[發明專利]LLC諧振變換器

在審

• 申請號: 201410190214.X
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103986332A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 王勝濤;陳漫靑;帥波明;郭棟;朱紅倫
• 申請（專利權）人: 許繼電氣股份有限公司;許繼電源有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/32
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明涉及一種LLC諧振變換器。

背景技術

目前，LLC電路拓撲在大功率整流電路中較為常見，其優良的軟開關特性可以大幅減小電源的開關損耗，提供能量的傳輸效率，顯著降低電源的噪聲和EMI，是目前使用最普遍的大功率拓撲之一。

如圖1所示為一種LLC串聯諧振全橋DC/DC變換器電路，方波發生器采用4個功率MOS管T1-T4構成全橋逆變電路，D1-D4為MOS管的寄生二極管，諧振電感Lr、諧振電容Cr和變壓器的勵磁電感Lm(此處標出Lm是為了理論分析的需要，在實際應用時不顯示勵磁電感)組成LLC串聯諧振網絡，在變壓器副邊，整流二極管D5-D6構成組成中間抽頭的全波輸出整流電路，Cf為輸出濾波電容，整流二極管直接連接到輸出濾波電容Cf上，LLC諧振全橋變換器存在兩個諧振頻率：為串聯諧振電感和電容諧振產生的串聯諧振。頻率；為串聯諧振電感加上并聯諧振電感的和與串聯諧振電容諧振產生的串并聯諧振頻率。其工作原理如下：LLC諧振轉換器可以工作在諧振點或boost區或buck區，當LLC工作在諧振點時,諧振回路阻抗最小,損耗最小,同時可以實現初級開關管ZVS(零電壓)開通和次級整流管ZCS(零電流)關斷。當LLC工作在boost區時,初級開關管可以實現ZVS開通,次級整流管可以實現ZCS關斷；LLC工作在buck區時,初級開關管可以實現開通,次級整流管不能實現ZCS關斷,輸出二極管會有反向恢復過程。

對于大功率分箱式充電機，由于是低壓大電流輸出,同時需要保證效率的要求,因為碳化硅二極管電壓比較高,所以次級整流二級管只能選擇肖特基二極管。

對于LLC電路,短路保護一般有兩種方式:(1)原邊采用電流互感器,通過取樣原邊電流信號,經過整流送到芯片保護；(2)通過副邊取樣電阻,經過差分放大電路,與給定基準比較,通過光耦送到原邊保護,相對環路限流運放動作響應時間要快,此種短路方式可以使短路時輸出電壓為零,且短路電流可以設定最大安全電流值。此兩種保護方式均能實現LLC短路保護功能,短路時電流應力滿足要求,但是LLC短路時輸出二極管的電壓尖峰沒有得到抑制。

目前常用的LLC輸出二極管尖峰抑制電路如圖2所示，LLC副邊為全波整流電路,通過在輸出整流二極管上并聯RC吸收電路實現抑制電路尖峰。采用RC吸收是解決功率二極管反向恢復問題的常用方法，將C1及R1串聯后并聯到功率二極管上。二極管反向關斷時，寄生電感中的能量對寄生電容充電，同時還通過吸收電阻R1對吸收電容C1充電。在吸收同樣能量的情況下，吸收電容越大，其上的電壓就越小；當二極管快速正向導通時，C1通過R1放電，能量的大部分將消耗在R1上，短路時能抑制電壓尖峰和反向恢復電流。

通過對LLC電路的工作原理分析我們可以知道LLC電路工作在諧振點或boost區時副邊二極管零電流關斷，無反向恢復；buck區雖不能實現副邊ZCS，但輸出電壓較低，此時輸出二極管應力滿足要求，不需要加吸收電路。即LLC電路正常工作時副邊不需要加吸收電路。采用RC吸收時,正常工作時會吸收功率產生損耗,降低效率,同時由于模塊空間的影響,功率電阻的個數需要限制；短路時能抑制電壓尖峰和反向恢復電流，但是吸收電阻的溫度會更高。

發明內容

本發明的目的是提供一種LLC諧振變換器，以解決現有采用RC吸收電路抑制LLC短路輸出二極管尖峰的方式所引起的降低工作效率及吸收電阻溫度較高的問題。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種LLC諧振變換器，包括順次連接的方波發生器、LLC諧振網絡和輸出整流電路，所述輸出整流電路由輸出二極管構成，所述輸出二極管上并聯有雙向TVS管。

所述TVS管為貼片型TVS管。

所述輸出整流電路采用肖特基二極管。

所述方波發生器和輸出整流電路為全橋或半橋電路。

本發明的LLC諧振變換器通過在輸出二極管上并聯雙向TVS管(瞬態抑制二極管)，實現抑制輸出二極管電壓應力尖峰，短路時TVS管能很好的抑制輸出二極管的電壓應力，即保證輸出二極管短路時電壓應力不超標，同時對大功率LLC寬范圍輸出電路的工作效率幾乎沒有影響，LLC工作效率滿足要求。

TVS管采用貼片型TVS管，可以節省電源模塊空間。

附圖說明

圖1是常規LLC諧振變換器的電路結構圖；

圖2是目前具有尖峰抑制作用的LLC諧振變換器的電路結構圖；

圖3本發明LLC諧振變換器的電路結構圖。

具體實施方式