[实用新型]全桥谐振直流/直流变换器

说明书

技术领域

本实用新型设计直流电源变换技术，尤其涉及一种全桥谐振直流/直流变换器。

背景技术

高效率、高频化和小型化是当今开关电源的主要发展趋势，而传统的BUCK形式变换器由于开关损耗过大，无法应用于高开关频率的场合。而谐振变换器可以很容易实现软开关，大大减小了电路中开关元件的开关损耗，成为目前较为流行的开关电源拓扑形式。

以现有的LLC串联谐振变换器为例，由于谐振元件工作在正弦谐振状态，开关管上的电压可以自然过零从而实现零电压开通，以及很容易实现副边整流管的零电流关断，从而减小了开关管的开通损耗，提高了电源的整体效率。这类拓扑通常采用变频调制（PFM）方式，通过调整开关管的工作频率达到稳定输出电压的目的。

变换器的控制原理是通过对全桥每个桥臂的上下管互补导通，每个开关管的占空比接近50%，并对Q1和Q4以及Q2和Q3同时导通和关断，再加在谐振网络上的电压为+Vin～-Vin变动的方波，占空比为50%，电压有效值接近Vin。如果仅采用频率调制的方式调整输出电压，则电源输出电压增益与开关频率的关系为：

其中，Vin和Vout分别为输入电压和输出电压，n为变压器变比，Lr为谐振电感值，Cr为谐振电容值，Lm为激磁电感值，为工作频率， 为谐振频率，，Rg为输出负载。

从上式可以看出，在输入电压和其它电路参数选定的情况下，LLC串联谐振的输出电压随工作频率的提高而降低，其控制频率与输出电压增益的关系如图1所示，LLC串联谐振变换器的升压能力是有限的，在一定范围内随着工作频率的降低输出电压升高。超过这个范围，反而随着工作频率降低输出电压降低，这不符合电路负反馈的单调性要求而在实际工作中不能使用。同时，LLC串联谐振的降压能力也是有限的，虽然理论上随着工作频率的提高输出电压可以持续下降，但考虑实际电路器件高频损耗的影响，电路工作频率不可能很高（一般最高到谐振频率的2倍左右）。因此，在一定的工作频率范围内，LLC串联谐振电路的输出电压不可能降到很低，特别是负载较轻的情况下。综上所述，LLC谐振变换器虽然具有容易实现软开关从而提高电路效率的优势，但其一个非常明显的弱势是在仅采用频率调制的控制方式时输出电压范围很窄，不能应用在需要宽范围输出的场合。

上面以全桥LLC串联谐振电路为例说明了仅采用频率调制方式所带来的输出电压调整范围较窄的缺点，理论上其它所有形式的谐振电路都存在同样的问题。

目前常用的解决上述问题的方法有两种：最常用的一种方式是在低压输出且电路的工作频率已经达到设定的上限时，使电路工作在间歇工作模式。这虽然在一定程度上扩展了谐振变换器输出电压调节范围，但间歇工作相当于大大降低了电路的整体工作频率，电路的输出电压和电流纹波都会比较大，在对此性能要求高的场合很难适用；另一种方式是在低压轻载输出且电路的工作频率已经很高时，采用脉宽调制（PWM）的方式降低开关工作的占空比。这种方法牺牲了谐振电路软开关的优势，实际在这种工作模式下电路工作在硬开关状态，开关损耗较大。因此，这种工作模式只适合于负载较轻的场合，在负载较大情况下并不能大范围拓宽输出电压的调节范围。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可利用频率控制和相位控制实现拓宽输出电压的调节范围的全桥谐振直流/直流变换器。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种全桥谐振直流/直流变换器，包括输出电路、调节控制器、相位运算电路、频率运算电路、脉冲发生电路、移相电路和驱动电路，输出电路包括依次相连的全桥电路、谐振电路和整流滤波电路，整流滤波电路向外输出工作电流，调节控制器接收预设信号和反馈信号，调节控制器根据预设信号和反馈信号运算得出控制信号，反馈信号为采样工作电流所得，相位运算电路接收调节控制器输出的控制信号，频率运算电路接收调节控制器输出的控制信号，脉冲发生电路接收频率运算电路输出的频率信号，移相电路接收脉冲发生电路输出的基准脉冲信号，移相电路接收相位运算电路输出的相位信号，驱动电路接收脉冲发生电路输出的基准脉冲信号，驱动电路根据基准脉冲信号对全桥电路的超前臂进行驱动，驱动电路接收移相电路输出的移相脉冲信号，驱动电路根据移相脉冲信号对全桥电路的滞后臂进行驱动。

更进一步的方案是，全桥电路的超前臂由第一开关管和第二开关管构成，第一开关管的漏极与第二开关管的源极连接；

全桥电路的滞后臂由第三开关管和第四开关管构成，第三开关管的漏极与第四开关管的源极连接；

第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的栅极分别与驱动电路连接。