一种LCC谐振变换器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种拓宽LCC谐振变换器的电压增益范围的方法及应用于该方法的LCC谐振变换器。通过采样电路对输入电压或输出负载进行采样，将结果反馈给采样信号处理电路；采样信号处理电路接收到采样信号后，与设定的基准电压进行比较后输出驱动信号，用于驱动受控开关的导通与关断，并控制LCC谐振变换器总的并联谐振电容和k值的大小，从而控制LCC谐振变换器的电压增益的大小。本实用新型专利技术控制方法简单可靠、易实现，可拓宽LCC谐振变换器的电压增益范围，使LCC谐振变换器应用于更宽的输入电压或/和更宽的输出电压范围；同时，可减小LCC谐振变换器谐振腔的循环电流，提升LCC谐振变换器的效率。换器的效率。换器的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种LCC谐振变换器


[0001]本技术涉及谐振类变换器，特别是LCC串并联谐振变换器。

技术介绍

[0002]随着电力电子领域的迅猛发展，开关变换器的应用越来越广泛，特别是人们对高功率密度、高可靠性和小体积的开关变换器提出了更多的要求。传统硬开关变换器开关损耗大、效率低，为了使变换器可靠工作，需要使用体积更大的变压器和散热器，难以满足电子产品小型化和高功率密度的要求。谐振变换器因其软开关特性，具有效率高、电磁干扰小、器件所承受的电压和电流应力低等优点，得到了越来越广泛的应用。“软开关”是指零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)，它是利用谐振原理，使开关变换器的开关管电压(或电流)按正弦或准正弦的规律变化，当电压过零时使器件开通，或者电流自然过零时使器件关断，从而实现开关损耗为零，提高变换器的效率和开关频率，减小变压器、电感的体积。LCC串并联谐振变换器(以下简称为LCC谐振变换器或LCC变换器)作为谐振变换器的一种，同样具有效率高、功率密度高等优点，它可以利用电路中的电感和寄生电容进行谐振工作，减少电路中杂散参数引起的振荡和额外损耗。同时，通过实现开关器件的零电压开通和零电流关断，能显著降低器件的开关损耗和电应力，从而提高开关频率，减小电源体积。因此，高频率、高效率、小体积的LCC串并联谐振变换器越来越得到广泛的应用。
[0003]目前常规的LCC串并联谐振变换器的电路图如图1和图2所示，包括主开关电路、LCC谐振电路、变压器T1、负载电路；变压器T1包含原边绕组和副边绕组，其中副边是带有中心抽头的两个绕组，原边与副边之间的匝比为N:1:1，Lm为变压器T1原边绕组的激磁电感。其中，图1中上开关管QH和下开关管QL构成半桥结构的主开关电路，若上开关管QH和下开关管QL为MOS管，则它们分别包含了体二极管DH或DL以及结电容CH或CL，VgsH和VgsL分别为上开关管QH和下开关管QL的驱动电压信号；Ls为谐振电感，Cs为串联谐振电容，Cp为并联谐振电容，Ls、Cs、Cp形成谐振腔电路；负载电路包括整流二极管D1、整流二极管D2、输出滤波电容Cout和输出负载电阻Ro构成的全波整流电路。图2是在图1的基础上进行的衍生变形，电路的工作原理本质上与图1是相同的，不同之处在于，并联谐振电容Cps跨接在变压器的副边绕组之间，当图2中的Cps与图1中Cp满足时，根据电路的等效原理，图2与图1电路的工作状态完全相同。
[0004]以图1为例，定义并标注各器件的电压和电流符号，其中，v
HB
(t)为半桥中点电压，i
r
(t)为谐振腔电路的谐振电流，i
r
(t)既是流经谐振电感Ls的电流，也是流经串联谐振电容Cs的电流；v
cp
(t)为并联谐振电容Cp两端的电压，i
Cp
(t)为流经并联谐振电容Cp的电流，i
Tp
(t)为流经变压器原边绕组的电流，i
d1
(t)和i
d2
(t)分别是流经整流二极管D1和D2的电流。定义谐振电流i
r
(t)从谐振电感Ls的左侧流向右侧的方向为正，并联谐振电容Cp两端的电压v
cp
(t)上端电位相对于下端电位为正，流过Cp的电流i
Cp
(t)为从Cs流向Cp的上端时为正，i
Tp
