CN207504770U - 一种llc谐振变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LLC谐振变换器，包括依次相连的脉宽调制电路、LLC谐振电路及输出负载，脉宽调制电路用于为LLC谐振电路产生脉宽调制电路，脉宽调制电路采用脉宽调制芯片、第一运算放大器及第二运算放大器，第一运算放大器和第二运算放大器分别与LLC谐振电路相连，LLC谐振电路包括第一开关管、第二开关管及变压器，变压器的副边连接负载，LLC谐振电路用于产生谐振信号，通过改变开关频率来控制输出电压，从而驱动输出负载工作。本实用新型结构简单，成本低廉，运行安全可靠，适用于各种功率的开关电源。

Description

一种LLC谐振变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其设计一种LLC谐振变换器。

背景技术

LLC电路被广泛应用于300W以内的开关电源中，现有的LLC电路均使用采样电路采集变压器副边输出的电压信号，并与预设的电压基准信号进行比较，得出误差，以此误差量来调整开关管的谐振频率，从而调整调整输出电压。由于LLC电路的谐振电流是一个类似的正弦波形，相对应普通半桥的近似梯形波来说，这种类似的正弦波电流的峰值要高出很多，功率越大体现的越明显，而这种较大的谐振电流往往受到干扰后很容易失去控制，从而会导致开关管损毁，因此大功率的软开关电流一般采用全桥移相控制，但是全桥移相控制模式相对于LLC变频模式来说，不仅整机效率要低1%-2%左右，而且稳定性差，成本也较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种LLC谐振变换器，能够适用于大功率电源电路中，且响应快，稳定性高。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种LLC谐振变换器，包括依次相连的脉宽调制电路、LLC谐振电路及输出负载，所述脉宽调制电路采用脉宽调制芯片、第一运算放大器及第二运算放大器，脉宽调制芯片的1引脚经第一电阻接地，第一电阻的两端并联有第一电容，脉宽调制芯片的2引脚经第二电阻与脉宽调制芯片的1引脚相连，脉宽调制芯片的16引脚经第二电容接地，第二电容两端并联有第三电阻，所述脉宽调制芯片的16引脚还连接关断信号，所述脉宽调制芯片的15引脚连接电源，脉宽调制芯片的15引脚与13引脚之间并联有第四电阻，所述脉宽调制芯片的13引脚经第三电容和第四电容连接电源，脉宽调制芯片的12引脚经第三电容与脉宽调制芯片的13引脚相连，所述脉宽调制芯片的5引脚经第五电阻与第一运算放大器的输出端相连，脉宽调制芯片的5引脚还经第五电容接地，第一运算放大器的输出端经第六电容与第一运算放大器的反相输入端相连，第六电容两端并联有由第七电容和第六电阻组成的串联电路，所述第一运算放大器的反相输入端经第七电阻连接LLC谐振电路，第一运算放大器的正相输入端经第八电容接地，第八电容两端并联有第八电阻，所述第一运算放大器的正相输入端还经第九电阻连接电源正极，所述脉宽调制芯片的14引脚经第一二极管与第二运算放大器的正相输入端相连，脉宽调制芯片的11引脚经第二二极管与第二运算放大器的正相输入端相连，所述脉宽调制芯片的9引脚依次经第十电阻和第十一电阻连接第二运算放大器的正相输入端，第十电阻与第十一电阻的公共端接地，第十电阻与第十一电阻的公共端还经第九电容与脉宽调制芯片的8引脚相连，所述第二运算放大器的反相输入端依次经第十二电阻和第十三电阻接地，第十二电阻和第十三电阻分别连接电源，所述第二运算放大器的输出端经第十四电阻连接电源，第二运算放大器的输出端还经第十电容接地，第十电容两端并联有第十五电阻，所述第二运算放大器的输出端与LLC谐振电路相连，所述第二运算放大器的输出端与脉宽调制芯片的4引脚相连，脉宽调制芯片的4引脚经第一稳压二极管与脉宽调制芯片的3引脚相连，脉宽调制芯片的3引脚接地，所述脉宽调制芯片的4引脚还依次经第十一电容和第十六电阻与脉宽调制芯片的8引脚相连。

优选地，所述LLC谐振电路包括第一开关管、第二开关管及变压器，所述第一开关管的漏极连接电源正极，第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连，第二开关管的源极连接电源负极，所述第一开关管的源极和漏极之间并联有第三二极管，第三二极管的两端并联有第十二电容，所述第二开关管的源极和漏极之间并联有第四二极管，第四二极管的两端并联有第十三电容，所述第一开关管的源极经第一电感及第十四电容与变压器原边的一端相连，变压器原边的另一端接地，所述变压器原边还并联有第二电感，所述变压器副边的一端依次经第五二极管及第三电感连接负载，第五二极管与第三电感的公共端经第六二极管与变压器副边的另一端相连，所述变压器副边的抽头与负载相连，所述负载包括负载电阻及与负载电阻并联的第十五电容。

