不对称直流对直流变换器的控制方法及控制模块

摘要

本发明是有关于一种不对称直流对直流变换器的控制方法，用于一控制一不对称直流对直流变换器的控制模块，不对称直流对直流变换器包括一第一开关、一第二开关及一变压电路，第一开关与第二开关分别受一第一控制信号与一第二控制信号驱动，变压电路具有一一次侧线圈及一具有一第一线圈及一第二线圈的二次侧线圈，且第一线圈与第二线圈的匝数比不等于一，本控制方法首先取样不对称直流对直流变换器的一输出电流；接着将输出电流与一参考电流进行比较；再根据该比较结果产生第一控制信号及第二控制信号，且第一控制信号与第二控制信号的占空比相加为一。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别是涉及一种用于不对称直流对直流变换器的控制方法。 

背景技术

不对称直流对直流(DC/DC)变换器是一种采用互补控制技术的变换器，其拥有开关电压应力小、结构简单等优点，且配合同步整流技术，可降低整流时所造成的耗损问题，获得较高的转换效率，所以适合高频操作。 

参阅图1，为现有不对称半桥直流对直流变换器900，与对称变换器不同的是，控制第一功率开关Q1及第二功率开关Q2启闭的驱动信号会为互补，使得第一功率开关Q1及第二功率开关Q2的导通时间相互错开。但是，此不对称的互补控制的特性会使不对称半桥直流对直流变换器900出现直流偏磁的缺失，当负载RL越重时，不对称半桥直流对直流变换器900所产生的偏磁电流(biasing current)则越大，为了减小直流偏磁的影响，必须降低一次侧电感Lm的电感量或是加大磁芯(图未示)，但此作法会影响转换效率或是减小功率密度。虽然，采用不对称的匝比可以减小偏磁电流，但会导致输出电感Lo的纹波电流(ripple current)增加，轻载时，反向流动的电感电流将使同步整流管的电压尖峰增加，降低了不对称半桥直流对直流变换器900的可靠性。 

因此，如何使不对称直流对直流(DC/DC)变换器在各种不同的负载RL下，能够自适应的选择工作模态，克服偏磁电流大或者纹波电流大的缺陷，为本发明的设计重点。 

由此可见，上述现有的不对称半桥直流对直流变换器在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种可兼具体积小、成本低且使用时可具有全方位调整功能的新型结构的不对称直流对直流变换器的控制方法及控制模块，亦成为当前业界极需改进的目标。 

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的不对称半桥直流对直流变换器存在的 缺陷，而提供一种新型结构的不对称直流对直流变换器的控制方法及控制模块，所要解决的技术问题是使其提供一种可以降低偏磁电流与纹波电流的不对称直流对直流变换器的控制方法，从而更加适于实用。 

本发明的另一目的在于，提供一种不对称直流对直流变换器的控制方法及控制模块，所要解决的技术问题是使其提供一种可以降低偏磁电流与纹波电流的不对称直流对直流变换器的控制模块，从而更加适于实用。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种不对称直流对直流变换器的控制方法，应用于一控制一不对称直流对直流变换器的控制模块，该不对称直流对直流变换器包括一第一开关、一第二开关及一变压电路，该第一开关与该第二开关分别受一第一控制信号与一第二控制信号驱动而使该不对称直流对直流变换器产生稳定的电压输出，且该变压电路具有一一次侧线圈及一二次侧线圈，该二次侧线圈具有一第一线圈及一第二线圈，该第一线圈与该第二线圈的匝数比不等于一，其中：该控制方法包含以下步骤：(A)取样该不对称直流对直流变换器的一输出电流；(B)将该输出电流与一参考电流进行比较；及(C)根据该比较结果产生该第一控制信号及该第二控制信号，且该第一控制信号与该第二控制信号的占空比相加为一。 

本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。 

前述的不对称直流对直流变换器的控制方法，其中所述的若该第一线圈与该第二线圈的匝数比大于一，且于该步骤(B)中比较出该输出电流大于该参考电流，则该步骤(C)中，控制该第一控制信号的占空比为一第一占空比，且控制该第二控制信号的占空比为一第二占空比，该第一占空比与该第二占空比相加为一。 

