CN105846700A - Llc半桥谐振变换器及其次级同步整流装置 - Google Patents

Llc半桥谐振变换器及其次级同步整流装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种LLC半桥谐振变换器及其次级同步整流装置，该次级同步整流装置包括MOS管Q1、Q2，电阻R1、R2、R4、R5，电容C1、C2，稳压管Z1、Z2，二极管D1、D2。其中，电容C1、电阻R1、R2、稳压管Z1以及二极管D1组成MOS管Q1的驱动电路，电容C2、电阻R4、R5、稳压管Z2以及二极管D2组成MOS管Q2的驱动电路。本发明通过简单的驱动电路驱动MOS管，实现LLC半桥谐振变换器的次级同步整流，无需使用专用芯片，降低了应用成本及调试难度，且PCB走线不易受干扰，同时避免了使用专用芯片驱动MOS管时芯片本身因控制问题而增大死区时间的问题，因此也提高了整机效率。

Description

LLC半桥谐振变换器及其次级同步整流装置
技术领域
本发明涉及低压大电流电源供电领域，特别是涉及一种LLC半桥谐振变换器及其次级同步整流装置。
背景技术
目前较多的工业领域，比如通信、LED大屏幕显示等领域，在很多场合都需要使用低压大电流的电源进行供电。对于低压大电流的输出方案，因二极管正向导通时结电压比MOS管(Metal Oxide Semiconductor，金属-绝缘体-半导体场效应晶体管)导通时高，损耗就比使用MOS管整流大，因此，为了提高效率，低压大电流输出都会选用MOS管整流方案，而在现有技术中一般选用LLC半桥谐振拓扑结构，但是传统LLC半桥谐振变换器中需要专用芯片来驱动MOS管(如图1所示)，这样就增加了应用成本，且调试较为复杂，PCB走线容易受干扰，容易出现占空比丢失和占空比不平衡等问题，同时专用芯片驱动MOS管时芯片本身因控制问题会增大死区时间，使得整机效率也比较低。
发明内容
基于此，为解决现有技术中的问题，本发明提供一种LLC半桥谐振变换器及其次级同步整流装置，无需使用专用芯片驱动MOS管，降低应用成本，提高整机效率。
为实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：
一种LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，包括：MOS管Q1、Q2，电阻R1、R2、R4、R5，电容C1、C2，稳压管Z1、Z2，二极管D1、D2；
MOS管Q1的漏极连接LLC半桥谐振变换器中的中心抽头变压器次级的第一端头，MOS管Q1的源极连接二极管D1的负极；电容C1和电阻R1并联后与电阻R2均串接在MOS管Q1的栅极与所述中心抽头变压器次级的第二端头之间；稳压管Z1的正极与二极管D1的正极连接，稳压管Z1的负极与MOS管Q1的栅极连接；
MOS管Q2的漏极连接所述中心抽头变压器次级的第二端头，MOS管Q2的源极连接二极管D2的负极；电容C2和电阻R4并联后与电阻R5均串接在MOS管Q2的栅极与所述中心抽头变压器次级的第一端头之间；稳压管Z2的正极与二极管D2的正极连接，稳压管Z2的负极与MOS管Q2的栅极连接。
以及一种LLC半桥谐振变换器，包括中心抽头变压器和连接在所述中心抽头变压器初级的LLC半桥谐振电路，还包括滤波电容以及如权利要求1至4任一项所述的次级同步整流装置；所述滤波电容一端接地，另一端连接所述中心抽头变压器次级的中心抽头。
本发明通过简单的驱动电路驱动MOS管，实现LLC半桥谐振变换器的次级同步整流，无需使用专用芯片，降低了应用成本及调试难度，且PCB走线不易受干扰。由于未使用专用芯片，因此不会出现占空比丢失和占空比不平衡等问题，不影响输出效率，同时避免了使用专用芯片驱动MOS管时芯片本身因控制问题而增大死区时间的问题，因此也提高了整机效率。
附图说明
图1为传统LLC半桥谐振变换器中使用专用芯片驱动MOS管的电路原理示意图；
图2为本发明的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置在一个实施例中的电路原理示意图；
图3为本发明的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置在另一个实施例中的电路原理示意图。
具体实施方式
下面将结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应当说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
图2是本发明的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置在一个实施例中的结构示意图，参照图2所示，该次级同步整流装置包括MOS管Q1、Q2，电阻R1、R2、R4、R5，电容C1、C2，稳压管Z1、Z2，二极管D1、D2。其中，MOS管Q1、Q2的驱动电路是对称的。MOS管Q1的漏极D连接LLC半桥谐振变换器中的中心抽头变压器T1次级的第一端头5，MOS管Q1的源极S连接二极管D1的负极；电容C1和电阻R1并联后与电阻R2均串接在MOS管Q1的栅极G与中心抽头变压器T1次级的第二端头3之间；稳压管Z1的正极与二极管D1的正极连接，稳压管Z1的负极与MOS管Q1的栅极G连接。MOS管Q2的漏极D连接中心抽头变压器T1次级的第二端头3，MOS管Q2的源极S连接二极管D2的负极；电容C2和电阻R4并联后与电阻R5均串接在MOS管Q2的栅极G与中心抽头变压器T1次级的第一端头5之间；稳压管Z2的正极与二极管D2的正极连接，稳压管Z2的负极与MOS管Q2的栅极G连接。
