TWI752891B

TWI752891B - Llc諧振轉換器及其控制方法

Info

Publication number: TWI752891B
Application number: TW110123401A
Authority: TW
Inventors: 楊上凱; 王賢凱; 林彥瑋
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2022-01-11
Also published as: TW202301788A

Abstract

一種LLC諧振轉換器，包括切換電路、諧振槽、變壓器、同步整流單元及控制單元。切換電路包括由第一控制信號控制的第一開關與由第二控制信號控制的第二開關，且同步整流單元包括由第一整流控制信號控制的第一同步整流開關與由第二整流控制信號控制的第二同步整流開關。第一控制訊號與第一整流控制訊號包括操作頻率及相移量，且第二控制訊號與第二整流控制訊號包括操作頻率及相移量。控制單元在LLC諧振轉換器的操作頻率低至特定值或相移量高至特定值時，固定其中一者，以延長LLC諧振轉換器的維持時間。

Description

LLC諧振轉換器及其控制方法

本發明係有關一種LLC諧振轉換器及其控制方法，尤指一種具維持時間延長之LLC諧振轉換器及其控制方法。

LLC諧振轉換器具有初級側開關零電壓導通(ZVS turned-on)，次級側同步整流零電流關斷(ZCS turned-off)以及高效率之優點。如圖2A所示之全橋式LLC諧振轉換器(full-bridge LLC converter)為例，現行的控制方式為初級側的第一開關Q1、第四開關Q4以及次級側的第一同步整流開關SR1提供同相位的PWM信號，而初級側的第二開關Q2、第三開關Q3以及次級側的第二同步整流開關SR2提供同相位的PWM控制。惟這樣控制方式在當輸入電壓不足時，存在以下缺點：

1、高效率應用：為了達到高效率，一般會將電壓的增益值(gain value)設計比較低，但有可能會造成電壓增益的不足，使得維持時間(hold-up time)變低。

2、高維持時間應用：為了達到較高維持時間，一般會將電壓的增益值設計比較高，但這樣一來，容易造成效率變低，且額外增加諧振槽2中的諧振電容的電壓應力。

所以，如何設計出一種LLC諧振轉換器及其控制方法，達成在不縮短維持時間的狀況下，維持LLC諧振轉換器100於高效率，且不會額外造成諧振電容的電壓應力增加的狀況，乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。

為了解決上述問題，本發明係提供一種LLC諧振轉換器，以克服習知技術的問題。因此，本發明LLC諧振轉換器包括切換電路、諧振槽、變壓器、同步整流單元及控制單元。切換電路包括第一開關與第二開關，且諧振槽耦接切換電路。變壓器包括初級側與次級側，且初級側耦接諧振槽。同步整流單元耦接次級側，且包括第一同步整流開關與第二同步整流開關。控制單元根據諧振轉換器的輸出電壓提供第一控制訊號控制第一開關、提供第二控制訊號控制第二開關、提供第一整流控制訊號控制第一同步整流開關以及提供第二整流控制訊號控制第二同步整流開關，第一控制訊號與第一整流控制訊號包括操作頻率及相移量，且第二控制訊號與第二整流控制訊號包括操作頻率及相移量。其中，控制單元根據操作頻率低於相移頻率而控制操作頻率為變頻並調整相移量，且根據操作頻率低至頻率閾值而控制操作頻率等於頻率閾值並調整相移量。

為了解決上述問題，本發明係提供一種LLC諧振轉換器，以克服習知技術的問題。因此，本發明LLC諧振轉換器包括切換電路、諧振槽、變壓器、同步整流單元及控制單元。切換電路包括第一開關與第二開關，且諧振槽耦接切換電路。變壓器包括初級側與次級側，且初級側耦接諧振槽。同步整流單元耦接次級側，且包括第一同步整流開關與第二同步整流開關。控制單元根據諧振轉換器的輸出電壓提供第一控制訊號控制第一開關、提供第二控制訊號控制第二開關、提供第一整流控制訊號控制第一同步整流開關以及提供第二整流控制訊號控制第二同步整流開關，第一控制訊號與第一整流控制訊號包括操作頻率及相移量，且第二控制訊號與第二整流控制訊號包括操作頻率及相移量。其中，控制單元根據操作頻率低於相移頻率而控制操作頻率為變頻並調整相移量，且根據相移量高至相移閾值而控制相移量等於相移閾值並控制操作頻率為變頻。

