一种双环全谐振型软开关变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双环全谐振型软开关变换器，双环，指主谐振LrLBCr称之LLC多谐振，辅助半桥谐振Lo(C3+C4)的LC单谐振，所述LLC主谐振电路由主谐振LB、Lr、Cr构成，全桥所有四只开关器件都并联电容器，实现全桥四个管的全部谐振。本实用新型专利技术变换器在同样的变压器、电感与电容谐振规格下，可以输出更大的功率，功率管实现零电压开通，零电流关断，电容C3、C4、C5、C6与功率管Q1、Q2、Q3、Q4分别并联，充分降低了dv/dt的电压变化率，效率提高且电磁辐射降低。

A double loop full resonant soft switching converter

【技术实现步骤摘要】
一种双环全谐振型软开关变换器
本技术涉及开关电源变换器
，特别是涉及一种双环全谐振型软开关变换器。
技术介绍
在功率电子学领域，将一种电能转换为另一种电能，如直流对直流，也可以交流对直流，直流对交流。这里指输入直流电压，转换成另一种直流电压值，提高开关频率来减小变压器的尺寸，而且，实现稳压功能，提高转换效率，设备小，成本低，小型轻便型化，也就是说提高了功率密度。如工频变压器，体积和重量十分大，而且输出电压随输入电压的高低变化而变化，频率越高，体积越小，重量越轻，电力电子技术革命，也是变换器技术的革命。在开关变换器中，设法使担任调整作用的功率管电流按照正弦波规律变化，开关管在电压为零时的开通与关断，电流在零时的开通与关断，这时的变换器效率达到最高的局限点，此时不能调节输出电压的高低变化，通过改变工作原理与结构，尽可能达到最低损耗的转换，更高效，更高频率的使用，可以让变压器做的更小，也由此提高了变换器的功率密度。应用软开关技术的变换器较传统硬开关的变换器具有变换效率高，电磁干扰小，而且能够提高功率密度，因而获得了广泛的应用。所占的比例也越来越高，研究与应用新的软开关技术已成为开关变换器领域的重点和主流。从变换器的发展史与里程碑上，最早的技术，也可以称之为一代技术，如图2的半桥与图3的全桥，为完全的硬开关，即高电压大电流的导通与关断，而且，每一只管还要如图示的RC吸收器，R存在比较大的损耗，转换效率低，开关频率低，设备大，成本高，属于低端低技术含量。第二代应当属于移相电路，或者有限双极性电路，也叫伪相移方式。如图4，移相型，晶体管Q1与晶体管Q2，晶体管Q3与晶体管Q4都是几乎全脉宽的移动角度，来形成占空比调制。因为始终满脉宽，关断开关管的电感励磁电流会产生另一只管的零电压导通，根本不需要RC吸收器，晶体管Q3、晶体管Q4是超前臂，实现ZVS(零压)导通，晶体管Q1、晶体管Q2滞后臂实现ZVS(零流)关断。晶体管Q3、晶体管Q4的超前臂并一小电容，可以减小大电流关断的损耗，但由于死区时间短，而且是固定，轻载空载的占比非常小，即导通时间十分短，电流十分小，不能对电容C3、电容C4的充满与放完电的过程，导通失去ZVS(零压)，此电容会被管子吸收而产生损耗，使用的频率比硬开关高一些，但也不能更高许多。为了解决这一不足，采用伪相移即有限双极性电路，如晶体管Q1、晶体管Q2全脉宽固定导通时间，而晶体管Q3晶体管Q4采用可变脉宽PWM化，大电流下PWM高，死区时间短，但很短时间就能对电容C3、电容C4的充满电与放完电，而在轻载、空载的下，PWM低，晶体管Q3、晶体管Q4的导通时间非常短，但死区时间非常大，由于晶体管Q1、晶体管Q2的固定导通时间不变，始终在回路构成导通状态，而且变压器留一点气隙，让初级电感量减小一些，增大励磁电流，这样，由于有足够的时间对电容C3、电容C4的充放电，采用增大一些电容量，可更多地减小晶体管Q3、晶体管Q4的关断损耗。