[发明专利]一种PFC和LLC混合隔离型开关电源

说明书

本发明公开了一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，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；其中，图腾柱PFC电路的输入端连接交流电源，PFC电路的一端输出和直流侧电容串中性点分别连接LLC谐振电路的两端输入；LLC谐振电路接在隔离变压器T的原边侧，全波整流器接在隔离变压器T的副边侧；本发明中图腾柱PFC电路受控于工频方波信号和高频PWM信号，其中，工频方波信号用于控制PFC电路中的MOSFET管在交流电压过零点交替导通，高频PWM信号用于控制PFC电路中的GaN HEMT器件交替导通。本发明具有开关损耗小，效率高，电源的功率密度高，体积小的优点。

技术领域

本发明涉及一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，属于开关电源技术领域。

背景技术

开关变换器是一种高频化电能转换装置，其功能是透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源不同于线性电源，其利用晶体管在全开模式(饱和区)及全闭模式(截止区)之间切换，虽然模式切换之间的转换会有较高的损耗，但持续时间很短，整体损耗低，因此比较节省能源，产生废热较少。虽然目前的开关电源效率和开关频率较高，但针对一些高端的应用场合，目前基于硅基器件的技术方案还不能达到较高的技术标准。随着现代技术的飞跃发展，较常规硅基MOSFET和二极管，第三代新型宽禁带GaN HEMT的性能不断提高，其开关频率越来越高，因此，超小体积、超低功耗，高可靠性等成为开关电源发展的一个趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于GaN HEMT器件的PFC和LLC混合隔离型开关电源，开关损耗小，效率高，电源的功率密度高，体积小。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种PFC和LLC混合隔离型开关电源，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。

前述的图腾柱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GaNHEMT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。