為了解決上述問題，本發明係提供一種LLC諧振轉換器的控制方法，以克服習知技術的問題。因此，本發明諧振轉換器包括切換電路、變壓器及同步整流單元，切換電路包括由第一控制信號控制的第一開關與由第二控制信號控制的第二開關，且同步整流單元包括由第一整流控制信號控制的第一同步整流開關與由第二整流控制信號控制的第二同步整流開關。控制方法包括：根據輸出電壓回授得到操作頻率。根據操作頻率調整第一控制訊號與第一整流控制訊號的相移量，且根據操作頻率調整第二控制訊號與第二整流控制訊號的相移量。判斷操作頻率是否低於相移頻率。根據操作頻率低於相移頻率而控制操作頻率為變頻並調整相移量。及(a1)根據操作頻率低至頻率閾值而控制操作頻率等於頻率閾值並調整相移量；或(a2)根據相移量高至相移閾值而控制相移量等於相移閾值並控制操作頻率為變頻。

本發明之主要目的及功效在於，利用控制單元在LLC諧振轉換器的操作頻率低至特定值或相移量高至特定值時，固定操作頻率或相移量的其中一者，以達成在不縮短維持時間的狀況下，維持LLC諧振轉換器於高效率，且不會額外造成諧振電容的電壓應力增加的狀況。

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。

100:LLC諧振轉換器

100-1:初級側電路

100-2:次級側電路

1:切換電路

12:第一開關橋臂

Q1:第一開關

Q2:第二開關

14:第二開關橋臂

Q3:第三開關

Q4:第四開關

2:諧振槽

Lr:諧振電感

Cr:諧振電容

3:變壓器

32:初級側

34:次級側

4:同步整流單元

42:第一同步整流橋臂

SR1:第一同步整流開關

SR2:第二同步整流開關

44:第二同步整流橋臂

SR3:第三同步整流開關

SR4:第四同步整流開關

5:控制單元

52:比較單元

54:電壓控制器

56:頻率限制器

58:訊號調製單元

582:頻率控制器

584:頻率與相位控制器

200:負載

Vin:輸入電壓

Vo:輸出電壓

Vo_fb:輸出電壓回授值

Vo_ref:輸出電壓參考值

Ver:電壓誤差值

Sc:控制訊號

Sc1:第一控制訊號

Sc2:第二控制訊號

Sc3:第三控制信號

Sc4:第四控制信號

Ssr1:第一整流控制訊號

Ssr2:第二整流控制訊號

Ssr3:第三整流控制訊號

Ssr4:第四整流控制訊號

Cf:頻率控制命令

Fsw:操作頻率

Fs:相移頻率

Fr:諧振頻率

Ft:頻率閾值

Fmax:最高頻率

Fmin:最低頻率

Vs:相移量

Vt:相移閾值

Vmax:最大相移量

α:特定角度

M1:第一模式

M2:第二模式

M3:第三模式

M4、M4’:第四模式

t1~t2’’:時間

S100~S340’:步驟

圖1為本發明具有延長維持時間功能的LLC諧振轉換器；圖2A為本發明之控制方式可搭配應用的LLC諧振轉換器的第一實施電路；圖2B為本發明之控制方式可搭配應用的LLC諧振轉換器的第二實施電路；圖2C為本發明之控制方式可搭配應用的LLC諧振轉換器的第三實施電路；圖2D為本發明之控制方式可搭配應用的LLC諧振轉換器的第四實施電路；圖3為本發明控制單元的方塊示意圖；圖4A為本發明LLC諧振轉換器在第一控制方式之頻率與相位示意圖；圖4B為本發明LLC諧振轉換器在第二控制方式之頻率與相位示意圖；圖5A為本發明LLC諧振轉換器操作於第一模式下的控制訊號的示意圖；圖5B為本發明LLC諧振轉換器操作於第二模式下的控制訊號的示意圖；圖5C為本發明LLC諧振轉換器操作於第三模式與第四模式下的控制訊號的示意圖；圖6為本發明LLC諧振轉換器的控制方法的流程圖；圖7A為本發明LLC諧振轉換器在第一控制方法的細部流程圖；及圖7B為本發明LLC諧振轉換器在第二控制方法的細部流程圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參閱圖1為本發明具有延長維持時間功能的LLC諧振轉換器。LLC諧振轉換器100接收輸入電壓Vin，且轉換輸入電壓Vin為輸出電壓Vo，以提供輸出電壓Vo對負載200供電。LLC諧振轉換器100包括切換電路1、諧振槽2、變壓器3、同步整流單元4及控制單元5，且變壓器3具有初級側32與次級側34。初級側32耦接切換電路1與諧振槽2，且次級側34耦接同步整流單元4。切換電路1接收輸入電壓Vin，且包括第一開關Q1與第二開關Q2。諧振槽2耦接切換電路1及初級側32，藉由第一開關Q1與第二開關Q2的切換，使諧振電路2發生諧振。其中，諧振槽2可包括例如但不限於，由電容或電感組成的諧振電路。同步整流單元4耦接於次級側34與負載200之間，且包括第一同步整流開關SR1與第二同步整流開關SR2。在LLC諧振轉換器正常工作的情況下，第一同步整流開關SR1與切換電路1中的第一開關Q1的導通時序相同，且第二同步整流開關SR2與第二開關Q2的導通時序相同。

