一種加輔助lc諧振電路的全橋和半橋混合變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，包括逆變電路、諧振網(wǎng)絡(luò)、變壓器、整流濾波網(wǎng)絡(luò)和輔助LC諧振網(wǎng)絡(luò)。輔助諧振網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)諧振電容、串聯(lián)諧振電感、并聯(lián)諧振電感。主整流濾波網(wǎng)絡(luò)即為同步整流電路，具有效率高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點；輔助諧振網(wǎng)絡(luò)即為二極管電路，結(jié)構(gòu)簡單。輔助LC網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)諧振電感、串聯(lián)諧振電容、耦合電感，耦合電感和TR2變壓器共用一個磁芯。本發(fā)明變換器能夠在不增加控制電路復(fù)雜性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)全橋(FB)臂的零電壓導(dǎo)通，并且，在對電能要求很高并不允許出現(xiàn)輸入電壓震蕩的應(yīng)用環(huán)境里，可以在輸入電壓突降或斷電的有效時間內(nèi)(hold?up time)保證輸出正常工作，從而不影響整體的系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
【專利說明】
一種加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低電壓、大電流器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種開關(guān)電源，尤其是一種加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]能源轉(zhuǎn)換效率一直是人們關(guān)注的熱點，其中功率轉(zhuǎn)換器件作為電力行業(yè)效率轉(zhuǎn)換的一個代表，被廣泛應(yīng)用在如開關(guān)電源，分布式電源，不間斷電源等各個方面，傳統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器件大多工作于硬開關(guān)狀態(tài)具有開關(guān)損耗大，電壓應(yīng)力大，功率密度低，EMI大，轉(zhuǎn)換效率低等諸多問題，而移相全橋和LLC諧振變換器則能很好的削弱或者解決這些問題。
[0003]移相全橋和LLC諧振變換器工作于軟開關(guān)狀態(tài)，減小開關(guān)損耗，提高變換器效率，為變換器高頻化提供了可能性，進(jìn)一步縮小變換器的體積和重量，提高變換器的功率密度和動態(tài)性能，同時改善電磁兼容。
[0004]另外，除了電能質(zhì)量和效率一直是關(guān)注焦點外，現(xiàn)代社會對電源的供電穩(wěn)定性，尤其是在針對精密儀器和大數(shù)據(jù)中心等，這種必須保證穩(wěn)定工作的的場所，更是倍加關(guān)注。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，該變換器轉(zhuǎn)換效率高，在電路輸入電壓短時下降或斷掉的情況下能繼續(xù)高效、穩(wěn)定的工作。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007]—種加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，包括逆變電路、諧振網(wǎng)絡(luò)、兩個變壓器以及輸出整流濾波電路;逆變電路的輸入端接直流供電電源Vin，輸出端接諧振網(wǎng)絡(luò)；諧振網(wǎng)絡(luò)包括主諧振溝槽、輔助諧振網(wǎng)絡(luò)和輔助LC網(wǎng)絡(luò):主諧振溝槽與變壓器TRl的原邊繞組相連，輔助諧振網(wǎng)絡(luò)與變壓器TR2的原邊繞組相連，輔助LC網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的諧振電感Lr3和諧振電容Cr2，諧振電感Lr3和諧振電容Cr2兩端分別接耦合電感TR3的兩端，親合電感TR3與變壓器TR2原邊繞組共用磁芯。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0009]所述逆變電路為全橋逆變電路或半橋逆變電路。
