CN111682773B - 一次侧恒流控制的谐振变换装置及实现方法 - Google Patents

一次侧恒流控制的谐振变换装置及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一次侧恒流控制的谐振变换装置及实现方法，本发明在传统LLC谐振变换器及其它谐振变换器的一次侧增加一个由辅助电阻和辅助电容构成的RC支路，在辅助电容上模拟出励磁电流的波形，将辅助电容两端电压与一次侧电流采样电阻电压进行直接叠加或者经差分电路差分，即可在一次侧采样出消除了励磁电流影响的一次电流波形，从而通过控制实现CCM和DCM等多种模式下输出电流恒定、高精度的控制。本发明可省去光耦和副边反馈电路，有效提高了电路的可靠性，同时电路及控制实现简单、可靠。

Description

一次侧恒流控制的谐振变换装置及实现方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域中的开关电源技术，涉及一种基于LLC谐振变换器或其它类型谐振变换器的原边恒流变换器及实现方法。
背景技术
近年来，一些功率变换电路常需要实现对负载的恒流控制，如LED驱动器、蓄电池恒流充电。LLC型谐振变换器由于其拓扑优点容易实现功率器件软开关从而获得高效率，因此被广泛应用作为上述功率变换电路的主拓扑。
然而，传统的LLC谐振变换器为了实现电流的稳定输出，通常采用光耦对二次侧输出电流采样进行反馈控制。图1描述了一种现有技术的基于光耦反馈的传统LLC谐振变换装置的框图，通过对二次侧LED电流进行采样，与调节环模块中的电流基准值进行比较，输出闭环调节信号并通过光耦传输至LLC谐振变换器原边的驱动控制模块，通过改变LLC谐振变换器的开关频率实现恒定电流输出。但是，为实现隔离反馈采用的光耦器件存在老化问题，影响电路的稳定性，并且减弱了设备电气隔离的强度。此外，副边电流采样、调理电路以及光耦电路也会增加了电路的成本和体积。
图2所示为图1所示变换器的在断续模式下的主要电流波形，其中，ir为一次侧谐振电流，im为变压器T的励磁电流，iD1和iD2分别是流经副边整流二极管D1和D2的电流，Io是输出电流。可以看到输出电流Io是流经副边整流二极管电流之和的平均值，即与图中所示ir和im构成的阴影面积相关。而一次侧谐振电流ir由于中由于包含了变压器励磁电流im，不能直接准确映射出整流二极管电流波形，也即不能准确反映输出电流。因此，如果仅采样一次侧谐振电流ir，无法实现对输出电流的高精度的控制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于LLC谐振变换器及其它谐振变换器的一次侧恒流控制的变换器，通过对传统LLC谐振变换器及其它谐振变换器的一次侧增加一个RC支路，消除一次侧电流采样信号中的励磁电流，即可通过一次侧电流采样及控制实现对输出电流恒定、高精度的控制。本发明对所述谐振变换器工作在连续模式(Continuous Conduction Mode，简称CCM)和断续模式(Discontinuous Conduction Mode，简称DCM)时同时适用，
本发明的一次侧恒流控制的谐振变换装置包括：
具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含开关网络以及由第一电感、第二电感和谐振电容构成谐振网络，根据接收的输入电源产生谐振电流；
在所述一次侧功率电路的一次连接；
辅助电阻和辅助电容串联构成的RC支路，与一次侧功率电路连接，以在所述辅助电容上产生与第二电感励磁电流波形近似的正向或反向电压信号；
一次侧电流采样电阻，串接在所述一次侧功率回路中，一次侧电流采样电路两端电压信号和辅助电容两端电压信号直接叠加产生或经差分电路产生消除了第二电感励磁电流之后的一次侧电流采样信号；
二次侧功率电路，包括输出整流电路和输出电容，输出电容与输出电流电路的两个输出端并联，所述二次侧功率电路提供输出电流；
在所述二次侧功率电路的二次连接；
所述一次侧控制器接收所述一次侧电流采样信号，并基于该信号产生用于调节输出电流的一次侧开关网络的开关管的控制信号。
优选的，所述开关网络为两个开关管构成的半桥电路；所述开关网络的其中两个输入端与输入电源并联。
优选的，所述谐振电容是单个电容，与第一电感串联；所述一次连接为：第一电感一端接所述开关网络的两个开关管连接点，另一端接谐振电容的一端，谐振电容另一端接第二电感一次侧功率绕组的一端，第二电感一次侧功率绕组的另一端接一次侧电流采样电阻的一端，一次侧电流采样电阻的另一端接到开关网络与输入电源负端相连的端子。
优选的，所述谐振电容是两个电容构成；所述一次连接为：第一电感一端接所述开关网络的两个开关管连接点，另一端接第一谐振电容的一端，第一谐振电容另一端接第二电感一次侧功率绕组的一端，第二电感一次侧功率绕组的另一端接一次侧电流采样电阻的一端，一次侧电流采样电阻的另一端接到开关网络与输入电源负极相连的端子，第二谐振电容与第二电感的一次侧功率绕组并联。
优选的，所述辅助电阻和辅助电容构成的RC支路与第二电感的辅助绕组或一次侧功率绕组直接并联；
优选的，第二电感的辅助绕组或一次侧功率绕组经分压网络分压后与所述辅助电阻和辅助电容构成的RC支路经并联；
优选的，所述辅助电阻和辅助电容构成的RC支路和一次侧电流采样电阻串联后再与第二电感的辅助绕组或一次侧功率绕组并联；
优选的，第二电感的辅助绕组或一次侧功率绕组经分压网络分压后与所述辅助电阻和辅助电容构成的RC支路及一次侧电流采样电阻构成的串联支路并联；
