【CN109742957A】一种双环全谐振型软开关变换器【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910110931.X

(22)申请日 2019.02.12

(71)申请人 深圳市新能力科技有限公司

地址 518000 广东省深圳市宝安区新安街

道留仙一路67区甲岸科技园3号厂房6

楼（北区）

(72)发明人 张亦星　张益平　李太兵　张辰　

罗圣光　

(74)专利代理机构 佛山览众深联知识产权代理

事务所(普通合伙) 44435

代理人 罗智聪

(51)Int.Cl.

H02M 3/335(2006.01)

(54)发明名称

一种双环全谐振型软开关变换器

(57)摘要

本发明公开了一种双环全谐振型软开关变

换器，双环，指主谐振LrLBCr称之LLC多谐振，辅

助半桥谐振Lo(C3+C4)的LC单谐振，实现全桥四

个管的全部谐振，即双谐振加全软开关的方式与

拓补结构原理，即Q1、Q2、Q3、Q4均零电压导通，零

电压(或相当低电压)条件下的零电流关断过程，

也称之动态转换过程的损耗非常小，几乎为零，

可以进一步提高开关频率，从而实现高效率，低

成本，小型化。本发明变换器在同样的变压器、电

感与电容谐振规格下，可以输出更大的功率，功

率管实现零电压开通，零电流关断，C3、C4、C5、C6

与功率管Q1、Q2、Q3、Q4分别并联，充分降低了dv/

dt的电压变化率，

效率提高且电磁辐射降低。权利要求书1页 说明书7页 附图10页CN 109742957 A 2019.05.10

C N 109742957

A

1.一种双环全谐振型软开关变换器，包括有限双极性的LLC全桥主谐振电路和辅助谐振半桥即LC辅助谐振电路，实现全桥四管的全软开关化，其特征在于，所述LLC全桥主谐振电路和LC辅助谐振电路双谐振产生了双软开关，即零电压开通与零电流关断，实现功率开关管极其微小的几乎没有什么损耗的转换过程，大大提高了转换效率，还能够提高开关频率，实现了高效率小型化变换器；所述LLC全桥主谐振电路由主谐振LB、Lr、Cr构成，有限双极性全桥电路结构控制方式，Q3、Q4总是比Q1、Q2提前关断，Q3、Q4脉宽调制PWM化，由LB与Lr、Cr串联回路所产生的励磁电流来保证Q3、Q4所并联电容C6、C5充满电与放完电后,从而产生零电压开通，C5、C6电容越大，Q3、Q4的关断损耗也越小，但不能过大；Q1、Q2固定脉宽同样并联电容器C3、C4，由半桥谐振，C1、C2串联分压为输入电压的一半，由Lo在导通半周期时间里，产生励磁电流，Q1、Q2关断之后，Lo与C3+C4产生谐振，与Q1、Q2所并联的电容C3、C4因充满电或放完电，而产生零电压开通，C3、C4电容越大，关断损耗越小，但不能过大；全桥所有四只开关器件都并联电容器，形成关断时间即toff后，开关管如MOSFET的VDS波形为梯形波，低dv/dt变化率，关断由大电流到零的时间里，VDS处于相当低的电压状态，损耗系数P＝I ×V，由此变小，转换过程损耗被转移至电容器吸收，是本拓补技术最大的特征，也通过有限双极性的技术特征，完美的相结合的特点，产生了特别大的效果，从而使开关的转换动态过程的损耗足够小，从而进一步提高开关频率，与通常技术相比，在同样的开关管散热器与变压器一样大小的前提下，能够提供更大的输出功率，如果使用更高的开关频率，更小的变压器尺寸，使设备小型化，从而实现高效率、低成本、小型化。

2.根据权利要求1所述的一种双环全谐振型软开关变换器，其特征在于，所述软开关变换器不仅有主谐振的LB、Lr、Cr，还有辅助谐振Lo(C3+C4)，即LLC+LC模式，并且与有限双极性电路技术特征相结合的特点完美的相结合，从而大大提高了变换器的技术与性能。

3.根据权利要求2所述的一种双环全谐振型软开关变换器，其特征在于，利用变压器的初次级匝数比来决定输出电压的高低，Q1、Q2、Q3、Q4可以是功率场效应晶体管MOSFET，或绝缘栅双极性晶体管IGBT，也可以是双极性晶体管BJT。

