CN204967624U - 基于集成主电感和谐振电感的llc谐振软开关电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，包括：输入滤波电路、输入整流电路、功率因素矫正电路、功率因素矫正控制电路、LLC谐振电路、LLC控制电路、输出滤波电路、输出整流电路、输出反馈电路。通过上述方式，本实用新型提供的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，采用集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源，实现了全电压输入范围以及从空载到满载的开关器件软开关过程，提升了电源转换效率，最高可达95%，能耗大大降低，实现节能环保，且因将主电感和谐振电感集成于同一个变压器里面，节省了外置的谐振电感，减小了电源体积，从而直接提高功率密度，降低成本。

Description

基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统

技术领域

本实用新型涉及一种将交流转成直流变换器的开关电源，特别是涉及基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统。

背景技术

传统的开关电源主要为开关脉冲型电源，开关器件在开通以及关断过程通常都是硬开关。由于电源的体积要求越来越严苛，电源势必需要提升开关频率来满足电源尺寸的减小。由于频率的提升，硬开关过程的损耗就越来越不可忽视，占开关器件损耗的比例越来越大，这样极大地影响了开关电源效率的提升。

后来又引入了串联谐振电路，并联谐振电路，LCC谐振电路，这些谐振式电路都能实现一定程度的软开关，有效提升开关效率。但是各自也存在缺点和局限性。串联谐振空载不能调节，轻载对频率不敏感。并联谐振的谐振环路内部的能量大，效率提升十分有限，且随着输入电压的提高，损耗越大。LCC谐振在输入电压出现短时间跌落的情况下，却不能保证电源的正常工作。

本实用新型采用集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电路，不仅具有原边开关管的零电压开通，还具有副边二极管的零电流关断，且全电压输入范围从空载到满载都能实现上述开关器件的软开关动作，极大提升开关电源的效率，可高达95%左右。很适合中大功率场合使用。同时克服上述其他谐振电路的缺点，能够满足空载稳定，当输入电压短暂跌落时电源也能正常工作。

由于将主电感和谐振电感集成在一个变压器里面，节省了外置谐振电感所需的空间，减小了电源的尺寸，有效提高功率密度，同时降低了成本。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是如何提供一种采用集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源，实现了全电压输入范围以及从空载到满载的开关器件软开关过程，提升了电源转换效率，最高可达95%，能耗大大降低，实现节能环保，且因将主电感和谐振电感集成于同一个变压器里面，节省了外置的谐振电感，减小了电源体积，从而直接提高功率密度，降低成本的电源系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，包括：输入滤波电路、用于将交流电变成直流电的输入整流电路、用于降低谐波的功率因素矫正电路、用于自动调节输入一级电流大小以及对畸变的电流波形进行矫正的功率因素矫正控制电路、用于实现将输入高直流电压隔离降低成安全的较低电压的LLC谐振电路、用于自动调节输入二级电流大小和开关频率的变化的LLC控制电路、用于消除输出电压的噪声波动的输出滤波电路、输出整流电路、用于自动调节输出电压的波动的输出反馈电路。

所述功率因素矫正电路与输入整流电路、功率因素矫正控制电路、LLC谐振电路之间分别电性连接，所述LLC控制电路与功率因素矫正控制电路、LLC谐振电路、输出反馈电路之间分别电性连接，所述输出整流电路与LLC谐振电路、输出滤波电路之间电性连接，所述输出滤波电路与输出反馈电路之间电性连接，所述输入滤波电路与输入整流电路之间电性连接。