优选的，一次侧电流采样电阻采用电流采样芯片或者电流互感器替代；
优选的，所述二次侧功率电路的二次连接为：所述输出电流电路的输入端经第二电感的耦合绕组与一次侧功率电路耦接；
优选的，所述二次侧功率电路的二次连接为：输出电流电路的输入端直接连到第二电感的一次侧功率绕组的两端；
优选的，所述辅助电阻用双向电流源电路替代。
一种用于谐振变换器的一次侧恒流实现方法，包括以下步骤：
步骤一、将一辅助电阻和辅助电容构成的RC支路与谐振变换器的第二电感一次侧一个绕组进行电气连接，在辅助电容两端获得与谐振变换器的第二电感励磁电流波形成一定比例的同相或反相的电压信号；
步骤二、直接取出或经差分电路取出一次侧电流采样电阻两端电压信号和由步骤一获得的辅助电容两端电压信号的叠加信号，得到消除了第二电感励磁电流之后的一次侧电流采样信号；
步骤三、一次侧控制器根据第二步骤获得的一次侧电流采样信号产生调节输出电流的控制信号去控制一次侧开关网络的开关。
本发明的有益效果在于：本发明提出的一次侧恒流控制的谐振型变换装置及实现方法在传统LLC谐振变换器及其它谐振变换器的一次侧增加一个由辅助电阻和辅助电容构成的RC支路，在辅助电容上模拟出励磁电流的波形，将辅助电容两端电压与一次侧电流采样电阻电压进行直接叠加或者经差分电路差分，即可在一次侧采样出消除了励磁电流影响的一次电流波形，从而通过控制实现CCM和DCM等多种模式下输出电流恒定、高精度的控制。本发明可省去光耦和副边反馈电路，有效提高了电路的可靠性，同时电路及控制实现简单、可靠。
附图说明
图1为一种现有技术的采用光耦隔离的反馈半桥LLC谐振变换装置框图；
图2为图1所示现有技术的主要电流波形；
图3为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第一示意图；
图4所示为图3所示的本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第一示意图工作在DCM模式时的主要波形；
图5为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第二示意图；
图6为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第三示意图；
图7为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第四示意图；
图8为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第五示意图；
图9为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第六示意图。
图10为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第七示意图。
图11为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第八示意图。
具体实施方式
图3为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第一示意图。所述谐振型变换装置包括具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器100。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含由开关管Q1和Q2构成的开关网络101，以及由第一电感Lr、第二电感(变压器)T和谐振电容Cr构成谐振网络，根据接收的输入电源电压产生谐振电流ir；其中，开关网络101的一个输入端接输入电源Vin的正极，另一输入端接输入电源Vin的负极，开关管Q1和Q2的连接点接第一电感Lr的一端，第一电感Lr的另一端接谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端接第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端，第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的异名端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧电流采样电阻Rs的第二端接开关网络101和输入电源Vin负极的连接点。
辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102，辅助电阻Ra的第一端与第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端连接，辅助电阻Ra的第二端接辅助电容Ca的第一端，辅助电容Ca的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第二端。
二次侧功率电路，包括输出整流电路103和输出电容Co，输出电容Co与输出电流电路103的两个输出端并联；输出电流电路103的输入端连接至第二电感(变压器)T的耦合绕组WS1和WS2，通过所述耦合绕组WS1和WS2与一次侧功率电路耦接，从一次侧接收功率传递给输出负载以提供输出电流。
