CN201418031Y

CN201418031Y - 具有均流功能的电源供应装置

Info

Publication number: CN201418031Y
Application number: CN2009201569103U
Authority: CN
Inventors: 李忠树; 李士昌
Original assignee: Chicony Power Technology Co Ltd
Current assignee: Chicony Power Technology Co Ltd
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2019-06-01

Abstract

一种具有均流功能的电源供应装置，包含：一转换电路、一方波产生电路、一谐振电路及一整流滤波电路。该转换电路具有二组变压器，各该变压器具有一个一次侧绕组与两个二次侧绕组，其中位于不同变压器的该二次侧绕组两两串联后再并联连接。该方波产生电路用以将输入的一直流电压切换为一直流脉波。该谐振电路电连接至该方波产生电路且包含一第一电容器与该一次侧绕组。该整流滤波电路包含两个整流二极管及一第二电容器，电连接至该二次侧绕组，用以将由该二次侧绕组输出的交流电压整流成一较平稳的直流，并经由输出端输出至后端电路。

Description

具有均流功能的电源供应装置

技术领域

本实用新型有关于一种电源供应装置，尤指一种具有均流功能的电源供应装置。

背景技术

直流变直流转换器(DC/DC Converter)，顾名思义是将输入的直流电源做电压电平的调节，其调节方式包括升压及降压，并使调整过的电压稳定在所设定的电压数值。直流对直流转换器主要使用在分布式的电源系统，如此可将前一级的电源固定于一电压电平，而该第二级可依系统中个别的电源需求连接对应的直流对直流转换器。

其中，DC/DC转换器又可分为脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)电力转换器与谐振式电力转换器。由于脉波宽度调变电力转换器的开关切换属于硬性切换，导致严重的切换损失，使得电力转换效率无法提升，故发展出谐振式电力转换器，利用谐振电路本身具有柔性切换(soft switching)的特性，降低开关切换损失，提升转换器整体效率。

由于LLC谐振电路(LLC Resonant Converter)具有零电压(zero-voltageswitching，ZVS)与零电流(zero-current switching，ZCS)切换的特性，因此在高效率、高功率的电源电路均会考虑采用LLC谐振电路架构。配合参阅图1，该图所示为目前市面上常见的LLC谐振电路的电路架构。其电路组成包含：一直流电源100、一方波产生电路102、一谐振电路104，以及一转换电路106与整流滤波电路108。

其中该方波产生电路102由两个半导体组件(QT、QB)所组成，由一控制器改变该二半导体组件的导通状态，使该方波产生电路102能切换出两种不同的电压电平。而该谐振电路104主要由一谐振电容器Cr及两变压器(T1、T2)的一次侧线圈所组成，该谐振电容器Cr主要用以滤除该方波产生电路102所输出直流脉波的直流成分，各该变压器的一次侧线圈用以将电能转为磁能，并传递所转换的磁能到各该变压器(T1、T2)的二次侧的线圈。其中该二次测绕组线圈数可以下式表示：

N_{secondary_as1}+N_{secondary_as2}＝2*N_primary*Vout/Vin＝2*N_secondary

其中N_{secondary_as1}、N_{secondary_as2}为两二次侧绕组线圈数，N_primary为一次侧绕组线圈数，Vin为一次侧输入电压，Vout为二次侧输出电压，N_secondary为二次侧线圈数计算值。

该整流滤波电路108则包含四个二极管D1、D2、D3、D4，与一滤波电容器Co，该整流滤波电路108利用二极管本身具有单向导通与电容器充放电的特性，达到整流滤波的目的。

其主要操作方式说明如下：当该直流电源100输入至该方波产生电路102，可于A点输出以形成一直流脉波，当该直流脉波经过该谐振电路104，该谐振电容器Cr将该直流脉波的直流成分滤除，并对交流成分进行谐振的动作，并于转换电路106，即该变压器(T1、T2)的二次侧线圈，输出交流电压、电流，再经由该整流滤波电路108输出一经调变后的直流电压。

由于LLC谐振电路是利用变压器的自感(包括漏感及激磁电感)做为谐振电路中主要的储能组件，当高功率应用需要采用并联或串联谐振电路时，多个变压器的绕组接法便成为非常重要的工作。当使用多个变压器时，容易因不同电压器之间磁通耦合不同，而导致不稳定的电压、电流输出，造成后端电路损坏率的提高。

配合参阅图2a与图2b，分别为现有LLC谐振电路的变压器T1、T2的铁心操作区域分布图。由图中可清楚看出，两变压器T1、T2的铁心操作并非平衡于双轴焦点，其中变压器T1的铁心操作分布于第一象限，而变压器T2的铁心则操作分布于第三象限。而此种不平衡的状态容易造成变压器的铁心处于饱和状态，导致电路短路。

