CN103326586A - 一种lc全谐振电路软开关 - Google Patents

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Abstract

一种LC全谐振电路软开关，包括：MOS管Q1、MOS管Q2、变压器T1、电感Lr、光电耦合器，所述MOS管Q1上设有Vg1接入端、Vin接入端，MOS管Q2上设有Vg2接入端，MOS管Q2、电感Lr、电容Cr、变压器T1一次侧串联连接，MOS管Q1接入在MOS管Q2与电容Cr之间；所述变压器T1二次侧与二极管D1、二极管D2串联连接，输出端V0与电容C2之间设有串联的电阻R1、光电耦合器、电容C3、电阻R2；基准IC TL431与电容C3并联连接。本发明跟传统的谐振电路相比，效率更高，所用变压器更小，温升更低，轻载功耗更小，EMI更好；此电路可以用在大中功率LED驱动电源，工业开关电源，大功率充电器上，能达到节能环保，降低成本，简化设计的作用。

Description

一种LC全谐振电路软开关
技术领域
本发明涉及开关领域，具体为一种LC全谐振电路软开关。
背景技术
传统的PWM斩波变换器，其功率元件工作于硬开关模式下，开关损耗大，效率低，难以通过高频化实现功率密度的提升，同时EMI特性较差，需要增加了很多滤波抑制单元，既增加了成本，也降低了效率。
谐振变换器利用谐振电路为功率元件创造了软开关条件，降低了开关损耗。谐振变换器中以三元件LLC电流谐振变换器最为典型，应用最为普遍；相比于其它软开关变换器，LLC变换器可以在整个负载范围内实现原边MOSFET的零电压开通和副边二极管的零电流关断。这既降低了开关损耗，提高了效率，便于高频化，提高功率密度，同时也降低了元器件应力，减小了EMI。
LLC变换器的缺点：由于LLC只有在谐振频率附近工作效率最优，因此往往将额定工作点设置在谐振频率点附近，当输入电压降低或输出电压增大时，通过降低工作频率来获得较大的增益；当输入电压增大或输出电压降低时，通过提高工作频率来获得较低的增益。但在谐振频率之上，频率对增益调节能力不够，调节范围较窄，即使能够调节，工作频率范围也会非常宽。因此，LLC变换器不适合宽电压范围应用，包括宽输入电压范围和宽输出电压范围。这在很大程度上限制了LLC软开关变换器的应用。在许多需要宽电压范围应用的场合，现有LLC变换器难以获得较好地应用。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种LC全谐振电路软开关，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种LC全谐振电路软开关，包括：MOS管Q1、MOS管Q2、变压器T1、电感Lr、光电耦合器，所述MOS管Q1上设有Vg1接入端、Vin接入端，MOS管Q2上设有Vg2接入端，MOS管Q2、电感Lr、电容Cr、变压器T1一次侧串联连接，变压器T1一次侧与MOS管Q2之间接入初级地GND，MOS管Q1接入在MOS管Q2与电容Cr之间；所述变压器T1二次侧与二极管D1、二极管D2串联连接，电容C2与二极管D1并联连接，电容C2一侧接有输出端V0，另一侧接入次级地SG，输出端V0与电容C2之间设有串联的电阻R1、光电耦合器、电容C3、电阻R2；基准IC TL431与电容C3并联连接，电阻R3与基准IC TL431并联连接，电阻R3与基准IC TL431之间接入次级地SG。
所述电容Cr与MOS管Q1接入点之间设有接点a。
所述电感Lr与变压器T1一次侧之间设有接入点b。
所述光电耦合器接入初级地GND。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明跟传统的谐振电路相比，效率更高，所用变压器更小，温升更低，轻载功耗更小，EMI更好；此电路可以用在大中功率(50W-1000W)LED驱动电源，工业开关电源，大功率充电器上，能达到节能环保，降低成本，简化设计的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种LC全谐振电路软开关，包括：MOS管Q1、MOS管Q2、变压器T1、电感Lr、光电耦合器，所述MOS管Q1上设有Vg1接入端、Vin接入端，MOS管Q2上设有Vg2接入端，MOS管Q2、电感Lr、电容Cr、变压器T1一次侧串联连接，变压器T1一次侧与MOS管Q2之间接入初级地GND，MOS管Q1接入在MOS管Q2与电容Cr之间；所述变压器T1二次侧与二极管D1、二极管D2串联连接，电容C2与二极管D1并联连接，电容C2一侧接有输出端V0，另一侧接入次级地SG，输出端V0与电容C2之间设有串联的电阻R1、光电耦合器、电容C3、电阻R2；基准IC TL431与电容C3并联连接，电阻R3与基准IC TL431并联连接，电阻R3与基准IC TL431之间接入次级地SG。
