CN211267206U - 一种基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置，所述同步整流装置包括原边H桥、励磁电感Lr、励磁电容Cr、副边漏感Ls、副边两个H桥、输入电容C、罗氏线圈、电流传感器、比较器及数字控制器。

Description

一种基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置

技术领域

本发明涉及基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置，应用于低压大电流高开关频率及高效率的LED驱动电源中。

背景技术

对于大功率LED驱动电源，其大功率LED负载多采用先串后并的方式组成照明系统，其后级DC/DC通常工作于低压大电流的条件下。当在低压侧使用硅基(Si)二极管进行不控整流时，由于二极管正向导通时较大的导通损耗以及反向恢复损耗的影响，后级DC/DC的效率会明显下降。为解决这个问题，同步整流技术被广泛地用于低压大电流输出的DC/DC。同时，由于能同时实现原边的ZVS开通和副边的ZCS关断以及磁集成，应用同步整流技术的LLC谐振变换器被广泛作为后级DC/DC使用于大功率LED驱动电源中。

近年来，为进一步实现高效与高功率密度的DC/DC的LLC谐振变换器，氮化镓功率器件(GaNHEMTs)已经逐渐被应用于LLC谐振变换器中。然而，传统的应用于LLC谐振变换器的三类同步整流方法——电压检测型、电流驱动型以及无传感器型同步整流方法均无法满足GaN HEMT关于高开关频率或高效率的应用要求，基于此，将LLC谐振变换器中的硅基开关管更换为氮化镓功率器件(GaNHEMTs)，同时采用罗氏线圈检测电流，以满足氮化镓功率器件的高频率需求，即新型的基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置，该装置在不同开关频率以及变频和变载过程中能精确调节同步整流管的开通点和导通时间，能够实现高效和高功率密度的GaNLLC谐振变换器。

本实用新型的技术解决方案：一种基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置，包括原边H桥、励磁电感Lr、励磁电容Cr、副边漏感Ls、副边两个H桥、输入电容C、罗氏线圈、电流传感器、比较器及数字控制器；原边H桥由四个开关管，即第一原边开关管Q1、第二原边开关管Q2、第三原边开关管Q3和第四原边开关管Q4构成；副边两个H桥中，其中一个由四个开关管，即第一副边开关管Qs1、第二副边开关管Qs2、第三副边开关管Qs3、第四副边开关管Qs4和第一副边二极管Ds1,第二副边二极管Ds2,第三副边二极管Ds3,第四副边二极管Ds4组成；另一个由第五副边开关管Qs5、第六副边开关管Qs6、第七副边开关管Qs7、第八副边开关管Qs8和五副边二极管Ds5,第六副边二极管Ds6,第七副边二极管Ds7,第八副边二极管Ds8组成；原边H桥中，第一原边开关管Q1和第三原边开关管Q3串联，第二原边开关管Q2和第四原边开关管Q4串联，第一原边开关管Q1,和第三原边开关管Q3组成的串联电路与第二原边开关管Q2和第四原边开关管Q4组成的串联电路并联，第一原边开关管Q1和第三原边开关管Q3开关管连接点与励磁电感Lr、励磁电容Cr、副边漏感Ls和第二开关管Q2和第四开关管Q4连接点相连；副边一个H桥中，第一副边开关管Qs1和第三副边开关管Qs3串联，第二副边开关Qs2和第四副边开关Qs4串联，第一副边开关管Qs1和第三副边开关管Qs3组成的串联电路与第二副边开关Qs2和第四副边开关Qs4串联电路并联；第一副边二极管Ds1并联于第一副边开关管Qs1两端，第二副边二极管Ds2并联于第二副边开关管Qs2两端，第三副边二极管Ds3并联于第三副边开关管Qs3两端，第四副边二极管Ds4并联于第四副边开关管Qs4两端；另一个H桥中，第五副边开关管Qs5和第七副边开关管Qs7串联，第六副边开关管Qs6和第八副边开关管Qs8串联，第五副边开关管Qs5和第七副边开关管Qs7组成的串联电路与第六副边开关管Qs6和第八副边开关管Qs8串联电路并联；第五副边二极管Ds5并联于第五副边开关管Qs5两端，第六副边二极管Ds6并联于第六副边开关管Qs6两端，第七副边二极管Ds7并联于第七副边开关管Qs7两端，第八副边二极管Ds8并联于第八副边开关管Qs8两端；第一副边开关管Qs1和第二副边开关管Qs2的连接点与第五副边开关管Qs5和第六副边开关管Qs6的连接点相连，第三副边开关管Qs3和第四副边开关管Qs4的连接点与第七副边开关管Qs7和第八副边开关管Qs8的连接点相连，第一副边开关管Qs1和第二副边开关管Qs2的连接点及第三副边开关管Qs3和第四副边开关管Qs4的连接点连于输入电容C两端，副边H两个H桥上A、B两点位置即罗氏线圈位置，罗氏线圈输出与电流传感器、比较器及数字控制器相连。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：传统的电压检测型同步整流装置在高频工作时易受噪声干扰；封装寄生电感易引起同步整流管的过早关断，增加额外整流损耗；同步整流管与原边开关管同步开通，易引起同步整流管硬开通，增加额外开关损耗。基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置克服了上述缺点，高频工作抗干扰能力强；避免了同步整流管的过早开通和过早关断现象，降低开关管损耗，有助于同步整流装置实现高效和高功率密度。

