一种单级AC-DC谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种单级AC-DC谐振变换器，此谐振变换器利用一种控制信号控制两个变换器，前级变换器为功率因数校正电路(PFC)，后级为LLC谐振DC-DC变换器，前级功率因数校正电路为升压电路，后级为直流变换器。这两级变换器连接在一起减少了整个系统的损耗，两个变换器之间用公共电容相连，此公共电容在两级变换器中间起到平衡作用，减少电压漂移，两级变换器使得此公共电容在耐压区域内保持平衡，使电路正常工作。在此结构中，前级升压电路结构简单，损耗小，后级LLC谐振变换器具有结构简单，噪声小，损耗小，转换效率高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于开关电源
，具体涉及一种单级AC-DC谐振变换器。
技术介绍
能源转换效率近年来成为人们研究的热点，功率因数校正电路AC-DC转换器件属于能源转换电路的一种，被广泛应用在开关电源中，如电力操作电源和分布式电源等，它是连接桥式整流器与电网的桥梁，而桥式整流器的使用会在电网中产生不可忽略的谐波和无功，对电网形成污染，影响供电质量，所以如何抑制谐波改善电磁兼容问题成为研究热点，而功率因数校正电路能有效解决以上问题，因而也随着电力电子的运用越来越广泛。功率因数校正技术是指采用合适的拓扑结构和控制手段，改善电力电子装置，使输入电流与电压相位一致，不向电网输入谐波，在AC-DC转换过程中，得到比较低的THD，使功率因数接近于1。功率因数校正分为有源功率因数校正和AC-DC转换，功率因数校正电路在电网和负载之间插入校正环节使输入电流波形逼近输入电压波形，以提高功率因数并限制谐波电流对电网的污染。AC-DC转换技术采用无源元件改善输入功率因数和减小电流谐波，一般采用电感减小输入的交流基波电流和电压的相位差，采用补偿的方法使功率因数得到提高。有源功率因数校正技术采用全控型开关器件构成集成电路来完成，它采用反馈技术使输入电流的波形跟踪交流输入正弦波形。LLC谐振DC-DC变换器工作于软开关状态，即原边开关管实现零电压开通(ZVS)，副边整流管实现零电流关断(ZCS)，从而减小开关损耗，提高变换r>器效率，为变换器高频化提供了可能性，进一步缩小变换器的体积和重量，提高变换器的功率密度和动态性能，同时改善电磁兼容，起到整流滤波作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种滤波效果好，低噪声，转换效率高的单级AC-DC谐振变换器。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种单级AC-DC谐振变换器，包括前级的AC-DC转换电路和后级的LLC谐振电路；AC-DC转换电路包括交流供电电源、桥式整流器、用来储存能量的输入电感、开关管以及公共电容；AC-DC转换电路的输出端连接LLC谐振电路，LLC谐振电路包括连接在变压器原边绕组一侧的谐振回路，以及连接在变压器副边绕组一侧的整流滤波电路，整流滤波电路的输出端上并联作为整个电路输出端的输出电阻。所述功率因数校正电路的具体电路结构为：交流供电电源的输出端连接到桥式整流器的输入端上，桥式整流器的一个输出端连接到输入电感的一端，另一个输出端连接到第二开关管的源极；第一开关管的源极和第二开关管的漏极均连接到输入电感的另一端上；公共电容并联在第二开关管的源极和漏极之间；LLC谐振电路的输入端接在公共电容的两端。所述谐振回路包括谐振电容、谐振电感以及励磁电感；谐振电容与谐振电感串联后连接在变压器原边绕组的一端，变压器原边绕组的另一端和谐振电容作为谐振回路的输入端与功率因数校正电路的输出端相连；励磁电感并联在变压器原边绕组的两端。所述整流滤波电路包括两个二极管以及输出滤波电容；变压器副边绕组的两端分别与第一二极管和第二二极管的阳极相连，输出滤波电容并联在第一二极管的阴极和第二二极管的阴极之间；输出电阻作为输出端并联在输出滤波电容的两端。所述第一二极管和第二二极管为整流二极管。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术型AC-DC转换器，将功率因数校正电路和LLC谐振电路相连，此两级电路之间的输出功率由公共电容来平衡，当前级升压电路的功率大于后级LLC谐振变换器的输出功率时，公共电容的电压将上升，直到两级功率相等，这样的设计减少了整个系统的损耗，减少了整个系统的电压漂移，两级变换器使得此公共电容在耐压区域内保持平衡，使得电路能够正常工作。