CN109428493A - Llc谐振变换器 - Google Patents

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CN109428493A CN201810151427.XA CN201810151427A CN109428493A CN 109428493 A CN109428493 A CN 109428493A CN 201810151427 A CN201810151427 A CN 201810151427A CN 109428493 A CN109428493 A CN 109428493A
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佐藤充
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Abstract

本发明提供一种能够一方面防止变压器的饱和，一方面达成高效率的LLC谐振变换器。LLC谐振变换器包括：半导体开关(Q1)、半导体开关(Q2)，串联于电源的正极与负极之间；变压器(2)，包含一次绕组(2P)、铁芯(20)及二次绕组(2S)；电容器(C1)，连接于电源(1)的负极与变压器(2)的一次绕组(2P)的第二端部之间；电容器(C2)、半导体开关(Q3)及半导体开关(Q4)相互串联，并且与电容器(C1)并联；以及二次侧电路(3)，与变压器(2)的二次绕组(2S)连接；并且变压器(2)是摆动式扼流线圈。

Description

LLC谐振变换器
技术领域
本发明涉及一种逻辑链路控制(logical link control，LLC)谐振变换器(resonant converter)。
背景技术
LLC谐振变换器是利用借助两个电感(inductance)(L)及一个电容(capacitance)(C)的谐振的一种直流转直流(direct current to direct current，DC-DC)变换器。迄今为止，已经提出了改变LLC谐振变换器的电容而改变谐振频率的技术。例如，日本专利特表2009-514495号公报(专利文献1)揭示了一种电力变换器，包括与电感器(inductor)串联的电容器(capacitor)电路、以及用于变更所述电容器电路的电容值的开关。电容器电路包括与电感器并联的两个电容器。开关与两个电容器中的一者串联。例如，日本专利特开2014-3764号公报(专利文献2)揭示了一种电力转换装置，包括使电容器的两端短路的开关。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特表2009-514495号公报
[专利文献2]日本专利特开2014-3764号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
当变压器(transformer)的励磁电感大时，对谐振电路的电容进行切换之后，容易发生变压器的饱和。当发生了变压器的饱和时，无法正常地控制LLC谐振变换器，从而无法将输出电压输出至二次侧。为了防止变压器的饱和，可考虑将具有小的励磁电感的变压器用于LLC谐振变换器。但是，当变压器的励磁电感小时，会产生将谐振电路的电容切换成小值时LLC谐振变换器的效率下降的问题。
本发明的目的在于提供一种LLC谐振变换器，能够一方面防止变压器的饱和，一方面达成高效率。
[解决问题的技术手段]
本发明的一个实施方式的LLC谐振变换器包括：第一开关及第二开关，串联于电源的正极与负极之间；变压器，包含第一端部与第一开关及第二开关连接的一次绕组、铁芯(core)及二次绕组；第一电容器，连接于电源的负极与变压器的一次绕组的第二端部之间；第二电容器及电容用开关相互串联，并且与第一电容器并联；以及二次侧电路，与变压器的二次绕组连接；并且变压器是摆动式扼流线圈(swing choke coil)。
优选的是，在铁芯上设置有间隙(gap)。夹着间隙而相向的一对磁脚中的至少一者具有连续地变化的截面积。
优选的是，在铁芯上设置有间隙。夹着间隙而相向的一对磁脚中的至少一者具有呈阶梯状变化的截面积。
优选的是，电容用开关的导通及断开是根据LLC谐振变换器的输入电压、或对第三开关及所述第四开关进行控制的控制电路的端子电压来确定。
[发明的效果]
根据本发明，可以提供一种LLC谐振变换器，能够一方面防止变压器的饱和，一方面达成高效率。
附图说明
图1A及图1B是本发明的一实施方式的LLC谐振变换器的电路图。
图2是表示图1A及图1B所示的LLC谐振变换器的频率对增益(gain)特性的示例的图。
图3是说明当变压器的励磁电感大时，通过对谐振电路的电容进行切换而产生的问题的图。