控制單元5耦接第一開關Q1、第二開關Q2、第一同步整流開關SR1及第二同步整流開關SR2，且根據諧振轉換器100的輸出電壓Vo回授(例如但不限於，通過回授電路)而提供控制訊號Sc。具體地，控制訊號Sc包括第一控制訊號Sc1、第二控制訊號Sc2、第一整流控制訊號Ssr1及第二整流控制訊號Ssr2以分別控制第一開關Q1、第二開關Q2、第一同步整流開關SR1以及第二同步整流開關SR2。

請參閱圖2A~2D為本發明之控制方式可搭配應用的LLC諧振轉換器的第一至第四實施電路，復配合參閱圖1。以圖2B的初級側電路100-1與次級側電路100-2皆為全橋式(full-bridge)架構說明，初級側電路100-1包括組成切換電路1的第一開關橋臂12與第二開關橋臂14，以及諧振槽2。第一開關橋臂12接收輸入電壓Vin，且包括串聯耦接的第一開關Q1與第二開關Q2。控制單元5提供第一控制訊號Sc1控制第一開關Q1，且提供第二控制訊號Sc2控制第二開關Q2。第二開關橋臂14並聯第一開關橋臂12，且包括串聯耦接的第三開關Q3與第四開關Q4。控制單元5提供第三控制信號Sc3控制第三開關Q3，且提供第四控制信號Sc4控制第四開關Q4。在本發明的應用中，第一控制訊號Sc1與第四控制信號Sc4為相同的控制信號，且第二控制訊號Sc2與第三控制信號Sc3為相同的控制信號。並且，第一控制訊號Sc1與第二控制訊號Sc2為相互交錯的控制訊號。相互交錯代表相位較佳為相差180度，且可為互補或不互補(例如但不限於，開關關斷的時間較長而導致訊號不互補，或者兩訊號之間具有死區時間等)的訊號。諧振槽2耦接於第一開關橋臂12與第二開關橋臂14之間，且主要由諧振電感Lr、變壓器3的激磁電感(圖未示)以及諧振電容Cr所組成的LLC諧振槽。

次級側電路100-2包括組成同步整流單元4的第一同步整流橋臂42與第二同步整流橋臂44。第一同步整流橋臂42耦接變壓器3的次級側34，且包括串聯耦接的第一同步整流開關SR1與第二同步整流開關SR2。第二同步整流橋臂44並聯第一同步整流橋臂42，且包括串聯耦接的第三同步整流開關SR3與第四同步整流開關SR4，具體地，第一同步整流開關SR1與第二同步整流開關SR2的共接點與第三同步整流開關SR3與第四同步整流開關SR4的共接點分別耦接次級側34的兩端點。控制單元5提供第一整流控制訊號Ssr1控制第一同步整流開關SR1，提供第二整流控制訊號Ssr2控制第二同步整流開關SR2，提供第三整流控制訊號Ssr3控制第三同步整流開關SR3，提供第四整流控制訊號Ssr4控制第四同步整流開關SR4。第一整流控制訊號Ssr1與第四整流控制訊號Ssr4為相同的控制信號，且第二整流控制訊號Ssr2與第三整流控制訊號Ssr3為相同的控制信號。並且，第一整流控制訊號Ssr1與第二整流控制訊號Ssr2為相互交錯的控制信號。

其中，圖2C~2D所示LLC諧振轉換器100的初級側電路100-1係為半橋式(half-bridge)架構。圖2A、2C所示LLC諧振轉換器100的次級側電路100-2係為中心抽頭式(center-taped)架構。需特別說明的是，圖2A~2D中的元件、控制訊號，以及後面段落的控制說明，係以相同編號表示相同控制方式，在此不再加以贅述。

