[发明专利]一种PFC和LLC混合隔离型开关电源

权利要求书

1.一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，其特征在于，包括图腾柱PFC电路、LLC谐振电路、直流侧电容串、隔离变压器T和全波整流器；

所述图腾柱PFC电路包括输入滤波电感Lb，由两只工频运行的MOSFET管M1和M2组成的图腾柱PFC电路左桥臂，以及由两只高频运行的GaN HEMT器件H1和H2组成的图腾柱PFC电路右桥臂；

高压侧直流正负母线PN间连接直流侧电容串C1和C2，C1和C2的连接点组成中性点O3；

所述图腾柱PFC电路的输入连接交流电源，所述图腾柱PFC电路的一端输出和直流侧电容串中性点O3分别连接LLC谐振电路的两端输入；所述LLC谐振电路接在隔离变压器T的原边侧，所述全波整流器接在隔离变压器T的副边侧；

所述图腾柱PFC电路右桥臂和直流电容串为LLC谐振电路提供激励电源，使得加在LLC谐振电路的电压为±1/2直流电压值的三电平方波；

所述图腾柱PFC电路由工频方波信号和高频PWM信号控制，所述工频方波信号用于控制所述图腾柱PFC电路中的MOSFET管在交流电压过零点交替导通，所述高频PWM信号用于控制所述图腾柱PFC电路中的GaN HEMT器件交替导通。

2.根据权利要求1所述的一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，其特征在于，所述图腾柱PFC电路中，所述MOSFET管M1的D端连接高压侧直流正母线P，所述MOSFET管M1的S端连接MOSFET管M2的D端；所述MOSFET管M1的S端和MOSFET管M2的D端的连接点组成中性点O1；所述中性点O1连接输入滤波电感Lb的一端，所述输入滤波电感Lb的另外一端连接交流电源的一端；所述MOSFET管M2的S端连接高压侧直流负母线N；

所述图腾柱PFC电路中，所述GaN HEMT器件H1的D端连接高压侧正母线P，所述GaN HEMT器件H1的S端连接GaN HEMT器件H2的D端；所述GaN HEMT器件H1的S端和GaN HEMT器件H2的D端的连接点组成中性点O2；所述中性点O2连接交流电源的另一端；所述GaN HEMT器件H2的S端连接高压侧直流负母线N。

3.根据权利要求2所述的一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，其特征在于，所述MOSFET管M1和M2的G端分别受控于一个工频互补的方波信号，且MOSFET管M1和M2交替开通状态之间设有死区时间；电网电压正半周时，控制MOSFET管M1的G端为高电平，控制MOSFET管M2的G端为低电平；电网电压负半周时，控制MOSFET管M1的G端为低电平，控制MOSFET管M2的G端为高电平。

4.根据权利要求2所述的一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，其特征在于，所述GaNHEMT器件H1和H2的G端分别受一个高频PWM信号控制，两个高频PWM信号的高电平交替，使得GaN HEMT器件H1和H2交替开通；所述GaN HEMT器件H1和H2交替开通状态之间设有死区时间，且所述死区时间根据实际交流电压和负载的情况而变化。

5.根据权利要求4所述的一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，其特征在于，所述两个高频PWM信号的频率相同，为200kHz～1MHz；所述两个高频PWM信号的占空比根据控制输出电压源的实际需要，为0％～49.5％。

6.根据权利要求2所述的一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，其特征在于，所述LLC谐振电路包括谐振电感Lr、谐振电容器Cr和励磁电感Lm；所述谐振电容器Cr一端连接中性点O2，另一端连接谐振电感Lr一端；所述谐振电感Lr另一端连接隔离变压器T原边侧的同名端；所述隔离变压器T原边侧的非同名端连接至直流侧电容串中性点O3；所述隔离变压器T原边侧的同名端和非同名端并联隔离变压器T自身的励磁电感Lm。

7.根据权利要求1所述的一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，其特征在于，所述高压侧直流正负母线PN间还连接二极管D3和D4，所述二极管D3的阴极连接至高压侧直流正母线P，所述二极管D3的阳极和二极管D4的阴极相连，并连接至LLC谐振电路的谐振电容器Cr和谐振电感Lr的连接点，所述二极管D4的阳极连接至高压侧直流负母线N；

所述二极管D3和D4不参与实际的运行，仅在LLC谐振电路发生短路后，使得谐振电容器Cr两端电压的绝对值超过1/2直流电压值后，自动形成钳位回路，限制LLC谐振电路的短路电流；具体实现为：所述谐振电容器Cr两端电压值超过1/2直流电压值后，二极管D3导通，此时谐振电容器Cr两端电压钳位为1/2直流电压值；所述谐振电容器Cr两端电压值小于-1/2直流电压值后，D4导通，此时谐振电容器Cr两端电压钳位为-1/2直流电压值。