專利名稱：多諧振軟開關(guān)變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多諧振變換器電路。更確切地說，本發(fā)明涉及的是一種五元件電流諧振 型軟開關(guān)變換器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的PWM斬波變換器，其功率元件工作于硬開關(guān)模式下，開關(guān)損耗大，效率低，難 以通過高頻化實現(xiàn)功率密度的提升，同時EMI特性較差，需要增加了很多濾波抑制單元，既 增加了成本，也降低了效率。諧振變換器利用諧振電路為功率元件創(chuàng)造了軟開關(guān)條件，降低了開關(guān)損耗。諧振變換器 中以二元件LLC電流諧振變換器(見圖1)最為典型，應(yīng)用最為普遍。相比于其它軟開關(guān)變換器，LLC變換器可以在整個負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)原邊MOSFET的零 電壓開通和副邊二極管的零電流關(guān)斷。這既降低了開關(guān)損耗，提高了效率，便于高頻化，提 高功率密度，同時也降低了元器件應(yīng)力，減小了EMI。LLC變換器的缺點由于LLC只有在諧振頻率附近工作效率最優(yōu)，因此往往將額定工作 點設(shè)置在諧振頻率點附近，當(dāng)輸入電壓降低或輸出電壓增大時，通過降低工作頻率來獲得較 大的增益；當(dāng)輸入電壓增大或輸出電壓降低時，通過提高工作頻率來獲得較低的增益。似在 諧振頻率之上，頻率對增益調(diào)節(jié)能力不夠，調(diào)節(jié)范圍較窄。即使能夠調(diào)節(jié)，工作頻率范圍也 會非常寬(見圖5)。因此，LLC變換器不適合寬電壓范圍應(yīng)用，包括寬輸入電壓范圍和寬 輸出電壓范圍。這在很大程度上限制了 LLC軟開關(guān)變換器的應(yīng)用。在許多需要寬電壓范圍應(yīng) 用的場合，現(xiàn)有LLC變換器難以獲得較好地應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提供一種能夠適應(yīng)寬電壓范 圍應(yīng)用的電流諧振型軟開關(guān)變換器。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的多諧振軟開關(guān)變換器，包 括對稱方波脈沖產(chǎn)牛電路、諧振電路和變壓器T1，其特征在于所述的諧振電路包括諧振電感 L1、諧振電容C1、勵磁電感Lm、輔助電感L2和輔助電容C2。作為本發(fā)明的進一步改進， 一個優(yōu)選的諧振電路的實施方式是所述的諧振電感L1和諧 振電容C1構(gòu)成串聯(lián)支路a，其一端接對稱方波脈沖產(chǎn)牛電路的輸出正端，另一端接勵磁電感 Lm的一端及變壓器T1原邊繞組的同名端；勵磁電感Lm的另一端接變壓器T1原邊繞組的非 同名端和輔助電容C2的一端；輔助電容C2的另一端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸出負(fù)端； 輔助電感L2與串聯(lián)支路a并聯(lián)。所述的諧振電路還可以采用下以的等效電路所述的諧振電感L1和諧振電容C1構(gòu)成串 聯(lián)支路a，其一端接對稱方波脈沖產(chǎn)牛電路的輸出正端，另一端接勵磁電感Lm的一端及變壓 器T1原邊繞組的同名端；勵磁電感Lm的另一端接變壓器T1原邊繞組的非同名端和輔助電 感L2的一端；輔助電感L2的另端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸出負(fù)端輔助電容C2與 串聯(lián)支路a并聯(lián)。所述的諧振電路還可以釆用下以的等效電路所述的諧振電感L1和諧振電容C1構(gòu)成串 聯(lián)支路a，其一端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸出正端，另一端接勵磁電感Lm的一端及變壓 器T1原邊繞組的同名端；勵磁電感Lm的另一端接變壓器T1原邊繞組的非同名端、輔助電 感L2和輔助電容C2的一端；輔助電感L2和輔助電容C2的另一端接對稱方波脈沖產(chǎn)牛電路 的輸出負(fù)端。所述的對稱方波脈沖產(chǎn)生電路可以采用半橋結(jié)構(gòu)、全橋結(jié)構(gòu)或推挽結(jié)構(gòu)。變壓器T1副邊 可以采用中心抽頭整流結(jié)構(gòu)、全橋整流結(jié)構(gòu)、倍壓整流結(jié)構(gòu)或鉗位整流結(jié)構(gòu)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1、 由于增加了輔助單元，在艽諧振頻率附近，諧振單元阻抗快速變化，直至無窮大，因 此實現(xiàn)了增益調(diào)節(jié)，為寬電壓范圍應(yīng)用實現(xiàn)了可能；2、 減小了工作頻率范圍，容易實現(xiàn)控制保護和優(yōu)化效率；3、 由增益曲線(見圖6)可以看出，通過適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)計，可以引入了高次諧波(比如 二次諧波)，使電流波形更接近方波，從而降低電流的有效值，提高效率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中LLC諧振變換器電路圖。