請參閱圖3為本發明控制單元的方塊示意圖，復配合參閱圖1~2D。為方便說明LLC諧振轉換器100的操作與控制原理，因此以圖2A所示的電路拓樸為例加以說明。控制單元5接收對應於LLC諧振轉換器100輸出電壓Vo的輸出電壓信號，且根據輸出電壓Vo的回授得到頻率控制命令Cf，以根據頻率控制命令Cf控制LLC諧振轉換器100中各控制訊號Sc的操作頻率Fsw。具體地，控制單元5通過比較單元52接收LLC諧振轉換器100的輸出電壓回授值Vo_fb與輸出電壓參考值Vo_ref。比較單元52將輸出電壓參考值Vo_ref與輸出電壓回授值Vo_fb進行比較後，得到電壓誤差值Ver。

控制單元5的電壓控制器54接收電壓誤差值Ver，且對電壓誤差值Ver進行運算可得到對應LLC諧振轉換器100中各控制訊號Sc操作頻率Fsw的頻率控制命令Cf。以電壓控制器54為比例-積分控制器(PI controller)為例，然不以此為限制本發明。電壓控制器54對電壓誤差值Ver進行比例與積分的線性組合運算，得到控制量，即頻率控制命令Cf。再者，為了確保頻率控制命令Cf不會高於控制命令量的最大值(即對應圖4A~4B最高頻率Fmax)或者低於控制命令量的最小值(即對應圖4A~4B最低頻率Fmin)，因此，透過頻率限制器56限制頻率控制命令Cf的上限值與下限值，以限制操作頻率Fsw的最高頻率Fmax與最低頻率Fmin。

控制單元5的訊號調製單元58包括頻率控制器582與頻率與相位控制器584，頻率控制器582用以根據頻率控制命令Cf調整第一控制訊號Sc1與第二控制訊號Sc2的操作頻率Fsw，且頻率與相位控制器584用以調整第一整流控制訊號Ssr1與第二整流控制訊號Ssr2的操作頻率Fsw以及相移量Vs。頻率控制器582與頻率與相位控制器584所產出的波形，經過比較器比較及邏輯電路的控制以後，產生的脈寬調變訊號即為相應於頻率控制命令Cf的第一控制訊號Sc1、第二控制訊號Sc2、第一整流控制訊號Ssr1及第二整流控制訊號Ssr2。其中，頻率控制器582與頻率與相位控制器584例如但不限於，也可調整第一控制訊號Sc1、第二控制訊號Sc2、第一整流控制訊號Ssr1及第二整流控制訊號Ssr2的佔空比。

請參閱圖4A~4B分別為本發明LLC諧振轉換器在第一控制方式與第二控制方式之頻率與相位示意圖，復配合參閱圖1~3。在圖4A中，當操作頻率Fsw(關聯於頻率控制命令Cf)高於控制單元5設定的相移頻率Fs且高於LLC諧振轉換器10的諧振頻率Fr時，LLC諧振轉換器10操作於第一模式M1。在此模式下，控制單元5控制第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw為變頻，且相移量Vs為0度。所述變頻所指的是操作頻率Fsw隨著輸入電壓Vin的變化而調整，且輸入電壓Vin的變化可通過輸出電壓Vo的回授而得知。相移量Vs則是指整流控制訊號Ssr1,Ssr2比控制訊號Sc1,Sc2提前導通的相位差，其變化範圍可由0度到180度之間，其中，相移量Vs為0度是指兩個訊號同時導通。由於第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2分別與第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1為相互交錯的訊號，故其操作頻率Fsw與相移量Vs如同第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1。其中，輸入電壓Vin越低，則LLC諧振轉換器10的操作模式會由第一模式M1逐漸的往第四模式M4移動。即代表著，操作頻率Fsw會越低，且相移量Vs在適當時機會由0度逐漸調高。

當操作頻率Fsw高於相移頻率Fs但低於諧振頻率Fr時，LLC諧振轉換器10操作於第二模式M2。在此模式下，控制單元5控制第一控制訊號 Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw為變頻，且相移量Vs為0度(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。同時，控制單元5限制第一整流控制信號Ssr1與第二整流控制信號Ssr2的佔空比不超過諧振週期，以避免開關動作時，次級側電路100-2的能量回灌至初級側電路100-1。