[0010]所述逆變電路包括開關(guān)MOS管Ql、開關(guān)MOS管Ql的體二極管Dl、寄生電容Cl、開關(guān)MOS管Q2、開關(guān)MOS管Q2的體二極管D2、寄生電容C2、開關(guān)MOS管Q3、開關(guān)MOS管Q3的體二極管D3、寄生電容C3、開關(guān)MOS管Q4、開關(guān)MOS管Q4的體二極管D4以及寄生電容C4;
[0011]開關(guān)MOS管Ql的漏極和開關(guān)MOS管Q2的源極與直流供電電源Vin的正極相連，開關(guān)MOS管Ql的源極和開關(guān)MOS管Q2的漏極相連，開關(guān)MOS管Q2的源極接地，開關(guān)MOS管Q3的漏極和開關(guān)MOS管Q4的源極與直流供電電源Vin的負(fù)極相連。
[0012]所述主諧振溝槽包括諧振電感Lrl和開關(guān)MOS管Ql的寄生電容Cl;諧振電感Lrl的一端接開關(guān)MOS管Ql的源極，另一端接變壓器TRl原邊繞組的一端，變壓器TRl原邊繞組的另一端接開關(guān)MOS管Q3的源極；
[0013]輔助諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr 2、諧振電容Cr和勵磁電感Lm;諧振電感Lr 2的一端接開關(guān)MOS管Q4的漏極，另一端接變壓器TR2原邊繞組的一端，變壓器TR2原邊繞組的另一端接開關(guān)MOS管Q4的源極，勵磁電感Lm并聯(lián)在變壓器TR2原邊繞組的兩端。
[0014]所述輸出整流濾波電路包括整流MOS管SRl、整流MOS管SRl的體二極管D5，整流MOS管SR2、整流MOS管SR2的體二極管D6，濾波電感Lk，濾波電容Co、輸出電阻R、整流二極管D7以及整流二極管D8;
[0015]變壓器TRl的副邊繞組分別接整流MOS管SRl和整流MOS管SR2的源極，整流MOS管SRl和整流MOS管SR2的漏極均接濾波電感Lk的一端，濾波電感Lk的另一端接濾波電容Co的一端，濾波電容Co的另一端接地，輸出電阻R并聯(lián)在濾波電容Co的兩端；
[0016]變壓器TR2的副邊繞組分別接整流二極管D7和整流二極管D8的陽極，整流二極管D7和整流二極管D8的陰極均接到濾波電感Lk和濾波電容Co之間的節(jié)點上。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]本發(fā)明通過將全橋和半橋LLC結(jié)合并添加輔助LC網(wǎng)絡(luò)，以利于實現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率高，電能質(zhì)量穩(wěn)定的應(yīng)用，在變換器輸入掉電或突降時，穩(wěn)定輸出電壓，繼續(xù)保持高效率的電能變換，保護(hù)精密用電設(shè)備。
【【附圖說明】】
[0019]圖1是混合諧振變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0020]圖2-a是電路工作的波形圖；
[0021 ]圖2-b是hold-up時的LLC諧振電流和勵磁電流波形；
[0022]圖3是正常輸出和hold-up輸出波形
[0023]圖4-a是ModeI [t0_tl ]等效電路圖；
[0024]圖4-b是Mode2[tl_t2]等效電路圖；
[0025]圖4-c是Mode3[t2_t3]等效電路圖；
[0026]圖4-d是Mode4[t3_t4]等效電路圖；
[0027]圖4-e是Mode5[t4_t5]等效電路圖；
[0028]圖4-f是Mode6[t5_t6]等效電路圖；
[0029]圖4-g是Mode7[t6_t7]等效電路圖。
【【具體實施方式】】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0031]參見圖1，本發(fā)明加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，包括逆變電路、諧振網(wǎng)絡(luò)、兩個變壓器以及輸出整流濾波電路;逆變電路為全橋逆變電路或半橋逆變電路，逆變電路的輸入端接直流供電電源Vin，輸出端接諧振網(wǎng)絡(luò);諧振網(wǎng)絡(luò)包括主諧振溝槽、輔助諧振網(wǎng)絡(luò)和輔助LC網(wǎng)絡(luò):主諧振溝槽與變壓器TRl的原邊繞組相連，輔助諧振網(wǎng)絡(luò)與變壓器TR2的原邊繞組相連，輔助LC網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的諧振電感Lr3和諧振電容Cr2，諧振電感Lr3和諧振電容Cr2兩端分別接耦合電感TR3的兩端，耦合電感TR3與變壓器TR2原邊繞組共用磁芯。