圖2為本發(fā)明提出的諧振變換器電路功能框圖。圖3為本發(fā)明提出的基于阻抗等效的諧振變換器電路功能框圖。 圖4為本發(fā)明提出的基于阻抗等效的諧振變換器電路功能框圖。圖5為傳統(tǒng)LLC的增益Gain隨標(biāo)幺化頻率Fs/Fr的變化曲線。圖6為本發(fā)明提出的變換器增益Gain隨標(biāo)幺化頻率Fs/Fr的變化曲線。圖7為具體實施例1原邊采用半橋結(jié)構(gòu)，副邊采用中心抽頭整流的電路圖。圖8為具體實施例2，在實施例1基礎(chǔ)上基于阻抗等效的電路圖。圖9為具體實施例3，在實施例1基礎(chǔ)上基于阻抗等效的電路圖。圖10為具體實施例4原邊采用全橋結(jié)構(gòu)，副邊采用中心抽頭整流的電路圖。圖11為具體實施例5原邊采用推挽結(jié)構(gòu)，副邊采用中心抽頭整流的電路圖。圖12為具體實施例6原邊采用半橋結(jié)構(gòu)，副邊采用全橋整流的電路圖。圖13為具體實施例7原邊采用半橋結(jié)構(gòu)，副邊采用倍壓整流的電路圖。圖14為具體實施例8原邊采用半橋結(jié)構(gòu)，副邊采用鉗位整流的電路圖。
具體實施方式
參考附圖2至4，下面將對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。具體實施例1中的諧振變換器如圖2所示，包括對稱方波脈沖產(chǎn)生電路、諧振電路和變壓 器T1，所述的諧振電路包括包括諧振電感L1、諧振電容C1、勵磁電感Lm、輔助電感L2和輔 助電容C2。由L1、 C1、 L2和C2構(gòu)成的串聯(lián)諧振單元的諧振阻抗為Z( ) — s4'(Ll.Cl.L2.C2) + s2'[L2.C2+ (LI + L2).C]+ 1s.C2七s、Ll + L2).C1 + 1_ 對應(yīng)的阻抗零點為fz:[L2.C2+ (Ll + L2).C1] - V[L2.C2十(Ll + L2).C1] - 4.L1.C1.L2.C22丄1丄2.C1'C22.兀fz2 =[L2.C2+ (Ll + L2).C1] + V[L2-C2十(Ll + L2).C1] - 4.L1.C1.L2.C22丄1.L2.C1.C22.:對應(yīng)的阻抗零點為 1fpl2.7t.V(Ll十L2).C1本實施例中串聯(lián)諧振單元由L1、 C1、 L2和C2組成，通過改變諧振阻抗，實現(xiàn)增益調(diào)節(jié)，當(dāng)工作于阻抗零點頻率fz1或fz2時，諧振單元阻抗為零，相當(dāng)于短路，電流為正弦波；當(dāng)工作于阻抗極點諧振頻率時，諧振阻抗等于無窮大，相當(dāng)于開路，增益為零。本發(fā)明的發(fā)明點是在傳統(tǒng)LLC諧振變換器的基礎(chǔ)上增加了輔助電感L2和輔助電容 C2，引入了阻抗極點，改變了整個諧振單元的阻抗特性，使得在阻抗極點諧振頻率附近，增 益可以快速變化，直至零，因而拓寬了變換器的增益調(diào)節(jié)范圍。具體實施例1中的變換器電路如圖7所示，包括電感L1、 L2禾口 Lm，電容C1、 C2和 C5，開關(guān)管Q1、 Q2，整流管D1、 D2，變壓器T1，原邊采用半橋結(jié)構(gòu)，副邊采用中心抽頭 整流。具體實施例2中的變換器電路如圖8所示，包括電感L1、 L2和Lm，電容C1、 C2和C5，開 關(guān)管Q1、 Q2，整流管D1、 D2，變壓器T1，與具體實施例1中的變換器電路相比主要是基于 阻抗等效的方法對諧振單元的位置進行了調(diào)整。具體實施例3中的變換器電路如圖9所示，包括電感L1、 L2和Lm，電容C1、 C2和C5，開 關(guān)管Q1、 Q2，整流管D1、 D2，變壓器T1，與具體實施例1中的變換器電路相比主要是基于 阻抗等效的方法對諧振單元的位置進行了調(diào)整。具體實施例4中的變換器電路如圖10所示，包括電感L1、 L2和Lm，電容C1、 C2和 C5，開關(guān)管Q1、 Q2、 Q3禾口Q4，整流管D1、 D2,變壓器T1 ，與具體實施例1中的變換器 電路相比主要是原邊采用全橋結(jié)構(gòu)。具體實施例5中的變換器電路如圖11所示，包括電感L1、 L2和Lm，電容C1、 C3、 C4和C5，開關(guān)管Q1、 Q2，整流管D1、 D2，變壓器T1，與具體實施例1中的變換器電路 相比主要是原邊采用推挽結(jié)構(gòu)，輔助諧振電容C2拆分為C3和C4。具體實施例6中的變換器電路如圖12所示，包括電感L1、 L2和Lm，電容C1、 C2和 C5，開關(guān)管Q1、 Q2，整流管D1、 D2、 D3和D4，變壓器T1 ，與具體實施例1中的變換器 電路相比主要是副邊采用全橋整流結(jié)構(gòu)。