由于输出通过整流二极管之后串联L0的电感器，L0电感续流，导致二极管D1、二极管D2的硬转换过程，存在反向恢复时间，整流二极管的损耗比较大。故二代不论是移相电路还是有限双极性电路，称之边缘谐振型软开关，但实际上，还是显示硬开关特性。软的成分与效果相当有限。那么到了第三代LLC多谐振型软开关，如图5所示，由电感LB电感Lr电容Cr构成。当开关频率工作在谐振频率，即这时感抗Lr＝容抗Cr，谐振的电抗值是零，正弦波电流状态如图6所示，ir是谐振电流，iLB是由LB电感产生的励磁电流。这个调输出电压大小与负载功率，靠的是改变频率而产生的电感分压数值，如电抗Xz＝感抗XL-容抗频率提高，XL变大，Xc变小，Xz值增大，随着频率的提高，电感LB的值也同样变大，导致时间变短的励磁电流iLB变小，所以LB的值不宜大，宜小一些，一般LB＝3Lr左右合适，随着负载功率的进一步减小，需要更高的频率，那么由于导通时间也同样减小，励磁电流也进一步减小，晶体管Q1晶体管Q2会失去零电压导通条件而进入容性开通，这一电容能量为Wc＝2×1/2CU2f，f进一步升高，成比例性的增大Wc，故需要控制频率范围，如进入变频与变脉宽同时产生，直到最高频率如三倍谐振频率下的占空比为零了。或者另一种方式，就是形成间歇振荡，平均频率也受到限制，不会十分高。电感LB的感抗值也是随频率而改变，频率低时，输出功率大，但叠加的iLB电流也同样比较大，造成晶体管Q1晶体管Q2开关管的损耗与并联电感器的LB损耗还有谐振串联电感Lr的损耗都比较大，当输出电压与功率减小了，由于失去ZVS(零压)开通，容性吸收产生开关管损耗大，这损耗来自功率开关管的结电容与并联电容器的总和。那么也就是说存在一定的自相矛盾，频率低时，励磁电流叠加形成无转换功率的电流大损耗大，而频率高时，需要由1/2×2Cu2f的数值增大，但励磁电流却反而在减小，相反，故只有工作在谐振频率点上的效率最高，一旦偏离越大，无论更高频率，还是更低频率，转换效率都大大降低了。输出整流二极管不串联电感滤波，而是由电容直接滤波，属于零流通与断，损耗比较小。这种LLC多谐振变换器为第三代技术，效率与频率均高于二代的移相与有限双极性。第四代称之准谐振型软开关变换器，如图7所示电容C1+电容C2为谐振电容，以电容Cr代替。该电路的原理，最高频率设计在电感Lr与电容Cr的谐振频率，开关频率总是低于谐振频率或最高到谐振频率点上，设半周导通时间为Ton，采用固定脉宽变频率即PFM的模式，设谐振频率为fT，开关频率为fo，当fo为0.6fT～fT之间，满占空比，而低于0.6fT时，完全进入PFM化，由于二极管D1、二极管D2的钳位作用，回路电流总是工作在正弦波电流状态，即零电流导通与零电流关断，双零系统而称准字，叫准谐振型软开关，一旦工作频率不断降低，在0.6fT以下时，由于PFM化同样占空比出现(称PFM占空比)，死区时间的存在，尽管零流导通与关断关系，但失去了零电压导通条件了，故结电容被开关管吸收而产生损耗，这个输出功率的值Pw＝2×1/2CU2f，与f成比例关系,频率降低输出功率减小，故改变频率的范围十分大，如果为了限制频率范围，当导通周期小于谐振周期，进入大电流关断，失去零电流关断。还有一种变换器方式，如图9，采用两级方式，一级固定频率，设计在电感Lr电容Cr的谐振频率为开关频率。这一级是完全的正弦波电流的零流导通与关断，零电压的导通与关断，效率最高，HV+与HVo为调幅，其值大小决定了输出电压的高低，增加另一级Buck即降压电路，由电感L0，晶体管Q3，二极管D1构成，但晶体管Q3开关管却工作在高电压大电流的导通与关断，存在比较大的损耗。由于调幅电压HV+与HVo之间的转换效率最高，综合效率还是非常高的。