在本实施例的次级同步整流装置中，电流C1、C2为隔直电容，电阻R1、R2可以进行分压以调整MOS管Q1的驱动电压DRV_1，电阻R4、R5可以进行分压以调整MOS管Q2的驱动电压DRV_2，同时电阻R2、R5还充当驱动电阻。稳压管Z1可以防止MOS管Q1的栅极G最大电压超规格，二极管D1可防止电流从MOS管Q1的源极S流入栅极G。同理，稳压管Z2可以防止MOS管Q2的栅极G最大电压超规格，二极管D2可防止电流从MOS管Q2的源极S流入栅极G。电容C1、电阻R1、电阻R2、稳压管Z1、二极管D1共同组成MOS管Q1的驱动电路，电容C2、电阻R4、电阻R5、稳压管Z2、二极管D2共同组成MOS管Q2的驱动电路，下面对本实施例的次级同步整流装置的工作过程进行简述。
参照图2所示，中心抽头变压器T1次级具有三个引脚，分别为第一端头5、中心抽头4以及第二端头3。在实际工作时，可将中心抽头4连接到输出端滤波电容E1(图2中使用电解电容)的正极，MOS管Q1、Q2的源极S以及滤波电容的负极均接地。当中心抽头变压器T1次级电流从第二端头3流向第一端头5时，VDS1为正电压，VDS2为负电压，其中VDS2接近0V，这时，VDS1的正电压就通过由电容C2、电阻R4、电阻R5、稳压管Z2以及二极管D2组成的驱动电路驱动MOS管Q2，MOS管Q1的驱动电压不大于0V，因此MOS管Q1关断，故电流回路为：MOS管Q2的源极S→栅极D→第二端头3→中心抽头4→VOUT，从而为输出端供电；同理，当中心抽头变压器T1次级电流从电一端头5流向第二端头3时，VDS2为正电压，VDS1为负电压，其中VDS1接近0V，这时，VDS2的正电压就通过由电容C1、电阻R1、R2、稳压管Z1以及二极管D1组成的驱动电路驱动MOS管Q1，MOS管Q2关断，因此电流回路为：MOS管Q1的源极S→栅极D→第一端头5→中心抽头4→VOUT，从而为输出端供电。
较佳的，为了抑制MOS管Q1、Q2的VDS电压(漏极D与源极S之间的电压)，防止VDS电压超规格，还可以分别在MOS管Q1、Q2的漏极D与源极S之间设置吸收电路。参照图3所示，本发明中的次级同步整流装置，还包括连接在MOS管Q1的漏极D和源极S之间第一吸收电路101，以及连接在MOS管Q2的漏极D和源极S之间的第二吸收电路102。第一吸收电路101可以抑制MOS管Q1的漏极与源极之间的电压不超规格，第二吸收电路102可以抑制MOS管Q2的漏极与源极之间的电压不超规格。第一吸收电路101和第二吸收电路102可采用多种方式，可选的，以第一吸收电路101为例，可采用RC阻容吸收电路，RC阻容吸收电路可以抑制VDS电压，防止其超规格，确保MOS管安全运行。
较佳的，参照图3所示，第一吸收电路101包括TVS管Z3，TVS管Z3的正极连接MOS管Q1的源极S，TVS管Z3的负极连接MOS管Q1的漏极D。TVS管(Transient Voltage Suppressor，瞬态电压抑制二极管)是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同，外形也与普通二极管无异，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS管的反应速度比RC阻容吸收电路快，吸收效果更好。
同理，第二吸收电路102也可采用RC阻容吸收电路或TVS管，可根据产品实际需求而定。在图3中，第二吸收电路102采用TVS管Z4，TVS管Z4的正极连接MOS管Q2的源极，TVS管Z4的负极连接MOS管Q2的漏极，可以有效抑制MOS管Q2的VDS电压，防止其超规格。
进一步的，仍参照图3所示，为了防止静电损坏MOS管Q1，本发明的次级同步整流装置还包括连接在MOS管Q1的栅极G和源极S之间的电阻R3。同时，电阻R1、R2、R3可以进行分压以调整MOS管Q1的驱动电压DRV_1，这样MOS管Q1的驱动电路由电容C1、电阻R1、R2、R3、稳压管Z1及二极管D1组成。
同理，仍参照图3所示，为了防止静电损坏MOS管Q2，本发明的次级同步整流装置还包括连接在MOS管Q2的栅极G和源极S之间的电阻R6。同时，电阻R4、R5、R6可以进行分压以调整MOS管Q2的驱动电压DRV_2，这样MOS管Q2的驱动电路由电容C2、电阻R4、R5、R6、稳压管Z2及二极管D2组成。