[0032]開關(guān)MOS管Ql的漏極和開關(guān)MOS管Q2的源極與直流電源相連，開關(guān)MOS管Ql的源極和開關(guān)MOS管Q2的漏極相連，開關(guān)MOS管Q2的源極接地，開關(guān)MOS管Q3的漏極和開關(guān)MOS管Q4的源極與直流電源相連;變壓器TRl的漏感為串聯(lián)諧振電感Lrl，變壓器TRl副邊繞組分別接整流MOS管SRl和整流MOS管SR2，副邊繞組串聯(lián)濾波電感Lk，并聯(lián)濾波電容Co、輸出負(fù)載R;變壓器TR2的漏感為串聯(lián)諧振電感Lr2，原邊勵磁電感Lm，串聯(lián)諧振電容Cr，變壓器TR2副邊繞組分別接整流二極管D7和整流二極管D8，并聯(lián)濾波電容Co、輸出負(fù)載R;輔助LC電路的耦合電感TR3與變壓器TR2原邊繞組共用磁芯，其串聯(lián)電感Lr3、諧振電容Cr2。
[0033]本發(fā)明的原理:
[0034]如圖2-a所示，本變換器在正常工作時的電路波形圖；圖2-b是hold-up時間的電路波形圖。加輔助LC網(wǎng)絡(luò)的混合變換器，在正常工作期間輔助LC網(wǎng)絡(luò)對主電路沒有任何影響，只是作為儲能工具的存在，在hold-up時間內(nèi)主電路原邊電壓器的電壓突降或波動，無法滿足輸出需要時，輔助LC網(wǎng)絡(luò)此時通過TR2變壓器向副邊提供能量，保持輸出端無波動。整體作用效果見圖3，hold-up時段內(nèi)有穩(wěn)定的輸出。全橋和半橋LLC混合變換器結(jié)構(gòu)，可以充分保證輕載所有開關(guān)MOS管的零電壓轉(zhuǎn)換軟開關(guān)。變換器的一個完整的周期由不同的子區(qū)間和對應(yīng)的不同的模態(tài)組成，下面對正常境況下的工作過程進(jìn)行分析:
[0035]如圖4-a所示，Model [tO-tl]階段，在t0時刻，變壓器TRl原邊電流可以向輸出提供能量，開關(guān)MOS管Ql、同步整流整流MOS管SRl、整流二極管D7導(dǎo)通，輸出電壓通過變壓器TR2施加在勵磁電感Lm上，諧振電感Lr2、諧振電容Cr發(fā)生諧振，當(dāng)諧振電流等于勵磁電流時，該模態(tài)結(jié)束。
[0036]如圖4-b所示，Mode2[tl-t2]階段，諧振電感Lr2、諧振電容Cr繼續(xù)諧振，ir的方向改變，變壓器TR2副邊整流二極管D8導(dǎo)通，整流二極管D7關(guān)斷，輸出電壓使得施加的勵磁電感Lm上的電壓反向，iLm開始減小，當(dāng)開關(guān)MOS管Ql關(guān)斷時，模態(tài)結(jié)束，諧振一直持續(xù)到開關(guān)MOS管Q4關(guān)斷。
[0037]如圖4-c所示，Mode3[t2_t3]階段，開關(guān)MOS管Ql關(guān)斷，變壓器TRl原邊電流ip開始給寄生電容Cl和寄生電容C2充放電，寄生電容Cl電壓增加，寄生電容C2電壓減小，變壓器TRl原邊繞組電壓線性減小，次模態(tài)在原邊電壓減小到O時結(jié)束。
[0038]如圖4-d所示，Mode4[t3_t4]階段，在t3后，寄生電容C2電壓增加到最大值，此時體二極管D2導(dǎo)通，給開關(guān)MOS管Q2的零電壓導(dǎo)通提供了條件，移相全橋進(jìn)入環(huán)流階段。
[0039]如圖4-e所示，Mode5[t4_t5]階段，開關(guān)MOS管Q4關(guān)斷，這是ip和ir同時給寄生電容C4和寄生電容C3充放電，以保證滯后臂的零電壓軟開關(guān)。這是變壓器TRl原邊繞組電壓開始變向，整流MOS管SR2開始導(dǎo)通，變壓器TRl的原副邊短路，在寄生電容C3電壓減小到零時，該模態(tài)結(jié)束。
[0040]如圖4-f所示，Mode6[t5-t6]階段，開關(guān)MOS管Q3的電壓減小到0，由于變壓器TRl的電壓反向施加在漏感上，原邊電流減小，諧振電感Lr2、諧振電容Cr諧振，諧振一直持續(xù)到諧振電流等于勵磁電流。
[0041]如圖4-g所述，Mode7[t6_t7]階段，ip反向增加，但是ip不足以向副邊提供能量，變壓器TRl副邊整流管依然都導(dǎo)通狀態(tài)，在t7時，ip電流足以向副邊提供能量，同步整流MOS管SRl關(guān)斷，該模態(tài)結(jié)束，并進(jìn)入下半周期。
[0042]如果在正常工作過程中發(fā)生輸入電壓波動(掉電等)，LLC諧振回路可能出現(xiàn)圖2b所示現(xiàn)象，這時輔助LC網(wǎng)絡(luò)可以向輸出提供短時能量，來有效的維持瞬時穩(wěn)定性。