所述一次侧控制器100的参考地端GND接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧控制器100的电流信号端CS接辅助电阻Ra的第二端和辅助电容Ca的第一端，一次侧控制器100的驱动地AGND接一次侧电流采样电阻Rs的第二端和开关网络101的连接点。根据连接关系，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号送至一次控制器100，所述一次侧控制器100基于一次侧电流采样信号产生控制信号送至一次侧开关网络101的开关管的门极，通过对一次侧开关网络101的开关管的控制调节输出电流。
图4所示为图3所示的本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第一示意图工作在DCM模式时的主要波形，其中ir为一次侧谐振电流，im为第二电感(变压器)T一次侧功率绕组的励磁电流，iD1和iD2分别是流经副边整流二极管D1和D2的电流，Io是输出电流，Vm是第二电感(变压器)T一次侧功率绕组两端电压，VRs是一次侧电流采样电阻Rs两端电压，Vca是辅助电容Ca两端电压。
参照图3和图4对本发明提出的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的原理进行分析：
假设变换器的工作频率是fs，则辅助电容Ca的阻抗为:
Figure BDA0002491739580000051
只要选取合适的Ra和Ca值使得Zca远小于辅助电阻Ra的阻抗，则流过辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102的电流ia为：
Figure BDA0002491739580000052
进一步可以得到：
Figure BDA0002491739580000053
假设第二电感(变压器)T一次侧功率绕组的电感量为Lm，励磁电流im的表达式：
Figure BDA0002491739580000054
对比式(3)和式(4)可以发现，Vca和im成线性的比例关系。进一步，励磁电流im在一次侧电流采样电阻Rs两端感应的电压VRs为-im·Rs。由于Rs值非常小，可以得到只要Ra和Ca的取值满足Ra·Ca≈Lm/Rs，则辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加产生的一次侧电流采样信号Vca+VRs中可消除励磁电流im感应的电压。因此将所述一次侧电流采样信号送至控制电路去控制开关网络的开关管，即可实现对输出电流的调节。
图5为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第二示意图。所述谐振型变换装置包括具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器100。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含由开关管Q1和Q2构成的开关网络101，以及由第一电感Lr、第二电感(变压器)T和谐振电容Cr构成谐振网络，根据接收的输入电源电压产生谐振电流ir；其中，开关网络101的一个输入端接输入电源Vin的正极，另一输入端接输入电源Vin的负极，开关管Q1和Q2的连接点接第一电感Lr的一端，第一电感Lr的另一端接谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端接第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端，第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的异名端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧电流采样电阻Rs的第二端接开关网络101和输入电源Vin负极的连接点。
辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102，辅助电阻Ra的第一端与第二电感(变压器)T辅助绕组Wa的同名端连接，辅助电阻Ra的第二端接辅助电容Ca的第一端，辅助电容Ca的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第二端和第二电感(变压器)T辅助绕组Wa的异名端。
二次侧功率电路，包括输出整流电路103和输出电容Co，输出电容Co与输出电流电路103的两个输出端并联；输出电流电路103的输入端连接至第二电感(变压器)T的耦合绕组WS1和WS2，通过所述耦合绕组WS1和WS2与一次侧功率电路耦接，从一次侧接收功率传递给输出负载以提供输出电流。
所述一次侧控制器100的参考地端GND接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，所述一次侧控制器100的电流信号端CS接辅助电阻Ra的第二端和辅助电容Ca的第一端，一次侧控制器100的驱动地AGND接一次侧电流采样电阻Rs的第二端和开关网络101的连接点。根据连接关系，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号送至一次侧控制器100，所述一次侧控制器100基于一次侧电流采样信号产生用于调节输出电流的一次侧开关网络101的开关管的控制信号。