(t)为从激磁电感Lm的上端流进时的方向为正，流经二整流二极管D1的电流i
d1
(t)和流
经整流二极管D2的电流i
d2
(t)分别为流进D1的阳极和D2的阳极时为正，即定义图1所示电路原理图中的电压和电流的方向为正。
[0005]因LCC谐振变换器的变压器并不需要开气隙，其激磁电感的电感量很大(感量一般为mH级)，所以并不参与电路的谐振，则根据基波近似(FirstHarmonicApproximation，FHA)的方法对图1所示的LCC谐振变换器进行分析，可将其等效为图3所示的电路。图3中，Rac为变换器和负载电路等效至原边的等效负载电阻，i
Rac
(t)为流经等效电阻Rac的电流；Ce为LCC谐振变换器的寄生电容，它与并联谐振电容Cp并联，i
Ce
(t)为流经寄生电容Ce的电流；v
HBFHA
(t)为半桥中点电压的基波分量；Vin为输入电压，i
in
(t)为输入电流；Vo为输出电压，Io为输出负载电流，Ro＝Vo/Io为输出负载电阻。
[0006]根据FHA分析方法可得到：
[0007]其中，θ为LCC谐振变换器的副边整流二极管在一个开关周期内的导通角。
[0008]输出电压Vo与输入电压Vin的关系为：
[0009]式中，式中，C
pa
＝C
p
+C
e
，fs为LCC谐振变换器的开关频率。M(f
n
,k,Q)是LCC谐振变换器的电压增益函数，是包含三个变量(fn、k和Q)的函数，对k和Q取不同的值，便可得到LCC谐振变换器的电压增益函数曲线，例如，以fn为横坐标，M(f
n
,k,Q)为纵坐标，设定k＝0.2，Q分别取值为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5和2.0，可得到如图4所示的一簇曲线，这便是LCC谐振变换器的电压增益曲线。在实际设计中，根据所需的电压增益，并选取合适的k值和Q值，即可确定电路的工作频率范围，从而完成LCC谐振变换器的设计。
[0010]然而，现有常规的LCC谐振变换器不适合应用于宽输入电压或宽输出调压范围的场合。例如，对于输入电压范围为176～264VAC或180～373VDC、输出为12VDC/204W(即最大输出电流为17A)的变换器，若使用现有常规的LCC电路拓扑，在不加前级PFC(PowerFactor Correction，功率因数校正)电路的条件下，若要满足这么宽的输入电压范围，LCC谐振变换器必须满足的电压增益范围为0.032～0.067，为了满足电压增益范围的要求，就必须增大k值、减小Q值，带来的影响是，并联谐振电容Cp增大，串联谐振电容Cs和谐振电感Ls都较小，这导致谐振腔中的电流(即谐振电流)较大、电路损耗增加；尤其在轻负载时，因并联谐振电容Cp较大，导致谐振腔中的循环电流(或简称为环流)很大，造成较大的能量损失。而对于宽输出调压范围的场合，LCC谐振变换器同样不适合应用。例如，若某变换器的输入电压范围为280～340VDC，输出电压为10.2～13.8V，最大输出功率204W，最大输出电流17A，若使用现有的LCC谐振变换器，则其电压增益范围为0.03～0.049，同样，要满足这个电压增益，需要增大k值、减小Q值，带来的结果必然是降低效率。实际上，若LCC谐振变换器的输入电压较
低，则需要较大的电压增益，以维持输出电压的恒定和较强的带负载能力，根据图4所示的电压增益曲线，这需要较大的k值和较小的Q值，这便要求设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LCC谐振变换器，包括主开关电路、LCC谐振电路、变压器T1、负载电路，其特征在于：还包括电压增益控制电路，连接于变压器原边绕组两端，电压增益控制电路包括采样电路、采样信号处理电路、至少一个受控开关电路和至少一个并联谐振电容，所述采样电路，用于对谐振变换器的输入电压进行采样，并输出输入电压采样信号；所述采样信号处理电路，包括至少一个比较电路，每个比较电路具有一个参考点电压，用于判断所述输入电压采样信号与预设基准电压的关系，并输出驱动信号；所述受控开关电路和并联谐振电容串联后并联在变压器原边绕组两端，驱动信号控制受控开关电路的导通与关断。2.