CN101645653A - 一种llc谐振电路 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电源技术领域，提供了一种LLC谐振电路，包括驱动电路、半桥电路和谐振电容，所述的LLC电路还包括两个或者两个以上的变压器，所述变压器的初级绕组串联，次级主绕组并联后连接整流滤波电路，所述次级主绕组的输出经整流滤波后为主负载提供电源。本发明提供的技术方案克服了现有技术中变压器辅助绕组先于主绕组加载状态下产生的电源不稳定的问题，在输出功率较大时，各个变压器分担传输功率；在输出电平较多时，每个变压器都可另带一路不同电平的负载，不再受到单个变压器的引脚数量的限制；克服了现有技术中两个或者两个以上的两变压器串联单路输出电平，需另加低压DC－DC转换电路来满足多路不同的输出电平的缺点。

Description

一种LLC谐振电路

技术领域

本发明属于LLC电路技术领域，尤其涉及一种多变压器的LLC电路。

背景技术

LCD(液晶)电视的电源使用范围通常为100Vac至240Vac，一般其电源分成APFC(active power factor circuit有源功率因素校正)和DC_DC两部分，APFC电路将交流整流滤波后的电压升压为VB(一般+390V左右)稳定的直流电压，完成AC-DC变换的同时，完成功率因数校正功能；DC_DC部分通过DC-AD-DC的高频变换过程，将VB变换为LCD电视所需不同电平的电压，LLC谐振电路为近年新兴起的一种高效DC_DC电源拓扑结构。

请参阅图1，是现有的一种多变压器LLC电路的电路图，该电路包括驱动电路IC1DRIVE，高压MOS管Q11和高压MOS管Q12构成的半桥电路，变压器T11和变压器T12，谐振电容Cr11，二极管D11A，二极管D11B，二极管D12和二极管D13，滤波电容C11，滤波电容C12、滤波电容C13，负载RL11，负载RL12，负载RL13。

高压MOS管Q11和高压MOS管Q12作为逆变器的开关管，并且构成半桥电路，该驱动电路IC1DRIVE驱动高压MOS管Q11和高压MOS管Q12构成的半桥电路，将直流电压VB转换为方波电压；

变压器T11和变压器T12初级匝数相同，且次级主绕组匝数相同，其初级绕组串联至高压MOS管Q11和高压MOS管Q12构成的半桥电路的中点，经谐振电容Cr11接地；此外，变压器T11和变压器T12具有初级绕组漏感Lr(图未示)和励磁电感Lm(图未示)，该初级绕组漏感Lr、励磁电感Lm与谐振电容Cr11组成第一谐振频率；初级绕组漏感Lr与谐振电容Cr11组成第二谐振频率；驱动电路IC1DRIVE使电路工作在第一谐振频率至第二谐振频率之间，高压MOS管Q11和高压MOS管Q12可实现零电压开通(ZVS)；

变压器T11和变压器T12的次级主绕组经二极管D11A、二极管D11B各自整流后并联，经滤波电容C11连接主负载RL11。在其主负载RL11先接重载的状态，辅助绕组分别经二极管D12和二极管D13整流，电容C12、电容C13滤波，可以向负载RL12、负载RL13分别提供能量；而在其主负载RL11未先加重载的状态，其他辅助绕组如先加较重的负载(例如RL12)，如不另加电路进行必要的反馈，主负载端电压将升高，电路无法保持稳定工作。而LCD整机上电时序一般是主CPU、信号板、屏驱动电路先加电，待信号处理好后，再将背光点亮，避免出现图像混乱的现象，这样，将造成电路的不稳定。

随着LCD电视产品趋向超薄、高效率方向发展，其内部***对电源的输出电平稳定等级、电源的高度、效率等要求越来越高。而且一般有多种电压需求，例如：背光所需的+24V，信号处理所需的+12V，伴音功放所需的+18V或12V，小信号、CPU所需的+6V或+5V或者+5VSTB等，通常会造成上述LLC谐振电路构成的DC_DC电源输出不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LLC谐振电路，旨在解决现有技术中存在的LLC谐振电路构成的DC_DC电源输出不稳定的问题。

本发明是这样实现的，一种LLC谐振电路，包括驱动电路、半桥电路和谐振电容，所述的LLC电路还包括两个或者两个以上的变压器，所述变压器的初级绕组串联，次级主绕组并联后连接整流滤波电路，所述次级主绕组的输出经整流滤波后为主负载提供电源。

所述的LLC电路包括变压器(T1)和变压器(T2)，所述变压器(T1)与变压器(T2)的次级主绕组的正、负相位脚分别连接二极管(D1A)二极管(D1B)的正极，二极管(D1A)和二极管(D1B)的负极与电容(C1)的正极、主负载(RL1)的正电压端相连。