图5所示本发明的第二示意图与图3所示的本发明的第一示意图的区别仅在于辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路是与第二电感(变压器)T的辅助绕组Wa并联，由于辅助绕组两端电压Vma与第二电感(变压器)T的一次侧功率绕组Wp两端电压Vm成线性比例关系，因此同样可以在辅助电容Ca两端产生与第二电感(变压器)T一次侧功率绕组的励磁电流成线性比例关系的电压信号Vca。同理可知，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加产生的一次侧电流采样信号Vca+VRs中可消除励磁电流im感应的电压。因此将所述一次侧电流采样信号送至控制电路去控制开关网络的开关管，即可实现对输出电流的调节。
图6为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第三示意图。所述谐振型变换装置包括具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器100。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含由开关管Q1和Q2构成的开关网络101，以及由第一电感Lr、第二电感(变压器)T和谐振电容Cr构成谐振网络，根据接收的输入电源电压产生谐振电流ir；其中，开关网络101的一个输入端接输入电源Vin的正极，另一输入端接输入电源Vin的负极，开关管Q1和Q2的连接点接第一电感Lr的一端，第一电感Lr的另一端接谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端接第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端，第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的异名端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧电流采样电阻Rs的第二端接开关网络101和输入电源Vin负极的连接点。
辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102，辅助电阻Ra的第一端与第二电感(变压器)T辅助绕组Wa的异名端连接，辅助电阻Ra的第二端接辅助电容Ca的第一端，辅助电容Ca的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，第二电感(变压器)T辅助绕组Wa的同名端接一次侧电流采样电阻Rs的第二端。
二次侧功率电路，包括输出整流电路103和输出电容Co，输出电容Co与输出电流电路103的两个输出端并联；输出电流电路103的输入端连接至第二电感(变压器)T的耦合绕组WS1和WS2，通过所述耦合绕组WS1和WS2与一次侧功率电路耦接，从一次侧接收功率传递给输出负载以提供输出电流。
所述一次侧控制器100的参考地端GND接一次侧电流采样电阻Rs的第二端，所述一次侧控制器100的电流信号端CS接辅助电阻Ra的第二端和辅助电容Ca的第一端。根据连接关系，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号送至一次侧控制器100，所述一次侧控制器100基于一次侧电流采样信号产生用于调节输出电流的一次侧开关网络101的开关管的控制信号。
图6所示本发明的第三示意图与图5所示的本发明的第一示意图的区别仅在于辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路与一次侧电流采样电阻Rs串联之后再与第二电感(变压器)T的辅助绕组Wa并联，且辅助电阻的第一端接到第二电感(变压器)T辅助绕组Wa的异名端，由于辅助绕组两端电压Vma与第二电感(变压器)T的一次侧功率绕组两端电压Vm成线性比例关系，因此同样可以在辅助电容Ca两端产生与第二电感(变压器)T一次侧功率绕组的励磁电流成线性比例关系且波形反相的电压信号Vca。辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加产生的一次侧电流采样信号Vca+VRs中可消除励磁电流im感应的电压。因此将所述一次侧电流采样信号送至控制电路去控制开关网络的开关管，即可实现对输出电流的调节。
图7为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第四示意图。所述谐振型变换装置包括具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器100。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含由开关管Q1和Q2构成的开关网络101，以及由第一电感Lr、第二电感(变压器)T和谐振电容Cr构成谐振网络，根据接收的输入电源电压产生谐振电流ir；其中，开关网络101的一个输入端接输入电源Vin的正极，另一输入端接输入电源Vin的负极，开关管Q1和Q2的连接点接第一电感Lr的一端，第一电感Lr的另一端接谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端接第二电感(变压器)T的第一端，第二电感(变压器)T的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧电流采样电阻Rs的第二端接开关网络101和输入电源Vin负极的连接点。
辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102，辅助电阻Ra的第一端与第二电感(变压器)T第一端连接，辅助电阻Ra的第二端接辅助电容Ca的第一端，辅助电容Ca的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第二端。
二次侧功率电路，包括输出整流电路103和输出电容Co，输出电容Co与输出电流电路103的两个输出端并联；输出电流电路103的输入端连接至第二电感(变压器)T的两个端子，从一次侧接收功率传递给输出负载以提供输出电流。
所述一次侧控制器100的参考地端GND接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，所述一次侧控制器100的电流信号端CS接辅助电阻Ra的第二端和辅助电容Ca的第一端。根据连接关系，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号送至一次侧控制器100，所述一次侧控制器100基于一次侧电流采样信号产生控制信号送至一次侧开关网络101的开关管的门极，通过对一次侧开关网络101的开关管的控制调节输出电流。
图7所示本发明的第四示意图与图3所示的本发明的第一示意图的区别仅在于一次侧的能量直接传递给二次侧，而无需经过第二电感(变压器)T的耦合绕组，一次侧电流采样及恒流控制原理类似。
图8为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第五示意图。所述谐振型变换装置包括具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器100。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含由开关管Q1和Q2构成的开关网络101，以及由第一电感Lr、第二电感(变压器)T和谐振电容Cr构成谐振网络，根据接收的输入电源电压产生谐振电流ir；其中，开关网络101的一个输入端接输入电源Vin的正极，另一输入端接输入电源Vin的负极，开关管Q1和Q2的连接点接第一电感Lr的一端，第一电感Lr的另一端接谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端接第二电感(变压器)T的第一端，第二电感(变压器)T的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧电流采样电阻Rs的第二端接开关网络101和输入电源Vin负极的连接点。
辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102，辅助电阻Ra的第一端与第二电感(变压器)T辅助绕组的同名端连接，辅助电阻Ra的第二端接辅助电容Ca的第一端，辅助电容Ca的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第二端和第二电感(变压器)T辅助绕组的异名端。
二次侧功率电路，包括输出整流电路103和输出电容Co，输出电容Co与输出电流电路103的两个输出端并联；输出电流电路103的输入端连接至第二电感(变压器)T的两个端子，从一次侧接收功率传递给输出负载以提供输出电流。
所述一次侧控制器100的参考地端GND接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，所述一次侧控制器100的电流信号端CS接辅助电阻Ra的第二端和辅助电容Ca的第一端，一次侧控制器100的驱动地AGND接一次侧电流采样电阻Rs的第二端和开关网络101的连接点。根据连接关系，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号送至一次侧控制器100，所述一次侧控制器100基于一次侧电流采样信号产生控制信号送至一次侧开关网络101的开关管的门极，通过对一次侧开关网络101的开关管的控制调节输出电流。
图8所示本发明的第五示意图与图7所示的本发明的第四示意图的区别仅在于电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路是与第二电感(变压器)T的辅助绕组并联，由于辅助绕组两端电压Vma与第二电感(变压器)T的两端电压Vm成线性比例关系，因此同样可以在辅助电容Ca两端产生与第二电感(变压器)T励磁电流im成线性比例关系的电压Vca。同理可知，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号Vca+VRs中可消除励磁电流im感应的电压。因此将所述一次侧电流采样信号送至控制电路去控制开关网络的开关管，即可实现对输出电流的调节。
图9为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第六示意图。所述谐振型变换装置包括具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器100。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含由开关管Q1和Q2构成的开关网络101，以及由第一电感Lr、第二电感(变压器)T和谐振电容Cr1、Cr2构成的谐振网络，根据接收的输入电源Vin产生谐振电流ir；其中，开关网络101的一个输入端接输入电源Vin的正极，另一输入端接输入电源Vin的负极，开关管Q1和Q2的连接点接第一电感Lr的一端，第一电感Lr的另一端接谐振电容Cr1的一端，谐振电容Cr1的另一端接谐振电容Cr2的一端和第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端，第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的异名端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧电流采样电阻Rs的第二端接谐振电容Cr2的另一端以及开关网络101和输入电源Vin负极的连接点。
辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102，辅助电阻Ra的第一端与第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端连接，辅助电阻Ra的第二端接辅助电容Ca的第一端，辅助电容Ca的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第二端。
二次侧功率电路，包括输出整流电路103和输出电容Co，输出电容Co与输出电流电路103的两个输出端并联；输出电流电路103的输入端连接至第二电感(变压器)T的耦合绕组WS1和WS2，通过所述耦合绕组WS1和WS2与一次侧功率电路耦接，从一次侧接收功率传递给输出负载以提供输出电流。
所述一次侧控制器100的参考地端GND接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，所述一次侧控制器100的电流信号端CS接辅助电阻Ra的第二端和辅助电容Ca的第一端，一次侧控制器100的驱动地AGND接一次侧电流采样电阻Rs的第二端和开关网络101的连接点。根据连接关系，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号送至一次侧控制器100，所述一次侧控制器100基于一次侧电流采样信号产生控制信号送至一次侧开关网络101的开关管的门极，通过对一次侧开关网络101的开关管的控制去调节输出电流。
图9所示本发明的第六示意图与图3所示的本发明的第一示意图的区别仅在于一次侧功率回路中多了谐振电容Cr2。由于电容Cr2在一个开关周期内满足充放电平衡条件，因此流经电容Cr2的电流在一个开关周期内平均值为零，一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs仍可反映一次侧功率电流。同理，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号Vca+VRs中可消除励磁电流im感应的电压。因此将所述一次侧电流采样信号送至控制电路去控制开关网络的开关管，即可实现对输出电流的调节。
本领域技术人员应该知道，图5-图8所示本发明的实施例也同样可以参考图9构建出类似图9所示本发明的第六示意图的实施例，这里不再详述。
图10为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第七示意图。所述谐振型变换装置包括具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器100。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含由开关管Q1和Q2构成的开关网络101，以及由第一电感Lr、第二电感(变压器)T和谐振电容Cr构成谐振网络，根据接收的输入电源电压产生谐振电流ir；其中，开关网络101的一个输入端接输入电源Vin的正极，另一输入端接输入电源Vin的负极，开关管Q1和Q2的连接点接第一电感Lr的一端，第一电感Lr的另一端接谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端接第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端，第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的异名端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧电流采样电阻Rs的第二端接开关网络101和输入电源Vin负极的连接点。
辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102，辅助电阻Ra的第一端与第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端连接，辅助电阻Ra的第二端接辅助电容Ca的第一端，辅助电容Ca的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第二端。
二次侧功率电路，包括输出整流电路103和输出电容Co，输出电容Co与输出电流电路103的两个输出端并联；输出电流电路103的输入端连接至第二电感(变压器)T的耦合绕组WS1和WS2，通过所述耦合绕组WS1和WS2与一次侧功率电路耦接，从一次侧接收功率传递给输出负载以提供输出电流。