图4是说明当变压器的励磁电感小时，通过对谐振电路的电容进行切换而产生的问题的图。
图5是表示一般的LLC谐振变换器的频率对输出电压的特性例的图。
图6是示意性地表示一般的LLC谐振变换器中的输入电压对一次侧电流的特性及输入电压对频率的特性的图。
图7A～图7D是说明一般的LLC谐振变换器中所使用的变压器的铁芯的形状与LLC谐振变换器的特性的关系的图。
图8是用于说明本发明的实施方式的LLC谐振变换器中所使用的摆动式扼流线圈的工作原理的示意图。
图9是表示图8所示的摆动式扼流线圈的特性的示例的图。
图10是用于说明本发明的实施方式的LLC谐振变换器的特性的增益曲线。
图11是表示励磁电流的随时间的变化的图。
图12A～图12D是用于说明变压器的铁芯的形状与LLC谐振变换器的特性的关系的图。
图13A～图13D是表示应用于本发明的实施方式中的铁芯的形状示例的图。
图14是示意性地表示缠绕于铁芯上的一次绕组及二次绕组的图。
图15是表示谐振频率与工作频率的关系的图。
[符号的说明]
1：电源；
2：变压器(摆动式扼流线圈)；
2P：一次绕组；
2S：二次绕组；
3：二次侧电路；
4、5：输出端子；
10：LLC谐振变换器；
11、12：谐振电路；
11A、12A：曲线；
15：控制IC；
20、20A、20B、31～36：铁芯；
23、30、40：磁脚；
26：间隙；
27：可饱和部；
50：线轴；
C1、C2、C3：电容器；
D1、D2：二极管；
L1、L2：电感器；
N1、N2、N3：连接点；
Q1、Q2、Q3、Q4：半导体开关；
Vin：输入电压(直流电压)；
Lr：漏电感；
Lm：励磁电感；
Cr、Crsw：电容；
a、b：长度。
具体实施方式
一边参看附图，一边对本发明的实施方式进行详细说明。再者，对图中的相同或相当部分，标注相同符号，并不再对其作重复说明。
图1A及图1B是本发明的一个实施方式的LLC谐振变换器的电路图。图1A是表示LLC谐振变换器的构成的电路图，图1B是利用等效电路表示图1A所示的变压器的等效电路图。LLC谐振变换器10包括例如金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide SemicondoctorField Effect Transistor，MOSFET)即半导体开关Q1、半导体开关Q2、半导体开关Q3、半导体开关Q4，变压器2，电容器C1、电容器C2，二次侧电路3及输出端子4、输出端子5。如图1B所示，变压器2的一次绕组2P是通过具有漏电感Lr的电感器L1、具有励磁电感Lm的电感器L2及电阻来等效地表现。电感器L1也可在变压器之外另行准备。
在图1B中，电感器L1是表示为连接于连接点N1与连接点N3之间的电感器，电感器L2表示为连接于连接点N2与连接点N3之间的电感器。电阻成分与电感器L2并联，而连接于连接点N2与连接点N3之间。
半导体开关Q1、半导体开关Q2串联于电源1的正极与负极之间，构成半桥电路(halfbridge circuit)。电源1是输出直流电压Vin的直流电源。
变压器2包括一次绕组2P、二次绕组2S及铁芯20。一次绕组2P的第一端部连接于半导体开关Q1与半导体开关Q2的连接点即连接点N1。一次绕组2P的第二端部与连接点N2连接。
电容器C1具有电容Cr，连接于变压器2的一次绕组2P的第二端部与电源1的负极之间。即，电容器C1连接于连接点N2与电源1的负极之间。
电容器C2具有电容Crsw。电容器C2、半导体开关Q3及半导体开关Q4相互串联于连接点N2与电源1的负极之间，并且与电容器C1并联。在图1A及图1B所示的构成中，电容器C2的第一端部与电容器C1并联，并与变压器2的一次绕组2P的第二端部连接。作为电容用开关的半导体开关Q3及半导体开关Q4串联于电容器C2的第二端部与电源1的负极之间。但是，电容器C2及半导体开关Q3、半导体开关Q4并不限定为按所述顺序连接。
二次侧电路3与变压器2的二次绕组2S连接。二次侧电路3包含二极管(diode)D1、二极管D2及电容器C3。电容器C3例如为电解电容器(condenser)。
在LLC谐振变换器10中，由漏电感Lr、励磁电感Lm及电容构成谐振电路。通过对半导体开关Q3、半导体开关Q4进行导通断开，而使谐振电路的电容发生变化。由此，谐振频率发生变化。具体来说，在半导体开关Q3、半导体开关Q4断开时，由漏电感Lr、励磁电感Lm及电容Cr构成谐振电路11。另一方面，当半导体开关Q3、半导体开关Q4为导通时，由漏电感Lr、励磁电感Lm及电容(Cr+Crsw)构成谐振电路11。半导体开关Q3、半导体开关Q4例如通过来自控制集成电路(integrated circuit，IC)15(但是并不限定于控制IC 15)的控制信号，来控制导通及断开。再者，半导体开关Q3、半导体开关Q4的导通及断开是根据感测(sensing)输入电压或者控制IC 15的各端子电压等的结果来确定，当输入电压低时，半导体开关Q3、半导体开关Q4导通。
