专利名称：一种兆赫兹级全桥软开关变换器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种DC/DC变换器，尤其是一种固定开关频率的全桥软开关变换器。
背景技术：
近半个世纪以来，开关电源的技术进步和发展经历三个里程①功率器件用功率 场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管取代普通功率晶体管；②高频化控制技术的应用和软开 关技术的应用；③开关电源系统集成技术的应用。现代的高频开关电源技术是发展最快、应 用最广泛的一种电力电子技术。现在，每一代新推出的处理器、记忆体、DSP或ASIC，它们的电源需求趋向是更低 工作电压、更高电流、更高速度。系统设计师要面对的挑战，是要应付数量激增的低电压的 同时，更要应付更快速的瞬变响应，改善整体电源系统的效率，提高模块电源的功率密度， 从而占有更少的板面空间。功率密度既功率重量比或功率体积比，是表征开关电源小型化的重要指标，功率 密度的提升，意味着产品在在小型化的同时具有更高的传输效率。目前国内主流开关电源 产品的功率密度为上百瓦/立方英寸，目前正朝着更高的方向发展，功率密度提高一倍，将 大大减小电源产品在电路版上所占的面积，提高板子的使用效率，节约成本。为了实现开关电源高功率密度，必须提高DC/DC转换器的工作频率，从而减小电 路中储能元件的体积和重量。从1980年起，提高开关频率成为减小开关电源尺寸的最有效 手段，同时也改善了开关电源的动态性能。现在200 50KHz已成为输出100W以下开关电 源的标准开关频率。有的特殊制造的小电源开关频率已经达到了兆赫兹，但是产品少，技术 不成熟。开关频率的提高，伴随着开关损耗的增加。软开关技术的出现，使得高频开关电源 成为可能。根据负载与谐振电路的连接关系，现有谐振变换器软开关技术可以分为串联谐 振变换器，并联谐振变换器，以及两者的结合所生成的串并联谐振变换器。本专利中的谐振 技术便是在上述软开关技术中改进而来。(1)串联谐振变换器串联谐振变换器优点有1、串联谐振电容起到隔直作用，避免高频变压器饱和； 2、谐振槽路电流随负载的变轻而减小，因此轻载时效率较高。但是串联谐振变换器在轻载 或空载情况下，输出电压不可调，同时输出直流滤波电容需要承受较大的电流脉动。(2)并联谐振变换器并联谐振变换器优点有1、变换器可以工作至空载，因为输出电压始终与开关频 率有关；2、由于输出端采用大滤波电感，对滤波电容的电流脉动电流要求小，适用于低输出 电压、大输出电流的场合。但是并联谐振变换器其谐振槽路电流基本与负载轻重无关，因此 开关管的通态损耗相对固定，变换器在轻载时的效率较低，仅适用于输出电压范围较窄和 额定功率处负载相对恒定的场合。(3)串并联谐振变换器
串并联谐振变换器结合了串联谐振变换器和并联谐振变换器的特性，优点有 1、当负载为额定时，变换器呈现串联谐振变换器的特性；2、当负载变轻时偏向并联谐振变 换器的特性，其谐振槽路电流能随负载的变化而变化，因而工作效率高，同时通过调节开关 频率能在较宽范围内调节输出电压。但是串并联谐振变换器的变压器原边漏感无法参加谐 振，造成变压器电压电流存在较大的相位差，导致谐振回路中无功电流增加，通态损耗也增 加
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种兆赫兹级全桥软开关变换 器，是一种基于全桥开关、LLC谐振，高效、高功率密度、反应快速、清洁的DC/DC电源方案。按照本发明提供的技术方案，所述兆赫兹级全桥软开关变换器包括全桥软开关 的左臂中点通过电容连接变压器原边的同名端相连，全桥软开关的右臂中点与变压器原边 的反向端相连；第五场效应管的漏端连接变压器副边的同名端，第五场效应管的源端连接 正输出，第六场效应管的漏端连接变压器副边的反向端，第六场效应管的源端连接正输出， 滤波电容一端连接正输出，另一端连接地端，变压器副边的中间抽头接地端；所述变压器为 平面变压器。所述全桥软开关由第一 第四场效应管及相应寄生二极管构成，其中第一场效应 管、第二场效应管构成左臂，第三场效应管、第四场效应管构成右臂；电容连接第一场效应 管和第二场效应管之间的节点，变压器原边的反向端连接第三场效应管和第四场效应管之 间的节点。所述全桥软开关输入电压为48V，开关频率为fs e [1ΜΗζ,2ΜΗζ]；变压器(Ta)原
