該第四功率開關元件Qd。
其中，當該過電壓保護單元1064偵測到該輸出電壓為一過電壓時，該過電壓保護單元1064所產生該輸出電壓信號Sovp係控制該觸發控制單元1066，使得該觸發控制單元1066在該脈波寬度調變信號Spwm1, Spwm2之工作週期結束時，輸出該觸發控制信號Sen，以禁能(disable)該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動。反之，當過電壓輸出狀況排除後，該過電壓保護單元1064偵測到該電源轉換器106為工作電壓輸出時，該過電壓保護單元1064所產生該輸出電壓信號Sovp係控制該觸發控制單元1066，使得該觸發控制單元1066在該脈波寬度調變信號Spwm1, Spwm2之工作週期結束時，輸出該觸發控制信號Sen以致能(enable)該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動。至於該觸發控制信號Sen對該觸發控制單元1066之禁能或致能之控制，將在後文有更詳細之說明。此外，該電源轉換器106係更包含一光耦合單元1068，使得該過電壓保護單元1064可透過該光耦合單元1068，將該輸出電壓信號Sovp傳送至該觸發控制單元1066。
請參見第五圖係為本發明該觸發控制單元之電路圖。在本實施例中，該觸發控制單元1066係包含一正緣觸發D型正反器(leading-edge triggered D-type flip-flop)10662以及一反或閘(NOR gate)10664。該正緣觸發D型正反器10662係包含一資料輸入端D、一時脈輸入端CLK以及至少一輸出端Q。該反或閘10664係包含兩輸入端(未標示)與一輸出端(未標示)，並且該輸出端係連接該時脈輸入端CLK。其中，該資料輸入端D係接收該過電壓保護單元1064所產生該輸出電壓信號Sovp。該反或閘10664之該兩輸入端係分別接收該脈波寬度調變信號Spwm1, Spwm2。
其中，當該電源轉換器106為過電壓輸出，並且該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2皆為低準位時，該正緣觸發D型正反器10662係輸出低準位之該觸發控制信號Sen，以禁能該驅動單元1067對該全橋式切換電路之驅動。亦即，當該過電壓保護單元1064偵測到該輸出電壓為該過電壓時，該過電壓保護單元1064所產生該輸出電壓信號Sovp係控制該觸發控制單元1066，使得該觸發控制單元1066在該脈波寬度調變信號Spwm1, Spwm2之工作週期結束時，輸出低準位之該觸發控制信號Sen，以禁能該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動。
此外，當該電源轉換器106為工作電壓輸出，並且該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2皆為低準位時，該正緣觸發D型正反器10662係輸出高準位之該觸發控制信號Sen，以致能該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動。亦即，當過電壓輸出狀況排除後，該過電壓保護單元1064偵測到該電源轉換器106為工作電壓輸出時，該過電壓保護單元1064所產生該輸出電壓信號Sovp係控制該觸發控制單元1066，使得該觸發控制單元1066在該脈波寬度調變信號Spwm1, Spwm2之工作週期結束時，輸出高準位之該觸發控制信號Sen，以致能該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動。至於上述該控制方式，將在後文配合時序圖加以詳細說明。
請參見第六圖係為本發明該脈波寬度調變控制單元、該觸發控制單元與該驅動單元之控制時序圖。如圖所示，由上而下分別代表該第一脈波寬度調變信號Spwm1、該第二脈波寬度調變信號Spwm2、該短路防止時間Td、該觸發控制信號Sen、該閘極驅動信號Sga,Sgd以及該閘極驅動信號Sgb,Sgc。
如上所述，該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2係為互補導通與截止，其中，該第一脈波寬度調變信號Spwm1係在一時間區間t20~t21為導通狀態(此時，該第二脈波寬度調變信號Spwm2係為截止狀態)；該第二脈波寬度調變信號Spwm2係在一時間區間t22~t23為導通狀態(此時，該第一脈波寬度調變信號Spwm1係為截止狀態)，並且，該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2係為週期性之互補切換導通與截止。此外，一時間區間t21~t22即為所述之短路防止時間Td。