本专利技术只用一种控制信号来控制两级电路，减少了损耗和开关电源的复杂性，对电磁兼容问题有明显的改善，滤除了部分谐波，保证低噪音，并且此种设计的效率和一般的AC-DC变换器相比，在承受相同的负载时，效率将要高出将近20％。本专利技术型AC-DC转换器，将功率因数校正电路和LLC谐振电路相连，能够更好的改善电磁兼容问题，滤除谐波，减小噪声，提高效率。附图说明图1是本专利技术的电路拓扑结构图；图2是本专利技术的功率因数校正电路阶段的波形图；图3是本专利技术的LLC谐振电路阶段的等效电路图；图4是本专利技术的LLC谐振电路阶段波形图；图5是本专利技术的加上控制信号后的变换器结构图；图6是没有经过功率因数校正电路THD分析例图；图7是本专利技术的的THD分析例图；图8是本专利技术的和传统功率因数校正电路效率比较图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。参见图1，本专利技术前级采用AC-DC转换电路，包括交流供电电源、桥式整流器、用来储存能量的输入电感、开关管和公共电容，后级采用LLC谐振电路，即DC-DC转换电路，包括谐振回路、变压器和整流滤波电路。具体电路结构包括交流供电电源、桥式整流器、输入电感Lin、第一开关管Q1、第二开关管Q2、公共电容Cb、谐振电容Cr、谐振电感Lr、励磁电感Lm、变压器T、第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、输出滤波电容Co、输出电阻Ro；交流供电电源和桥式整流器相连，桥式整流器与输入电感和第二开关管Q2相连，输入电感和公共电容Cb相连，两个开关管接输入电感和公共电容，并且输入电感后接DC-DC转换电路中的谐振回路。两个开关管分别控制前级升压电路和后级直流转换电路，并且两个开关管由同一控制信号控制。公共电容用来平衡前后两级电路的电压，当前级升压电路的输出功率大于后级直流变换电路的功率时，公共电容电压将会升高直到两级功率相等。谐振回路可以当做半桥谐振结构，LLC谐振回路通过变压器和输出整流滤波电路耦合。谐振回路包括串联谐振电容、串联谐振电感和并联励磁电感，并联谐振电感与变压器原边绕组并联；变压器T原边绕组和谐振电容Cr串联，串联谐振电感是变压器原边的漏感，并联谐振电感是变压器的励磁电感，变压器T副边绕组分别接第一整流二极管D1和第二整流二极管D2，副边绕组并联滤波电容Co、输出负载Ro；整流滤波电路为全波整流。本专利技术AC-DC变换电路是一种升压电路，DC-DC变换电路是一种直流变换电路；前级AC-DC变换电路和后级DC-DC变换电路通过公共电容相连。本专利技术的原理及工作过程：如图2所示，此图为PFC级阶段电流电压波形图：[t1-t2]阶段：第二开关管Q2在t1时开通，加在输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级AC‑DC谐振变换器，其特征在于：包括前级的AC‑DC转换电路和后级的LLC谐振电路；AC‑DC转换电路包括交流供电电源(Vac)、桥式整流器、用来储存能量的输入电感(Lin)、开关管以及公共电容(Cb)；AC‑DC转换电路的输出端连接LLC谐振电路，LLC谐振电路包括连接在变压器(T)原边绕组一侧的谐振回路，以及连接在变压器(T)副边绕组一侧的整流滤波电路，整流滤波电路的输出端上并联作为整个电路输出端的输出电阻(Ro)。

【技术特征摘要】
1.一种单级AC-DC谐振变换器，其特征在于：包括前级的AC-DC转换电
路和后级的LLC谐振电路；AC-DC转换电路包括交流供电电源(Vac)、桥式整
流器、用来储存能量的输入电感(Lin)、开关管以及公共电容(Cb)；AC-DC
转换电路的输出端连接LLC谐振电路，LLC谐振电路包括连接在变压器(T)原
边绕组一侧的谐振回路，以及连接在变压器(T)副边绕组一侧的整流滤波电路，
整流滤波电路的输出端上并联作为整个电路输出端的输出电阻(Ro)。
2.根据权利要求1所述的单级AC-DC谐振变换器，其特征在于：所述功率
因数校正电路的具体电路结构为：
交流供电电源(Vac)的输出端连接到桥式整流器的输入端上，桥式整流器
的一个输出端连接到输入电感(Lin)的一端，另一个输出端连接到第二开关管
(Q2)的源极；第一开关管(Q1)的源极和第二开关管(Q2)的漏极均连接到
输入电感(Lin)的另一端上；公共电容(Cb)并联在第二开关管(Q2)的源极
和漏极之间；LLC谐振电路的输入端接在...

【专利技术属性】
技术研发人员：史永胜，高丹阳，郝鹏飞，宁青菊，胡双，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61