具體實施例7中的變換器電路如圖13所示，包括電感L1、 L2和Lm，電容C1、 C2、 C3、 C4和C5，開關(guān)管Q1、 Q2，整流管D1、 D2，變壓器T1 ，與具體實施例1中的變換器 電路相比主要是副邊采用倍壓整流結(jié)構(gòu)。具體實施例8中的變換器電路如圖14所示，包括電感L1、 L2和Lm，電容C1、 C2、 C3和C5，開關(guān)管Q1、 Q2，整流管D1、 D2，變壓器T1 ，與具體實施例1中的變換器電路 相比主要是副邊采用鉗位整流結(jié)構(gòu)。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以 上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián) 想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、多諧振軟開關(guān)變換器，包括對稱方波脈沖產(chǎn)生電路、諧振電路和變壓器T1，其特征在于所述的諧振電路包括諧振電感L1、諧振電容C1、勵磁電感Lm、輔助電感L2和輔助電容C2。
2、 如權(quán)利要求1所述的多諧振軟開關(guān)變換器，其特征在于所述的諧振電感L1 和諧振電容C1構(gòu)成串聯(lián)支路a，其一端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸出正 端，另一端接勵磁電感Lm的一端及變壓器T1原邊繞組的同名端；勵磁電感 Lm的另一端接變壓器T1原邊繞組的非同名端和輔助電容C2的一端輔助 電容C2的另一端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸出負(fù)端；輔助電感L2與串聯(lián) 支路a并聯(lián)。
3、 如權(quán)利要求1所述的多諧振軟開關(guān)變換器，其特征在于所述的諧振電感L1 和諧振電容C1構(gòu)成串聯(lián)支路a，其一端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸出正 端，另一端接勵磁電感Lm的一端及變壓器T1原邊繞組的同名端；勵磁電感 Lm的另一端接變壓器T1原邊繞組的非同名端和輔助電感L2的一端；輔助 電感L2的另一端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸出負(fù)端；輔助電容C2與串聯(lián) 支路a并聯(lián)。
4、 如權(quán)利要求1所述的多諧振軟開關(guān)變換器，其特征在于所述的諧振電感L1 和諧振電容C1構(gòu)成串聯(lián)支路a，其一端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸出正 端，另一端接勵磁電感Lm的一端及變壓器T1原邊繞組的同名端；勵磁電感 Lm的另一端接變壓器T1原邊繞組的非同名端、輔助電感L2和輔助電容C2 的一端；輔助電感L2和輔助電容C2的另一端接對稱方波脈沖產(chǎn)生電路的輸 出負(fù)端。
5、 如權(quán)利要求1-4任何一項所述的多諧振軟開關(guān)變換器，其特征在于所述的對 稱方波脈沖產(chǎn)生電路采用半橋結(jié)構(gòu)、全橋結(jié)構(gòu)或推挽結(jié)構(gòu)。
6、 如權(quán)利要求1-4任何一項所述的多諧振軟開關(guān)變換器，其特征在于變壓器T1 副邊采用中心抽頭整流結(jié)構(gòu)、全橋整流結(jié)構(gòu)、倍壓整流結(jié)構(gòu)或鉗位整流結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多諧振軟開關(guān)變換器，包括對稱方波脈沖產(chǎn)生電路、諧振電路和變壓器T1，其特征在于所述的諧振電路包括諧振電感L1、諧振電容C1、勵磁電感Lm、輔助電感L2和輔助電容C2。本發(fā)明的有益效果是1.由于增加了輔助單元，在其諧振頻率附近，諧振單元阻抗快速變化，直至無窮大，因此實現(xiàn)了增益調(diào)節(jié)，為寬電壓范圍應(yīng)用實現(xiàn)了可能；2.減小了工作頻率范圍，容易實現(xiàn)控制保護和優(yōu)化效率；3.由增益曲線可以看出，通過適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)計，可以引入了高次諧波(比如三次諧波)，使電流波形更接近方波，從而降低電流的有效值，提高效率。
文檔編號H02M3/24GK101335490SQ200810063428
公開日2008年12月31日 申請日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者華桂潮, 吳新科, 姜德來 申請人:英飛特電子(杭州)有限公司