[發明專利]高轉換效率的LLC諧振轉換器

在審

• 申請號: 202010909475.8
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN114204816A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 潘怡安
• 申請（專利權）人: 廣州貴冠科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 任媛;劉鐵生

本發明主要提供一種高效率LLC諧振轉換器，依據本發明的設計，一誤差放大單元依據檢測自一檢出單元兩端的一電壓差而產生一調整電壓信號從而傳送至一第一控制單元，使該第一控制單元依據該調整電壓信號而獲知一當前負載率。繼續地，一第二控制單元通過一第一隔離回授單元接收該第一控制單元所傳送的一第一調整信號，從而產生一開關組件控制信號傳送至直流電提供單元中的一開關組件，以控制該開關組件而調整該直流電提供單元的一輸出電壓，使該LLC諧振轉換器在任何負載狀況下皆可保持大于或等于98％的一轉換效率。

技術領域

本發明涉及切換式電源轉換器(Switching-mode power supply,SMPS)的有關技術領域，尤指一種高轉換效率的LLC諧振轉換器。

背景技術

切換式電源轉換器(Switching-mode power supply,SMPS)的技術已被廣泛地應用于制作各式電機裝置與電子產品的電源供應器。并且，隨著電子產品朝向輕薄短小的趨勢發展，必須通過提升切換頻率的方式來增加切換式電源轉換器的功率密度，才能夠有效地縮小切換式電源轉換器的機構體積。于是，具零電壓切換(Zero voltage switching,ZVS)與零電流切換(Zero current switching,ZCS)特色的LLC諧振轉換器(LLC resonantconverter)因此被提出。

圖1顯示現有的一種LLC串聯諧振轉換器的電路架構圖。如圖1所示，現有的LLC串聯諧振轉換器2’包括：耦接市電的一全橋整流器21’、具有一第一開關組件SQ1’的一功率因子修正單元22’、包括一第二開關組件SQ2’和一第三開關組件SQ3’的一橋式開關單元23’、一諧振單元24’、一變壓器單元25’、一輸出整流單元26’、一電流檢出電阻RS’、包括一第一分壓電阻RV1’與一第二分壓電阻RV2’的一電壓檢出單元、一誤差放大單元27’、一隔離回授單元28’、以及一控制單元29’。其中，該諧振單元24’包括一諧振電感Lr’與一振電容Cr’。并且，該變壓器單元25’的一激磁電感Lm’與該諧振電感Lr’及該諧振電容Cr’一同組成一LLC諧振槽。

在正常工作情況下，調變該第二開關組件SQ2’和該第三開關組件SQ3’的切換頻率(Switching frequency,fS)可以改變LLC串聯諧振轉換器2’的增益值(gain)，以達到控制輸出電壓的調整。換句話說，相對于寬范圍的輸出電壓，切換頻率也必須跟著變寬。如此一來，輸出電壓調變的范圍越寬，則操作頻率也就越寬，從而必須相對提升該LLC諧振槽的硬件規格，使得切換頻率與LLC諧振槽的一諧振頻率(Resonant frequency,fr)的比值能夠盡量地控制在接近1，亦即fS＝fr。

然而，就實務層面而言，在完成輸出電壓調變的范圍完成LLC諧振槽的硬件的規格設計及制作以后，諧振頻率即隨之固定。換句話說，諧振頻率無法依據電路的當前負載率(Immediate load rate)而進行在線實時調變。在此情況下，便只能夠利用控制單元29’調整切換頻率。例如，當負載裝置3’從空載(no load or light load)切換至滿載(fullload)時，切換頻率必須被快速且大幅度地調變，如此才能夠將輸出電壓的范圍穩定于規格內。因此，在實務操作中，當負載率快速變化時，切換頻率無法直接地調變至等于或者接近諧振頻率，因而導致LLC串聯諧振轉換器2’的轉換效率(Conversion efficiency)大幅下降。

如圖1所示，現有技術利用調整該控制單元29’的補償參數的方式達到快速調變所述切換頻率的效果。然而，實務經驗顯示，此種方法會造成輸出電壓的不穩定跳動。實務上，如圖1所示，加入該功率因子修正單元22’可以減少由該全橋整流器21’所輸出的一脈動直流信號的諧波成份并使輸入電流與輸入電壓同相位從而提高功率因數。利用一切換信號控制該第一開關組件SQ1’后，可以調整該功率因子修正單元22’的輸出電壓，達到協助穩定輸出電壓的效果。