差分电路104，差分电路104的一个输入端接接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，差分电路104的另一个输入端接辅助电阻Ra的第二端和辅助电容Ca的第一端，输出辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs的差值。参照图9为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第六示意图的连接关系，一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs中包含的第二电感(变压器)T一次侧励磁电流im感应电压的方向和励磁电流im方向相同，即与辅助电容Ca两端电压Vca方向相同，因此二者需要经过差分来消除VRs中励磁电流im所感应的电压信号。
所述一次侧控制器100的参考地端GND接一次侧电流采样电阻Rs的第二端，所述一次侧控制器100的电流信号端CS接差分电路104的输出端。所述一次侧控制器100基于差分电路104的输出信号产生控制信号送至一次侧开关网络101的开关管的门极，通过对一次侧开关网络101的开关管的控制调节输出电流。
本领域技术人员应该知道，图5-图9所示本发明的实施例或者其衍生结构也同样可以参考图10构建出类似的实施例，这里不再详述。
图11为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第八示意图。所述谐振型变换装置包括具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器100。
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含由开关管Q1和Q2构成的开关网络101，以及由第一电感Lr、第二电感(变压器)T和谐振电容Cr构成谐振网络，根据接收的输入电源电压产生谐振电流ir；其中，开关网络101的一个输入端接输入电源Vin的正极，另一输入端接输入电源Vin的负极，开关管Q1和Q2的连接点接第一电感Lr的一端，第一电感Lr的另一端接谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端接第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端，第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的异名端接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧电流采样电阻Rs的第二端接开关网络101和输入电源Vin负极的连接点。
分压网络303，包括电阻Rf1和Rf2。电阻Rf1的一端接第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的同名端，另一端接电阻Rf2的一端作为分压网络303的输出，电阻Rf2的另一端接参考地。
辅助电阻Ra和辅助电容Ca构成的RC支路102，辅助电阻Ra的第一端连接分压网络303的输出，辅助电阻Ra的第二端接辅助电容Ca的第一端，辅助电容Ca的第二端接一次侧电流采样电阻Rs的第二端。
二次侧功率电路，包括输出整流电路103和输出电容Co，输出电容Co与输出电流电路103的两个输出端并联；输出电流电路103的输入端连接至第二电感(变压器)T的耦合绕组WS1和WS2，通过所述耦合绕组WS1和WS2与一次侧功率电路耦接，从一次侧接收功率传递给输出负载以提供输出电流。
所述一次侧控制器100的参考地端GND接一次侧电流采样电阻Rs的第一端，一次侧控制器100的电流信号端CS接辅助电阻Ra的第二端和辅助电容Ca的第一端，一次侧控制器100的驱动地AGND接一次侧电流采样电阻Rs的第二端和开关网络101的连接点。根据连接关系，辅助电容Ca两端电压Vca和一次侧电流采样电阻Rs两端电压VRs叠加构成一次侧电流采样信号送至一次控制器100，所述一次侧控制器100基于一次侧电流采样信号产生控制信号送至一次侧开关网络101的开关管的门极，通过对一次侧开关网络101的开关管的控制调节输出电流。
图11为本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第八示意图与图3所示本发明的一次侧恒流控制的谐振型变换装置的第一示意图的区别仅在于图中多了分压网303，其功能是对第二电感(变压器)T一次侧功率绕组Wp的两端电压Vm进行分压，从而可以更加灵活地去设计辅助电阻Ra和辅助电容Ca的取值，电路其它功能类似。
优选的，以上实施例中，辅助电阻Ra可用双向电流源替代。
优选的，以上实施例中，一次侧电流采样电阻可以用电流采样芯片或者电流互感器等其它电流采样方式替代。
本发明的原理描述是参照图4所示DCM模式进行分析，对作为DCM的一种特例CCM也适用，这里不再详细描述。
本发明包括的具体模块可以在不违背其精神的前提下可以有多种实施方式，或通过各种不同的组合方式形成不同的具体实施例，这里不再详细描述。
无论上文说明如何详细，还有可以有许多方式实施本发明，说明书中所述的只是本发明的若干具体实施例子。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明实施例的上述详细说明并不在穷举的或者用于将本发明限制在上述明确的形式上。在上述以示意性目的说明本发明的特定实施例和实施例的同时，本领域技术人员将认识到可以在本发明的范围内进行各种等同修改。
在上述说明描述了本发明的特定实施例并且描述了预期最佳模式的同时，无论在上文中出现了如何详细的说明，也可以许多方式实施本发明。上述电路结构及其控制方式的细节在其实行细节中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开的本发明中。
