LLC串联共振DC/DC变换器制造技术

本发明专利技术揭示一种ＤＣ／ＤＣ变换器。该ＤＣ／ＤＣ变换器包含方波产生器用来产生具有方波波形的一系列输出电压。该ＤＣ／ＤＣ变换器还包含共振回路连接于该方波产生器，该产生器包括串联电容器连接于串联电感器和并联电感器。该ＤＣ／ＤＣ变换器还包含变压器有一次侧串接于该串联电感器且并接于该并联电感器。该变压器还包含二次侧用来连接于一整流电路以对输出负载电路提供已整流直流电压。该串联电容器与该串联电感器作用以提供第一特征共振频率由ｆ↓［ｓ］表示，且该串联电容器与该串联电感器及并联电感器作用以提供第二特征共振频率由ｆ↓［ｍ］表示，其中ｆ↓［ｓ］＞ｆ↓［ｍ］。该变换器以可变频率切换以进行输出调节。该变换器藉由以介于该第一和第二特征共振频率间的频率切换在高输入电压工作呈现高变换效率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及包含DC/DC变换工作的电源供应系统。更特别地说，本专利技术涉及一种改良的电路设计和构造达到更佳功率变换效率、更宽大工作范围及改良的软开关性能。已知有两种共振变换器，亦即串联共振变换器和并联共振变换器。以一全桥或半桥结构实行时，会使用一电感电容(LC)共振回路以创造半导体开关的无损耗接通或断开的条件。附图说明图1显示一以半桥结构实行的串联共振变换器，其中负载与共振回路串联连接。相对地，图2显示一以半桥结构实行的并联共振变换器，其中负载与共振电容器并联排列。整体而言，当开关频率高于共振频率时，开关在零电压条件接通，从而消除接通开关损耗。为了调节输出电压，串联共振变换器和并联共振变换器应用一可变开关频率控制方法。就一串联共振变换器来说，主要缺点在于其需要一较大频率范围以调节一宽大负载范围的输出且此输出无法在无负载条件下得到良好调节。就共振回路与负载为并联连接的案例来说，一并联共振变换器能在无负载条件下调节输出电压。然而环流能量明显提高。因此，功率变换效率随负载减小而快速降低。又，串联共振变换器和并联共振变换器二者的性能都受到输入电压的较窄小范围的限制。图3显示LCC共振变换器的电路图。LCC共振变换器系由并联共振变换器添加一串联共振电容器Cs得到。相对于并联共振变换器，LCC共振变换器的环流能量降低且电压调节性能提升。然而，LCC共振变换器仍受限于输入电压的较窄小范围。因此，需要一种改良的共振变换器加宽输入电压范围并提高变换效率以解决上述难题。明确地说，需要一种新的电路架构，其要能保留软开关特性同时允许以正常工作条件为基础的电路设计最佳化而不受限于输入电压下降期间的维持时间要求。明确地说，本专利技术的目的为提出一种构造和方法为一DC/DC变换器提供一LLC共振网络以具有双重特征共振频率使得输出电压能够藉由调整一对输入开关的开关周期的方式控制。输入和输出电压的范围能够以这些工作和控制特性为基础更有弹性地调整且电路设计能够便利地以一正常工作条件为基础最佳化。简短地说，在一较佳实施例中，本专利技术揭示一种DC/DC变换器。该DC/DC变换器包含一方波产生器用来产生具有一方波波形的一系列输出电压。该DC/DC变换器还包含一共振回路连接于该方波产生器，该共振回路包括一串联电容器连接于一串联电感器和一并联电感器。该DC/DC变换器还包含一变压器有一次侧串接于该串联电感器且并接于该并联电感器。该变压器还包含二次侧用来连接于一整流电路以对一输出负载电路提供一已整流直流电压。该串联电容器与该串联电感器作用提供一第一特征共振频率以fs表示，且该串联电容器与该串联电感器及并联电感器作用提供第二特征共振频率以fm表示，其中fs＞fm。在一较佳实施例中，该第一特征共振频率为 且第二特征共振频率为 其中Cs代表串联电容器之电容，Ls代表串联电感器的电感且Lm代表并联电感器的电感。上述及其他本专利技术目的和优点在熟悉本
者阅览过后续以不同附图绘制的较佳实施例的详细说明后毫无疑问会变得明确。图2为一已知并联共振DC/DC变换器的电路图；图3为一已知LCC串并联共振DC/DC变换器的电路图；图4为一本专利技术LLC串联共振DC/DC变换器的电路图；图5为图4的LLC共振DC/DC变换器的等效电路；图6显示了LLC共振DC/DC变换器在f＝fs时的波形；图7显示了LLC共振DC/DC变换器在fm＜f＜fs时的波形；图8显示了LLC共振DC/DC变换器在f＞fs时的波形；图9为一衍生电路共振电感整合在变压器内；图10为一本专利技术变换器在输出侧有一全桥整流器的电路图；图11为一本专利技术变换器在输入侧有一全桥逆变器的电路图；且图12为一本专利技术变换器有一串接的双半桥的电路图。