图2是表示图1A及图1B所示的LLC谐振变换器10的频率对增益特性的示例的图。参看图1A、图1B及图2，曲线11A是利用谐振电路11(电容＝Cr)的LLC谐振变换器10的增益曲线，曲线12A是利用谐振电路12(电容＝(Cr+Crsw))的LLC谐振变换器10的增益曲线。通过将谐振电路的电容从Cr切换成(Ct+Crsw)，可以提高增益。由此，当输入电压Vin降低时也可以确保所需的输出电压。此外，考虑到输入电压低的设计上的要求放宽，所以能够在正常工作时确保效率。
并且，根据图1A及图1B所示的构成，可获得高增益，所以能够使输入电容器(未示于图1A及图1B)小型化。在DC-DC变换器中，为了满足电源的保持时间t(ms)所必需的输入电容器的电容Cin的最低限度的值Cinmin可以借由下式表示。
[数式1]
在上式中，P是DC-DC变换器的最大输出电力，Vc_start是电力供给停止时的输入电容器的充电电压，Vin_min是DC-DC变换器能够工作的最低输入电压。越提高增益，越能够减小电容Cin，所以能够使输入电容器小型化。
并且，通过提高开关频率，可以使构成变压器的铁芯或绕组小型化。变压器的最大磁通密度ΔB可以利用下式表示。Vtr是施加至变压器的(一次或二次)电压，fsw是变压器施加电压的频率，N是一次或二次匝数，Ae是铁芯的执行截面积。
[数式2]
为了减小最大磁通密度ΔB，可考虑以下的方法。
i)增大匝数N。
ii)增大铁芯的执行截面积Ae。
iii)增大频率fsw。
但是，当增大匝数N，或者增大铁芯的执行截面积Ae时，变压器会大型化。与此相对，如果增大频率fsw，则可以不改变铁芯的体积及绕组的匝数，而减小最大磁通密度ΔR。因此，通过提高开关频率，可以使构成变压器的铁芯或绕组小型化。
当在LLC谐振变换器中切换谐振频率时，可能产生以下问题。图3是说明当变压器的励磁电感Lm大时，通过切换谐振电路的电容而产生的问题的图。参看图3，“饱和频率”相当于变压器2饱和时的LLC谐振变换器的开关频率。根据增益曲线，确定用于获得所需的输出电压的LLC谐振变换器的工作点。
根据图3所示的增益曲线，为了获得所需的输出电压，必需增大谐振电路的电容(将电容从Cr切换成(Cr+Crsw))。但是，工作点的开关频率小于饱和频率。即，当为了获得所需的输出电压而增大谐振电路的电容时，变压器饱和。因此，LLC谐振变换器有可能无法工作。
图4是说明当变压器的励磁电感Lm小时，通过切换谐振电路的电容而产生的问题的图。参看图4，即使为了获得所需的输出电压，而增大谐振电路的电容，工作点的开关频率也大于饱和频率。因此，可以防止变压器的饱和。但是，由于励磁电感Lm小，所以大电流会流入至LLC谐振变换器。因此，会产生谐振电路的电容为小值(Cr)时LLC谐振变换器的效率下降的问题。
对所述方面进行更详细说明。图5是表示一般的LLC谐振变换器的频率对输出电压的特性例的图。如图5所示，当输出电压固定时，LLC谐振变换器的输入电压Vin越下降，频率越降低。
图6是示意性地表示一般的LLC谐振变换器中的输入电压Vin对一次侧电流I的特性及输入电压Vin对频率f的特性的图。如图6所示，在LLC谐振变换器的输出电压及一次电感为固定的情况下，当输入电压Vin下降而使频率f变小时，一次侧电流I增大。当频率f达到饱和频率时，励磁电感大致为0，因此一次侧电流I成为最大。
图7A～图7D是说明一般的LLC谐振变换器中所使用的变压器的铁芯的形状与LLC谐振变换器的特性的关系的图。再者，图7A～图7D所示的变压器的铁芯可以通过E型铁芯及I型铁芯来实现。在图7A中，表示间隙宽度小并且固定的铁芯20A。图7B中，表示利用包含铁芯20A的变压器2的LLC谐振变换器的特性。参看图7A及图7B，在将间隙宽度小的现有型铁芯用于变压器2的情况下，当输入电压Vin下降时，变压器2饱和，所以一次侧电流急剧增加。
图7C中，表示间隙宽度大并且固定的铁芯20B。图7D中，表示使用包含铁芯20B的变压器2的LLC谐振变换器的特性。参看图7C及图7D，通过使用间隙宽度大的铁芯，即使在输入电压Vin的最低电压Vin_min时也可以使变压器2不饱和。然而，由于励磁电感减小，所以稳态时的一次侧电流大。因此，损耗增大。
根据本发明的实施方式，采用摆动式扼流线圈，作为LLC谐振变换器10的变压器2。由此，不但可以防止变压器的饱和，而且可以提高LLC谐振变换器10的效率。以下，对所述方面进行详细说明。