前述的不对称直流对直流变换器的控制方法，其中所述的于该步骤(B)中比较出该输出电流小于该参考电流，则该步骤(C)中，控制该第一控制信号的占空比为该第二占空比，且控制该第二控制信号的占空比为该第一占空比。 

前述的不对称直流对直流变换器的控制方法，其中所述的若该第一线圈与该第二线圈的匝数比小于一，且于该步骤(B)中比较出该输出电流大于该参考电流，则该步骤(C)中，控制该第一控制信号的占空比为一第二占空比，且控制该第二控制信号的占空比为一第一占空比，该第一占空比与该第二占空比相加为一。 

前述的不对称直流对直流变换器的控制方法，其中所述的于该步骤(B)中比较出该输出电流小于该参考电流，则该步骤(C)中，控制该第一控制信号的占空比为该第一占空比，且控制该第二控制信号的占空比为该第二占 空比。 

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种不对称直流对直流变换器的控制模块，用以控制一不对称直流对直流变换器，该不对称直流对直流变换器包括一第一开关、一第二开关及一变压电路，该第一开关与该第二开关分别受一第一控制信号与一第二控制信号驱动而使该不对称直流对直流变换器产生稳定的电压输出，且该变压电路具有一一次侧线圈及一二次侧线圈，该二次侧线圈具有一第一线圈及一第二线圈，该第一线圈与该第二线圈的匝数比不等于一，其中该控制模块包含：一比较器，耦接于该不对称直流对直流变换器的一输出端，并取样该不对称直流对直流变换器的一输出电流，且将该输出电流与一参考电流进行比较；及一脉冲调变电路，耦接于该比较器，该脉冲调变电路根据该比较器的比较结果产生该第一控制信号及该第二控制信号，且该第一控制信号与该第二控制信号的占空比相加为一。 

本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。 

前述的不对称直流对直流变换器的控制模块，其中所述的若该一次侧线圈与该二次侧线圈的匝数比大于一，且该比较器比较出该输出电流大于该参考电流，则该脉冲调变电路调变该第一控制信号的占空比为一第一占空比，且调变该第二控制信号的占空比为一第二占空比，该第一占空比与该第二占空比相加为一。 

前述的不对称直流对直流变换器的控制模块，其中所述的于该比较器比较出该输出电流小于该参考电流，则该脉冲调变电路调变该第一控制信号的占空比为该第二占空比，且调变该第二控制信号的占空比为该第一占空比。 

前述的不对称直流对直流变换器的控制模块，其中所述的若该一次侧线圈与该二次侧线圈的匝数比小于一，且于该比较器比较出该输出电流大于该参考电流，则该脉冲调变电路调变该第一控制信号的占空比为一第二占空比，且调变该第二控制信号的占空比为一第一占空比，该第一占空比与该第二占空比相加为一。 

前述的不对称直流对直流变换器的控制模块，其中所述的于该比较器比较出该输出电流小于该参考电流，则该脉冲调变电路调变该第一控制信号的占空比为该第一占空比，且调变该第二控制信号的占空比为该第二占空比。 

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明不对称直流对直流变换器的控制方法，应用于一控制一不对称直流对直流变换器的控制模块，该不对称直流对直流变换器包括一第一开关、一 第二开关及一变压电路，第一开关与第二开关分别受一第一控制信号与一第二控制信号驱动而使不对称直流对直流变换器产生稳定的电压输出，且变压电路具有一一次侧线圈及一二次侧线圈，该二次侧线圈具有一第一线圈及一第二线圈，且第一线圈与第二线圈的匝数比不等于一。控制方法包含以下步骤：(A)取样不对称直流对直流变换器的一输出电流；(B)将输出电流与一参考电流进行比较；及(C)根据该比较结果产生第一控制信号及第二控制信号，且第一控制信号与第二控制信号的占空比相加为一。 