根据权利要求1所述的LCC谐振变换器，其特征在于：电压增益控制电路包括采样电路、采样信号处理电路、一个受控开关电路和一个并联谐振电容Cp1，所述采样电路包括电阻R1和电阻R2，电阻R1一端连接输入电压，电阻R1另一端连接电阻R2一端，其连接点输出输入电压采样信号，电阻R2另一端连接参考地；所述采样信号处理电路包括第一比较器和电阻Rg1组成的第一比较电路，第一比较器的反相输入端连接输入电压采样信号，第一比较器的同相输入端连接第一基准电压，第一比较器的输出端连接电阻Rg1一端，电阻Rg1另一端输出一路驱动信号；所述受控开关电路包括开关管Q1、开关管Q2和电阻Rg2，驱动信号连接开关管Q1的栅极、开关管Q2的栅极和电阻Rg2的一端，并联谐振电容Cp1一端连接变压器原边绕组的第一端，并联谐振电容Cp1另一端连接开关管Q1的漏极，开关管Q1的源极连接开关管Q2的源极，其连接点与电阻Rg2的另一端连接，开关管Q2的漏极连接变压器原边绕组的第二端。3.根据权利要求2所述的LCC谐振变换器，其特征在于：当输入电压采样信号<第一基准电压时，比较电路输出高电平驱动信号；当输入电压采样信号>第一基准电压时，比较电路输出低电平驱动信号。4.根据权利要求1所述的LCC谐振变换器，其特征在于：电压增益控制电路包括采样电路、采样信号处理电路、两个受控开关电路和两个并联谐振电容Cp1、Cp2，所述采样电路包括电阻R1和电阻R2，电阻R1一端连接输入电压，电阻R1另一端连接电阻R2一端，其连接点输出输入电压采样信号，电阻R2另一端连接参考地；所述采样信号处理电路包括第一比较器和电阻Rg1组成的第一比较电路、第二比较器和电阻Rg3组成的第二比较电路，第一比较器的反相输入端和第二比较器的反相输入端连接输入电压采样信号，第一比较器的同相输入端连接第一基准电压，第二比较器的同相输入端连接第二基准电压，第一基准电压小于第二基准电压，第一比较器的输出端连接电阻Rg1一端，电阻Rg1另一端输出第一驱动信号，第二比较器的输出端连接电阻Rg3一端，电阻Rg3另一端输出第二驱动信号；第一受控开关电路包括开关管Q1、开关管Q2和电阻Rg2，第一驱动信号连接开关管Q1的栅极、开关管Q2的栅极和电阻Rg2的一端，并联谐振电容Cp1一端连接变压器原边绕组的第一端，并联谐振电容Cp1另一端连接开关管Q1的漏极，开关管Q1的源极连接开关管Q2的源极，其连接点与电阻Rg2的另一端连接，开关管Q2的漏极连接变压器原边绕组的第二端；第二受控开关电路包括开关管Q3、开关管Q4和电阻Rg4，第二驱动信号连接开关管Q3的栅极、开关管Q4的栅极和电阻Rg4的一端，并联谐振电容Cp2一端连接变压器原边绕组的第一端，并联谐振电容Cp2另一端连接开关管Q3的漏极，开关管Q3的源极连接开关管Q3的源
极，其连接点与电阻Rg4的另一端连接，开关管Q4的漏极连接变压器原边绕组的第二端。5.根据权利要求4所述的LCC谐振变换器，其特征在于：当输入电压参考信号<第一基准电压<第二基准电压时，第一比较电路和第二比较电路均输出高电平驱动信号；当第一基准电压<输入电压参考信号<第二基准电压时，第一比较电路输出高电平驱动信号，第二比较电路输出低电平驱动信号；当第一基准电压<第二基准电压<输入电压参考信号时，第一比较电路和第二比较电路均输出低电平驱动信号。6.一种LCC谐振变换器，包括主开关电路、LCC谐振电路、变压器T1、负载电路，其特征在于：还包括连电压增益控制电路，连接于变压器副边绕组两端，电压增益控制电路包括采样电路、采样信号处理电路、至少一个受控开关电路和至少一个并联谐振电容，所述采样电路，用于对谐振变换器的输出电流进行采样，并输出负载电流信号；所述采样信号处理电路，包括至少一个比较电路，每个比较电路具有一个基准电压，用于判断所述负载电流信号与基准电压的关系，并输出驱动信号；所述受控开关电路和并联谐振电容串联后并联在变压器副边绕组两端，驱动信号控制受控开关电路的导通与关断。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑仁闪，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：新型
国别省市：