图8是用于说明本发明的实施方式的LLC谐振变换器10中所使用的摆动式扼流线圈的工作原理的示意图。为了理解发明，图8中，容易看懂地表示了摆动式扼流线圈的铁芯。此外，省略了一次绕组及二次绕组的图示。
在铁芯20上设置有间隙26。在图8所示的构成中，间隙26的长度从a连续地变化至b为止(a＜b)。
图9是表示图8所示的摆动式扼流线圈的特性的示例的图。参看图9，因流入至一次绕组(未示于图8)的电流，铁芯20的一部分饱和，励磁电感Lm发生变化。夹着间隙26而相向的磁脚23中的一者(参看图8)形成可饱和部27。
励磁电流的峰值Impk借由下式表示。fsw是开关频率。
[数式3]
当开关频率fsw高时，变压器(摆动式扼流线圈)的一次侧的最大电流减小。在此情况下，间隙长度Ig＝a，励磁电感Lm增大。另一方面，当开关频率fsw低时，一次侧的最大电流增大。在此情况下，间隙长度Ig＝b，励磁电感Lm减小。
图10是用于说明本发明的实施方式的LLC谐振变换器10的特性的增益曲线。图11是表示励磁电流的随时间的变化的图。参看图10及图11，将谐振电路的电容切换成(Cr+Crsw)。借由开关频率fsw的下降，而使得励磁电流Im增大。在此情况下，借由摆动式扼流线圈的饱和，而使得励磁电感Lm下降。
借由励磁电感Lm下降，LLC谐振变换器10的工作点的开关频率fsw超过饱和频率。因此，可以防止当增大谐振电路的电容时无法正常控制LLC谐振变换器10。另一方面，当减小谐振电路的电容时，可以达成额定工作时的高效率工作。并且，也可以扩大输入电压Vin的范围。
图12A～图12D是用于说明变压器的铁芯的形状与LLC谐振变换器的特性的关系的图。图12A中，表示按照一个示例的铁芯31。图12B中，表示利用了包含铁芯31的变压器2的LLC谐振变换器的特性。参看图12A及图12B，在铁芯31中，中央的一对磁脚30夹着间隙而相向。磁脚30中的一者具有逐渐变化的截面积。由此，在磁脚30中，从截面积小的部分开始逐渐饱和。铁芯配合频率f降低而逐渐饱和，由此励磁电感发生变化。在切换电容Cr时的输入电压(Cr切换电压)下，使励磁电感L大幅改变。根据所述构成，配合输入电压Vin下降，励磁电感L下降。因此，无论在哪个输入电压，都可以抑制一次侧电流。然而，即使在切换电容Cr前，铁芯的一部分也是一直饱和，所以借由铁芯的局部发热，铁芯与周边的绕组有可能变热。
图12C中，表示按照另一个示例的铁芯32。图12D中，表示利用了包含铁芯32的变压器2的LLC谐振变换器的特性。参看图12C及图12D，在铁芯32的情况下，在一对磁脚30中的一者中，具有呈阶梯状变化的截面积。在Cr切换电压下，磁脚30的截面积小的部分饱和。只在电容值切换时，励磁电感L下降。根据所述构成，在LLC谐振变换器的正常工作时，励磁电感L不容易发生变化。因此，可以使LLC谐振变换器的频率稳定在固定值。并且，在切换电容Cr之前，铁芯没有饱和，所以可认为能够抑制铁芯的局部发热。
铁芯的形状并不限定于图12A及图12C所示的示例，而可以采用各种形状。图13A～图13D是表示本发明的实施方式中所应用的铁芯的形状示例的图。在图13A～图13D中任一者所示的形状中，经由间隙而相向的一对磁脚中的至少一者都具有逐渐变化的截面积。由此，如图12B所示，可以根据输入电压Vin，使励磁电感L逐渐变化，从而在Cr切换电压下大幅改变励磁电感L。
例如，如图13B所示的铁芯34，一对磁脚30这两者也可以具有凸状部。或者，如图13C所示的铁芯35，一对磁脚30这两者也可以具有凹状部。虽然没有图示，但是也可以只有一对磁脚30中的一者具有凸状部或者凹状部。
并且，如图13D所示的铁芯36，也可以采用U字型铁芯。U字型铁芯的一对磁脚40中的一者具有逐渐变化的截面积。磁脚40的形状例如类似于如图12A所示的磁脚30的形状，但是并不限定于所述形状，还可以采用其它形状。
再者，在以上说明的附图中，为了说明铁芯的形状，省略了一次绕组及二次绕组的图示。图14是示意性地表示缠绕在铁芯上的一次绕组及二次绕组的图。如图14所示，在E型铁芯的情况下，在中脚(磁脚30)上经由线轴50缠绕着一次绕组2P及二次绕组2S这两者。虽然没有图示，但是在U形铁芯(例如参看图13D)的情况，缠绕一次绕组及二次绕组的地点并没有特别限定。
根据本发明的实施方式，从以下方面也可以达成高效率工作。图15是表示谐振频率与工作频率的关系的图。如图15所示，随着励磁电感Lm减小，增益曲线陡峭地上升至高频侧。工作点的频率接近于谐振频率，因此在二次侧的半导体元件(二极管D1、二极管D2)中流动的电流的有效值减小，从而可以减少这些半导体元件的损耗。
应认为此次所揭示的实施方式在所有方面都是例示而不起限定作用。本发明的范围是通过权利要求而不是所述说明来揭示，并且意图包括在与权利要求同等的涵义及范围内的所有变更。