本发明不对称直流对直流变换器的控制模块，用以控制一不对称直流对直流变换器，该不对称直流对直流变换器包括一第一开关、一第二开关及一变压电路，该第一开关与该第二开关分别受一第一控制信号与一第二控制信号驱动而使该不对称直流对直流变换器产生稳定的电压输出，且该变压电路具有一一次侧线圈及一二次侧线圈，该二次侧线圈具有一第一线圈及一第二线圈，该第一线圈与该第二线圈的匝数比不等于一，该控制模块包含：一比较器，耦接于该不对称直流对直流变换器的一输出端，并取样该不对称直流对直流变换器的一输出电流，且将该输出电流与一参考电流进行比较；及一脉冲调变电路，耦接于该比较器，该脉冲调变电路根据该比较器的比较结果产生该第一控制信号及该第二控制信号，且该第一控制信号与该第二控制信号的占空比相加为一。可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：可使不对称直流对直流变换器在各种不同的负载下，能拥有较小的偏磁电流或纹波电流，改善了不对称直流对直流变换器本身的缺失。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。 

附图说明

图1是说明现有不对称半桥直流对直流变换器； 

图2是说明本发明用于直流对直流变换器的控制方法的较佳实施例； 

图3是说明不对称直流对直流变换器的控制模块的电路方框示意图； 

图4是说明第一控制信号CS1的占空比为第一占空比D时，变压电路的偏磁电流及输出电感的纹波电流的特性曲线； 

图5是第一控制信号CS1的占空比为第二占空比D’时，变压电路的偏磁电流及输出电感的纹波电流的特性曲线。 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的不对称直流对直流变换器的控制方法及控制模块其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。 

参阅图2及图3，为本发明直流对直流变换器的控制方法的较佳实施例，应用于一控制一不对称直流对直流(DC/DC)变换器100的控制模块200，且主要可应用于台式机电脑、工作站电源、游戏机电源、液晶显示器电源、分散式电源系统等产品中。 

在本实施例中，不对称直流对直流变换器100为一不对称半桥直流对直流变换器，其中包括一第一开关Q1、一与第一开关Q1连接的第二开关Q2，及一变压电路10，第一开关Q1与第二开关Q2分别受一第一控制信号CS1与一第二控制信号CS2驱动，使得不对称直流对直流变换器100对一负载RL产生稳定的输出电压Vo；变压电路10具有一一次侧线圈11及一二次侧线圈12，二次侧线圈12具有一第一线圈S1及一第二线圈S2。当然，不对称直流对直流变换器100也可为一不对称全桥直流对直流变换器，并不以本实施例为限。 

控制模块200包括一比较器210及一耦接于比较器的脉宽调变电路(PWM)220，比较器210的一端耦接于不对称直流对直流变换器100的输出端，用以接收不对称直流对直流变换器100的一输出电流Io，比较器210的另一端则接收一参考电流Iref，用于与输出电流Io进行比较，以判断负载RL的轻重；脉宽调变电路220根据比较器210的比较结果产生可驱动第一开关Q1及第二开关Q2的第一控制信号CS1与第二控制信号CS2，在本实施例中，第一控制信号CS1与第二控制信号CS2为互补，也就是说，第一控制信号CS1的占空比(duty cycle)为一第一占空比D时，第二控制信号CS2的占空比会为一第二占空比D’，且第一占空比D与第二占空比D’相加为一，即D’＝1-D；相反地，若第一控制信号CS1的占空比为第二占空比D’，第二控制信号CS2的占空比即为第一占空比D。 

配合参阅图4及图5，分别为第一控制信号CS1的占空比为第一占空比D及第二占空比D’时，变压电路10的偏磁电流(biasing current)Im及输出电感Lo的纹波电流(ripple current)ΔIo的特性曲线，其中横轴为二次侧线圈的匝数比n，即第一线圈匝数NS1与一第二线圈匝数NS2的比值(n＝NS1/NS2)；纵轴则为电流。由图4及图5可知，变压电路10的偏磁电流Im及输出电感Lo的纹波电流ΔIo会随着第一控制信号CS1的占空比及二次侧线圈的匝数比n的改变而变化，也就是说，当二次侧线圈的匝数比n决定后，改变第一控制信号CS1的占空比即可控制变压电路10的偏磁电流Im及输出电感Lo的纹波电流ΔIo。 