由一次侧绕组耦接于二次侧绕组构成的高频变压器130为该变换器的输出电压提供匹配和绝缘。整流电路140(其包含二极管D1和D2)形成一中心抽头整流器，且将共振电流转变成单向电流。亦能使用一全桥整流器取代中心抽头整流器。输出滤波器150包含一电容器Co滤除高频脉动电流且横跨输出负载提供一无脉动恒定输出电压Vo。依据本专利技术，施加于开关S1和S2的闸控信号为互补的。此二互补信号中任一者的占空比为50％。使用一可变工作频率控制以交替接通和断开此二开关调节输出电压Vo。参照图5以一等效电路说明LLC共振变换器的工作特性。明确地说，如图所示，今以LLC共振网络实施的共振DC/DC变换器有两个特征频率点为该第一特征共振频率fs和第二特征共振频率fmfs=1/(2πLsCs)---(1)]]>fm=1/(2π(Ls+Lm)Cs)-----(2)]]>LLC共振变换器的工作原理得以三个案例加以说明(1)f＝fs参照图6显示当开关频率f与串联共振频率fs相同时的LLC共振变换器工作波形。当横跨端子A和B的电压VAB在零电压和输入电压Vin之间以频率fs切换时，图中显示共振回路电流ir(t)为一正弦波形。横跨串联电容器Cs的电压vc(t)的高频分量亦有一纯正弦波形。通过并联电感器Lm的电流im(t)同步于VAB的切换以一线性函数增加和减少。输入电压Vin与输出电压Vo间的关系以下式表示Vo=Vin2n---(3)]]>其中n为变压器变比，其定义为变压器130的一次侧绕组匝数对二次侧绕组匝数的比。(2)fm＜f＜fs参照图7显示开关频率介于两特征共振频率之间(亦即fm＜f＜fs)时的LLC共振变换器工作波形。当横跨开关S2的电压为高，即VAB＝Vin，输入直流电压施加于共振回路120，电流在Ls和Cs共振，并以正弦波形式馈送至输出侧。在串联共振的一半周期的T1/2时间点，通过整流器二极管的电流id(t)下降至零。输出侧整流器自然地回复且共振转移至Cs和Ls+Lm之间。在此工作模式中，共振电流持续对共振电容器Cs充电。由于Lm远比Ls大，共振电流在此时距内几乎为恒定。当开关S1为断开且开关S2为接通时，电压VAB降为零，Ls、Lm和Cs之间的共振由储存于共振电容器Cs内的能量起动。波形大致对称于前半周期。输入与输出电压间的关系得表示为Vo=Vin2n+Im4nCs(T-T1)---(4)]]>其中Im为磁化电流的峰值 ，T1为串联共振的周期 且T为对应于开关频率的周期。因此，输出电压会随开关周期T加大而提高，且得以依据方程式(4)在较低输入电压工作藉由加大开关周期T来维持恒定输出电压Vo。此为本专利技术LLC串联共振DC/DC变换器的典型和特色工作模式。因为较高的磁化电流，主开关的ZVS条件在输入电压和输出负载的全范围内得以满足。且在此期间二次侧整流器因以比第一特征共振频率fs低的频率切换而在ZCS条件下工作。(3)f＞fs参照图8显示当开关频率f比第一特征共振频率fs大(亦即f＞fs)时的LLC共振变换器工作波形，本专利技术LLC串联共振DC/DC变换器的工作会退化成一已知串联共振变换器。在开关S1和S2互补地接通或断开时仅在Ls和Cs之间出现一共振，在Ls、Lm和Cs之间不再有共振。从以上详细说明能了解到，就传统的共振DC/DC变换器而言，变换效率能在低输入工作由变换器以特征共振频率fs开关而最佳化，且在高输入时开关频率会较高以调节输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＤＣ／ＤＣ变换器，其包括：一方波产生器，其用来产生具有一方波波形的一系列输出电压；一共振回路，其连接于该方波产生器，该共振回路包括一串联电容器连接于一串联电感器和一并联电感器；一变压器，其有一次侧串接于该串联电感器且并接于该 并联电感器；该变压器还包含二次侧用来连接于一整流电路以对一输出负载电路提供一已整流直流电压；该整流电路还包括一滤波电容器用来过滤对该输出负载电流输出的该已整流直流电压；该串联电容器与该串联电感器作用而提供第一特征共振频率以ｆ↓［ ｓ］表示，且该串联电容器与该串联电感器及该并联电感器作用而提供第二特征共振频率以ｆ↓［ｍ］表示，其中ｆ↓［ｓ］＞ｆ↓［ｍ］；该变换器在一高于该第二频率ｆ↓［ｍ］的频率范围内运作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贵松，章进法，顾亦磊，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]