當操作頻率Fsw低於相移頻率Fs且高於控制單元5預設的頻率閾值Ft時LLC諧振轉換器10操作於第三模式M3。在此模式下，控制單元5控制第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw為變頻，且根據輸入電壓Vin的變化而調整相移量Vs(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。因此，隨著操作頻率Fsw越來越低，相移量Vs會隨之由0度逐漸調高。其中，相移量Vs可以為超前或是滯後。意即，控制單元5可根據操作頻率Fsw低至頻率閾值Ft而控制第一整流控制信號Ssr1的相位超前第一控制信號Sc1，或控制第一控制信號Sc1的相位滯後第一整流控制信號Ssr1(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。

當操作頻率Fsw持續降低到等於控制單元5預設的頻率閾值Ft時LLC諧振轉換器10操作於第四模式M4。在此模式下，控制單元5控制第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw等於頻率閾值Ft，且仍然根據輸入電壓Vin的變化而調整相移量Vs(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。因此，雖然控制單元5內部所計算出的電壓誤差值Ver可能不斷的提高，但能夠通過於電壓控制器54或是訊號調製單元58設定對應頻率閾值Ft的大小來限制住操作頻率Fsw。相移量Vs則是根據輸入電壓Vin的降低而逐漸的調高，直到LLC諧振轉換器100失效前的最大相移量Vmax為止。其中，最大相移量Vmax也可由控制單元5另行設定。

在圖4B中，LLC諧振轉換器10操作於第一模式M1至第三模式M3的曲線皆與圖4A相同，在此不再加以贅述。直到相移量Vs由第三模式M3中的0度逐漸增加至控制單元5預設的相移閾值Vt時，LLC諧振轉換器10操作於第四模式M4’。在此模式下，控制單元5控制第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw為變頻，且控制相移量Vs固定並等於相移閾值Vt(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。相移閾值Vt點位所對應的頻率閾值Ft’則是根據控制單元5而定，但其僅為當下點位的操作頻率Fsw。

因此，雖然控制單元5內部所計算出的電壓誤差值Ver可能不斷的提高而使得操作頻率Fsw不斷的降低，但能夠通過於頻率與相位控制器584設定對應相移閾值Vt的大小來限制住相移量Vs。操作頻率Fsw則是根據輸入電壓Vin的降低而逐漸的調低，直到LLC諧振轉換器100失效前的最低頻率Fmin為止。其中，最低頻率Fmin也可由控制單元5另行設定。

請參閱圖5A~5C分別為本發明LLC諧振轉換器操作於第一模式至第四模式下的控制訊號的示意圖，復配合參閱圖1~4B。在圖5A中的第一模式M1，控制單元5提供的第一控制信號Sc1與第一整流控制信號Ssr1為相位相同的變頻信號。同時，第二控制信號Sc2與第二整流控制信號Ssr2為相位相同的變頻信號。因此，第一控制信號Sc1與第一整流控制信號Ssr1的導通信號上升沿的相移量Vs為0度，並且第二控制信號Sc2與第二整流控制信號Ssr2的導通信號上升沿的相移量Vs亦為0度。

在圖5B中的第二模式M2，控制單元5提供的第一控制信號Sc1與第一整流控制信號Ssr1為相位相同的變頻信號。同時，第二控制信號Sc2與第二整流控制信號Ssr2為相位相同的變頻信號。亦即，第一控制信號Sc1與第一整流控制信號Ssr1的導通信號上升沿的相移量Vs為0度，並且第二控制信號Sc2與第二整流控制信號Ssr2的導通信號上升沿的相移量Vs亦為0度。在此模式中，控制單元5限制第一整流控制信號Ssr1與第二整流控制信號Ssr2的佔空比(責任週期、duty cycle)不超過諧振週期。諧振週期係為諧振頻率Fr的倒數，即為1/Fr。

在圖5C中的第三模式M3與第四模式M4，控制單元16根據輸入電壓Vin的變化而調整第一控制信號Sc1與第一整流控制信號Ssr1的相移量Vs。同時，調整第二控制信號Sc2與第二整流控制信號Ssr2的相移量Vs。亦即，第一控制信號Sc1與第一整流控制信號Ssr1的導通信號上升沿的相移量Vs隨著頻率越低相移量Vs越大，例如圖5C中的相移量Vs係以特定角度α(對應相移量Vs的大小)表示，α為0~180且大於0的任意數。值得一提，控制單元5控制第一整流控制信號Ssr1的相位超前第一控制信號Sc1的相位。具體控制方式是藉由控制第一同步整流開關SR1的導通週期增大，以達到第一整流控制信號Ssr1的導通信號上升沿相位超前(由原本的時間0超前為時間t1’’，即超前特定角度α)。第二控制信號Sc2與第二整流控制信號Ssr2的控制方式亦是如此，在此不再加以贅述。