因此，以下将配合图2及图3详细说明控制模块200如何控制第一控制信号CS1及第二控制信号CS2的占空比，以降低变压电路10的偏磁电流及输出电感Lo的纹波电流。在此，首先假设二次侧线圈的匝数比n大于一，也就是第一线圈匝数NS1大于第二线圈匝数NS2。 

如步骤S10及步骤S20，比较器210取样不对称直流对直流变换器100的输出电流Io，并将该输出电流Io与参考电流Iref进行比较，以判断负载RL的状态，若输出电流Io大于参考电流Iref，则表示不对称直流对直流变换器100处于一重载状态(即较大负载RL)，脉宽调变电路220会执行步骤S31，产生占空比为第一占空比D的第一控制信号CS1，以及占空比为第二占空比D’(＝1-D)的第二控制信号CS2，即操作在图4的A1点，以降低变压电路10的偏磁电流。 

相反地，若输出电流Io小于参考电流Iref，则表示不对称直流对直流变换器100处于一轻载状态(即较小负载RL)，为了降低输出电感Lo的纹波电流，脉宽调变电路220会执行步骤S32，将第一控制信号CS1的占空比调变为第二占空比D’(＝1-D)，且将第二控制信号CS2的占空比调变为第一占空比D，即操作在图5的A2点。 

若二次侧线圈的匝数比n小于一，也就是第一线圈匝数NS1小于第二线圈匝数NS2时，比较器210同样会取样不对称直流对直流变换器100的输出电流Io，并将该输出电流Io与参考电流Iref进行比较，如步骤S10及S20。配合参阅图5，若输出电流Io大于参考电流Iref，则表示不对称直流对直流变换器100处于重载状态，同样地，为了降低变压电路10的偏磁电流，脉宽调变电路220会执行步骤S33，产生第一控制信号CS1及第二控制信号CS2，且第一控制信号CS1的占空比为第二占空比D’(＝1-D)，第二控制信号CS2的占空比为第一占空比D，即操作在图5的A3点。 

配合参阅图4，若二次侧线圈的匝数比n小于一且输出电流Io小于参考电流Iref时，脉宽调变电路220会执行步骤S34，将第一控制信号CS1的占空比调变为第一占空比D，且将第二控制信号CS2的占空比调变为第二占空比D’(＝1-D)，即操作在图4的A4点，以降低输出电感Lo的纹波电流。 

整体来说，控制模块200根据不对称直流对直流变换器100的输出功率(本实施例是取样输出电流Io，但也可以取样输出电压Vo)，配合负载RL的变化而将第一控制信号CS1及第二控制信号CS2的占空比互换，使得不对称直流对直流变换器100在轻载状态时，输出电感Lo的纹波电流可以减小，且在重载状态时，也可以降低变压电路10的偏磁电流，因此，将可改善不对称直流对直流变换器100本身的缺失，且变压电路10的体积可以减小，提高不对称直流对直流变换器100的功率密度，若变压电路10为同步整流时，整流管的电压应力较小，可靠性提高。 

此外，特别说明的是，二次侧线圈12的匝数比n的选择是根据不对称直流对直流变换器100的使用需求而决定，其匝数比并不设限，只要二次侧线圈12的匝数比n不等于一，皆可以通过本控制方法在不同负载RL的变化下，取得较低的纹波电流或偏磁电流。 

综上所述，本发明用于直流对直流变换器的控制方法，借由取样不对称直流对直流变换器100的输出电流Io，以根据负载RL的变化而控制第一控制信号CS1及第二控制信号CS2的占空比互换，使得不对称直流对直流变换器100不管于轻载或重载状态下，皆可拥有较低的纹波电流及偏磁电流，不仅改善不对称直流对直流变换器100本身的缺失，也可以减小变压电路10的体积，提高不对称直流对直流变换器100的功率密度，所以确实能达成本发明的目的。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。