非隔离LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术提供了一种非隔离LLC谐振变换器，包括第一谐振桥、第二谐振桥、谐振网络、整流桥、变压器、负载和输出电容，所述变压器包括第一变压器电感和第二变压器电感，电路简单，控制简单易行，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
非隔离LLC谐振变换器


[0001]本专利技术涉及电源
，尤其涉及一种非隔离LLC谐振变换器。

技术介绍

[0002]近年来随着计算量的提高，服务器单板卡的电能需求越来越大，尤其随着机架式服务器的广泛使用，直流供电总线的电流越来越大，采用48V总线为服务器板卡供电的电源架构逐渐取代了12V总线的传统架构；这种48V架构通常是通过交流电源将交流电网电源转化为48V直流总线，再由DCDC电源将48V转换为12V，12V再转换为各芯片组所需的低至0.6V的各种电压为芯片组进行供电，也有一些方案是直接将48V直接转化为1V左右CPU core电压为CPU供电。由于服务器系统中除各芯片组需要低至0.6V的低压供电外，还有许多12V负载，如风扇和内存等，48V转12V后再由12V转为电压为芯片组供电的方式逐渐成为主流。
[0003]一方面服务器市场的体量巨大，成本压力高；另一方面全球范围的节能降耗要求越来越高，这就使得低成本、高效能的48V转12V成为电力电子领域的一个非常重要的研究方向，许多研究资源进入到这个领域，并且很多研究成果陆续呈现。得到最广泛应用的有两个技术方向：一个方向是在传统通讯领域中广泛应用的48V转12V模块电源基础上不断优化设计。这个方向近年来不断有新的产品推出，功率密度和效率也逐年提高；各头部企业大多采用隔离的半桥或全桥硬开关电路，少部分采用隔离的半桥或全桥非隔离LLC谐振变换器电路；为达到更高的效率和功率密度，此发展方向不断的增加PCB板的层数和铜厚，不断优化隔离变压器设计，选择性能更优异的功率MOS管，这带来的后果是不断推高产品的成本，加长开发周期，提高设计难度和对技术人员的技术要求，使得该方向的发展到了一个瓶颈，很难在性能和价格之间继续平衡发展。另一个方向是非隔离48V转12V应用，并首先推出了对应的开关储能变换器谐振变换器(Switched Tank Converters，STC)，如图4所示。这个变换器通过多级谐振电路级联，可以实现所有开关器件的软开关，且开关器件的应力通过开关器件串联和输出电压钳位的方式，得到有效的控制，使得变换器的效率在较低的成本上得到非常有效的提升使得该电路一度成为研究领域的热点。不过这个电路同样存在两个先天的不足：首先变换器为开关电容电路的一个谐振方案，输入输出电压的关系为固定变比，不能进行调压，极大的限制了变换器的应用，尤其在几个头部企业相继将其服务器电源方案转向12V电压可控后，这个电路的关注度开始下降；此外，开关器件多、控制复杂，多开关器件串联使驱动方案、辅助源设计复杂，在没有专用模拟控制器的情况下使电路的实现和成本被推高，也在一定程度上限制了电路的应用。在这之后，如图5所示的降压式变换电路再次得到关注，该电路在传统降压式变换电路中增加了串联电容，由于该电容的存在，使得变换器的占空比可以展开，并极大减小了输出滤波电感前的电压脉动，改善了滤波电感的工作条件，使得变换器可降低开关频率，减小开关损耗，提升效率，同时变换器的电路结构同STC电路相比也要简单，降低了设计难度。该电路是当前非隔离48V转12V应用中较为优化的方案。该电路唯一的缺点是硬开关。由于开关器件在工作中处于硬开关条件，一定程度上限制了变换器的开关频率的提高，这就限制了模块进一步提升电源模块的功率密度。
[0004]因此，有必要提供一种新型的非隔离LLC谐振变换器以解决现有技术中存在的上述部分问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种非隔离LLC谐振变换器，降低控制难度和成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的所述非隔离LLC谐振变换器，包括第一谐振桥、第二谐振桥、谐振网络、整流桥、变压器、负载和输出电容，所述变压器包括第一变压器电感和第二变压器电感，所述第一变压器电感与所述谐振网络串联以构成变压器谐振单元，所述变压器谐振单元的第一端与所述第一谐振桥连接，所述变压器谐振单元的第二端与所述第二谐振桥连接，所述第二变压器电感的两端均与所述整流桥连接，所述整流桥与所述第一谐振桥、所述第二谐振桥、所述负载的一端、所述输出电容的一端连接，所述负载的另一端、所述输出电容的另一端、所述整流桥均与电源的负极连接并接地，所述第一谐振桥用于将所述变压器谐振单元的第一端与电源的正极或所述负载的一端连通，所述第二谐振桥用于将所述变压器谐振单元的第二端与电源的正极或所述负载的一端连通，所述整流桥用于将所述第二变压器电感的两端分别与所述负载的一端和所述负载的另一端连通。
