[发明专利]LLC谐振变换器

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种开关电源电路，特别涉及其中的谐振变换器。

【背景技术】

随着开关电源技术的发展，高功率密度和高效率成为发展趋势，在这种情况下，软开关技术得到了广泛的发展和应用。软开关技术采用的电路拓扑主要有谐振型软开关拓扑和PWM型软开关拓扑。近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻、寄生电容和反向恢复时间的减小，为谐振变换器的实现创造了条件。LLC谐振半桥变换器就为其中一种，它保持上下桥臂开关管导通占空比不变，通过调节开关频率来调节输出电压，实现软开关变换。

与其它软开关技术相比，LLC谐振半桥变换器不但具有一次侧开关管零电压开通特性，而且其掉电维持时间特性比较好，同时能实现二次侧整流二极管的零电流导通和低耐压要求，可以减小损耗，提高电源效率。

图1是不带同步整流的LLC谐振半桥变换器原理框图，图中V_IN为LLC谐振半桥变换器的输入端，为一直流电压；功率开关管S1、S2构成半桥电路，用于驱动后级的LLC谐振网络。LLC谐振网络由串联谐振电容Cr、串联谐振电感Lr和变压器T1的激磁电感Lm构成，其中串联谐振电感Lr可以是独立的电感，也可以是变压器T1的漏感。T1为变压器，它包括一个初级绕组n_P和两个次级绕组n_S1、n_S2，变压器T1用于实现电源变换，同时将半桥电路、LLC谐振网络和整流电路隔离。整流电路由一对连接到输出电容C₀的整流二极管D1和D2构成，D1、D2的阴极连接到C₀的正极，阳极分别连到次级绕组n_S1正向同名端、n_S2的反向非同名端；n_S1反向非同名端和n_S2的正向同名端连在一起，同时和输出地相连。控制器为变频控制器，用于变频驱动功率开关管S1、S2。

LLC谐振网络的两个谐振频率f_r和f_m分别如下：

fr=12πLr·Cr]]>

fm=12π(Lr+Lm)·Cr]]>

LLC谐振半桥变换器的特点是：功率开关管S1、S2交错导通，工作于恒定占空比(占空比略小于50％)，控制器通过调整驱动工作频率来实现对输出稳压。通常为提高效率，LLC谐振半桥变换器通过选择适当的参数和频率控制实现一次侧半桥电路功率开关管S1、S2零电压开关，同时使二次侧整流二极管D1、D2实现零电流开关。

要实现上述目的，控制器可工作于以下三个频率段：

(1)f_SW＝f_r

(2)f_SW>f_r

(3)f_r>f_SW>f_m(部分区域)