所述变压器还包括两个或者两个以上不同的次级辅助绕组，所述次级辅助绕组的输出经整流滤波后输出不同电压。

所述变压器(T1)还包括次级辅助绕组，所述次级辅助绕组的输出经二极管(D3)整流、电容(C3)滤波后为辅助负载(RL3)提供电源。

所述的辅助负载(RL3)为伴音功放电源。

所述变压器(T2)还包括次级辅助绕组，所述次级辅助绕组的输出经二极管(D2)整流、电容(C2)滤波后为辅助负载(RL2)提供电源。

所述的辅助负载(RL2)为信号处理电源。

所述两个或者两个以上的变压器初级绕组匝数相同，次级主绕组匝数相同并且相位相同。

所述的主负载为液晶电视背光电源。

所述的半桥电路包括高压MOS管(Q1)和高压MOS管(Q2)，所述变压器初级绕组串联至高压MOS管(Q1)和高压MOS管(Q2)构成的半桥电路的中点，经所述谐振电容接地。

本发明克服现有技术的不足，采用至少两个变压器构成的LLC谐振电源DC-DC电路，并且各个变压器的次级主绕组直接并联之后再整流滤波，克服了现有技术中变压器辅助绕组先于主绕组加载状态下产生的电源不稳定的问题，在输出功率较大时，各个变压器分担传输功率，不再受到单个变压器的高度限制；在输出电平较多时，每个变压器都可另带一路不同电平的负载，不再受到单个变压器的引脚数量的限制；克服了现有技术中两个或者两个以上的两变压器串联单路输出电平，需另加低压DC-DC转换电路来满足多路不同的输出电平的缺点。

附图说明

图1为现有LLC谐振电路电路图；

图2本发明实施例提供的LLC谐振电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2，是本发明实施例提供的多变压器多输出电平LLC电路图。该电路包括变压器T1和变压器T2，主负载RL1，驱动电路IC2DRIVE，高压MOS管Q1和高压MOS管Q2，谐振电容Cr，二极管D2和二极管D3，滤波电容C2和滤波电容C3，辅助负载RL2和辅助负载RL3。

变压器T1和变压器T2分别包含一个初级绕组，一个次级主绕组和一个次级辅助绕组，变压器T1与变压器T2的初级绕组匝数相同，次级主绕组匝数相同、相位相同。变压器T1和变压器T2的初级绕组串联连接，变压器的次级主绕组直接并联。高压MOS管Q1和高压MOS管Q2构成半桥电路。通过Feedback(反馈)部分的电压取样、误差电压比较、误差电压放大、反馈等电路作用，驱动电路IC2DRIVE输出可变频率的近似0.5占空比的驱动信号(其中包含死区时间，防止半桥电路直通的状态出现)，经高压MOS管Q1和高压MOS管Q2构成的半桥电路功率开关，将直流电压VB转换为方波电压。变压器T1、变压器T2具有等效的初级绕组漏感Lr和励磁电感Lm，初级绕组漏感Lr、励磁电感Lm与谐振电容Cr组成LC谐振电路，谐振于第一谐振频率( $f1=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{n*(\mathrm{Lm}+\mathrm{Lr})*\mathrm{Cr}}},$ n为所串联变压器的数量)；漏感Lr与谐振电容Cr组成LC谐振电路，谐振于第二谐振频率( $f2=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{n*\mathrm{Lr}*\mathrm{Cr}}},$ n为所串联变压器的数量)；驱动电路IC2 DRIVE输出的信号频率在在第一谐振频率至第二谐振频率之间，高压MOS管Q1和高压MOS管Q2可实现零电压开通(ZVS)。

变压器T1与变压器T2的次级主绕组同相位的脚(用铜箔)联通，中心抽头脚(用铜箔)与次级地线联通，变压器T1与变压器T2的次级主绕组的正、负相位脚分别连接二极管D1A、二极管D1B的正极，二极管D1A和二极管D1B的负极与电容C1的正极、主负载RL1的正电压端相连；变压器T1与变压器T2的次级辅助绕组的连接方式与次级主绕组的基本相同，区别是次级辅助绕组各自独立，不与其他绕组相连；变压器T1与变压器T2次级主绕组并联后，经二极管D1A、二极管D1B整流，电容C1滤波，连接主负载RL1；变压器T1与变压器T2的次级辅助绕组还分别经二极管D2和二极管D3各自整流，经电容C2和电容C3分别滤波，变压器T1与变压器T2各自生成一个不同于主负载电平的其他电平(例如：T2生成+12V，T1生成+18V)，分别连接辅助负载RL2、辅助负载RL3。

通常，大屏幕超薄型LCD电视需要四种电平(24V、12V、18V、5Vsb)供电，且所需输出功率较大(24V/10A；12V/2.5A；18V/1.5A；5Vsb/1A)，在本实施例中，可以把主负载RL1定义为背光灯电源(+24V)，负载RL2为信号板及TCON板电源(+12V)，负载RL3为伴音功放电源(+18V)，独立的辅助电源提供待机及信号处理电源(+5Vsb或+3.3Vsb)，其中待机CPU由待机电源生成。待机时关断APFC电路和DC-DC的LLC电路，减少损耗，以便达到较低的待机功耗，其他三路由LLC串联谐振电源经变压器T1与变压器T2生成。