在一个较佳实施例中，所述输入滤波电路中包含有第一电感和第一电容；所述输出滤波电路均包含有第二电感和第二电容。

在一个较佳实施例中，所述输入整流电路包括第一二极管或整流桥。

在一个较佳实施例中，所述功率因素矫正电路为直流直流升压电路，所述功率因素矫正电路包括升压电感、外置场效应管和开关二极管。

在一个较佳实施例中，所述功率因素矫正控制电路包括第一控制IC、第一电阻、第二电容、第二二极管和第一三极管。

在一个较佳实施例中，所述LLC谐振电路包括集成主电感、谐振电感的变压器、谐振电容和外置场效应管。

在一个较佳实施例中，所述LLC控制电路包括第二控制IC、第二电阻、第三电容、第三二极管和第二三极管。

在一个较佳实施例中，所述输出整流电路包括肖特基二极管或快恢复二极管。

在一个较佳实施例中，所述输出反馈电路包括光电耦合器、高精度带稳压的运算放大器、第三电阻、第四电容和第四二极管。

本实用新型的有益效果是：采用集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源，实现了全电压输入范围以及从空载到满载的开关器件软开关过程，提升了电源转换效率，最高可达95%，能耗大大降低，实现节能环保，且因将主电感和谐振电感集成于同一个变压器里面，节省了外置的谐振电感，减小了电源体积，从而直接提高功率密度，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统一具体实施例的结构示意图；

图2是本实用新型基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统一具体实施例的外置谐振电感电路结构示意图；

图3是本实用新型基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统一具体实施例将主电感、谐振电感集成在同一个变压器的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，在本实用新型的一个具体实施例中提供基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统包括：输入滤波电路、用于将交流电变成直流电的输入整流电路、用于降低谐波的功率因素矫正电路、用于自动调节输入一级电流大小以及对畸变的电流波形进行矫正的功率因素矫正控制电路、用于实现将输入高直流电压隔离降低成安全的较低电压的LLC谐振电路、用于自动调节输入二级电流大小和开关频率的变化的LLC控制电路、用于消除输出电压的噪声波动的输出滤波电路、输出整流电路、用于自动调节输出电压的波动的输出反馈电路。

所述功率因素矫正电路与输入整流电路、功率因素矫正控制电路、LLC谐振电路之间分别电性连接，所述LLC控制电路与功率因素矫正控制电路、LLC谐振电路、输出反馈电路之间分别电性连接，所述输出整流电路与LLC谐振电路、输出滤波电路之间电性连接，所述输出滤波电路与输出反馈电路之间电性连接，所述输入滤波电路与输入整流电路之间电性连接。

所述输入滤波电路中包含有第一电感和第一电容；所述输出滤波电路均包含有第二电感和第二电容。所述输入整流电路包括第一二极管或整流桥。所述功率因素矫正电路为直流直流升压电路，所述功率因素矫正电路包括升压电感、外置场效应管和开关二极管。所述功率因素矫正控制电路包括第一控制IC、第一电阻、第二电容、第二二极管和第一三极管。

所述LLC谐振电路包括集成主电感、谐振电感的变压器、谐振电容和外置场效应管。所述LLC控制电路包括第二控制IC、第二电阻、第三电容、第三二极管和第二三极管。所述输出整流电路包括肖特基二极管或快恢复二极管。所述输出反馈电路包括光电耦合器、高精度带稳压的运算放大器、第三电阻、第四电容和第四二极管。

在一个具体实施例中，公开了一种集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源。电源包括输入滤波电路，输入整流电路，功率因素矫正电路以及控制电路，LLC谐振电路以及控制电路，输出整流电路，输出滤波电路，输出反馈电路。

所述输入滤波电路与输入整流电路相连，所述输入整流电路与所述输入滤波电路以及功率因素矫正电路相连，所述功率因素矫正电路与其控制电路以及LLC谐振电路相连，所述LLC谐振电路与其控制电路和输出整流电路相连，所述输出整流电路与LLC谐振电路以及输出滤波电路相连，所述输出滤波与输出整流电路和输出反馈电路相连，所述输出反馈电路与输出滤波电路以及LLC控制电路相连，所述LLC控制电路与输出反馈电路以及LLC谐振电路相连，所述功率因素矫正控制电路与功率因素矫正电路以及LLC控制电路相连。