另外，位于二次侧后端的整流电路为因应绕组接法而需要使用较多整流二极管时，则组件的功率损耗易相对提升，导致整体电路效率下降。

实用新型内容

鉴于现有技术所述，本实用新型的一目的，在于提供一种使用于高功率电路且能提供稳定电流的电源供应装置。

为达到上述目的，本实用新型提供一种具有均流功能的电源供应装置，其特征在于，包含：

一转换电路，具有二组变压器，各该变压器具有一个一次侧绕组与两个二次侧绕组，其绕组的连接方式为将位于该不同变压器的该二次侧绕组两两串联后再并联连接，其中该两变压器的结构为对称；

一方波产生电路，电连接至一直流电压，用以将输入的该直流电压切换为一直流脉波；

一谐振电路，电连接至该方波产生电路且包含一第一电容器以及该变压器的一次侧绕组，该第一电容器用以将该直流脉波的直流成分滤除并将交流成分经由该变压器的一次侧绕组耦合至该变压器的二次侧绕组；以及

一整流电路，包含至少两个整流二极管，电连接至该变压器的二次侧绕组，用以将由该二次侧绕组输出的交流电压整流成一脉波直流，并经由至少一输出端输出至后端电路。

上述的电源供应装置，其中，该整流电路还包含至少一第二电容器，该第二电容器为一滤波电容器，用以降低输出直流电压的电压涟波。

上述的电源供应装置，其中，该转换电路的该两一次侧绕组为并联连接。

上述的电源供应装置，其中，该转换电路的该两个一次侧绕组为串联连接。

上述的电源供应装置，其中，该方波产生电路为一由二半导体组件所组成的半桥电路。

上述的电源供应装置，其中，该方波产生电路为一由四个半导体组件所组成的全桥电路。

上述的电源供应装置，其中，该第一电容为一谐振电容器。

为达到上述目的，本实用新型还提供一种具有均流功能的电源供应装置，其特征在于，包含：

一转换电路，具有二组变压器，各该变压器具有一个一次侧绕组与两个二次侧绕组，其绕组的连接方式为将位于该不同变压器的该二次侧绕组两两串联后再并联连接，其中该两变压器的结构为非对称；

一方波产生电路，电连接至一直流电压，用以将输入的该直流电压转为一直流脉波；

一整流电路，包含至少二个整流二极管，电连接至该变压器的二次侧绕组，主要用以将由该二次侧绕组输出的交流电压整流成一脉波直流，并经由至少一输出端输出至后端电路。

上述的电源供应装置，其中，该转换电路的该两个一次侧绕组为并联连接。

上述的电源供应装置，其中，该第一电容为一谐振电容器。

本实用新型的功效在于，由将位于不同变压器的二次侧绕组相互串联，使变压器达成磁通平衡，进而使流经输出端的电流大小完全相同。另外，其电路架构减少整流电路所使用的二极管数量，可降低组件的功率耗损以提升整体效率。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为现有的LLC谐振电路的电路图；

图2a为现有LLC谐振电路的变压器T1的铁心操作区域分布图；

图2b为现有LLC谐振电路的变压器T2的铁心操作区域分布图；

图3为本实用新型第一较佳实施例的电源供应装置的电路图；

图4为本实用新型第二较佳实施例的电源供应装置的电路图；

图5为本实用新型电源供应装置的变压器Ta、Tb的铁心操作区域分布图；

图6a为本实用新型第三较佳实施例的电源供应装置的电路图；

图6b为本实用新型第四较佳实施例的电源供应装置的电路图；

图7为本实用新型第五较佳实施例的电源供应装置的电路图；

图8为本实用新型第六较佳实施例的电源供应装置的电路图；

图9为本实用新型第七较佳实施例的电源供应装置的电路图。

其中，附图标记

现有技术

100 直流电源 108 整流滤波电路

102 方波产生电路 D1～D4 整流二极管

104 谐振电路 QT、QB 半导体组件

106 转换电路 Cr 谐振电容器

T1、T2 变压器

本实用新型

200 直流电源 Q1～Q4 半导体组件

202 方波产生电路 Da～Dd 整流二极管

204 谐振电路 Wap、Wbp 一次侧绕组

206 转换电路 C1 第一电容器

208 整流滤波电路 C2 第二电容器

Ta、Tb 变压器 C21 第三电容器

Vout 输出端 C22 第四电容器

Vout1 第一输出端 C11、C12 谐振电容器

Vout2 第二输出端

Was1、Was2、Wbs1、Wbs2二次侧绕组

具体实施方式

配合参见图3，为本实用新型的电源供应装置的第一较佳实施例的电路图。该电源供应装置为一直流-直流转换器，用以将依输入端(Vin)输入的一直流电压200调变为后端电路所需的电压电平。如图所示，该电源供应装置包含：一方波产生电路202、一谐振电路204、一转换电路206以及一整流滤波电路208。