再者，假設該電源轉換器106於一時間tov時為過電壓輸出，亦即，該過電壓保護單元1064偵測到該電源轉換器106為過電壓輸出時，因此，該過電壓保護單元1064所產生該輸出電壓信號Sovp係為低準位信號。由於當過電壓輸出發生時(亦即，發生在時間區間t22~t23)，該第二脈波寬度調變信號Spwm2為高準位導通狀態(相對地，該第一脈波寬度調變信號Spwm1為低準位截止狀態)，因此，該觸發控制單元1066之該反或閘10664兩輸入端所接收到的準位分別為邏輯0準位與邏輯1準位，故此，該反或閘10664之輸出端產生邏輯0準位。此時，該邏輯0準位提供至該正緣觸發D型正反器10662之該時脈輸入端CLK。此外，假設該正緣觸發D型正反器10662係為一正緣觸發D型正反器，並且初始輸出值係為邏輯1準位。對該正緣觸發D型正反器10662而言，由於該時脈輸入端CLK為邏輯0準位，因此，該正緣觸發D型正反器10662之輸出為邏輯1準位(即為該初始輸出值)，以維持致能該驅動單元1067之操作。
直到時間t23時，該第二脈波寬度調變信號Spwm2由高準位導通狀態轉變為低準位截止狀態時(此時，該第一脈波寬度調變信號Spwm1仍為低準位截止狀態)，由於該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2於時間t23時(亦即，短路防止時間dead time發生時)，該兩訊號係皆提供該反或閘10664之輸入端為邏輯0準位，因此，經過NOR邏輯運算後，該反或閘10664輸出產生邏輯1準位，提供至該正緣觸發D型正反器10662之該時脈輸入端CLK。對該正緣觸發D型正反器10662而言，由於該時脈輸入端CLK接收一個高準位電壓，因此，該正緣觸發D型正反器10662之輸出轉態為邏輯0準位(即為低準位信號之該輸出電壓信號Sovp)，以禁能該驅動單元1067之操作。
反之，假設該電源轉換器106於一時間tnv時排除過電壓輸出狀況，亦即，該過電壓保護單元1064偵測到該電源轉換器106為工作電壓輸出時，因此，該過電壓保護單元1064所產生該輸出電壓信號Sovp係為高準位信號。由於當工作電壓輸出發生時(亦即，發生在時間區間t24~t25)，該第一脈波寬度調變信號Spwm1為高準位導通狀態(相對地，該第二脈波寬度調變信號Spwm2為低準位截止狀態)，因此，該觸發控制單元1066之該反或閘10664兩輸入端所接收到的準位分別為邏輯1準位與邏輯0準位，故此，該反或閘10664之輸出端產生邏輯0準位。此時，該邏輯0準位提供至該正緣觸發D型正反器10662之該時脈輸入端CLK。對該正緣觸發D型正反器10662而言，由於該時脈輸入端CLK為邏輯0準位，因此，該正緣觸發D型正反器10662之輸出為邏輯0準位(即為維持前態之邏輯0準位輸出值)，以維持禁能該驅動單元1067之操作。
直到時間t25時，該第一脈波寬度調變信號Spwm1由高準位導通狀態轉變為低準位截止狀態時(此時，該第二脈波寬度調變信號Spwm2仍為低準位截止狀態)，由於該第一脈波寬度調變信號Spwm1與該第二脈波寬度調變信號Spwm2於時間t25時(亦即，短路防止時間dead time發生時)，該兩訊號係皆提供該反或閘10664之輸入端為邏輯0準位，因此，經過NOR邏輯運算後，該反或閘10664輸出產生邏輯1準位，提供至該正緣觸發D型正反器10662之該時脈輸入端CLK。對該正緣觸發D型正反器10662而言，由於該時脈輸入端CLK接收一個高準位電壓，因此，該正緣觸發D型正反器10662之輸出轉態為邏輯1準位(即為高準位信號之該輸出電壓信號Sovp)，以致能該驅動單元1067之操作。
簡而言之，透過該觸發控制單元1066之操作，使得當該電源轉換器106於時間tov為過電壓輸出時，該觸發控制單元1066將維持原本高準位之該觸發控制信號Sen，以維持致能該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動；直到經過一延遲時間Ty1後(亦即，該延遲時間Ty1=t23-tov)，該觸發控制單元1066在該脈波寬度調變信號Spwm1,Spwm2之工作週期結束時(亦即，該短路防止時間發生時)，該觸發控制單元1066才產生低準位之該觸發控制信號Sen，以禁能該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動。反之，使得當該電源轉換器106於時間tnv發生工作電壓輸出時，該觸發控制單元1066將維持原本低準位之該觸發控制信號Sen，以維持禁能該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動；直到經過一延遲時間Ty2後(亦即，該延遲時間Ty2=t25-tnv)，該觸發控制單元1066在該脈波寬度調變信號Spwm1, Spwm2之工作週期結束時(亦即，該短路防止時間發生時)，該觸發控制單元1066才產生高準位之該觸發控制信號Sen，以致能該驅動單元1067對該全橋式切換電路1061之驅動。