当中心抽头变压器T1次级电流从第二端头3流向第一端头5时，VDS1为正电压，VDS2为负电压，其中VDS2接近0V，这时，VDS1的正电压就通过由电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压管Z2以及二极管D2组成的驱动电路驱动MOS管Q2，此时MOS管Q1关断，故电流回路为：MOS管Q2的源极S→栅极D→第二端头3→中心抽头4→VOUT，从而为输出端供电；当中心抽头变压器T1次级电流从电一端头5流向第二端头3时，VDS2为正电压，VDS1为负电压，其中VDS1接近0V，这时，VDS2的正电压就通过由电容C1、电阻R1、R2、R3、稳压管Z1以及二极管D1组成的驱动电路驱动MOS管Q1，MOS管Q2关断，因此电流回路为：MOS管Q1的源极S→栅极D→第一端头5→中心抽头4→VOUT，从而为输出端供电。
综上所述，本发明的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，通过简单的电路就可以实现MOS管的驱动，实现LLC半桥谐振变换器的次级同步整流，无需使用专用芯片，降低了应用成本及调试难度，且PCB走线不易受干扰，由于未使用专用芯片，因此不会出现占空比丢失和占空比不平衡等问题，不影响输出效率，同时避免了使用专用芯片驱动MOS管时芯片本身因控制问题而增大死区时间的问题，提高了整机效率。
基于上述本发明的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，本发明还提供一种LLC半桥谐振变换器，LLC半桥谐振变换器优于常规的串联谐振变换器和并联谐振变换器，在负载和输入变化较大时，频率变化仍很小，且全负载范围内切换可实现零电压转换。参照图1至图3所示，本发明的LLC半桥谐振变换器包括中心抽头变压器T1和连接在中心抽头变压器T1初级的LLC半桥谐振电路，还包括滤波电容E1以及上述本发明的次级同步整流装置；滤波电容一端接地，另一端连接中心抽头变压器T1次级的中心抽头。LLC半桥谐振电路有诸多较为成熟的电路结构，此处不再进行详述。
较佳的，滤波电容E1可采用电解电容，电解电容单位体积的电容量非常大，其它种类的电容大几十到数百倍，额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f，且其成本较低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，其特征在于，包括：MOS管Q1、Q2，电阻R1、R2、R4、R5，电容C1、C2，稳压管Z1、Z2，二极管D1、D2；
MOS管Q1的漏极连接LLC半桥谐振变换器中的中心抽头变压器次级的第一端头，MOS管Q1的源极连接二极管D1的负极；电容C1和电阻R1并联后与电阻R2均串接在MOS管Q1的栅极与所述中心抽头变压器次级的第二端头之间；稳压管Z1的正极与二极管D1的正极连接，稳压管Z1的负极与MOS管Q1的栅极连接；
MOS管Q2的漏极连接所述中心抽头变压器次级的第二端头，MOS管Q2的源极连接二极管D2的负极；电容C2和电阻R4并联后与电阻R5均串接在MOS管Q2的栅极与所述中心抽头变压器次级的第一端头之间；稳压管Z2的正极与二极管D2的正极连接，稳压管Z2的负极与MOS管Q2的栅极连接。
2.根据权利要求1所述的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，其特征在于，还包括连接在MOS管Q1的漏极和源极之间且用于抑制MOS管Q1的漏极与源极之间的电压的第一吸收电路，以及连接在MOS管Q2的漏极和源极之间且用于抑制MOS管Q2的漏极与源极之间的电压的第二吸收电路。
3.根据权利要求2所述的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，其特征在于，所述第一吸收电路包括TVS管Z3，TVS管Z3的正极连接MOS管Q1的源极，TVS管Z3的负极连接MOS管Q1的漏极。
4.根据权利要求2所述的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，其特征在于，所述第一吸收电路为RC阻容吸收电路。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，其特征在于，所述第二吸收电路包括TVS管Z4，TVS管Z4的正极连接MOS管Q2的源极，TVS管Z4的负极连接MOS管Q2的漏极。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，其特征在于，所述第二吸收电路为RC阻容吸收电路。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，其特征在于，还包括连接在MOS管Q1的栅极和源极之间的电阻R3。
8.根据权利要求7所述的LLC半桥谐振变换器中的次级同步整流装置，其特征在于，还包括连接在MOS管Q2的栅极和源极之间的电阻R6。
9.一种LLC半桥谐振变换器，其特征在于，包括中心抽头变压器和连接在所述中心抽头变压器初级的LLC半桥谐振电路，还包括滤波电容以及如权利要求1至4任一项所述的次级同步整流装置；所述滤波电容一端接地，另一端连接所述中心抽头变压器次级的中心抽头。
10.根据权利要求9所述的LLC半桥谐振变换器，其特征在于，所述滤波电容为电解电容。
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