该方波产生电路202为一由二半导体组件所组成的半桥电路，电连接至该直流电源200，用以将输入的该直流电源200转换为具有两种不同电位的脉波，其中该半导体组件分别为第一半导体组件Q1与第二半导体组件Q2。该转换电路206包含有二变压器Ta、Tb，各该变压器具有一个一次侧绕组以及两个二次侧绕组，该一次侧绕组(Wap、Wbp)是以并联的方式连接至该谐振电路204，该二次侧绕组(Was1、Was2、Wbs1、Wbs2)的连接方式则为两两串接后再并联连接至后端的该整流滤波电路208，其中该二次侧绕组Was1与该二次侧绕组Wbs1串联，该二次侧绕组Was2与该二次侧绕组Wbs2串联，形成一上下平衡的对称结构；其中该二次侧绕组的匝数可以下式表示：

N_{secondary_as1}+N_{secondary_as2}＝N_secondary

该谐振电路204由一第一电容器C1及该转换电路206的一次侧绕组Wap、Wbp所组成，电连接至该方波产生电路202，该第一电容C1为一谐振电容，用以滤除由前端输出的直流脉波的直流成分同时参与谐振，并将其交流成分耦合至该转换电路206的二次侧绕组。该整流滤波电路208包含两个整流二极管，分别为第一整流二极管Da与第二整流二极管Db，以及一第二电容器C2所组成。该第一整流二极管Da、第二整流二极管Db分别依序电连接至该变压器Ta、Tb的二次侧绕组Was1、Wbs1与Wbs2、Was2。该整流滤波电路208的该些整流二极管Da、Db、Dc、Dd用以将由该二次侧绕组输出的交流电压整流成一脉波直流。该第二电容器C2为一滤波电容器，其主要利用该滤波电容器的充放电特性，降低电压涟波，用以提供后端电路较平整的电源。

其主要运作方式叙述如下：当该方波产生电路202的该第一半导体组件Q1导通，第二半导体组件Q2截止时，于节点p点对地形成一正电压，此时该转换电路206的变压器绕组黑点电压极性皆为正，则该整流滤波电路208只有该第一整流二极管Da导通且有电流通过，且电流的流通方向依序经由地端、二次侧绕组Wbs1、Was1至该第一整流二极管Da，再由一输出端Vout提供给后端电路使用。由于该二次侧绕组Was1、Wbs1所流经的电流大小完全相同，因此该二变压器Ta、Tb产生相同磁通且磁通平衡，可避免铁心饱和并提高铁心磁通利用率。

当该方波产生器202的该第一半导体组件Q1截止，第二半导体组件Q2导通时，则p点对地形成一负电压，此时黑点电压为负，该整流滤波电路208只有该第二整流二极管Db导通且有电流通过，电流的流通方向依序经由地端、该二次侧绕组Was2、Wbs2至该第二整流二极管Db，再由该输出端Vout提供给后端电路使用。由于该二次侧绕组Was2、Wbs2所流经的电流大小完全相同，因此该二变压器Ta、Tb产生相同磁通而达到磁通平衡，以避免铁心饱和并提高铁心磁通利用率。

配合参阅图4，为本实用新型的第二较佳实施例的电路图。其方波产生电路202、该谐振电路204与该转换电路206的一次侧绕组的电连接方式皆与第二图相同，其不同之处在于该转换电路206的二次侧绕组与整流滤波电路208的连接方式，该第一整流二极管Da、第二整流二极管Db分别依序电连接至该转换电路206的二次侧绕组Was1、Wbs1与Was2、Wbs2，形成不同于第一较佳实施例的一不对称电路结构。另外，由于电路连接方式的不同，因此电流的流动方向亦有所不同。以下分别就不同整流二极管的导通情形及电流流通路径分述如下：

当该第一整流二极管Da导通时，通过该第一整流二极管Da的电流流通方向依序为经地端、该二次侧绕组Wbs1、Was1至该第一整流二极管Da，再由该输出端Vout提供该后端电路使用。当该第二整流二极管Db导通时，通过该第二整流二极管Db的电流流通方向依序为经地端、该二次侧绕组Wbs2、Was2至该第二整流二极管Db，再由该输出端Vout提供该后端电路使用。

配合参阅图5，为本实用新型的电源供应装置的变压器Ta、Tb的铁心操作区域分布图。由图中可清楚看到，该二变压器的铁心操作区域平均分布于一、三象限，因此可避免变压器于操作时发生铁心饱和的现象。

