[发明专利]谐振变换器

说明书

技术领域

本发明实施方式涉及一种谐振功率变换器，尤其地，涉及一种串联谐振变换器或LLC变换器。

背景技术

由于谐振变换器可以在高频率下操作且提供较低的切换损耗，所以它们在功率转换领域中变得越来越受欢迎。

谐振变换器包括具有两个开关的至少一个半桥电路，该半桥电路根据DC输入电压来生成方波电压。方波电压被提供给谐振电路，并为了提供DC输出电压而整流谐振电路的电路元件之一上的电压。方波电压在谐振电路中引起振荡电压。该振荡电压使半桥电路的开关以零电压切换，这有助于保持较低的切换损耗，即便是在较高的切换频率下。

谐振变换器的谐振器可包括具有初级绕组和次级绕组的变压器。在这种类型的变换器中，通常利用连接在次级绕组和输出端子之间的整流网路来整流次级绕组上的电压。输出电压在输出端子处是可用的。串联谐振变换器具有与变压器的初级绕组串联连接的串联LC电路，另外连接至LC电路的LLC变换器包括与变压器的初级绕组并联连接的电感。

因此，可通过适当地调节半桥电路的切换频率来调整谐振变换器的输入功率以及输出电压。谐振变换器可以以高于谐振网路的谐振频率的频率进行操作，并且可以以低于谐振频率的频率进行操作，其中，操作模式影响整流网路中的电流波形。

在串联谐振变换器及LLC变换器中，在次级侧整流网路上可能会出现高电压峰值的电压鸣震（voltage ringing），特别是在整流网路具有中心抽头拓扑结构（center-tap topology）的情况下。该鸣震可由寄生振荡电路产生，该寄生振荡电路可包括振荡器的寄生电容和寄生电感。在传统的变换器中，整流网路中的电路元件被选择为使得它们的电压阻断能力（voltage blocking capability）足够高以承受高电压峰值。然而，这增加了成本，并降低了变换器的总效率，原因在于具有较高电压阻断能力的电路元件通常具有较高的传导损耗。

因此，需要提供一种谐振变换器，具体地，提供在很大程度上防止或至少部分地抑制变压器的次级侧的电压鸣震的串联谐振变换器或LLC变换器。

发明内容

一种实施方式涉及一种谐振变换器，其包括用于施加输入电压的第一输入端子和第二输入端子、提供输出电压的第一输出端子和第二输出端子以及具有初级绕组和次级绕组的变压器，其中，初级绕组和次级绕组均具有第一端子和第二端子。变换器还包括具有电容元件和变压器的初级绕组的串联谐振电路、连接在输入端子和串联谐振电路之间的切换网络、连接在次级绕组和输出端子之间的整流电路，连接在初级绕组的第一端子与输入端子之间的箝位电路。

附图说明

现在参照附图对本发明的实施方式进行解释。应注意的是，这些实施方式用于说明基本原理，因此仅说明用于理解基本原理所需的那些特征。附图未按比例绘制。此外，在所有附图中，相同的参考字符表示相同的特征。

图1示意性地示出了包括箝位电路的串联谐振变换器的第一实施方式；

图2示出了在图1的变换器中出现的驱动信号的时序图；

图3示出了串联谐振变换器的第二实施方式；

图4示出了串联谐振变换器的第三实施方式；

图5示出了LLC谐振变换器的第一实施方式；

图6示出了LLC谐振变换器的第二实施方式；

图7示出了LLC谐振变换器的第三实施方式。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据第一实施方式的串联谐振变换器的电路图。该变换器包括用于施加输入电压Vin的第一输入端子11和第二输入端子12，以及用于提供输出电压Vout的第一输出端子13和第二输出端子14。输入电压Vin例如为DC电压或整流AC电压，诸如整流正弦波电压。输出电压Vout为DC电压。变换器被配置为根据输入电压Vin生产控制或调节的输出电压Vout，也就是说，变换器被配置为生成输出电压Vout，使得输出电压Vout等于指定基准电压。

图1中所示的串联谐振变换器包括具有下列元件的传统的基本拓扑结构：耦接至输入端子11、12的开关电路20；具有初级绕组31和次级绕组32的变压器30；包括变压器30的初级绕组31的串联谐振电路；以及耦接在变压器30的次级绕组32与输出端子13、14之间的整流电路50。另外，针对基本拓扑结构，串联谐振变换器包括箝位电路61、62。下面将对箝位电路61、62的操作原理进行更详细地阐述。