优选地，所述第一运算放大器的反相输入端经第七电阻分别与第一开关管和第二开关管相连，所述第二运算放大器的输出端分别与第一开关管和第二开关管相连。

优选地，所述第一开关管及第二开关管均采用N沟道增强型MOSFET。

本实用新型通过将脉宽调制芯片与LLC谐振电路结合，利用脉宽调制芯片对LLC谐振电路中的开关管的脉宽进行调整，使得LLC谐振电路对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应快，不仅适用于小功率的开关电源中，而且适用于大功率的开关电源中，，脉宽调制芯片具有自动前馈补偿、自动对称校正及死区时间调节的功能，并且内置了软启动电路，防止开机时出现过电流使开关管造成损坏，LLC谐振电路具有开关频率高、应力小、关断损耗小及效率高的优点，运行安全稳定可靠。本实用新型结构简单，成本低廉，运行安全可靠，适用于各种功率的开关电源。

附图说明

图1为本实用新型所述脉宽调制电路的电路原理图；

图2为本实用新型所述LLC谐振电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，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的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1及图2所示，本实用新型所述的一种LLC谐振变换器，包括依次相连的脉宽调制电路、LLC谐振电路及输出负载，脉宽调制电路用于为LLC谐振电路产生脉宽调制电路，LLC谐振电路用于产生谐振信号，通过改变开关频率来控制输出电压，从而驱动输出负载工作。

脉宽调制电路采用脉宽调制芯片U1、第一运算放大器U2及第二运算放大器U3，在本实施例中，脉宽调制芯片U1采用UC3846芯片，脉宽调制芯片U1的1引脚（限流电平设置端）经第一电阻R1接地，第一电阻R1的两端并联有第一电容C1，脉宽调制芯片U1的2引脚（基准电压输出端）经第二电阻R2与脉宽调制芯片U1的1引脚（限流电平设置端）相连，脉宽调制芯片U1的16引脚（关闭端）经第二电容C2接地，第二电容C2两端并联有第三电阻R3，脉宽调制芯片的16引脚（关闭端）连接外部关断信号OFF，脉宽调制芯片U1的15引脚（控制电源输入端）连接电源，脉宽调制芯片U1的15引脚（控制电源输入端）与13引脚（集电极电源端）之间并联有第四电阻R4，脉宽调制芯片U1的13引脚（集电极电源端）经第三电容C3和第四电容C4连接电源，脉宽调制芯片U1的12引脚（地端）经第三电容C3与脉宽调制芯片U1的13引脚（集电极电源端）相连，脉宽调制芯片U1的5引脚（误差放大器的同相输入端）经第五电阻R5与第一运算放大器U2的输出端相连，脉宽调制芯片U1的5引脚（误差放大器的同相输入端）还经第五电容C5接地，第一运算放大器U2的输出端经第六电容C6与第一运算放大器U2的反相输入端相连，第六电容C6两端并联有由第七电容C7和第六电阻R6组成的串联电路，第一运算放大器U2的反相输入端经第七电阻连接LLC谐振电路，第一运算放大器U2的正相输入端经第八电容C8接地，第八电容C8两端并联有第八电阻R8，第一运算放大器U2的正相输入端还经第九电阻R9连接电源正极，脉宽调制芯片U1的14引脚（PWM脉冲B输入端）经第一二极管D1与第二运算放大器U3的正相输入端相连，脉宽调制芯片U1的11引脚（脉冲A输入端）经第二二极管D2与第二运算放大器U3的正相输入端相连，脉宽调制芯片U2的9引脚（振荡器的外接电阻端）依次经第十电阻R10和第十一电阻R11连接第二运算放大器U3的正相输入端，第十电阻R10与第十一电阻R11的公共端接地，第十电阻R10与第十一电阻R11的公共端还经第九电容C9与脉宽调制芯片U1的8引脚（振荡器的外接电容端）相连，第二运算放大器U3的反相输入端依次经第十二电阻R12和第十三电阻R13接地，第十二电阻R12和第十三电阻R13分别连接电源，第二运算放大器U3的输出端经第十四电阻R14连接电源，第二运算放大器U3的输出端还经第十电容C10接地，第十电容C10两端并联有第十五电阻R15，第二运算放大器U3的输出端与LLC谐振电路相连，第二运算放大器U3的输出端与脉宽调制芯片U1的4引脚（电流检测放大器的同相输入端）相连，脉宽调制芯片U1的4引脚（电流检测放大器的同相输入端）经第一稳压二极管VD1与脉宽调制芯片U1的3引脚（电流检测放大器的反相输入端）相连，脉宽调制芯片U1的3引脚（电流检测放大器的反相输入端）接地，脉宽调制芯片U1的4引脚（电流检测放大器的同相输入端）还依次经第十一电容C11和第十六电阻R16与脉宽调制芯片U1的8引脚（振荡器的外接电容端）相连。