另外，本装置亦可搭配双输出端(Vout1、Vout2)使用，如图6a与图6b所示，为本装置的第三、第四较佳实施例的电路图，其主要特征在于双输出端。由于其具有双输出端，因此该整流滤波电路208需使用四个整流二极管，分别为第一整流二极管Da、第二整流二极管Db、第三整流二极管Dc与第四整流二极管Dd。配合参阅图6a，其中该整流滤波电路208的该第一整流二极管Da与该第三整流二极管Dc的一侧电连接至该二次侧绕组Was1的两端，另一侧电连接至一第三电容器C21与一第一输出端Vout1。该第二整流二极管Db与该第四整流二极管Dd的一侧电连接至Wbs2的两端，另一侧则电连接至一第四电容器C22与一第二输出端Vout2。于图6b中，该整流滤波电路208的该第一整流二极管Da与该第三整流二极管Dc的一侧电连接至该二次侧绕组Was1的两端，另一侧电连接至一第三电容器C21与一第一输出端Vout1。该第二整流二极管Db与该第四整流二极管Dd的一侧电连接至Was2的两端，另一侧则电连接至一第四电容器C22与一第二输出端Vout2。其运作方式简述如下：当该第一半导体组件Q1导通，该第二半导体组件Q2截止时，该第一整流二极管Da与该第三整流二极管Dc导通且有电流自该二输出端(Vout1、Vout2)输出至后端电路。当该第一半导体组件Q1截止，第二半导体组件Q2导通，则该第二整流二极管Db与该第四整流二极管Dd导通且有电流自该二输出端(Vout1、Vout2)输出至后端电路。由于此装置具有双输出端，加上其均流的特点，因此可提供两完全相同的电压与电流供后端的电路使用。

配合参阅图7，为本装置的第五较佳实施例的电路图。另该方波产生电路202可以一全桥电路取代原本的半桥电路，该全桥电路包含四个半导体组件，分别为第一半导体组件Q1、第二半导体组件Q2、第三半导体组件Q3及第四半导体组件Q4，且两两一组电连接的一控制器。该转换电路206的该两一次侧绕组Wap、Wbp以串联的方式电连接。其运作方式简述如下：当一直流电源200输入至该方波产生电路202，由控制器控制各该半导体组件的导通与截止状态，可于p点与q点分别切换形成一直流脉波。该谐振电路204的第一电容器C1滤除该直流脉波的直流成分，并将交流成分传输至该串联的第一侧绕组。经由磁通耦合可于各该变压器Ta、Tb的二次侧绕组感应出一交流电压与一交流电流。该交流电流与该交流电压再经由一整流滤波电路208输出一脉波直流，并通过该第二电容器C2滤波，提供后端电路较平整的电源。

由于本实用新型达到均流功能的主要电路为位于该二次侧的电路设计，因此于一次侧电路则可搭配不同形式的谐振电路204，分别如图8与图9所示。于图8中，该二变压器Ta、Tb的一次侧绕组Wap、Wbp为串联连接，利用分压的方式取得各该一次侧绕组的工作电压；另该谐振电路204的谐振电容器可以如图9所示，将二谐振电容器C11与C12分别串接至该二并联连接的一次侧绕组，以达到滤除直流成分而使交流成分通过的功能。

综合以上所述，本实用新型的电源供应装置将位于不同变压器的二次侧绕组相互串联，使变压器达到磁通平衡，进而使流经输出端的电流大小完全相同。另外，其电路架构减少整流电路所使用的二极管数量与二次侧绕组的线圈匝数，可降低组件耗损以提升整体效率。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种具有均流功能的电源供应装置，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该整流电路还包含至少一第二电容器，该第二电容器为一滤波电容器，用以降低输出直流电压的电压涟波。

3.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该转换电路的该两一次侧绕组为并联连接。

4.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该转换电路的该两个一次侧绕组为串联连接。

5.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由二半导体组件所组成的半桥电路。

6.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由四个半导体组件所组成的全桥电路。

7.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该第一电容为一谐振电容器。

8.一种具有均流功能的电源供应装置，其特征在于，包含：

9.根据权利要求8所述的电源供应装置，其特征在于，该整流电路还包含至少一第二电容器，该第二电容器为一滤波电容器，用以降低输出直流电压的电压涟波。

10.根据权利要求8所述的电源供应装置，其特征在于，该转换电路的该两个一次侧绕组为并联连接。

11.根据权利要求8所述的电源供应装置，其特征在于，该转换电路的该两个一次侧绕组为串联连接。

12.根据权利要求8所述的电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由二半导体组件所组成的半桥电路。

13.根据权利要求8所述的电源供应装置，其特征在于，该方波产生电路为一由四个半导体组件所组成的全桥电路。

14.根据权利要求9所述的电源供应装置，其特征在于，该第一电容为一谐振电容器。