[发明专利]电源转换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明有关一种电源转换器及其控制方法，尤指一种用于行动载具的充电装置的电源转换器及其控制方法。

背景技术

现今，行动载具发展已朝向无污染、高效能的电动驱动时。然而作为电动驱动的能源必须通过电池以作为能源储存的容器，使得能源能被储存到电池中。通过将能源，例如火力、水力、风力、热能、太阳能以及核能…等转换成电能后，才能够将电能做适当地转换后储存在电池中。然而，在电能转换的过程，必须考虑到安全性、高效能以及便利性等问题。

请参见图1，为现有技术的行动载具充电装置的方块示意图。如图所示，该充电装置10A接收一外部交流电压Vs，并转换该外部交流电压Vs为一直流输出电压Vo，以对一充电电池20A进行充电。

该充电装置10A包含一电磁干扰滤波器102A、一功率因数校正器104A、一隔离型电源转换器106A(isolated DC-to-DC converter)以及一非隔离型电源转换器108A(non-isolated DC-to-DC converter)。该电磁干扰滤波器102A接收该外部交流电源Vs，以消除该交流电源Vs的噪声，并防止传导性电磁噪声的干扰。该功率因数校正器104A电性连接该电磁干扰滤波器102A，以改善转换后的直流电源的功率因数。该隔离型电源转换器106A电性连接该功率因数校正器104A，以转换并输出该功率因数校正器104A输出的直流电压所产生的能量。该非隔离型电源转换器108A电性连接该隔离型电源转换器106A，以提供不同直流输出电压Vo电平的转换与调整，进而输出该充电电池20A所需的充电电压电平。

值得一提，现行实务应用上，该隔离型电源转换器106A主要采用LLC全桥串联谐振式转换器(LLC full-bridge series resonant converter)。谐振式转换器是通过谐振电路与频率调变的方式，并依照负载特性使得电流相位落后电压相位，以达到零电压切换；或是若电流相位超前电压相位，则能达到零电流切换。传统谐振型转换器主要分为串联谐振、并联谐振以及串并联谐振。虽然这三种电路架构都能达到零电压或零电流切换，但对串联谐振转换器来说，在轻载操作情况下，将会导致无法调整输出电压，而产生稳压上的问题。LLC谐振式转换器是由半桥式或全桥式转换器与串联谐振电路结合演变而来，正常工作电压操作时，功率开关的工作周期(duty cycle)操作于接近50％的互补信号，并且通过切换频率的调变来达到输出电压稳定。

配合参见图2为现有技术的LLC全桥串联谐振式转换器的方块示意图。该隔离型电源转换器106A的控制架构为开回路设计。由于开回路电路架构，其输出电压的稳压特性与负载大小、工作周期大小以及功率元件的导通压降有关，因此，当该隔离型电源转换器106A于轻载模式操作下，其输出电压会不断地向上提升，而造成较差的稳压特性。故此，为求在轻载时能达到稳压控制，所以，控制回路通常使用过电压保护(over-voltage protection)。

请参见图2为现有技术充电装置的电源转换器的电路方块示意图。该充电装置的电源转换器106A电性连接一直流输入电压(未标示)，以转换并输出该直流输入电压所产生的能量。该电源转换器106A包含一全桥式切换电路1061A、一谐振电路1062A、一变压器1063A、一过电压保护单元1064A、一脉冲宽度调变控制单元1065A以及一驱动单元1067A。

该全桥式切换电路1061A包含四个功率开关元件所组成的两桥臂(未标示)，以切换该直流输入电压为一方波电压(未图示)。该谐振电路1062A电性连接该全桥式切换电路1061A，以接收并转换该方波电压为一谐振电压(未图示)。其中，该谐振电路1062A包含一谐振电容Cr与两谐振电感(分别为一漏感Lr与一激磁电感(未图示))，所形成的一LLC谐振电路。该变压器1063A具有一输入侧与一输出侧，该输入侧电性连接该谐振电路1062A，以接收该谐振电压。其中，该输入侧包含至少一一次侧绕组(未标示)，该输出侧包含至少一二次侧绕组(未标示)。承上所述，该谐振电路1062A所包含的该谐振电感为该变压器1063A一次侧内部的漏感Lr与激磁电感。