Claims (4)

1.一种LLC谐振变换器，其特征在于包括：
第一开关及第二开关，串联于电源的正极与负极之间；
变压器，包括将第一端部与所述第一开关及所述第二开关连接的一次绕组、铁芯及二次绕组；
第一电容器，连接于所述电源的所述负极与所述变压器的所述一次绕组的第二端部之间；
第二电容器及电容用开关相互串联，并且与所述第一电容器并联；以及
二次侧电路，与所述变压器的所述二次绕组连接；并且
所述变压器是摆动式扼流线圈。
2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于：在所述铁芯上设置有间隙，夹着所述间隙而相向的一对磁脚中的至少一者具有连续地变化的截面积。
3.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于：在所述铁芯上设置有间隙，夹着所述间隙而相向的一对磁脚中的至少一者具有呈阶梯状变化的截面积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的LLC谐振变换器，其特征在于：所述电容用开关的导通及断开是根据所述LLC谐振变换器的输入电压、或对所述电容用开关进行控制的控制电路的端子电压而确定。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021109305A1 (zh) * 2019-12-03 2021-06-10 浙江大学 一种llc谐振变换器谐振腔切换装置以及控制方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11509228B2 (en) 2019-10-17 2022-11-22 Infineon Technologies Austria Ag Dynamic regulation resonant power converter
US11005379B1 (en) 2019-10-17 2021-05-11 Infineon Technologies Austria Ag Dynamic regulation resonant power converter
JP7468275B2 (ja) 2020-09-29 2024-04-16 株式会社豊田自動織機 ノイズフィルタ

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101697452A (zh) * 2009-09-30 2010-04-21 艾默生网络能源有限公司 具有可控限压电路的谐振电路及其动态控制方法
CN101931333A (zh) * 2009-06-17 2010-12-29 伟创力国际美国公司 采用可变切换频率以及具有非均匀间隙的磁性器件的功率转换器
CN102835010A (zh) * 2010-03-29 2012-12-19 大金工业株式会社 开关电源电路
US20130194831A1 (en) * 2012-01-13 2013-08-01 Power-One, Inc. Resonant converter with auxiliary resonant components and holdup time control circuitry
US20140185330A1 (en) * 2013-01-02 2014-07-03 Chicony Power Technology Co., Ltd. DC to DC POWER CONVERTING DEVICE
US20150124487A1 (en) * 2013-11-04 2015-05-07 Futurewei Technologies, Inc. Adjustable Resonant Apparatus for Power Converters

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5119255A (en) * 1984-08-16 1992-06-02 Ampex Corporation Magnetic saturation controlled scanning magnetic transducer
US4864478A (en) * 1987-12-23 1989-09-05 Bloom Gordon E Integrated-magnetics power converter
TR199902411A3 (tr) * 1998-11-02 2000-06-21 Lincoln Global, Inc. Dogru akim kaynak makinasi için çikis bobini ve kullanma yöntemi