因此，當操作頻率Fsw低於相移頻率Fs時，控制單元5限制佔空比高於諧振週期，以使其相位可產生超前的現象。藉由此控制方式，使得LLC諧振轉換器10於輸入電壓Vin不足導致輸出電壓Vo開始往下掉時，其輸出電壓Vo仍能在一段維持時間內維持在特定電壓以上，使得後端耦接的電子產品(負載200)有足夠的時間反應，並進行斷電前資料的完整儲存或備份。

請參閱圖6為本發明LLC諧振轉換器的控制方法的流程圖，復配合參閱圖1~5C。LLC諧振轉換器100的電路架構如圖2A~2D所示，且控制方法包括：根據輸出電壓回授得到操作頻率(S100)。較佳的實施方式為，控制單元5接收輸出電壓的回授而決定第一開關Q1、第二開關Q2、第一同步整流開關SR1及第二同步整流開關SR2的操作頻率Fsw。然後，根據該操作頻率調整第一控制訊號與第一整流控制訊號的相移量，且根據操作頻率調整第二控制訊號與第二整流控制訊號的相移量(S120)。較佳的實施方式為，控制單元5根據操作頻率Fsw的變化而調整第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的相移量Vs，且第二控制訊號Sc2與第二整流控制訊號Ssr2的相移量Vs亦是如此。

然後，判斷操作頻率是否低於相移頻率，以根據操作頻率低於相移頻率而控制操作頻率為變頻並調整該相移量(S140)。較佳的實施方式為，控制單元5判斷操作頻率Fsw是否低於相移頻率Fs。當操作頻率Fsw高於相移頻率Fs時，控制單元5控制第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw為變頻，且相移量Vs為0度(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。當操作頻率Fsw低於相移頻率Fs時，控制單元5控制第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw為變頻，且根據輸入電壓Vin的變化而調整相移量Vs(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。

其中，在操作頻率Fsw高於相移頻率Fs但低於諧振頻率Fr時，控制單元5限制第一整流控制信號Ssr1與第二整流控制信號Ssr2的佔空比不超過諧振週期，以避免開關動作時，次級側電路100-2的能量回灌至初級側電路100-1。然而，在操作頻率Fsw低於相移頻率Fs，控制單元5限制佔空比高於諧振週期，以使其相位可產生超前的現象。

最後，根據該操作頻率低至一頻率閾值而控制該操作頻率等於該頻率閾值並調整該相移量(S160)，或者根據該相移量高至一相移閾值而控制該相移量等於該相移閾值並控制該操作頻率為變頻(S180)。

在步驟(S160)的固定操作頻率Fsw中，較佳的實施方式為，控制單元5控制第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw等於頻率閾值Ft，且仍然根據輸入電壓Vin的變化而調整相移量Vs(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。控制單元5藉由控制第一同步整流開關SR1的導通週期增大，以達到第一整流控制信號Ssr1的導通信號上升沿相位超前，且同樣藉由控制第二同步整流開關SR2的導通週期增大，以達到第二整流控制信號Ssr2的導通信號上升沿相位超前。在步驟(S180)的固定相移量Vs中，較佳的實施方式為，控制單元5控制第一控制訊號Sc1與第一整流控制訊號Ssr1的操作頻率Fsw為變頻，且控制相移量Vs等於相移閾值Vt(第二控制訊號Sc與第二整流控制訊號Ssr2亦是如此)。

請參閱圖7A~7B分別為本發明LLC諧振轉換器在第一控制方法與第二控制方法的細部流程圖，復配合參閱圖1~6。如圖7A所示，LLC諧振轉換器100在固定操作頻率Fsw的控制方法包括：首先，接收對應輸出電壓的輸出電壓回授值與輸出電壓參考值，且比較輸出電壓回授值與輸出電壓參考值而產生電壓誤差值(S200)。然後，對電壓誤差值進行運算以得到對應操作頻率的頻率控制命令(S220)。其中，控制單元5可根據頻率控制命令Cf調製相互交錯的第一控制訊號Sc1與第二控制訊號Sc2，且根據頻率控制命令Cf調製對應於第一控制訊號Sc1的第一整流控制訊號Ssr1，以及根據頻率控制命令Cf調製對應於第二控制訊號Sc2的第二整流控制訊號Ssr2。其中，操作頻率Fsw係由頻率控制命令Cf而產生，因此可相應地進行控制方式之判斷。

