一种高效的半桥谐振AC‑DC变换器的制作方法

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别是一种高效的半桥谐振AC-DC变换器。

背景技术：

半桥谐振式DC/DC变换器由于电路元件数量少，体积小、高效率以及高功率密度等优点，广泛的应用于DC-DC变换器中，特别是有源功率因数校正技术PFC与LLC谐振式DC/DC变换器组成的拓扑结构成为分布式电源系统的主流拓扑结构，并广泛应用于服务器电源、电子通信设备的通信电源及航空航天等领域。

为了满足DC/DC侧在较宽的输入电压范围下能够保持输出电压稳定，特别是服务器电源在掉电保持情况下，保证负载数据的安全，如图1所示，通常在设计时需要变压器的励磁电感较小来获得较大的输出电压增益保证输出电压稳定。然而，较大励磁电感就造成了半桥LLC谐振电路一次侧在正常工作状态产生较大的传导和开关损耗，对高效率的要求产生影响。

为解决能够在较大励磁电感的情况下，减小变换器开关损耗，提高变换器效率的同时，又能够使变换器在直流母线电压最低时达到最大输出电压增益值，保持输出电压稳定，现有方法如，在掉电保持时间内，通过增加变压器二次侧匝数改变变比，使变换器获得高电压增益的方式，但是增加了电路复杂性和降低了变换器功率密度，升压脉宽调制方式和非对称脉宽调制半桥LLC谐振变换器的方式，这两种方式只适合在小功率场合应用，并且额外的PWM控制方法增加了复杂性，因此几种方法都具有一定的局限性。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题是克服现有的技术缺陷，提出了一种高效的半桥谐振AC-DC变换器，在选用较大励磁电感的情况下，降低开关损耗，提高效率的同时，又能够在掉电时保持输出电压稳定。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种高效的半桥谐振AC-DC变换器，包括Boost PFC功率校正单元，直流母线电容，变压器一次侧电路和二次侧电路，一次侧电路中两个功率开关管Q_p1和Q_p2构成半桥逆变电路，下功率开关管Q_p2漏极与谐振电感L_R，变压器一次侧电感L_m和谐振电容C_RC串联构成回路，辅助开关Q_A和辅助电容C_RA串联组成的辅助装置与谐振电容C_RC并联，变压器二次侧电路为全波整流电路，通过辅助开关驱动单元来控制辅助开关的关断从而改变谐振电容，提高输出电压增益。

变压器一次侧两个半桥功率开关管输入信号互补，开关频率相同且可调，通过调节开关频率来调节输出电压。

优选的，所述功率开关管和辅助装置中的辅助开关均为MOSFET或IGBT。

本实用新型的有益效果在于：通过在变压器一次侧谐振电容两端安装一个辅助开关和电容的方式，实现变换器在正常工作状态下，使用相对较大励磁电感变压器，减小了传导和开关损耗，提高了变换器效率。另一方面，当母线电容电压低于参考值，特别在掉电情况下，通过打开辅助开关增大谐振电容，使得输出电压获得较大增益，满足了低直流母线电压下输出电压保持正常，为负载数据安全提供了保护。

附图说明

图1为本实用新型高效的半桥谐振AC-DC变换器结构示意图。

图2为DC-DC部分装有辅助电容的原理结构图。

图3为在掉电情况下，输入电压，直流母线电压，和输出电压波形图。

图4为变换器在正常工作状态下，基本电路原理图。

图5为直流母线电压过低时，或掉电保持情况下的基本电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：如图1所示，一种高效的半桥谐振AC-DC变换器，包括Boost PFC功率校正单元，直流母线电容，变压器一次侧电路和二次侧电路，如图2所示，一次侧电路中两个功率开关管Q_p1和Q_p2构成半桥逆变电路，下功率开关管Q_p2漏极与谐振电感L_R，变压器一次侧电感L_m和谐振电容C_RC串联构成回路，辅助开关Q_A和辅助电容C_RA串联组成的辅助装置与谐振电容C_RC并联，通过辅助开关驱动单元来控制辅助开关的关断从而改变谐振电容，提高输出电压增益。

变压器一次侧所述半桥电路中两个功率开关管输入信号互补，开关频率相同且可调，通过调节开关频率来调节输出电压。

优选的，所述两个功率开关管和辅助装置中的辅助开关均为MOSFET或IGBT。

本实用新型的有益效果在于：通过在一次侧谐振电容两端安装一个辅助开关和电容的方式，实现变换器在正常工作状态下，使用相对较大励磁电感变压器，减小了传导和开关损耗，提高了变换器效率，另一方面，当母线电容电压低于参考值，特别在掉电情况下，通过打开辅助开关增大谐振电容，使得输出电压获得较大增益，满足了低直流母线电压下输出电压保持正常，为负载数据安全提供了保护。

如图3所示，当电压较低时仍然保持正常工作电压，为了满足服务器电源在掉电保持时间内，DC/DC侧在较宽的输入电压范围下能够保持输出电压稳定，通常需要变压器较小励磁电感来获得较大的输出电压增益，然而，这就造成了半桥LLC谐振电路一次侧在正常工作状态产生较大的传导和开关损耗，对高效率的要求产生影响。

为了选用较大励磁电感，提高变换器效率的同时，又能满足直流母线电压过低时，输出电压获得较大增益，为负载数据安全提供了保护，加入了辅助开关驱动单元控制的辅助装置。

正常状态下，如图4所示，Q_A关断，寄生电容两端的电压近似为谐振电容两端电压，开关Q_A的寄生二极管反向截止，寄生电容与辅助电容串联，由于谐振电容大小近似不变，辅助装置对LLC变换器正常工作并无影响，降低了开关损耗，提高效率。

在掉电保持状态下，如图5所示，辅助驱动电路输入电压与参考电压相比较，参考电压为额定输入电压允许的最小值，掉电发生时，直流母线电压减小到最小值，辅助开关驱动输出高电平，Q_A打开，谐振电容增大，Q减小，M增大，从而保证在较大变压器电感下能满足电压增益的要求。

以上所述，是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干简单修改，等同变化与改型，而且性能或用途相同，仍属于本实用新型的保护范围。