这种方式也得到普通的实际应用，但如何提高动态响应速度，也是有讲究的电路原理与控制方式。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术提供一种双环全谐振型软开关变换器，其将二、三四代各有所长的复合利用，产生了一个新的拓扑结构的电路原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双环全谐振型软开关变换器，包括有限双极性的LLC全桥主谐振电路和LC辅助谐振电路，其特征在于，所述LLC全桥主谐振电路由主谐振电感LB、电感Lr、电容Cr构成，全桥所有四只开关器件都并联电容器，输入电压的正极连接电容C1的一端，电容C1的一端连接晶体管Q1的集电极，电容C1的另一端连接电容C2的一端，电容C2的一端连接电感L0的一端，电感L0的一端连接晶体管Q1的发射极，晶体管Q1的集电极连接电容C3的一端，电容C3的一端连接晶体管Q4的集电极，晶体管Q4的集电极连接电容C5的一端，晶体管Q1的发射极连接晶体管Q2的集电极，晶体管Q2的集电极连接电容C3的另一端，电容C3的另一端连接电容C4的一端，电容C4的一端连接电感LB的一端，电感LB和变压器B的输入端并联，电感LB的另一端连接电感Lr的一端，电感Lr的另一端连接电容Cr的一端，电容Cr的另一端连接晶体管Q4的发射极，晶体管Q4的发射极连接晶体管Q3的集电极，晶体管Q3的集电极连接电容C5的另一端，电容C5的另一端连接电容C6的一端，电容C6的一端连接晶体管Q3发射极，晶体管Q3的发射极连接电容C4的另一端，电容C4的另一端连接晶体管Q2的发射极，晶体管Q2的发射极连接电容C2的另一端，电容C2的另一端接地，变压器B输出端的中性线接极性电容E的负极，变压器B的双极性输出端分别接二极管D1和二极管D2的正极，二极管D1和二极管D2的负极与极性电容E的正极连接，极性电容E与负载并联。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双环全谐振型软开关变换器，包括有限双极性的LLC全桥主谐振电路和LC辅助谐振电路，其特征在于，所述LLC全桥主谐振电路由主谐振电感LB、电感Lr、电容Cr构成，全桥所有四只开关器件都并联电容器，输入电压的正极连接电容C1的一端，电容C1的一端连接晶体管Q1的集电极，电容C1的另一端连接电容C2的一端，电容C2的一端连接电感L0的一端，电感L0的一端连接晶体管Q1的发射极，晶体管Q1的集电极连接电容C3的一端，电容C3的一端连接晶体管Q4的集电极，晶体管Q4的集电极连接电容C5的一端，晶体管Q1的发射极连接晶体管Q2的集电极，晶体管Q2的集电极连接电容C3的另一端，电容C3的另一端连接电容C4的一端，电容C4的一端连接电感LB的一端，电感LB和变压器B的输入端并联，电感LB的另一端连接电感Lr的一端，电感Lr的另一端连接电容Cr的一端，电容Cr的另一端连接晶体管Q4的发射极，晶体管Q4的发射极连接晶体管Q3的集电极，晶体管Q3的集电极连接电容C5的另一端，电容C5的另一端连接电容C6的一端，电容C6的一端连接晶体管Q3发射极，晶体管Q3的发射极连接电容C4的另一端，电容C4的另一端连接晶体管Q2的发射极，晶体管Q2的发射极连接电容C2的另一端，电容C2的另一端接地，变压器B输出端的中性线接极性电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亦星，张益平，李太兵，张辰，罗圣光，
申请(专利权)人：深圳市新能力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44