一种加辅助电路的全桥LLC谐振变换器的制作方法

本发明属于开关操作电源领域，涉及一种全桥llc变换器，尤其是一种加辅助电路的全桥llc谐振变换器。

背景技术：

能源转换效率一直是人们关注的热点，其中功率转换器件作为电力行业效率转换的一个代表，被广泛应用在如开关电源，分布式电源，不间断电源等各个方面，传统的功率转换器件大多工作于硬开关状态具有开关损耗大，电压应力大，功率密度低，emi大，转换效率低等诸多问题，而llc谐振变换器则能很好的削弱或者解决这些问题。

llc谐振变换器工作于软开关状态，减小开关损耗，提高变换器效率，为变换器高频化提供了可能性，进一步缩小变换器的体积和重量，提高变换器的功率密度和动态性能，同时改善电磁兼容。

另外，除了电能质量和效率一直是关注焦点外，现代社会对电源的供电稳定性，尤其是在针对精密仪器和大数据中心等，这种必须保证稳定工作的的场所，更是倍加关注。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种在电路输入电压短时间下降或断掉的情况下能继续高效、稳定工作的加辅助电路的全桥llc谐振变换器。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种加辅助电路的全桥llc谐振变换器，其特征在于，包括直流供电电源v1、全桥llc变换电路和辅助电路；全桥变换电路包括开关电路、谐振网络、变压器tr以及输出整流滤波电路；开关电路的输入端接直流共供电电源v1，输出端通过谐振网络连接到变压器tr的原边绕组上，输出整流滤波电路的输入端接变压器tr的副边绕组，输出端为全桥llc谐振变换器的输出端；辅助电路通过谐振网络与变压器tr的原边绕组相连。

本发明进一步的改进在于：

开关电路包括四个开关mos管，每个开关mos管均并联有体二极管和寄生电容；其中，开关mos管q1的漏极和开关mos管q2的源极与直流电源相连，开关mos管q1的源极和开关mos管q2的漏极相连，开关mos管q2的源极接地，开关mos管q3的漏极和开关mos管q4的源极与直流电源相连。

开关mos管q1的源极接直流供电电源v1的正极，开关mos管q2的漏极接直流供电电源v1的负极。

谐振网络包括主谐振沟槽和辅助谐振网络；主谐振沟槽包括谐振电感lr、励磁电感lm和谐振电容cr1；辅助谐振网络包括谐振电感lr、谐振电容cr1、励磁电感lm和辅助电容cr2；其中，谐振电感lr的一端连接在开关mos管q1和开关mos管q2之间的节点上，另一端依次串联励磁电感lm和谐振电容cr1，励磁电感lm并联在变压器tr的原边绕组两端，谐振电容cr1的另一端连接在开关mos管q3和开关mos管q4之间的节点上。

辅助电路包括辅助开关管qf、并联在辅助开关管qf漏极和源极上的体二极管df和寄生电容cf；辅助开关管qf的漏极串接辅助电容cr2后，并联在谐振电容cr1两端。

输出整流滤波电路包括四个整流mos管，每个整流mos管均并联有体二极管和寄生电容；其中，变压器tr副边绕组与整流mos管sr1的漏极和整流mos管sr2的源极相连，整流mos管sr1的源极和整流mos管sr2的漏极相连，整流mos管sr3的漏极和整流mos管sr4的源极与变压器tr副边绕组相连，滤波电容co和输出负载r并联在整流mos管sr3的源极和整流mos管sr4的漏极之间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明添加辅助电路，以利于实现转化效率高，电能质量稳定的应用，在变换器输入掉电或突降时，稳定输出电压，继续保持高效率的电能变换，保护精密用电设备。本发明增加辅助电路，在正常工作期间辅助电路对主电路没有任何影响，只有在hold-up时间内主电路原边电压器的电压突降或波动，无法满足输出需要时，辅助电路此时通过增加谐振电容cr1的值提高增益向副边提供能量，保持输出端满足需求。本发明全桥llc的结构，可以成分保证所有开关mos管的零电压转换软开关。本发明辅助电路为一个电容和一个开关管组成，只需要简单的控制电路，该控制电路与主控制电路相互独立，不增加主控制电路的复杂度。

附图说明

图1是全桥llc谐振变换器电路拓扑结构；

图2a是电路工作的波形图；b为hold-up时的llc谐振电流和励磁电流波形；

图3是正常输出和hold-up输出波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明直流供电电源v1、全桥llc变换电路和一个辅助电路；全桥变换电路的输入端并接到直流供电电源v1的输出端。全桥变换电路包括开关电路、谐振网络、变压器tr、输出整流滤波电路。整流电路和开关电路均为全桥结构。开关电路的直流输入端为谐振回路的直流输入端；谐振电路的输入端接开关电路的输出端，输出端接变压器tr原边绕组。变压器tr与输出整流电路通过变压器tr进行耦合。输出整流滤波电路为全波整流。

谐振网络分为主谐振沟槽和辅助谐振网络：主谐振沟槽包括谐振电感lr，励磁电感lm和谐振电容cr1；辅助谐振网络包括谐振电感lr，谐振电容cr1，励磁电感lm和辅助电容cr2；谐振网络包括依次串联的谐振电容cr1、谐振电感lr和励磁电感lm；谐振电容cr1、谐振电感lr与励磁电感lm串联后的两端分别接开关电路的两个输出端，谐振电感lr与变压器tr原边绕组并联。串联谐振电感lr是变压器tr原边的漏感，并联谐振电感lr是变压器tr的励磁电感lm。