其中，所述输入滤波电路是由电感，电容等组成的解决电磁干扰电路。

所述输入整流电路是由二极管或整流桥组成，将交流电变成直流电。

所述功率因素矫正电路为直流直流升压电路，包括一个升压电感，外置场效应管，开关二极管等组成，实现电源的高功率因素，降低谐波含量。

所述LLC谐振电路由集成主电感和谐振电感的变压器，谐振电容，外置场效应管等组成，实现将输入高直流电压隔离降低成安全的较低电压。

所述输出整流电路是由肖特基二极管或快恢复二极管组成，将输出电压整流为直流电。

所述输出滤波电路是由电感电容等组成，消除输出电压的噪声波动。

所述输出反馈电路是由光电耦合器，高精度带稳压的运算放大器，电阻，电容，二极管等组成，自动调节输出电压的波动。

所述LLC控制电路由控制IC，电阻，电容，二极管，三极管等组成，自动调节输入二级电流大小和开关频率的变化。

所述功率因素矫正电路由控制IC，电阻，电容，二极管，三极管等组成，自动调节输入一级电流大小以及对畸变的电流波形进行矫正。

因此，本实用新型具有以下优点：

（1）采用集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源，实现了全电压输入范围以及从空载到满载的开关器件软开关过程，提升了电源转换效率，最高可达95%，能耗大大降低，实现节能环保，且因将主电感和谐振电感集成于同一个变压器里面，节省了外置的谐振电感，减小了电源体积，从而直接提高功率密度，降低成本；

（2）用创新型LLC谐振式电路，集成主电感和谐振电感于同一个变压器内，保证全电压输入范围从空载到满载都能自动实现原边和副边开关器件的软开关动作，从而提升了电源的转换效率，节省了电源的空间，降低了成本，提高了功率密度。该新型电源由输入滤波电路，输入整流电路，功率因素矫正电路以及控制电路，LLC转换电路以及控制电路，输出整流电路，输出滤波电路，输出反馈电路所组成；

（3）通过利用集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电路，提高电路转换效率，最高可达95%，而传统开关脉冲型电路由于开关器件在开通以及关断过程都属于硬开关，随着开关频率的提升，硬开关造成的开关损耗占电源损耗的比例越来越大；而传统串联谐振，并联谐振，LCC谐振等虽然能够实现一定程度的软开关，提升效率，但都存在比较明显的缺点；本实用新型的LLC谐振软开关电路能够满足全电压输入范围以及从空载到满载都能实现开关器件的软开关动作，因此极大提升转换效率；开关频率以及效率的提升，降低能耗，为世界的节能减排做出贡献；集成化的主电感和谐振电感于同一个变压器里面，节省了外部连接的谐振电感，因此节省了电源的空间，提高了产品的功率密度，也降低了成本。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，包括：输入滤波电路、用于将交流电变成直流电的输入整流电路、用于降低谐波的功率因素矫正电路、用于自动调节输入一级电流大小以及对畸变的电流波形进行矫正的功率因素矫正控制电路、用于实现将输入高直流电压隔离降低成安全的较低电压的LLC谐振电路、用于自动调节输入二级电流大小和开关频率的变化的LLC控制电路、用于消除输出电压的噪声波动的输出滤波电路、输出整流电路、用于自动调节输出电压的波动的输出反馈电路；

所述功率因素矫正电路与输入整流电路、功率因素矫正控制电路、LLC谐振电路之间分别电性连接，所述LLC控制电路与功率因素矫正控制电路、LLC谐振电路、输出反馈电路之间分别电性连接，所述输出整流电路与LLC谐振电路、输出滤波电路之间电性连接，所述输出滤波电路与输出反馈电路之间电性连接，所述输入滤波电路与输入整流电路之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，所述输入滤波电路中包含有第一电感和第一电容；所述输出滤波电路均包含有第二电感和第二电容。

3.根据权利要求1所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，所述输入整流电路包括第一二极管或整流桥。

4.根据权利要求1所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，所述功率因素矫正电路为直流直流升压电路，所述功率因素矫正电路包括升压电感、外置场效应管和开关二极管。

5.根据权利要求1所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，所述功率因素矫正控制电路包括第一控制IC、第一电阻、第二电容、第二二极管和第一三极管。

6.根据权利要求1所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，所述LLC谐振电路包括集成主电感、谐振电感的变压器、谐振电容和外置场效应管。

7.根据权利要求1所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，所述LLC控制电路包括第二控制IC、第二电阻、第三电容、第三二极管和第二三极管。

8.根据权利要求1所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，所述输出整流电路包括肖特基二极管或快恢复二极管。

9.根据权利要求1所述的基于集成主电感和谐振电感的LLC谐振软开关电源系统，其特征在于，所述输出反馈电路包括光电耦合器、高精度带稳压的运算放大器、第三电阻、第四电容和第四二极管。