本发明还提供一种用于谐振变换器的一次侧恒流实现方法，包括以下步骤：
1、将一辅助电阻和辅助电容构成的RC支路与谐振变换器的第二电感一次侧一个绕组进行电气连接，在辅助电容两端获得与谐振变换器的第二电感励磁电流波形成一定比例的同相或反相的电压信号；
2、直接取出或经差分电路取出一次侧电流采样电阻两端电压信号和由第一步骤获得的辅助电容两端电压信号的叠加信号，得到消除了第二电感励磁电流之后的一次侧电流采样信号；
3、一次侧控制器根据第二步骤获得的一次侧电流采样信号产生调节输出电流的控制信号去控制一次侧开关网络的开关。
如上述一样应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。

Claims (11)

1.一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于，包括：具有一次侧恒流控制功能的谐振变换器和一次侧控制器；
所述谐振变换器包括：
一次侧功率电路，包含开关网络以及由第一电感、第二电感和谐振电容构成谐振网络，根据接收的输入电源产生谐振电流；
在所述一次侧功率电路的一次连接；
辅助电阻和辅助电容串联构成的RC支路，与一次侧功率电路连接，以在所述辅助电容上产生与第二电感励磁电流波形近似的正相或反相电压信号；
一次侧电流采样电阻，串接在所述一次侧功率回路中，一次侧电流采样电阻两端电压信号和辅助电容两端电压信号直接叠加产生或经差分电路产生消除了第二电感励磁电流之后的一次侧电流采样信号；
二次侧功率电路，包括输出整流电路和输出电容，输出电容与输出电流电路的两个输出端并联，所述二次侧功率电路提供输出电流；
在所述二次侧功率电路的二次连接；
所述一次侧控制器接收所述一次侧电流采样信号，并基于该信号产生用于调节输出电流的一次侧开关网络的开关管的控制信号。
2.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：所述开关网络为两个开关管构成的半桥电路；所述开关网络的其中两个输入端与输入电源并联。
3.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：所述谐振电容是单个电容，与第一电感串联；所述一次连接为：第一电感一端接所述开关网络的两个开关管连接点，另一端接谐振电容的一端，谐振电容另一端接第二电感一次侧功率绕组的一端，第二电感一次侧功率绕组的另一端接一次侧电流采样电阻的一端，一次侧电流采样电阻的另一端接到开关网络与输入电源负端相连的端子。
4.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：所述谐振电容是两个电容构成；所述一次连接为：第一电感一端接所述开关网络的两个开关管连接点，另一端接第一谐振电容的一端，第一谐振电容另一端接第二电感一次侧功率绕组的一端，第二电感一次侧功率绕组的另一端接一次侧电流采样电阻的一端，一次侧电流采样电阻的另一端接到开关网络与输入电源负极相连的端子，第二谐振电容的一端与第二电感的一次侧功率绕组的一端连接，另一端与一次侧电流采样 电阻的另一端连接。
5.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：所述辅助电阻和辅助电容构成的RC支路与第二电感的辅助绕组直接并联，或一端与第二电感的一次侧功率绕组的一端连接，另一端与一次测电流采样 电阻的另一端连接。
6.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：所述辅助电阻和辅助电容构成的RC支路与一次侧电流采样电阻和第二电感的一次侧功率绕组的串联电路并联。
7.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：一次侧电流采样电阻采用电流采样芯片或者电流互感器替代。
8.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：所述二次侧功率电路的二次连接为：所述输出电流电路的输入端经第二电感的耦合绕组与一次侧功率电路耦接。
9.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：所述二次侧功率电路的二次连接为：输出电流电路的输入端直接连到第二电感的一次侧功率绕组的两端。
10.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置，其特征在于：所述辅助电阻用双向电流源电路替代。
11.根据权利要求1所述的一次侧恒流控制的谐振变换装置的一次侧恒流实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将一辅助电阻和辅助电容构成的RC支路与谐振变换器的第二电感一次侧一个绕组进行电气连接，在辅助电容两端获得与谐振变换器的第二电感励磁电流波形成一定比例的同相或反相的电压信号；
步骤二、直接取出或经差分电路取出一次侧电流采样电阻两端电压信号和由步骤一获得的辅助电容两端电压信号的叠加信号，得到消除了第二电感励磁电流之后的一次侧电流采样信号；
步骤三、一次侧控制器根据第二步骤获得的一次侧电流采样信号产生调节输出电流的控制信号去控制一次侧开关网络的开关。
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