本发明在llc回路上添加了辅助电路，辅助电路的电容与谐振电容cr1通过辅助开关管qf进行并联，然后和谐振电感lr、励磁电感lm一起形成新的谐振网络，保护电路在hold-up时间内能保持稳定的输出，而不影响用电设配的正常工作。

辅助电路包括辅助开关管qf、体二极管df、寄生电容cf和辅助电容cr2，辅助电容cr2和辅助开关管qf进行串联，然后再与谐振电容cr1进行并联。此辅助电路与全桥变换电路中的谐振电感lr、谐振电容cr1、变压器tr共同组成一个辅助谐振网络，在参数设计上通过辅助电路可减小电路的环流损耗，进一步提高电路的效率。正常工作时，此辅助电路对主电路没有任何影响，一旦变换器输入电压突降或断掉，此电路通过增加谐振电容cr1的值，提高电压增益，并向副边传递能量，使得变换器整体正常输出。

开关电路包括开关mos管q1、开关mos管q1的体二极管d1、寄生电容c1、开关mos管q2、开关mos管q2的体二极管d2、寄生电容c2、开关mos管q3、开关mos管q3的体二极管d3、寄生电容c3、开关mos管q4、开关mos管q4的体二极管d4和寄生电容c4；具体的，开关mos管q1的漏极和开关mos管q2的源极与直流电源相连，开关mos管q1的源极和开关mos管q2的漏极相连，开关mos管q2的源极接地，开关mos管q3的漏极和开关mos管q4的源极与直流电源相连；

输出整流滤波电路包括整流mos管sr1、整流mos管sr1的体二极管d5、寄生电容c5、整流mos管sr2、整流mos管sr2的体二极管d6、寄生电容c6、整流mos管sr3、整流mos管sr3的体二极管d7、寄生电容c7、整流mos管sr4、整流mos管sr4的体二极管d8、寄生电容c8、滤波电容co和输出电阻r；具体的，变压器tr副边绕组与整流mos管sr1的漏极和整流mos管sr2的源极相连，整流mos管sr1的源极和整流mos管sr2的漏极相连，整流mos管sr3的漏极和整流mos管sr4的源极与变压器tr副边绕组相连，并联滤波电容co、输出负载r；

图2a为本发明在正常工作时的电路波形图；图2b是hold-up时间的电路波形图。

本发明增加辅助电路，在正常工作期间辅助电路对主电路没有任何影响，只有在hold-up时间内主电路原边电压器的电压突降或波动，无法满足输出需要时，辅助电路此时通过增加谐振电容cr1的值提高增益向副边提供能量，保持输出端满足需求。本发明全桥llc的结构，可以成分保证所有开关mos管的零电压转换软开关。本发明的一个完整的周期由不同的子区间和对应不同的模态组成，下面对正常境况下的工作过程进行分析：

mode1[t0-t1]阶段，在t0时刻，开关mos管q2、开关mos管q3开关管为导通状态，谐振电流ip方向为正，并流过开关mos管q2、开关mos管q3开关本体。此模态下同步整流整流mos管sr1、整流mos管sr4保持导通，励磁电感lm两端被变压器tr副端电压钳位，励磁电流ilm变化率为正，谐振槽由谐振电感lr、谐振电容cr1组成。

mode2[t1-t2]阶段，t1时刻励磁电感lm仍旧被变压器tr副端电压钳位，谐振槽由谐振电感lr、谐振电容cr1组成，电路谐振频率为fr1。在变压器tr负端电压的作用下，励磁电流ilm方向变为正方向。在t2时刻ip与励磁电流ilm相等，副端侧整流mos管sr1、整流mos管sr4停止导通，负载能量由稳压电容提供。输出电压的反射电压对励磁电感lm的钳位作用消失，励磁电感lm开始加入谐振，谐振槽由励磁电感lm、谐振电感lr、谐振电容cr1组成。

mode3[t2-t3]阶段，在此模态内，电路进入死区时间，所有逆变开关的输出电容在ip的作用下开始充电放电，结束后，谐振槽输入电压反向，但驱动电压还未升至高电平，且ip方向仍旧为正，变压器tr副端电流换向，此后谐振电流通过整流mos管sr2、整流mos管sr3开始导通，励磁电感lm被变压器tr副端电压钳位，退出谐振槽，同时励磁电流ilm变化率为负，流过体二极管的电流开始由零缓慢上升。谐振电流按正弦规律减小并且小于励磁电感lm电流。

后半个开关周期的模态和前半个开关周期模态一致，这里不再分析。

如果在正常工作过程中发生输入电压波动(掉电等)，llc谐振回路可能出现图2b所示现象，这时辅助电路可以向输出提供短时能量，来有效的维持瞬时稳定性。

本发明的控制回路包括采样电路，控制处理器(单片机、dsp、fpga等对反馈给自己的信号进行处理)，驱动电路，采用调控方式调节占空比驱动开关电路给开关管信号。

本发明有准确的完成开关管软开关，并辅助电路控制与主电路控制相互独立，能在不增加主控制回路复杂度的基础上，有效地消除瞬时输入电压不稳定的情况，保证后级用电设备的正常工作。本发明辅助电路为一个电容和一个开关管组成，只需要简单的控制电路，该控制电路与主控制电路相互独立，不增加主控制电路的复杂度。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。