管Q2相 连，输入电感和公共电容Cb相连，两个开关管接输入电感和公共电容，并且输入电感后接 DC-DC转换电路中的谐振回路。两个开关管分别控制前级升压电路和后级直流转换电路， 并且两个开关管由同一控制信号控制。公共电容用来平衡前后两级电路的电压，当前级升 压电路的输出功率大于后级直流变换电路的功率时，公共电容电压将会升高直到两级功率 相等。谐振回路可以当做半桥谐振结构，LLC谐振回路通过变压器和输出整流滤波电路耦 合。谐振回路包括串联谐振电容、串联谐振电感和并联励磁电感，并联谐振电感与变压器原 边绕组并联；变压器T原边绕组和谐振电容Cr串联，串联谐振电感是变压器原边的漏感，并 联谐振电感是变压器的励磁电感，变压器T副边绕组分别接第一整流二极管Dl和第二整流 二极管D2,副边绕组并联滤波电容Co、输出负载Ro ;整流滤波电路为全波整流。
[0029] 本发明AC-DC变换电路是一种升压电路，DC-DC变换电路是一种直流变换电路；前 级AC-DC变换电路和后级DC-DC变换电路通过公共电容相连。
[0030] 本发明的原理及工作过程：
[0031] 如图2所示，此图为PFC级阶段电流电压波形图：
[0032] [tftj阶段：第二开关管Q2在tl时开通，加在输入电感Lin上的电压为Vin。
[0033] [t2_t3]阶段：第一开关管Ql和第二开关管敗同时关断，输入电感上的电流流过 第一开关管Ql的体二极管，使得第一开关管Ql实现ZVS。
[0034] [t3_t4]阶段:第一开关管Ql开通，电感电流也将下降，为减少电感电流中的高频 谐波，系统将工作在断续模式下，这时公共电容上的电压也将大于两倍输入电压时的尖峰 电压。
[0035] [t4_t5]阶段：输入电感中没有任何能量储存，输入电感电流为零。
[0036] [t5-t6]阶段：第一开关管Ql和第二开关管Q2关断。因为此时LLC上的输入电阻 为LLC变换器上的电感线圈，LLC上的输入电流滞后于输入电压，因此Q2中的体二极管被 LLC变换器中的输入电流重新充入电流达到ZVS。
[0037] 如图3所示为LLC谐振变换阶段等效电路图，建立此等效模型，有利于建立数学模 型，有效分析变换器特性，在LLC谐振DC-DC变换阶段，目的是找出开关频率和谐振变换阶 段输出电源的关系。
[0038] 在LLC变换器阶段用瞬时分析会比较复杂，在一个谐振电路中，谐振电流是由给 定的驱动电源和负载决定的，如图6所示，在LLC谐振阶段，输入电压为方波电压，当两个整 流二极管都反向偏置时，输出电压为二极管电压，这时的输出电压为连续电压，并且电路为 开路状态。
[0039] 如图4所示，此阶段为谐振DC-DC变换阶段，此时，谐振变换器的谐振频率为：
【主权项】
1. 一种单级AC-DC谐振变换器，其特征在于：包括前级的AC-DC转换电路和后级的LLC 谐振电路;AC-DC转换电路包括交流供电电源（Vac)、桥式整流器、用来储存能量的输入电 感（Lin)、开关管以及公共电容（Cb) ;AC-DC转换电路的输出端连接LLC谐振电路，LLC谐振 电路包括连接在变压器（T)原边绕组一侧的谐振回路，以及连接在变压器（T)副边绕组一 侧的整流滤波电路，整流滤波电路的输出端上并联作为整个电路输出端的输出电阻（Ro)。
2. 根据权利要求1所述的单级AC-DC谐振变换器，其特征在于：所述功率因数校正电 路的具体电路结构为： 交流供电电源（Vac)的输出端连接到桥式整流器的输入端上，桥式整流器的一个输出 端连接到输入电感（Lin)的一端，另一个输出端连接到第二开关管（Q2)的源极；第一开 关管（Ql)的源极和第二开关管（Q2)的漏极均连接到输入电感（Lin)的另一端上；公共电 容（Cb)并联在第二开关管（Q2)的源极和漏极之间；LLC谐振电路的输入端接在公共电容 (Cb)的两端。
3. 根据权利要求1或2所述的单级AC-DC谐振变换器，其特征在于：所述谐振回路包 括谐振电容（Cr)、谐振电感（Lr)以及励磁电感（Lm);谐振电容（Cr)与谐振电感（Lr)串联 后连接在变压器（T)原边绕组的一端，变压器（T)原边绕组的另一端和谐振电容（Cr)作为 谐振回路的输入端与功率因数校正电路的输出端相连；励磁电感（Lm)并联在变压器（T)原 边绕组的两端。
4. 根据权利要求1或2所述的单级AC-DC谐振变换器，其特征在于：所述整流滤波电 路包括两个二极管以及输出滤波电容（Co);变压器（T)副边绕组的两端分别与第一二极管 (Dl)和第二二极管（D2)的阳极相连，输出滤波电容（Co)并联在第一二极管（Dl)的阴极 和第二二极管（D2)的阴极之间；输出电阻（Ro)作为输出端并联在输出滤波电容（Co)的两 端。
5. 根据权利要求4所述的单级AC-DC谐振变换器，其特征在于：所述第一二极管（Dl) 和第二二极管（D2)为整流二极管。
【专利摘要】本发明公开了一种单级AC-DC谐振变换器，此谐振变换器利用一种控制信号控制两个变换器，前级变换器为功率因数校正电路(PFC)，后级为LLC谐振DC-DC变换器，前级功率因数校正电路为升压电路，后级为直流变换器。这两级变换器连接在一起减少了整个系统的损耗，两个变换器之间用公共电容相连，此公共电容在两级变换器中间起到平衡作用，减少电压漂移，两级变换器使得此公共电容在耐压区域内保持平衡，使电路正常工作。在此结构中，前级升压电路结构简单，损耗小，后级LLC谐振变换器具有结构简单，噪声小，损耗小，转换效率高的优点。
【IPC分类】H02M3-338, H02M1-42, H02M7-162
【公开号】CN104779820
【申请号】CN201510182035
【发明人】史永胜, 高丹阳, 郝鹏飞, 宁青菊, 胡双
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月16日