[发明专利]LLC谐振变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种LLC谐振变换器。

背景技术

目前，LLC电路拓扑在大功率整流电路中较为常见，其优良的软开关特性可以大幅减小电源的开关损耗，提供能量的传输效率，显著降低电源的噪声和EMI，是目前使用最普遍的大功率拓扑之一。

如图1所示为一种LLC串联谐振全桥DC/DC变换器电路，方波发生器采用4个功率MOS管T1-T4构成全桥逆变电路，D1-D4为MOS管的寄生二极管，谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器的励磁电感Lm(此处标出Lm是为了理论分析的需要，在实际应用时不显示励磁电感)组成LLC串联谐振网络，在变压器副边，整流二极管D5-D6构成组成中间抽头的全波输出整流电路，Cf为输出滤波电容，整流二极管直接连接到输出滤波电容Cf上，LLC谐振全桥变换器存在两个谐振频率：为串联谐振电感和电容谐振产生的串联谐振。频率；为串联谐振电感加上并联谐振电感的和与串联谐振电容谐振产生的串并联谐振频率。其工作原理如下：LLC谐振转换器可以工作在谐振点或boost区或buck区，当LLC工作在谐振点时,谐振回路阻抗最小,损耗最小,同时可以实现初级开关管ZVS(零电压)开通和次级整流管ZCS(零电流)关断。当LLC工作在boost区时,初级开关管可以实现ZVS开通,次级整流管可以实现ZCS关断；LLC工作在buck区时,初级开关管可以实现开通,次级整流管不能实现ZCS关断,输出二极管会有反向恢复过程。

对于大功率分箱式充电机，由于是低压大电流输出,同时需要保证效率的要求,因为碳化硅二极管电压比较高,所以次级整流二级管只能选择肖特基二极管。

对于LLC电路,短路保护一般有两种方式:(1)原边采用电流互感器,通过取样原边电流信号,经过整流送到芯片保护；(2)通过副边取样电阻,经过差分放大电路,与给定基准比较,通过光耦送到原边保护,相对环路限流运放动作响应时间要快,此种短路方式可以使短路时输出电压为零,且短路电流可以设定最大安全电流值。此两种保护方式均能实现LLC短路保护功能,短路时电流应力满足要求,但是LLC短路时输出二极管的电压尖峰没有得到抑制。

目前常用的LLC输出二极管尖峰抑制电路如图2所示，LLC副边为全波整流电路,通过在输出整流二极管上并联RC吸收电路实现抑制电路尖峰。采用RC吸收是解决功率二极管反向恢复问题的常用方法，将C1及R1串联后并联到功率二极管上。二极管反向关断时，寄生电感中的能量对寄生电容充电，同时还通过吸收电阻R1对吸收电容C1充电。在吸收同样能量的情况下，吸收电容越大，其上的电压就越小；当二极管快速正向导通时，C1通过R1放电，能量的大部分将消耗在R1上，短路时能抑制电压尖峰和反向恢复电流。

通过对LLC电路的工作原理分析我们可以知道LLC电路工作在谐振点或boost区时副边二极管零电流关断，无反向恢复；buck区虽不能实现副边ZCS，但输出电压较低，此时输出二极管应力满足要求，不需要加吸收电路。即LLC电路正常工作时副边不需要加吸收电路。采用RC吸收时,正常工作时会吸收功率产生损耗,降低效率,同时由于模块空间的影响,功率电阻的个数需要限制；短路时能抑制电压尖峰和反向恢复电流，但是吸收电阻的温度会更高。

发明内容

本发明的目的是提供一种LLC谐振变换器，以解决现有采用RC吸收电路抑制LLC短路输出二极管尖峰的方式所引起的降低工作效率及吸收电阻温度较高的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种LLC谐振变换器，包括顺次连接的方波发生器、LLC谐振网络和输出整流电路，所述输出整流电路由输出二极管构成，所述输出二极管上并联有双向TVS管。

所述TVS管为贴片型TVS管。

所述输出整流电路采用肖特基二极管。

所述方波发生器和输出整流电路为全桥或半桥电路。

本发明的LLC谐振变换器通过在输出二极管上并联双向TVS管(瞬态抑制二极管)，实现抑制输出二极管电压应力尖峰，短路时TVS管能很好的抑制输出二极管的电压应力，即保证输出二极管短路时电压应力不超标，同时对大功率LLC宽范围输出电路的工作效率几乎没有影响，LLC工作效率满足要求。

TVS管采用贴片型TVS管，可以节省电源模块空间。

附图说明

图1是常规LLC谐振变换器的电路结构图；

图2是目前具有尖峰抑制作用的LLC谐振变换器的电路结构图；

图3本发明LLC谐振变换器的电路结构图。

具体实施方式