[发明专利]一种谐振变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振变换器。

背景技术

如图1所示，一种对称半桥结构LLC谐振变换器，包括变压器、方波生成器、谐振电路、输出整流电路和输出滤波电路，所述输出整流电路连在变压器副边绕组与输出滤波电路之间，所述方波生成器输入端接有直流电源，所述方波生成器用于将输入的直流电压Vin变换为交流方波电压并输出。所述变压器包括原边绕组N1、第一副边绕组N21、第二副边绕组N22。所述方波生成器包括第一电容Cd1、第二电容Cd2、第一开关管Q1和第二开关管Q2。第一电容Cd1和第二电容Cd2的容量很大，均分输入电压Vin，其上电压为输入电压Vin的一半。第一开关管Q1、第二开关管Q2构成一个半桥结构，其驱动信号是固定50％占空比的互补信号，所述第一开关管Q1、第二开关管Q都采用变频调制以调节输出电压。谐振电路包括第一电感Lr、谐振电容Cr、第二电感Lm。该谐振电路连接在半桥的中点与第一电容Cd1和第二电容Cd2之间，因此谐振电容Cr也起到隔直的作用。在输出侧，所述输出整流电路包括第一整流二极管D3、第二整流二极管D4，所述输出滤波电路包括输出电容Co，第一整流二极管D3、第二整流二极管D4构成中心抽头的整流电路，第一整流二极管D3、第二整流二极管D4分别直接连接到输出电容Co上。

图2是现有的对称半桥构的谐振变换器的输出电压Vo和开关管的开关频率f的特性曲线示意图。一般开关频率会选择在图2中输出电压Vo取得最大值之后的频率段，所以频率升高，输出电压下降。从图2中可以看出，当频率升高到一定程度，特性曲线变得非常平坦，甚至可能出现不降反升的情况，频率调节能力变得很弱。在轻载或者空载时，为了降低输出电压需要升高开关频率，由于频率升高到一定值的时候特性曲线变得非常平坦，要降低电压需要将开关频率升的很高，导致变换器的工作频率范围很宽。如果电磁兼容性要求指标很高，当变换器的输出滤波电路为简单的电容滤波器时则不能满足该电磁兼容性指标要求，则需将输出滤波电路改为π型滤波电路或者多级滤波电路。如果变换器工作频率范围很宽，输出滤波电路的指标必须满足最低开关频率时候的参数指标，这样输出滤波器由于频率较低导致滤波器中的电容和电感参数很大，从而需选择体积很大的滤波器。此外，工作频率过高的时候会使得整流二极管失去零电流关断特性，导致输出整流二极管两端电压尖峰很高，必须选择高耐压的二极管，而高耐压的二极管的导通压降较高，从而损耗成倍增加，导致变换器可靠性降低，效率下降。

对于别的LLC串联谐振变换器诸如不对称半桥LLC谐振变换器，都有变换器的控制频率很宽的问题。

综上，现有的谐振变换器有以下不足：轻载或者空载时，为了降低输出电压需要升高开关频率，由于频率升高到一定值的时候特性曲线变得非常平坦，要降低电压需要将开关频率升的很高，导致变换器的工作频率范围很宽。变换器开关频率变化范围很宽导致输出滤波电路很难优化，而输出滤波电路必须满足最低频率时的要求，导致输出滤波电路中的电容和电感参数很大，从而造成输出滤波电路的体积很大。此外工作频率过高的时候会使得整流二极管失去零电流关断特性，导致输出整流二极管两端电压尖峰很高，必须选择高耐压的二极管，而高耐压的二极管的导通压降较高，从而损耗成倍增加，导致变换器可靠性降低，效率下降。

发明内容

本发明就是为了克服以上的不足，提出了一种谐振变换器，有利于输出滤波器的优化。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种谐振变换器，包括变压器、方波生成器、谐振电路、输出整流电路和输出滤波电路，所述输出整流电路连在变压器副边绕组与输出滤波电路之间，所述方波生成器输入端接有直流电源，所述方波生成器用于将输入的直流电压变换为交流方波电压并输出，所述谐振电路包括第一电感、谐振电容、第二电感，所述谐振电容和第一电感串联形成谐振支路，所述第二电感与变压器原边绕组并联形成并联支路，所述谐振支路一端与并联支路一端相连，所述谐振支路与并联支路的另一端分别与方波生成器的两个输出端相连；其特征在于：所述方波生成器输出的交流方波电压为固定频率、可调占空比的交流方波电压，所述固定频率满足如下公式：