LCD电视开机时，首先APFC电路工作，当APFC输出直流电压达到一定值(本电源设定+350V)，LLC串联谐振电路开始工作。一般变压器T2的辅助绕组首先加载(例如：+12V/1～2.5A，等效电阻约RL2＝12～4.8欧姆，变压器T2反馈到初级的等效负载电阻值变小，引起变压器T1初级绕组分压大于变压器T2初级绕组分压，进而引起变压器T1的次级主绕组电压高于变压器T2的次级主绕组电压；由于变压器T1和变压器T2的次级主绕组直接并联(同相的)，当变压器T1的主绕组电压高于变压器T2的主绕组钳位电压时，变压器T1的次级主绕组直接经变压器T2的次级主绕组向变压器T2的次级辅助绕组释放能量，同时自动达到了变压器T1各绕组的电压钳位作用；此状态下，变压器T2的辅助绕组的能量实际由变压器T2的初级及其次级主绕组两边分别提供，电路可以达到一个动态平衡的状态。

在此阶段，本发明多变压器的组合技术的应用，并不能使两变压器的损耗完全相，变压器T2的次级线圈绕组的损耗会稍大于变压器T1的次级线圈绕组的损耗，T2的磁芯损耗也会稍大于T1的磁芯损耗。但由于此时输出功率占最大额定输出功率的比例较低(一般小于单个变压器输出额定功率的50％)，T2变压器的温升不会有太大的提高，完全可安全使用.

当LCD的背光灯点亮，背光电路工作后，主绕组RL1加载RL1＝1.846欧姆，当变压器T1和变压器T2的次级辅助绕组功率完全相等时，其次级主绕组的电流也完全相等；当变压器T2的次级辅助绕组功率大于变压器T1的次级辅助绕组功率时，同样可经变压器T1的次级主绕组向变压器T2的次级辅助绕组传送一定的功率，使输出动态平衡；同理，当变压器T1的次级辅助绕组功率大于变压器T2的次级辅助绕组功率时，可经变压器T2的次级主绕组向变压器T1的次级辅助绕组传送一定的功率，使输出动态平衡；此阶段由于主绕组始终工作，且输出功率占全部输出额定最大功率的比例较高(大于75％)，加上此种变压器连接方式负载的动态均衡特性，因此，各个变压器的损耗相差较小，温升也基本均匀。

具体应用本发明提供的技术方案时，由于变压器T1和变压器T2引脚有限，如果需要每个变压器平均分担功率，并且理论上需要N组辅助电平时，选取N个变压器即可实现，提高了整个电源的可靠性；当需进一步降低电源板的限高时，不需要采用大功率变压器，可通过多个小功率变压器实现。例如制作13mm超薄电源，可选6.6mm高的EFD32磁芯，带骨架后限高9mm；每个变压器可输出功率约50W，200W输出功率使用4个变压器即可，同时辅助绕组可输出至多4种不同电平供使用。

综上所述，采用本发明的技术方案后，LLC串联谐振电路的各路电平的稳定性能良好，完全不必另加低压DC-DC电路生成其他所需电平；不必另加反馈稳定电路，维持电路的稳定。主负载未加载状态下，单个变压器的辅助绕组可单独加载，此状态下每个变压器的辅助绕组电压也可自动得到了有效的钳制，整个电路***也可稳定正常的长期工作。本发明对LCD液晶电视电源的超薄化发展，提供了有效的技术支持。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种LLC谐振电路，包括驱动电路、半桥电路和谐振电容，其特征在于，所述的LLC电路还包括两个或者两个以上的变压器，所述变压器的初级绕组串联，次级主绕组并联后连接整流滤波电路，所述次级主绕组的输出经整流滤波后为主负载提供电源。

2、根据权利要求1所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述的LLC电路包括变压器(T1)和变压器(T2)，所述变压器(T1)与变压器(T2)的次级主绕组的正、负相位脚分别连接二极管(D1A)、二极管(D1B)的正极，二极管(D1A)和二极管(D1B)的负极与电容(C1)的正极、主负载(RL1)的正电压端相连。

3、根据权利要求1所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述变压器还包括两个或者两个以上不同的次级辅助绕组，所述次级辅助绕组的输出经整流滤波后输出不同电压。

4、根据权利要求2所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述变压器(T1)还包括次级辅助绕组，所述次级辅助绕组的输出经二极管(D3)整流、电容(C3)滤波后为辅助负载(RL3)提供电源。

5、根据权利要求4所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述的辅助负载(RL3)为伴音功放电源。

6、根据权利要求2所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述变压器(T2)还包括次级辅助绕组，所述次级辅助绕组的输出经二极管(D2)整流、电容(C2)滤波后为辅助负载(RL2)提供电源。

7、根据权利要求6所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述的辅助负载(RL2)为信号处理电源。

8、根据权利要求1所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述两个或者两个以上的变压器初级绕组匝数相同，次级主绕组匝数相同并且相位相同。

9、据权利要求1所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述的主负载为液晶电视背光电源。

10、据权利要求1所述的LLC谐振电路，其特征在于，所述的半桥电路包括高压MOS管(Q1)和高压MOS管(Q2)，所述变压器初级绕组串联至高压MOS管(Q1)和高压MOS管(Q2)构成的半桥电路的中点，经所述谐振电容接地。

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