[0043 ]本變換器的控制回路包括采樣電路，控制處理器(單片機(jī)、DSP、FPGA等對反饋給自己的信號進(jìn)行處理)，驅(qū)動電路，采用調(diào)控方式調(diào)節(jié)占空比驅(qū)動方波發(fā)生電路給開關(guān)管信號。
[0044]輔助混合變換器有準(zhǔn)確的完成開關(guān)管軟開關(guān)，并能在不增加控制回路復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，有效地消除瞬時輸入電壓不穩(wěn)定的情況，保證后級用電設(shè)備的正常工作。
[0045]以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，其特征在于，包括逆變電路、諧振網(wǎng)絡(luò)、兩個變壓器以及輸出整流濾波電路;逆變電路的輸入端接直流供電電源Vin，輸出端接諧振網(wǎng)絡(luò);諧振網(wǎng)絡(luò)包括主諧振溝槽、輔助諧振網(wǎng)絡(luò)和輔助LC網(wǎng)絡(luò):主諧振溝槽與變壓器TRl的原邊繞組相連，輔助諧振網(wǎng)絡(luò)與變壓器TR2的原邊繞組相連，輔助LC網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的諧振電感Lr3和諧振電容Cr 2，諧振電感Lr 3和諧振電容Cr2兩端分別接親合電感TR3的兩端，耦合電感TR3與變壓器TR2原邊繞組共用磁芯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，其特征在于，所述逆變電路為全橋逆變電路或半橋逆變電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，其特征在于，所述逆變電路包括開關(guān)MOS管Ql、開關(guān)MOS管Ql的體二極管Dl、寄生電容Cl、開關(guān)MOS管Q2、開關(guān)MOS管Q2的體二極管D2、寄生電容C2、開關(guān)MOS管Q3、開關(guān)MOS管Q3的體二極管D3、寄生電容C3、開關(guān)MOS管Q4、開關(guān)MOS管Q4的體二極管D4以及寄生電容C4; 開關(guān)MOS管Ql的漏極和開關(guān)MOS管Q2的源極與直流供電電源Vin的正極相連，開關(guān)MOS管Ql的源極和開關(guān)MOS管Q2的漏極相連，開關(guān)MOS管Q2的源極接地，開關(guān)MOS管Q3的漏極和開關(guān)MOS管Q4的源極與直流供電電源Vin的負(fù)極相連。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，其特征在于，所述主諧振溝槽包括諧振電感Lrl和開關(guān)MOS管Ql的寄生電容Cl;諧振電感Lrl的一端接開關(guān)MOS管Ql的源極，另一端接變壓器TRl原邊繞組的一端，變壓器TRl原邊繞組的另一端接開關(guān)MOS管Q3的源極； 輔助諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感Lr2、諧振電容Cr和勵磁電感Lm;諧振電感Lr2的一端接開關(guān)MOS管Q4的漏極，另一端接變壓器TR2原邊繞組的一端，變壓器TR2原邊繞組的另一端接開關(guān)MOS管Q4的源極，勵磁電感Lm并聯(lián)在變壓器TR2原邊繞組的兩端。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加輔助LC諧振電路的全橋和半橋混合變換器，其特征在于，所述輸出整流濾波電路包括整流MOS管SRl、整流MOS管SRl的體二極管D5，整流MOS管SR2、整流MOS管SR2的體二極管D6，濾波電感Lk，濾波電容Co、輸出電阻R、整流二極管D7以及整流二極管D8; 變壓器TRl的副邊繞組分別接整流MOS管SRl和整流MOS管SR2的源極，整流MOS管SRl和整流MOS管SR2的漏極均接濾波電感Lk的一端，濾波電感Lk的另一端接濾波電容Co的一端，濾波電容Co的另一端接地，輸出電阻R并聯(lián)在濾波電容Co的兩端； 變壓器TR2的副邊繞組分別接整流二極管D7和整流二極管D8的陽極，整流二極管D7和整流二極管D8的陰極均接到濾波電感Lk和濾波電容Co之間的節(jié)點上。
【文檔編號】H02M3/335GK106026674SQ201610530702
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】史永勝, 田衛(wèi)東, 李娜, 王雪麗, 寧青菊
【申請人】陜西科技大學(xué)