EP1417745A2 (en) * 2001-08-03 2004-05-12 Advanced power Conversion PLC Dc to dc converters
DE102004033994B4 (de) * 2003-07-16 2017-07-27 Denso Corporation Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
US7136293B2 (en) * 2004-06-24 2006-11-14 Petkov Roumen D Full wave series resonant type DC to DC power converter with integrated magnetics
TW200733523A (en) 2005-10-25 2007-09-01 Koninkl Philips Electronics Nv Power converter
US7286373B1 (en) * 2006-04-07 2007-10-23 Li Shin International Enterprise Corporation Full-resonant power circuit device for receiving a variable input voltage
US8514593B2 (en) * 2009-06-17 2013-08-20 Power Systems Technologies, Ltd. Power converter employing a variable switching frequency and a magnetic device with a non-uniform gap
JP5906418B2 (ja) 2012-06-15 2016-04-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置
US20150256087A1 (en) * 2013-11-07 2015-09-10 Ionel Jitaru Soft Switching Converter with Dual Transformer by Steering the Magnetizing Current
CN107207936A (zh) * 2015-02-03 2017-09-26 泽菲罗斯有限公司 单组分环氧基组合物

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101931333A (zh) * 2009-06-17 2010-12-29 伟创力国际美国公司 采用可变切换频率以及具有非均匀间隙的磁性器件的功率转换器
CN101697452A (zh) * 2009-09-30 2010-04-21 艾默生网络能源有限公司 具有可控限压电路的谐振电路及其动态控制方法
CN102835010A (zh) * 2010-03-29 2012-12-19 大金工业株式会社 开关电源电路
US20130194831A1 (en) * 2012-01-13 2013-08-01 Power-One, Inc. Resonant converter with auxiliary resonant components and holdup time control circuitry
US20140185330A1 (en) * 2013-01-02 2014-07-03 Chicony Power Technology Co., Ltd. DC to DC POWER CONVERTING DEVICE
US20150124487A1 (en) * 2013-11-04 2015-05-07 Futurewei Technologies, Inc. Adjustable Resonant Apparatus for Power Converters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021109305A1 (zh) * 2019-12-03 2021-06-10 浙江大学 一种llc谐振变换器谐振腔切换装置以及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019041531A (ja) 2019-03-14
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