4.根据权利要求3所述的一种双环全谐振型软开关变换器，其特征在于，所述变压器原边所并联的电感器LB通常不单独存在，而是利用变压器留气隙大小来决定其LB值的大小。

5.根据权利要求4所述的一种双环全谐振型软开关变换器，其特征在于，所述变压器的漏电感也是串联谐振电感器Lr的一部分，改变变压器绕组结构，增大漏电感，或者由于输出电压低，漏电感比较大，谐振电感Lr可以由变压器的漏电感直接取代，而且变压器磁芯有气隙，即LB与Lr集中在变压器里面，形成变压器，LB电感与Lr电感三合一化，仍然为LLC化。

6.根据权利要求5所述的一种双环全谐振型软开关变换器，其特征在于，在Q3、Q4任何占空比之下，都能满足零电压导通所需要的LB的数值，同样，Q1Q2是固定脉宽的占空比，只要满足Q1Q2的零电压导通下的Lo的数值即可。

7.根据权利要求6所述的一种双环全谐振型软开关变换器，其特征在于，开关工作频率可以为固定频率，也可以为变频的方式，无论高于谐振频率，还是低于谐振频率。

权　利　要　求　书1/1页CN 109742957 A

一种双环全谐振型软开关变换器

技术领域

[0001]本发明涉及开关电源变换器技术领域，特别是涉及一种双环全谐振型软开关变换器。

背景技术

[0002]在功率电子学领域，将一种电能转换为另一种电能，如直流对直流，也可以交流对直流，直流对交流。这里指输入直流电压，转换成另一种直流电压值，提高开关频率来减小变压器的尺寸，而且，实现稳压功能，提高转换效率，设备小，成本低，小型轻便型化，也就是说提高了功率密度。如工频变压器，体积和重量十分大，而且输出电压随输入电压的高低变化而变化，频率越高，体积越小，重量越轻，电力电子技术革命，也是变换器技术的革命。[0003]在开关变换器中，设法使担任调整作用的功率管电流按照正弦波规律变化，开关管在电压为零时的开通与关断，电流在零时的开通与关断，这时的变换器效率达到最高的局限点，此时不能调节输出电压的高低变化，通过改变工作原理与结构，尽可能达到最低损耗的转换，更高效，更高频率的使用，可以让变压器做的更小，也由此提高了变换器的功率密度。

[0004]应用软开关技术的变换器较传统硬开关的变换器具有变换效率高，电磁干扰小，而且能够提高功率密度，因而获得了广泛的应用。所占的比例也越来越高，研究与应用新的软开关技术已成为开关变换器领域的重点和主流。

[0005]从变换器的发展史与里程碑上，最早的技术，也可以称之为一代技术，如图(2)的半桥与图(3)的全桥，为完全的硬开关，即高电压大电流的导通与关断，而且，每一只管还要如图示的RC吸收器， R存在比较大的损耗，转换效率低，开关频率低，设备大，成本高，属于低端低技术含量。第二代应当属于移相电路，或者有限双极性电路，也叫伪相移方式。如图(4)，移相型，Q1与Q2，Q3与Q4都是几乎全脉宽的移动角度，来形成占空比调制。因为始终满脉宽，关断开关管的电感励磁电流会产生另一只管的零电压导通，根本不需要 RC吸收器，Q3、Q4是超前臂，实现ZVS(零压)导通，Q1、Q2 滞后臂实现ZVS(零流)关断。Q3、Q4的超前臂并一小电容，可以减小大电流关断的损耗，但由于死区时间短，而且是固定，轻载空载的占比非常小，即导通时间十分短，电流十分小，不能对C3、C4的充满与放完电的过程，导通失去ZVS(零压)，此电容会被管子吸收而产生损耗，使用的频率比硬开关高一些，但也不能更高许多。

[0006]为了解决这一不足，采用伪相移即有限双极性电路，如Q1、Q2 全脉宽固定导通时间，而Q3Q4采用可变脉宽PWM化，大电流下PWM 高，死区时间短，但很短时间就能对C3、C4的充满电与放完电，而在轻载、空载的下，PWM低，Q3、Q4的导通时间非常短，但死区时间非常大，由于Q1、Q2的固定导通时间不变，始终在回路构成导通状态，而且变压器留一点气隙，让初级电感量减小一些，增大励磁电流，这样，由于有足够的时间对C3、C4的充放电，采用增大一些电容量，可更多地减小Q3、Q4的关断损耗。

[0007]由于输出通过整流二极管之后串联Lo的电感器，Lo电感续流，导致D1、D2的硬转换