[0007]所述非隔离LLC谐振变换器的有益效果在于：包括第一谐振桥、第二谐振桥、谐振网络、整流桥、变压器、负载和输出电容，所述变压器包括第一变压器电感和第二变压器电感，电路简单，控制简单易行，成本低。
[0008]可选地，所述第一谐振桥包括第一开关单元和第三开关单元，所述第一开关单元的第一端接电源的正极，所述第一开关单元的第二端与所述第三开关单元的第一端连接，所述第三开关单元的第二端与所述负载的一端连接。
[0009]可选地，所述第一开关单元和所述第三开关单元均为可控开关器件。
[0010]可选地，所述第二谐振桥包括第二开关单元和第四开关单元，所述第二开关单元的第一端接电源的正极，所述第二开关单元的第二端与所述第四开关单元的第一端连接，所述第四开关单元的第二端与所述负载的一端连接。
[0011]可选地，所述第二开关单元和所述第四开关单元均为可控开关器件。
[0012]可选地，所述整流桥包括第五开关单元、第六开关单元、第七开关单元和第八开关单元，所述第五开关单元的第一端和所述第六开关单元的第一端均与所述负载的一端连接，所述第五开关单元的第二端与所述第七开关单元的第一端连接，所述第六开关单元的第二端与所述第八开关单元的第一端连接，所述第七开关的第二端与所述第八开关的第二端均与所述负载的另一端连接。
[0013]可选地，所述第五开关单元、所述第六开关单元、所述第七开关单元和所述第八开关单元均为可控开关器件或不可控开关器件。
[0014]可选地，所述可控开关器件包括金氧半场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管、氮化镓晶体管、碳化硅MOS管以及第一组合开关单元，所述第一组合开关单元为三极管与二极管的组合。
[0015]可选地，所述不可控开关器件包括二极管和第二组合开关单元，所述第二组合开关单元包括二极管与金氧半场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管、氮化镓晶体管、碳化硅MOS管中任意一个的组合。
[0016]可选地，所述谐振网络包括第一谐振电感和谐振电容，所述第一谐振电感、所述谐振电容和所述第一变压器电感串联。
[0017]可选地，所述谐振网络还包括电阻，所述电阻与所述第一谐振电感、所述谐振电容、所述第一变压器电感串联。
[0018]可选地，所述变压器还包括第二谐振电感，所述第二谐振电感与所述第一变压器电感或所述第二变压器电感并联。
[0019]可选地，所述第一变压器电感包括至少一个子变压器电感，所述子变压器电感之间串联。
附图说明
[0020]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非隔离LLC谐振变换器，其特征在于，包括第一谐振桥、第二谐振桥、谐振网络、整流桥、变压器、负载和输出电容，所述变压器包括第一变压器电感和第二变压器电感，所述第一变压器电感与所述谐振网络串联以构成变压器谐振单元，所述变压器谐振单元的第一端与所述第一谐振桥连接，所述变压器谐振单元的第二端与所述第二谐振桥连接，所述第二变压器电感的两端均与所述整流桥连接，所述整流桥与所述第一谐振桥、所述第二谐振桥、所述负载的一端、所述输出电容的一端连接，所述负载的另一端、所述输出电容的另一端、所述整流桥均与电源的负极连接并接地，所述第一谐振桥用于将所述变压器谐振单元的第一端与电源的正极或所述负载的一端连通，所述第二谐振桥用于将所述变压器谐振单元的第二端与电源的正极或所述负载的一端连通，所述整流桥用于将所述第二变压器电感的两端分别与所述负载的一端和所述负载的另一端连通。2.根据权利要求1所述的非隔离LLC谐振变换器，其特征在于，所述第一谐振桥包括第一开关单元和第三开关单元，所述第一开关单元的第一端接电源的正极，所述第一开关单元的第二端与所述第三开关单元的第一端连接，所述第三开关单元的第二端与所述负载的一端连接。3.根据权利要求2所述的非隔离LLC谐振变换器，其特征在于，所述第一开关单元和所述第三开关单元均为可控开关器件。4.根据权利要求1所述的非隔离LLC谐振变换器，其特征在于，所述第二谐振桥包括第二开关单元和第四开关单元，所述第二开关单元的第一端接电源的正极，所述第二开关单元的第二端与所述第四开关单元的第一端连接，所述第四开关单元的第二端与所述负载的一端连接。5.根据权利要求4所述的非隔离LLC谐振变换器，其特征在于，所述第二开关单元和所述第四开关单元均为可控开关器件。6.根据权利要求1所述的非隔离LLC谐振变换器，其特征在于，所述整流...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，李培永，杨鑫，周远平，乔宗标，
申请(专利权)人：上海英联电子系统有限公司，
类型：发明
国别省市：