CN102035363A - 一种新型的谐振电源过流保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型的谐振电源过流保护电路，包括谐振电源的LLC谐振变压器和LLC谐振电容，其特征在于：在所述LLC谐振变压器和LLC谐振电容之间串接一LC陷波器。本发明能有效提高谐振电源过电流保护的能力，降低谐振电源的功率器件在过流及短路时的瞬间电流应力，提高产品的信赖性。

Description

一种新型的谐振电源过流保护电路
技术领域
本发明涉及一种新型的谐振电源过流保护电路。 
背景技术
目前在LCD TV电源的直流-直流变换器中，LLC的谐振电源应用广泛，LLC拓扑结构的谐振电源具有很多优点：（1）结构简单；（2）从零到满负载都可以保证初级开关切换管工作在零电压开通状态，次级整流管工作在零电流开通状态；（3）高效率；（4）次级整流管的电压应力较低，为输出电压的两倍。但是也有一个问题，就是过电流保护不易设计，在过负载及输出短路的条件下，初级开关管及次级整流管都受到较大的电流应力。
目前各IC厂家采取的过电流保护策略都是在检测到过电流或过载后，将电源的工作频率上升，远离谐振频率点，使变换器工作在其电压增益值较低的位置，以达到限制负载电流的目的。
由于LLC谐振变换器具有两个谐振频率，并联谐振点和串联谐振点。并联谐振频率点是负载呈容性和感性的分界点；串联谐振频率点处，效率最高。正常工作时，为了保证开关管工作在零电压开通状态，工作频率高于并联谐振点，一般设定在串联谐振频率点附近，而当工作频率高于串联谐振频率点以后，其变换器输出对输入的电压增益曲线较为平坦，变化缓慢。当负载过电流时，要达到限制电流的目的，需要将工作频率调整到很高的频率处；在短路状态下，有时将工作频率调到2~3倍的正常工作频率才能将电流限制在一个相对还可以接受的范围内。这种过电流保护机制存在着以下缺点：（1）保护电路工作时，工作频率变化太大，且在短路时要求频率变化足够快才能达到目的，否则各开关器件将受到较大的电流应力，可能引起失效。（2）当短路时，各开关器件的电流最大，而此时保护电路又使工作频率上升，所以初级开关管的关断损耗急剧上升，致致使开关器件的瞬间热应力急剧增大。（3）过流保护动作时，频率增加到正常工作频率的2~3倍，电流过载且要正常工作，所以变压器的体积会较大。
具体的如图1所示，图1是传统LLC变换器电压增益曲线图，图中有两个谐振频率：
Figure 2011100080515100002DEST_PATH_IMAGE002
 ；
Figure 2011100080515100002DEST_PATH_IMAGE004
(其中：Cr：LLC谐振变换器的谐振电容；Lm：谐振变压器的励磁电感；Lr：谐振变压器的漏感；f00：LLC并联谐振频率点；f01：LLC串联谐振频率点)从图中可以看出，在频率高于串联谐振频率点f01之后，其电压增益变化缓慢。而在过载或短路条件下，为了对过电流进行保护，必需将电源工作频率往上升，使变换器的增益下降，达到过电流保护的目的。从该图示我们可以看出，在一定的负载下，要达到比较低的电压增益，需要将工作频率调整到很高的值。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的谐振电源过流保护电路，有效提高谐振电源过电流保护的能力，降低谐振电源的功率器件在过流及短路时的瞬间电流应力。
本发明的新型的谐振电源过流保护电路，包括谐振电源的LLC谐振变压器和LLC谐振电容，其特征在于：在所述LLC谐振变压器和LLC谐振电容之间串接一LC陷波器。
上述的陷波器的陷波频点设定在所述谐振电源的LLC谐振变换器工作频率的两倍处。
上述串接的LC陷波器还附带一串联谐振频率点，该频率点设定在三倍的谐振电源的LLC谐振变换器工作频率的三倍处。
本发明一实施例中，还进一步包括第一开关管、第二开关管、LLC谐振变换器以及反馈电路；所述第一开关管的源极和第二开关管的漏极与所述LLC谐振变压器的初级第一端连接；所述第一开关管的漏极接母线电压，所述的第二开关管的源极接地；所述的第一开关管和第二开关管的栅极分别与LLC谐振变换器的控制器的上桥臂驱动端和下桥臂驱动端连接；所述的反馈电路与所述控制器连接，用于反馈LLC谐振变压器输出端电压。
本发明在传统的LLC谐振回路中增加一个陷波器，将陷波器的陷波频点设置在两倍的工作频率处，当过载或短路时，变换器的工作频率只要从正常工作频率到两倍的正常工作频率之间变化，其电压增益就可以从1变化到0。所以只要变化相对小的多的频率，就可以达到过电流保护的目的。从而达到快速有效的过载，短路保护的目的。
附图说明
图1是传统LLC变换器电压增益曲线图；本图例中增益函数为：Gain(f,r)，各函数用不同的线条区分，是将变压器二次侧输出等效到初级后对输入的增益函数。其中f为相应的工作频率，即图示中的X轴；r是负载电阻，单位是欧姆。图示中画出负载电阻分别为0.1欧姆、0.5欧姆、1欧姆、2欧姆、3欧姆、5欧姆时的增益曲线。