边和副边匝数比η e [1，20]，变压器(Ta)原边漏感和励磁电感的比值义二 f e；
Lm 6 48谐振网络取值变压器原边漏感Zv =
π Js
T AAn2R变压器原边励磁电感一"^谐振电容值Cr= I^Jin2^ f ；其中，Lr为变压器(Ta)原边漏感，Lm为变压器(Ta)原边励磁电感，R0为负载电 阻。作为优选，所述全桥软开关频率fs = 1. 6兆赫兹，输出电压为9. 6V ；变压器(Ta) 原边和副边匝数比等于5 ；谐振网络取值为Lr = 200nH,LM = 2uH,Cr = 49nF ；其中，Lr为变 压器原边漏感，Lm为变压器原边励磁电感，Cr为谐振电容值。本发明的优点是采用对称的双极性控制方式。LLC谐振变换器是在传统的串联 或并联LC谐振变换器的基础上改良产生的，它既吸收了串联谐振变换器谐振电容所起到 的隔直作用和谐振槽路电流随负载轻重而变化，轻载时效率较高的优点；同时又兼具了并联谐振变换器可以工作在空载条件下，对滤波电容的电流脉动电流要求小的特点，同时充 分利用器件的寄生参数减小了 EMI的影响同时让体积变小提高了功率密度。该专利产品使 电源开关频率达到兆赫兹数量级，响应速度在2微妙，功率密度每立方英寸功率可达到了 400瓦，是一种比较理想的谐振变换器拓扑。
图1是图6的等效电路 图。图2是图1的等效并联电路图。图3是图2的等效串联电路图。图4是图2电路输入输出电压增益波形图。图5是兆赫兹全桥LLC电路传输效率波形图。图6兆赫兹级全桥软开关变换器电路原理图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例对 本发明进行详细说明。如图6所示，本发明所述兆赫兹级全桥软开关变换器包括全桥软开关的左臂中 点A通过电容Cr连接变压器Ta原边的同名端相连，全桥软开关的右臂中点B与变压器Ta 原边的反向端相连；第五场效应管Sl的漏端连接变压器Ta副边的同名端，第五场效应管 Sl的源端连接正输出，第六场效应管S2的漏端连接变压器Ta副边的反向端，第六场效应管 S2的源端连接正输出，滤波电容Cf 一端连接正输出，另一端连接地端，变压器Ta副边的中 间抽头接地端；所述变压器Ta为平面变压器。所述全桥软开关由第一 第四场效应管Tl、T2、T3、T4及相应寄生二极管Dl、D2、 D3、D4构成，其中第一场效应管Tl、第二场效应管T2构成左臂，第三场效应管T3、第四场效 应管T4构成右臂，采用双极性控制方式；电容Cr连接第一场效应管Tl和第二场效应管T2 之间的节点A，变压器Ta原边的反向端连接第三场效应管T3和第四场效应管T4之间的节 点B。关于全桥软开关的详细解释，见《开关电源的原理与设计》修订版，张松赞、蔡宣三编 著，2004年9月，电子工业出版社；第363页到365页。为了进一步的说明本发明实施例提供的电路，现结合图1至图5详细描述其工作 原理及推导过程。推导过程所描述范围主要是全桥LLC谐振部分，同步整流部分不做详细 说明，因此将电路图等效为如图1所示。兆赫兹全桥LLC串联谐振变换器等效电路和数学模型建立如图1所示的全桥LLC串联谐振变换器电路，其等效并联电路如图2所示。当变 换器运行在谐振频率时，谐振电流近似为正弦波。而在一个周期内。谐振电流对Lm进行充 放电，因此，磁化电流近似为三角波。除去开关管部分，同时忽略死区时间，假设两管的占空 比为50%，那么，谐振电路的输入信号为0 Vs的方波。A，B两点间的电压在前半个周期 0 Ts/2时Uab = Vin，在后半个周期时Ts/2 Ts时Uab = -Vino所以A，B间的基波分量为