請參見第七圖係為本發明充電裝置電源轉換器之控制方法之流程圖。該控制方法係包含下列步驟：提供一全橋式切換電路、一諧振電路以及一變壓器(S100)。其中，該全橋式切換電路係包含四個功率開關元件所組成之兩橋臂，以切換該直流輸入電壓為一方波電壓。該諧振電路係電性連接該全橋式切換電路，以接收並轉換該方波電壓為一諧振電壓。該變壓器係具有一輸入側與一輸出側，該輸入側係電性連接該諧振電路，以接收該諧振電壓。提供一過電壓保護單元，以偵測該電源轉換器之一輸出電壓，並產生一輸出電壓信號(S200)。其中，該過電壓保護單元係電性連接該變壓器之該輸出側。提供一脈波寬度調變控制單元，以產生一脈波寬度調變信號(S300)。提供一觸發控制單元，係接收該輸出電壓信號與該脈波寬度調變信號，並產生一觸發控制信號(S400)。其中，該觸發控制單元係包含一正緣觸發D型正反器(leading-edge triggered D-type flip-flop)與一反或閘(NOR gate)。該正緣觸發D型正反器係包含一資料輸入端、一時脈輸入端以及至少一輸出端。該反或閘係包含兩輸入端與一輸出端，並且該輸出端係連接該正緣觸發D型正反器之該時脈輸入端。該資料輸入端係接收該過電壓保護單元所產生該輸出電壓信號；該反或閘之該兩輸入端係分別接收該脈波寬度調變信號。
提供一驅動單元，係接收該觸發控制信號與該脈波寬度調變信號，以驅動該全橋式切換電路導通與截止(S500)。當該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為一過電壓時，該過電壓保護單元所產生該輸出電壓信號係控制該觸發控制單元，使得該觸發控制單元在該脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出該觸發控制信號，以禁能(disable)該驅動單元對該全橋式切換電路之驅動(S600)。其中當該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為該過電壓輸出時，該過電壓保護單元所產生該輸出電壓信號係為一過電壓信號，以控制該觸發控制單元輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能該驅動單元對該全橋式切換電路之驅動。其中，該過電壓保護單元係可透過一光耦合單元，將該輸出電壓信號傳送至該觸發控制單元。當該電源轉換器為過電壓輸出，並且該脈波寬度調變信號係皆為低準位時，該正緣觸發D型正反器係輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能該驅動單元對該全橋式切換電路之驅動。此外，該全橋式切換電路之該兩橋臂互補導通與截止係間隔一短路防止時間(dead time)，因此，當該電源轉換器為過電壓輸出，並且該短路防止時間發生時，該正緣觸發D型正反器係輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能該驅動單元對該全橋式切換電路之驅動。
當過電壓輸出狀況排除後，該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為一工作電壓時，該過電壓保護單元所產生該輸出電壓信號係控制該觸發控制單元，使得該觸發控制單元在該脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出該觸發控制信號，以致能(enable)該驅動單元對該全橋式切換電路之驅動。當該電源轉換器為工作電壓輸出，並且該脈波寬度調變信號係皆為低準位時，該正緣觸發D型正反器係輸出高準位之該觸發控制信號，以致能該驅動單元對該全橋式切換電路之驅動。亦即，當該電源轉換器為工作電壓輸出，並且該短路防止時間發生時，該正緣觸發D型正反器係輸出高準位之該觸發控制信號，以致能該驅動單元對該全橋式切換電路之驅動。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
 〔先前技術〕
10A．．．充電裝置
102A．．．電磁干擾濾波器
104A．．．功率因數校正器
106A．．．隔離型電源轉換器
108A．．．非隔離型電源轉換器
20A．．．充電電池
1061A．．．全橋式切換電路
1062A．．．諧振電路
1063A．．．變壓器
1064A．．．過電壓保護單元
1065A．．．脈波寬度調變控制單元
1067A．．．驅動單元
1068A．．．光耦合單元
Vs．．．外部交流電壓
Vo．．．直流輸出電壓
Cr．．．諧振電容
Lr．．．諧振電感
Sovp．．．輸出電壓信號
Spwm1．．．第一脈波寬度調變信號
Spwm2．．．第二脈波寬度調變信號
Td．．．短路防止時間
Sga~Sgd．．．閘極驅動信號
t10~t15．．．時間
tov．．．過電壓輸出時間
tnv．．．工作電壓輸出時間
〔本發明〕
102．．．電磁干擾濾波器
104．．．功率因數校正器
106．．．隔離型電源轉換器
108．．．非隔離型電源轉換器
1061．．．全橋式切換電路
1062．．．諧振電路
1063．．．變壓器
1064．．．過電壓保護單元
1065．．．脈波寬度調變控制單元
1066．．．觸發控制單元