LLC谐振电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2及变压器T，在本实施例中，第一开关管Q1及第二开关管Q2均采用N沟道增强型MOSFET，第一开关管Q1的漏极连接电源正极，第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极相连，第二开关管Q2的源极连接电源负极，第一开关管Q1的源极和漏极之间并联有第三二极管D3，第三二极管D3的两端并联有第十二电容C12，第二开关管Q2的源极和漏极之间并联有第四二极管D4，第四二极管D4的两端并联有第十三电容C13，第一运算放大器U2的反相输入端经第七电阻R7分别与第一开关管Q1和第二开关管Q2相连，第二运算放大器U3的输出端分别与第一开关管Q1和第二开关管Q2相连，第一开关管Q1的源极经第一电感L1及第十四电容C14与变压器T原边的一端相连，变压器T原边的另一端接地，变压器T原边还并联有第二电感L2，变压器T副边的一端依次经第五二极管D5及第三电感L3连接负载，第五二极管D5与第三电感L3的公共端经第六二极管D6与变压器T副边的另一端相连，变压器T副边的抽头与负载相连，负载包括负载电阻RL及与负载电阻RL并联的第十五电容C15。

本实用新型在工作时，脉宽调制芯片U1的1脚的电压较低，11脚和14脚无脉宽输出，随着第一电容C1两端的电压升高，脉宽调制芯片U1的输出脉宽逐渐变宽，利用此脉宽控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的通断，通过改变开关频率来控制输出电压，改变脉宽调制芯片U1的4脚的电压变化率可以改变脉宽调制芯片U1的输出脉宽，而脉宽调制芯片U1的4脚的电压变化率通过对第十电容C10的充放电来实现。

本实用新型结构简单，成本低廉，运行安全可靠，适用于各种功率的开关电源。

Claims (4)

1.一种LLC谐振变换器，其特征在于：包括依次相连的脉宽调制电路、LLC谐振电路及输出负载，所述脉宽调制电路采用脉宽调制芯片、第一运算放大器及第二运算放大器，脉宽调制芯片的1引脚经第一电阻接地，第一电阻的两端并联有第一电容，脉宽调制芯片的2引脚经第二电阻与脉宽调制芯片的1引脚相连，脉宽调制芯片的16引脚经第二电容接地，第二电容两端并联有第三电阻，所述脉宽调制芯片的16引脚还连接关断信号，所述脉宽调制芯片的15引脚连接电源，脉宽调制芯片的15引脚与13引脚之间并联有第四电阻，所述脉宽调制芯片的13引脚经第三电容和第四电容连接电源，脉宽调制芯片的12引脚经第三电容与脉宽调制芯片的13引脚相连，所述脉宽调制芯片的5引脚经第五电阻与第一运算放大器的输出端相连，脉宽调制芯片的5引脚还经第五电容接地，第一运算放大器的输出端经第六电容与第一运算放大器的反相输入端相连，第六电容两端并联有由第七电容和第六电阻组成的串联电路，所述第一运算放大器的反相输入端经第七电阻连接LLC谐振电路，第一运算放大器的正相输入端经第八电容接地，第八电容两端并联有第八电阻，所述第一运算放大器的正相输入端还经第九电阻连接电源正极，所述脉宽调制芯片的14引脚经第一二极管与第二运算放大器的正相输入端相连，脉宽调制芯片的11引脚经第二二极管与第二运算放大器的正相输入端相连，所述脉宽调制芯片的9引脚依次经第十电阻和第十一电阻连接第二运算放大器的正相输入端，第十电阻与第十一电阻的公共端接地，第十电阻与第十一电阻的公共端还经第九电容与脉宽调制芯片的8引脚相连，所述第二运算放大器的反相输入端依次经第十二电阻和第十三电阻接地，第十二电阻和第十三电阻分别连接电源，所述第二运算放大器的输出端经第十四电阻连接电源，第二运算放大器的输出端还经第十电容接地，第十电容两端并联有第十五电阻，所述第二运算放大器的输出端与LLC谐振电路相连，所述第二运算放大器的输出端与脉宽调制芯片的4引脚相连，脉宽调制芯片的4引脚经第一稳压二极管与脉宽调制芯片的3引脚相连，脉宽调制芯片的3引脚接地，所述脉宽调制芯片的4引脚还依次经第十一电容和第十六电阻与脉宽调制芯片的8引脚相连。

2.如权利要求1所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于：所述LLC谐振电路包括第一开关管、第二开关管及变压器，所述第一开关管的漏极连接电源正极，第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连，第二开关管的源极连接电源负极，所述第一开关管的源极和漏极之间并联有第三二极管，第三二极管的两端并联有第十二电容，所述第二开关管的源极和漏极之间并联有第四二极管，第四二极管的两端并联有第十三电容，所述第一开关管的源极经第一电感及第十四电容与变压器原边的一端相连，变压器原边的另一端接地，所述变压器原边还并联有第二电感，所述变压器副边的一端依次经第五二极管及第三电感连接负载，第五二极管与第三电感的公共端经第六二极管与变压器副边的另一端相连，所述变压器副边的抽头与负载相连，所述负载包括负载电阻及与负载电阻并联的第十五电容。

3.如权利要求2所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于：所述第一运算放大器的反相输入端经第七电阻分别与第一开关管和第二开关管相连，所述第二运算放大器的输出端分别与第一开关管和第二开关管相连。

4.如权利要求3所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于：所述第一开关管及第二开关管均采用N沟道增强型MOSFET。