图2是本发明的电路连接示意图。
图3是本发明的LLC变换器电压增益曲线图；本图例中增益函数为：Gain(f,r)，各函数用不同的线条区分，是将变压器二次侧输出等效到初级后对输入的增益函数。其中f为相应的工作频率，即图示中的X轴；r是负载电阻，单位是欧姆。图示中画出负载电阻分别为0.1欧姆、0.5欧姆、1欧姆、2欧姆、3欧姆、5欧姆时的增益曲线。
图4是本发明一实施例的谐振电源的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例子对本发明做进一步说明。
本发明提供一种新型的谐振电源过流保护电路，包括谐振电源的LLC谐振变压器T970和LLC谐振电容C980，其特征在于：在所述LLC谐振变压器和LLC谐振电容之间串接一LC陷波器。该LC陷波器包括电感L973和电容C996。
如图2所示，本发明进一步包括第一开关管Q970、第二开关管Q971、LLC谐振变换器以及反馈电路；所述第一开关管的源极和第二开关管的漏极与所述LLC谐振变压器的初级第一端连接；所述第一开关管Q970的漏极接母线电压，所述的第二开关管Q971的源极接地；所述的第一开关管和第二开关管的栅极分别与LLC谐振变换器的控制器的上桥臂驱动端和下桥臂驱动端连接；所述的反馈电路与所述控制器连接，用于反馈LLC谐振变压器输出端电压。
下面结合图3对本发明实现的效果及原理进行进一步解释说明，从增益曲线图示中我们可以看出有4个谐振点，分别描述如下：
Figure 2011100080515100002DEST_PATH_IMAGE006
f01≈
Figure 2011100080515100002DEST_PATH_IMAGE010
Figure 2011100080515100002DEST_PATH_IMAGE012
Figure 2011100080515100002DEST_PATH_IMAGE014
f03≈
Figure 2011100080515100002DEST_PATH_IMAGE016
(备注：
Lr：谐振变压器T970的初级漏感；
Lm：谐振变压器T970的初级励磁电感；
Cr：谐振电容C980；
Lp：陷波器电感L973；
Cp：陷波器电容C996；
f00:谐振变换器的并联谐振频率点，频率低于f00时，变换器负载为容性负载，频率高于f00时，变换器负载为感性负载；
f01：谐振变换器的串联谐振频率点，负载工作在此频率点时效率最高；
f02:谐振变换器之陷波器的频率点，变换器在此频率点的电压增益为零；
f03：带陷波器的谐振变换器之附加的串联谐振频率点，在此频率点上，整个变换器的电压增益为1，且高于此频率点时，变换器的电压增益递减。)
因为谐振变换器加在负载上的电压是占空比将近50%的矩形波，其谐波分量为基频的奇数倍频率，且电流是正弦波，所以将陷波器的陷波频点f02设定在变换器工作频率的两倍处，不会使整个变换器增加额外的无功功率。
本电路由于增加了陷波器还附带增加了一个串联谐振频率点f03。可以调整谐振元件参数，将f03设定在3倍的工作频率附近。这样可以提高整个变换器在3次谐波处的转换效率，从而提高整个变换器的效率。因此，从变换器输出对输入的该电压增益曲线可以看到，工作频率增加时，其电压增益相应降低，也相当于谐振变换器的内阻增加。从而达到过电流保护的目的。
图4是本发明一实施例的谐振电源的电路图，可供技术人员了解整体电路器件的连接关系。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (4)

1.一种新型的谐振电源过流保护电路，包括谐振电源的LLC谐振变压器和LLC谐振电容，其特征在于：在所述LLC谐振变压器和LLC谐振电容之间串接一LC陷波器。
2.根据权利要求1所述的新型的谐振电源过流保护电路，其特征在于：所述的陷波器的陷波频点设定在所述谐振电源的LLC谐振变换器工作频率的两倍处。
3. 根据权利要求1所述的新型的谐振电源过流保护电路，其特征在于：串接的LC陷波器还附带一串联谐振频率点，该频率点设定在三倍的谐振电源的LLC谐振变换器工作频率的三倍处。
4. 根据权利要求1所述的新型的谐振电源过流保护电路，其特征在于：进一步包括第一开关管、第二开关管、LLC谐振变换器以及反馈电路；所述第一开关管的源极和第二开关管的漏极与所述LLC谐振变压器的初级第一端连接；所述第一开关管的漏极接母线电压，所述的第二开关管的源极接地；所述的第一开关管和第二开关管的栅极分别与LLC谐振变换器的控制器的上桥臂驱动端和下桥臂驱动端连接；所述的反馈电路与所述控制器连接，用于反馈LLC谐振变压器输出端电压。
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