然後，判斷操作頻率是否高於相移頻率(S240)。若是(即操作頻率Fsw高於相移頻率Fs)，則控制第一控制訊號與第二控制訊號的操作頻率為變頻，且控制第一整流控制訊號與第二整流控制訊號的操作頻率為變頻(S300)。若否(即操作頻率Fsw低於相移頻率Fs)，則判斷操作頻率是否高於頻率閾值(S260)。若是(即操作頻率Fsw高於頻率閾值Ft)，則控制第一控制訊號與第二控制訊號的操作頻率為變頻，且控制第一整流控制訊號與第二整流控制訊號的操作頻率為變頻並調整相移量(S320)。若否(即操作頻率Fsw低至頻率閾值Ft)，則控制第一控制訊號與第二控制訊號的操作頻率固定在頻率閾值，且控制第一整流控制訊號與第二整流控制訊號的操作頻率固定在頻率閾值並調整相移量(S340)。

如圖7B所示，LLC諧振轉換器100在固定相移量Vs的控制方法中，步驟(S200)~(S240)、(S300)~(S320)同於圖7A，差異在於步驟(S240)的判斷若否(即操作頻率Fsw低於相移頻率Fs)，則判斷相移量是否高至相移閾值(S260’)。若否則進入步驟(S320)。若是(即相移量Vs等於相移閾值Vt)，則控制第一控制訊號與第二控制訊號的操作頻率為變頻，且控制第一整流控制訊號與第二整流控制訊號的操作頻率為變頻並固定相移量為相移閾值(S340’)。

故此，利用圖7A與圖7B的控制方式，即可使得LLC諧振轉換器100於當輸入電壓Vin不足時，仍能在一段維持時間內維持在特定電壓以上，使得後端耦接的電子產品(負載200)有足夠的時間反應，並進行斷電前資料的完整儲存或備份。

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，皆應包括於本發明之範疇中，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。