4Vfx{t)^-VINsm(wst)(1)
Tt9 P)4基波分量的有效值为(…=^Vm,峰值为厂伐―)=~VIN。变压器初级
7ΓTt
的等效负载阻抗为 %n2=~-Rm eI 双2 O {Ζ)图3为图2的等效电路图，即将并联转换成串联。其中 「 π Γ ’ k^ τ & 1
_。]职‘，(3)
1} 1 = (4) RQp =-—(5)
lM
λ Lr令2 = 7^，贝1J有
L^Lr+LM=Lr{\^) = LM{\ + A)(6)
_ 1再令=(7)w^vrar(8)Z0 = Jlr +c:M(9)QL 今=二 r、= Wr2Cr R叫(10)在图2中，从Vfiw往右看的等效阻抗为
7 1 , . T , JWsLMReqΖ=—- + JWsLr+-~—-(11)
J^sCrJWsLm + Req经过整理后得
Z=-_^_^ W^1+A w^(12)
%图2中，输出 电压V ‘ ο与Vfl(t)的 比值为
权利要求
一种兆赫兹级全桥软开关变换器，其特征是包括全桥软开关的左臂中点(A)通过电容(Cr)连接变压器(Ta)原边的同名端相连，全桥软开关的右臂中点(B)与变压器(Ta)原边的反向端相连；第五场效应管(S1)的漏端连接变压器(Ta)副边的同名端，第五场效应管(S1)的源端连接正输出，第六场效应管(S2)的漏端连接变压器(Ta)副边的反向端，第六场效应管(S2)的源端连接正输出，滤波电容(Cf)一端连接正输出，另一端连接地端，变压器(Ta)副边的中间抽头接地端；所述变压器(Ta)为平面变压器。
2.如权利要求1所述兆赫兹级全桥软开关变换器，其特征是所述全桥软开关由第 一 第四场效应管(Tl、T2、T3、T4)及相应寄生二极管(Dl、D2、D3、D4)构成，其中第一场 效应管(Tl)、第二场效应管(T2)构成左臂，第三场效应管(T3)、第四场效应管(T4)构成右 臂；电容(Cr)连接第一场效应管(Tl)和第二场效应管(T2)之间的节点(A)，变压器(Ta) 原边的反向端连接第三场效应管(T3)和第四场效应管(T4)之间的节点(B)。
3.如权利要求1所述兆赫兹级全桥软开关变换器，其特征是所述全桥软开关输入电 压为48V，开关频率为fs e [IMHz，2MHz]；变压器(Ta)原边和副边匝数比η e [1，20]，变压器(Ta)原边漏感和励磁电感的比值义=^1"·^^,^];Lm 6 48谐振网络取值r ^n1R变压器(Ta)原边漏感及二一T^^ fsT AAn2R变压器(Ta)原边励磁电感Zm =—"Y7^谐振电容值= 16 二 Λ 5其中R。为负载电阻。
4.如权利要求3所述兆赫兹级全桥软开关变换器，其特征是所述全桥软开关频率fs =1. 6兆赫兹，输出电压为9. 6V ；变压器(Ta)原边和副边匝数比等于5 ；谐振网络取值为k =200nH, Lm = 2uH，Cr = 49nF ；其中，Lr为变压器原边漏感，Lm为变压器原边励磁电感，Cr 为谐振电容值。
全文摘要
本发明提供了一种固定工作频率的全桥软开关电源结构，它包含一个全桥开关，一个LLC高频谐振电路，一个同步整流电路。本发明采用对称的双极性控制方式。LLC谐振变换器是在传统的串联或并联LC谐振变换器的基础上改良产生的，它既吸收了串联谐振变换器谐振电容所起到的隔直作用和谐振槽路电流随负载轻重而变化，轻载时效率较高的优点；同时又兼具了并联谐振变换器可以工作在空载条件下，对滤波电容的电流脉动电流要求小的特点，所以它是一种比较理想的谐振变换器拓扑。
文档编号H02M3/338GK101969267SQ20101029186
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者吴旭, 易峰, 郭海平, 钱宏文 申请人:中国电子科技集团公司第五十八研究所