所述电容Cr与MOS管Q1接入点之间设有接点a。
所述电感Lr与变压器T1一次侧之间设有接入点b。
所述光电耦合器接入初级地GND。
LC全谐振的频率与负载成反比，传统的谐振半桥(LLC)频率与负载成反比。LC全谐振腔是由变压器T1，电感Lr，电容Cr组成，当Q1导通时电流从电感Lr、变压器Lm、电容Cr与电源地形成一个回路，期间电感Lr、电容Cr储能，变压器Lm与次级耦合把能量传送到次级，Vb＝nVo(n为变压器初次级砸数比，Vo为输出电压)，设定变压器增益为1，即nV0＝1/2Vin，则Vab＝1/2Vin，当Cr两端电压为1/2Vin时，电感Lr两端电压为零，电感Lr储存的能量开始转移到电容Cr上，当电感Lr能量为0，电感Lr电流反转，电容Cr开始放电，下半周期开始。在整个过程中，因变压器Lm只有极小的励磁电流，所以在开关管所有的Ton时间里，变压器都在传输能量到次级，谐振频率为1/2π√Lr*Cr，输出功率为Po＝CrVi2f，；当负载增大时，根据Po＝CrVin2f，Cr，Vin不变，频率f需增大，即开关频率跟着变大；当负载变小时频率f变小，即开关频率变小，当f＜1/2fm(fm为设定的最大开关频率)时进入***进入PWM模式，这样可以减小开关损耗，均匀电源***的轻载，满载效率(传统的LLC负载变小，频率变大，增加开关损耗)。。
开关管零电流开通，零电流关断，传统的谐振半桥(LLC)不能完全做到零电流关断；设定最大开关频率为fm，最低频率为1/2fm，当开关频率小于1/2fm时，***进入PWM模式，当开关频率大于1/2fm时，***进入PFM模式，在PFM模式中，设定驱动开关管的驱动脉冲占空比不变，开关频率在1/2fm与fm之间并满足D/f＞1/4π√Lr*Cr，(D为PFM模式MOS管Q1，MOS管Q2的占空比)，则每次开通和关断都在电感Lr的电流为0的时刻(因变压器还有很小的励磁电流和开关管的结电容存在，实际上还有很小的电流开通)，即零电流开通和零电流关断，从而可以降低开关损耗。
变压器不需开气隙，无环流，传统的谐振半桥(LLC)需开气隙，Lm参加谐振，谐振腔的环流很大，因为此电路为全谐振电路，变压器在其中只做变压器传输能量的功能(不需磨气隙)，没有参加谐振，几乎不产生环流，Lm只提供变压器传输能量所需的很小的励磁电流，励磁电流为NVo/L*Ton，因变压器不需磨气隙，L很大，所以励磁电流很小，(传统的LLC变压器里面内置的Lm是参加谐振，并在整个工作周期中产生较大的环流电流)，与传统的LLC相比，使得变压器的损耗更低，温升更低，从而再次提高了电源***的效率，在同样输出的功率中，LC全谐振能使用更小的变压器，从而降低电源***的成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种LC全谐振电路软开关，包括：MOS管Q1、MOS管Q2、变压器T1、电感Lr、光电耦合器，其特征在于：所述MOS管Q1上设有Vg1接入端、Vin接入端，MOS管Q2上设有Vg2接入端，MOS管Q2、电感Lr、电容Cr、变压器T1一次侧串联连接，变压器T1一次侧与MOS管Q2之间接入初级地GND，MOS管Q1接入在MOS管Q2与电容Cr之间；所述变压器T1二次侧与二极管D1、二极管D2串联连接，电容C2与二极管D1并联连接，电容C2一侧接有输出端V0，另一侧接入次级地SG，输出端V0与电容C2之间设有串联的电阻R1、光电耦合器、电容C3、电阻R2；基准IC TL431与电容C3并联连接，电阻R3与基准IC TL431并联连接，电阻R3与基准IC TL431之间接入次级地SG。
2.根据权利要求1所述的一种LC全谐振电路软开关，其特征在于：所述电容Cr与MOS管Q1接入点之间设有接点a。
3.根据权利要求1所述的一种LC全谐振电路软开关，其特征在于：所述电感Lr与变压器T1一次侧之间设有接入点b。
4.根据权利要求1所述的一种LC全谐振电路软开关，其特征在于：所述光电耦合器接入初级地GND。
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