[发明专利]降低LLC谐振转换器的轻载与空载损耗的控制电路

说明书

现有技术无法有效率地解决LLC串联谐振转换器操作于轻载及空载时的切换损失；有鉴于此，本发明提出了能够有效降低LLC谐振转换器的轻载与空载损耗的一种控制电路，其仅由信号检出单元与控制器单元组成。其中，信号检出单元用以自LLC谐振转换器的变压器单元检出一次侧电流，而后将该一次侧电流转换成参考电压信号。如此，根据所述参考电压信号的准位变化，控制器单元便可基于占空比调降比例而适当地调降用以输入至LLC谐振转换器的功率开关单元的至少一个控制信号的占空比，由此减轻LLC谐振转换器操作于轻载与空载操作下的功率损耗并同时降低所述功率开关单元的工作温度。

技术领域

本发明是关于电子电路的技术领域，尤指能够有效降低操作于轻载或空载的LLC谐振转换器的切换损失的一种控制电路。

背景技术

切换式电源转换器(Switching-mode power supply,SMPS)的技术已被广泛地应用于制作各式电机与电子产品的电源供应器。并且，随着电子产品朝向轻薄短小的趋势发展，必须通过提升切换频率的方式来增加切换式电源转换器的功率密度，才能够有效地缩小切换式电源转换器的机构体积。可惜的是，在实际应用上发现，提升切换频率虽然可以令切换式电源转换器搭载体积小的磁性组件与电容器，但是却反而增加功率开关组件的切换损失并导致切换式电源转换器易受电磁干扰。

有鉴于此，具零电压切换(Zero voltage switching,ZVS)与零电流切换(Zerocurrent switching,ZCS)特色的LLC谐振转换器(LLC resonant converter)被提出。请参阅图1，显示现有的一种LLC串联谐振转换器的电路架构图。如图1所示，现有的LLC串联谐振转换器2’包括：耦接直流电源VDC’的功率开关单元23’、谐振单元24’、变压器单元25’、输出整流单元26’、以及低通滤波单元27’。值得注意的是，死循环控制模块1’连接于该LLC串联谐振转换器2’的输出端与该功率开关单元23’之间。并且，由图1可以得知所述死循环控制模块1’主要包括信号检出单元11’、控制器单元12’、与驱动单元13’。

为了控制LLC串联谐振转换器2’提供稳定输出至负载3’，死循环控制模块1’根据输出电流和/或输出电压而交替且对应地输入第一控制信号与第二控制信号至功率开关单元23’内部的第一功率开关与第二功率开关。值得说明的是，两个控制信号之间具有间隔时间，称为死区时间(dead time)。并且，当LLC串联谐振转换器2’操作于轻载时，死循环控制模块1’通常通过提升功率开关单元23’的切换频率来稳定LLC串联谐振转换器2’的输出电流/电压；然而，当功率开关单元23’进行高频切换时，LLC串联谐振转换器2’的输出电压会受到杂散电容效应的影响而升高。因此，为了解决LLC串联谐振转换器2’操作于轻载或空载所衍生的切换损失的问题，一些学者及电源转换器制造商提出了几种改善方法。

第一种方法是当LLC串联谐振转换器2’操作在轻载或空载时，增加一个假负载(dummy load)以减缓杂散电容效应。可惜的是，额外增加的负载不仅降低了LLC串联谐振转换器2’的转换效率，同时也导致LLC串联谐振转换器2’的整体体积的增加。另一方面，第二种方法是在变压器单元25’一次侧加装一个丛发模式控制器(burst mode controller)，用以控制处于轻载状态下的LLC串联谐振转换器2’操作于丛发模式。值得说明的是，通过特殊设计使得一个周期性的控制信号同时包括长的闲置区间(long idle periods)与高频切换区间，使得功率开关于所述长的空闲时间内进入关闭状态(OFF state)，并在所述高频切换区间执行接近定频的高频切换。通过这样的特殊设计，使得功率开关的“平均切换频率”被合理地降低，进而能够有效地减少切换损失(switching loss)。