1067．．．驅動單元
1068．．．光耦合單元
10662．．．正緣觸發D型正反器
10664．．．反或閘
Qa．．．第一功率開關元件
Qb．．．第二功率開關元件
Qc．．．第三功率開關元件
Qd．．．第四功率開關元件
Cr．．．諧振電容
Lr．．．諧振電感
Sovp．．．輸出電壓信號
Spwm1．．．第一脈波寬度調變信號
Spwm2．．．第二脈波寬度調變信號
Td．．．短路防止時間
Ty1．．．延遲時間
Ty2．．．延遲時間
Sen．．．觸發控制信號
Sga．．．第一閘極驅動信號
Sgb．．．第二閘極驅動信號
Sgc．．．第三閘極驅動信號
Sgd．．．第四閘極驅動信號
D．．．資料輸入端
CLK．．．時脈輸入端
Q．．．輸出端
t20~t25．．．時間
tov．．．過電壓輸出時間
tnv．．．工作電壓輸出時間
S100~S600．．．步驟
第一圖係為先前技術之行動載具充電裝置之方塊示意圖；
第二圖係為先前技術之LLC全橋串聯諧振式轉換器之方塊示意圖；
第三圖係為先前技術該脈波寬度調變控制單元與該驅動單元之控制時序圖；
第四圖係為本發明充電裝置之電源轉換器之電路方塊示意圖；
第五圖係為本發明該觸發控制單元之電路圖；
第六圖係為本發明該脈波寬度調變控制單元、該觸發控制單元與該驅動單元之控制時序圖；及
第七圖係為本發明充電裝置電源轉換器之控制方法之流程圖。
104．．．功率因數校正器
106．．．隔離型電源轉換器
108．．．非隔離型電源轉換器
1061．．．全橋式切換電路
1062．．．諧振電路
1063．．．變壓器
1064．．．過電壓保護單元
1065．．．脈波寬度調變控制單元
1066．．．觸發控制單元
1067．．．驅動單元
1068．．．光耦合單元
Qa．．．第一功率開關元件
Qb．．．第二功率開關元件
Qc．．．第三功率開關元件
Qd．．．第四功率開關元件
Cr．．．諧振電容
Lr．．．諧振電感
Sovp．．．輸出電壓信號
Spwm1．．．第一脈波寬度調變信號
Spwm2．．．第二脈波寬度調變信號
Sen．．．觸發控制信號
Sga．．．第一閘極驅動信號
Sgb．．．第二閘極驅動信號
Sgc．．．第三閘極驅動信號
Sgd．．．第四閘極驅動信號

Claims (16)

  1. 一種電源轉換器係包含：
    一全橋式切換電路，係轉換一直流輸入電壓為一方波電壓；
    一諧振電路，係電性連接該全橋式切換電路，接收該方波電壓並轉換為一諧振電壓；
    一變壓器，係具有一輸入側與一輸出側，該輸入側係電性連接該諧振電路，接收該諧振電壓；
    一過電壓保護單元，係電性連接該輸出側，偵測該輸出側之一輸出電壓，並產生一輸出電壓信號；
    一脈波寬度調變控制單元，係產生一脈波寬度調變信號；
    一觸發控制單元，係接收該輸出電壓信號與該脈波寬度調變信號，並產生一觸發控制信號；及
    一驅動單元，係接收該觸發控制信號與該脈波寬度調變信號，以驅動該全橋式切換電路導通與截止；
    其中，當該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為一過電壓時，該觸發控制單元係在該脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能(disable)該驅動單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器，其中當該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為一工作電壓時，該觸發控制單元係在該脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出高準位之該觸發控制信號，以致能(enable)該驅動單元。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換器，其中該觸發控制單元係包含：
    一正緣觸發D型正反器(leading-edge triggered D-type flip-flop)，係包含一資料輸入端、一時脈輸入端以及至少一輸出端；及
    一反或閘(NOR gate)，係包含兩輸入端與一輸出端，且該輸出端係連接該時脈輸入端；