S100~S180:步驟

Claims

一種LLC諧振轉換器，包括：一切換電路，包括一第一開關與一第二開關；一諧振槽，耦接該切換電路；一變壓器，包括一初級側與一次級側，該初級側耦接該諧振槽；一同步整流單元，耦接該次級側，包括一第一同步整流開關與一第二同步整流開關；及一控制單元，根據該諧振轉換器的一輸出電壓分別提供一第一控制訊號控制該第一開關、一第二控制訊號控制該第二開關、一第一整流控制訊號控制該第一同步整流開關以及一第二整流控制訊號控制該第二同步整流開關；該第一控制訊號與該第一整流控制訊號具有一操作頻率及一相移量，且該第二控制訊號與該第二整流控制訊號具有該操作頻率及該相移量；其中，該控制單元根據該操作頻率低於一相移頻率而控制該操作頻率為變頻並調整該相移量，且根據該操作頻率低至一頻率閾值而控制該操作頻率等於該頻率閾值並調整該相移量。
如請求項1所述之LLC諧振轉換器，其中該控制單元根據該操作頻率高於該相移頻率但低於一諧振頻率而限制該第一整流控制信號與該第二整流控制信號的一佔空比不超過一諧振週期。
如請求項2所述之LLC諧振轉換器，其中該控制單元根據該操作頻率低於該相移頻率而限制該佔空比高於該諧振週期。
如請求項1所述之LLC諧振轉換器，其中該控制單元根據該操作頻率低至該頻率閾值而控制使該第一整流控制信號的相位超前該第一控制信號的相位，且控制使該第二整流控制信號的相位超前該第二控制信號的相位。
如請求項1所述之LLC諧振轉換器，其中該控制單元包括：一比較單元，接收對應該輸出電壓的一輸出電壓回授值與一輸出電壓參考值，比較該輸出電壓回授值與該輸出電壓參考值產生一電壓誤差值；一電壓控制器，接收該電壓誤差值，對該電壓誤差值進行運算以得到對應該操作頻率的一頻率控制命令；及一訊號調製單元，根據該頻率控制命令調製相互交錯的該第一控制訊號與該第二控制訊號，且根據該頻率控制命令調製對應於該第一控制訊號的該第一整流控制訊號，以及根據該頻率控制命令調製對應於該第二控制訊號的該第二整流控制訊號。
如請求項1所述之LLC諧振轉換器，其中該切換電路包括由該第一開關與該第二開關組成的一第一開關橋臂，以形成一半橋式電路架構。
如請求項1所述之LLC諧振轉換器，其中該切換電路包括由該第一開關與該第二開關組成的一第一開關橋臂，及由一第三開關與一第四開關組成的一第二開關橋臂，以形成一全橋式電路架構。
如請求項1所述之LLC諧振轉換器，其中該變壓器為中心抽頭式架構，且該第一同步整流開關與該第二同步整流開關分別耦接該變壓器之兩端。
如請求項1所述之LLC諧振轉換器，其中該變壓器耦接由該第一同步整流開關與該第二同步整流開關組成的一第一同步整流橋臂，以及由一第三同步整流開關與一第四同步整流開關組成的一第二同步整流橋臂，以形成一全橋式整流電路架構。
一種LLC諧振轉換器，包括：一切換電路，包括一第一開關與一第二開關；一諧振槽，耦接該切換電路；一變壓器，包括一初級側與一次級側，該初級側耦接該諧振槽；一同步整流單元，耦接該次級側，包括一第一同步整流開關與一第二同步整流開關；及一控制單元，根據該諧振轉換器的一輸出電壓分別提供一第一控制訊號控制該第一開關、一第二控制訊號控制該第二開關、一第一整流控制訊號控制該第一同步整流開關以及一第二整流控制訊號控制該第二同步整流開關，該第一控制訊號與該第一整流控制訊號具有一操作頻率及一相移量，且該第二控制訊號與該第二整流控制訊號具有該操作頻率及該相移量；其中，該控制單元根據該操作頻率低於一相移頻率而控制該操作頻率為變頻並調整該相移量，且根據該相移量高至一相移閾值而控制該相移量等於該相移閾值並控制該操作頻率為變頻。
如請求項10所述之LLC諧振轉換器，其中該控制單元根據該操作頻率高於該相移頻率但低於一諧振頻率而限制該第一整流控制信號與該第二整流控制信號的一佔空比不超過一諧振週期。
如請求項11所述之LLC諧振轉換器，其中該控制單元根據該操作頻率低於該相移頻率而限制該佔空比高於該諧振週期。
一種LLC諧振轉換器的控制方法，其中該諧振轉換器包括一切換電路、一變壓器及一同步整流單元，該切換電路包括由一第一控制信號控制的一第一開關與由一第二控制信號控制的一第二開關，且該同步整流單元包括由一第一整流控制信號控制的一第一同步整流開關與由一第二整流控制信號控制的一第二同步整流開關，該第一控制信號、該第二控制信號、該第一整流控制信號及該第二整流控制信號具有一操作頻率；該控制方法包括：根據一輸出電壓回授得到該操作頻率；根據該操作頻率調整該第一控制訊號與該第一整流控制訊號的一相移量以及該第二控制訊號與該第二整流控制訊號的該相移量；判斷該操作頻率是否低於一相移頻率；根據該操作頻率低於該相移頻率而控制該操作頻率為變頻並調整該相移量；及(a1)根據該操作頻率低至一頻率閾值而控制該操作頻率等於該頻率閾值並調整該相移量；或(a2)根據該相移量高至一相移閾值而控制該相移量等於該相移閾值並控制該操作頻率為變頻。
如請求項13所述之LLC諧振轉換器的控制方法，更包括：根據該操作頻率高於該相移頻率但低於一諧振頻率而限制該第一整流控制信號與該第二整流控制信號的一佔空比不超過一諧振週期。
如請求項14所述之LLC諧振轉換器的控制方法，更包括：根據該操作頻率低於該相移頻率而限制該佔空比高於該諧振週期。
如請求項13所述之LLC諧振轉換器的控制方法，其中步驟(a1)包括：根據該操作頻率低至該頻率閾值而控制使該第一整流控制信號的相位超前該第一控制信號的相位，且控制使該第二整流控制信號的相位超前該第二控制信號的相位。
如請求項13所述之LLC諧振轉換器的控制方法，更包括：接收對應該輸出電壓的一輸出電壓回授值與一輸出電壓參考值，且比較該輸出電壓回授值與該輸出電壓參考值而產生一電壓誤差值；對該電壓誤差值進行運算以得到對應該操作頻率的一頻率控制命令；根據該頻率控制命令調製相互交錯的該第一控制訊號與該第二控制訊號；及根據該頻率控制命令調製對應於該第一控制訊號的該第一整流控制訊號，且根據該頻率控制命令調製對應於該第二控制訊號的該第二整流控制訊號。