    其中，該資料輸入端係接收該輸出電壓信號；該反或閘之該兩輸入端係分別接收該脈波寬度調變信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換器，其中當該輸出電壓為該過電壓，且該脈波寬度調變信號係皆為低準位時，該正緣觸發D型正反器係輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能該驅動單元。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換器，其中當該輸出電壓為該工作電壓，且該脈波寬度調變信號係皆為低準位時，該正緣觸發D型正反器係輸出高準位之該觸發控制信號，以致能該驅動單元。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器，其中該過電壓保護單元係透過一光耦合單元，將該輸出電壓信號傳送至該觸發控制單元。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換器，其中該全橋式切換電路係包含四個功率開關元件所組成之兩橋臂；該兩橋臂互補導通與截止係間隔一短路防止時間(dead time)；當該輸出電壓為該過電壓，且該短路防止時間發生時，該正緣觸發D型正反器係輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能該驅動單元。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換器，其中該全橋式切換電路係包含四個功率開關元件所組成之兩橋臂；該兩橋臂互補導通與截止係間隔一短路防止時間(dead time)；當該輸出電壓為該工作電壓，且該短路防止時間發生時，該正緣觸發D型正反器係輸出高準位之該觸發控制信號，以致能該驅動單元。
  9. 一種電源轉換器之控制方法，該控制方法係包含下列步驟：
    (a)提供一全橋式切換電路、一諧振電路以及一變壓器；
    (b)提供一過電壓保護單元，偵測該電源轉換器之一輸出電壓，並產生一輸出電壓信號；
    (c)提供一脈波寬度調變控制單元，產生一脈波寬度調變信號；
    (d)提供一觸發控制單元，係接收該輸出電壓信號與該脈波寬度調變信號，並產生一觸發控制信號；
    (e)提供一驅動單元，係接收該觸發控制信號與該脈波寬度調變信號，驅動該全橋式切換電路導通與截止；及
    (f)當該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為一過電壓時，該觸發控制單元係在該脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能(disable)該驅動單元。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電源轉換器控制方法，其中在步驟(f)之後更包含：
    (g)當該過電壓保護單元偵測到該輸出電壓為一工作電壓時，該觸發控制單元係在該脈波寬度調變信號之工作週期結束時，輸出高準位之該觸發控制信號，以致能(enable)該驅動單元。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電源轉換器控制方法，其中該觸發控制單元係包含：
    一正緣觸發D型正反器(leading-edge triggered D-type flip-flop)，係包含一資料輸入端、一時脈輸入端以及至少一輸出端；及
    一反或閘(NOR gate)，係包含兩輸入端與一輸出端，且該輸出端係連接該時脈輸入端；
    其中，該資料輸入端係接收該輸出電壓信號；該反或閘之該兩輸入端係分別接收該脈波寬度調變信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電源轉換器控制方法，其中當該輸出電壓為該過電壓，且該脈波寬度調變信號係皆為低準位時，該正緣觸發D型正反器係輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能該驅動單元。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之電源轉換器控制方法，其中當該輸出電壓為該工作電壓，且該脈波寬度調變信號係皆為低準位時，該正緣觸發D型正反器係輸出高準位之該觸發控制信號，以致能該驅動單元。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之電源轉換器控制方法，其中該過電壓保護單元係透過一光耦合單元，將該輸出電壓信號傳送至該觸發控制單元。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之電源轉換器控制方法，其中該全橋式切換電路係包含四個功率開關元件所組成之兩橋臂；該兩橋臂互補導通與截止係間隔一短路防止時間(dead time)；當該輸出電壓為該過電壓，且該短路防止時間發生時，該正緣觸發D型正反器係輸出低準位之該觸發控制信號，以禁能該驅動單元。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之電源轉換器控制方法，其中該全橋式切換電路係包含四個功率開關元件所組成之兩橋臂；該兩橋臂互補導通與截止係間隔一短路防止時間(dead time)；當該輸出電壓為該工作電壓，且該短路防止時間發生時，該正緣觸發D型正反器係輸出高準位之該觸發控制信號，以致能該驅動單元。
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