附图说明

图1为本实用新型的基于罗氏线圈电流检测型同步整流检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型一种基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置，包括原边H桥、励磁电感Lr、励磁电容Cr、副边漏感Ls、副边两个H桥、输入电容C、罗氏线圈、电流传感器、比较器及数字控制器。

原边H桥由四个开关管，即第一原边开关管Q1、第二原边开关管Q2、第三原边开关管Q3和第四原边开关管Q4构成；副边两个H桥中，其中一个由四个开关管，即第一副边开关管Qs1、第二副边开关管Qs2、第三副边开关管Qs3、第四副边开关管Qs4和第一副边二极管Ds1,第二副边二极管Ds2,第三副边二极管Ds3,第四副边二极管Ds4组成；另一个由第五副边开关管Qs5、第六副边开关管Qs6、第七副边开关管Qs7、第八副边开关管Qs8和五副边二极管Ds5,第六副边二极管Ds6,第七副边二极管Ds7,第八副边二极管Ds8组成；原边H桥中，第一原边开关管Q1和第三原边开关管Q3串联，第二原边开关管Q2和第四原边开关管Q4串联，第一原边开关管Q1和第三原边开关管Q3组成的串联电路与第二原边开关管Q2和第四原边开关管Q4组成的串联电路并联，第一原边开关管Q1和第三原边开关管Q3开关管连接点与励磁电感Lr、励磁电容Cr、副边漏感Ls和第二开关管Q2和第四开关管Q4连接点相连，第一原边开关管Q1和第二原边开关管Q2连接点与第三原边开关管Q3和第四原边开关管Q4连接点连于输入电压u_in两端，其中第一原边开关管Q1和第二原边开关管Q2连接点为输入电压u_in正极，第三原边开关管Q3和第四原边开关管Q4连接点为输入电压u_in负极；副边一个H桥中，第一副边开关管Qs1和第三副边开关管Qs3串联，第二副边开关Qs2和第四副边开关Qs4串联，第一副边开关管Qs1和第三副边开关管Qs3组成的串联电路与第二副边开关Qs2和第四副边开关Qs4串联电路并联；第一副边二极管Ds1并联于第一副边开关管Qs1两端，第二副边二极管Ds2并联于第二副边开关管Qs2两端，第三副边二极管Ds3并联于第三副边开关管Qs3两端，第四副边二极管Ds4并联于第四副边开关管Qs4两端；另一个H桥中，第五副边开关管Qs5和第七副边开关管Qs7串联，第六副边开关管Qs6和第八副边开关管Qs8串联，第五副边开关管Qs5和第七副边开关管Qs7组成的串联电路与第六副边开关管Qs6和第八副边开关管Qs8串联电路并联；第五副边二极管Ds5并联于第五副边开关管Qs5两端，第六副边二极管Ds6并联于第六副边开关管Qs6两端，第七副边二极管Ds7并联于第七副边开关管Qs7两端，第八副边二极管Ds8并联于第八副边开关管Qs8两端；第一副边开关管Qs1和第二副边开关管Qs2的连接点与第五副边开关管Qs5和第六副边开关管Qs6的连接点相连，第三副边开关管Qs3和第四副边开关管Qs4的连接点与第七副边开关管Qs7和第八副边开关管Qs8的连接点相连，第一副边开关管Qs1和第二副边开关管Qs2的连接点及第三副边开关管Qs3和第四副边开关管Qs4的连接点连于输入电容C两端，输入电容C两端连接输出电压u_out两端，其中第一副边开关管Qs1和第二副边开关管Qs2的连接点为输出电压u_out正极，其中第三副边开关管Qs3和第四副边开关管Qs4的连接点为输出电压u_out负极。副边两个H桥上A、B两点位置即罗氏线圈位置，罗氏线圈输出与电流传感器、比较器及数字控制器相连。

基于罗氏线圈电流检测型同步整流检测装置工作时，原边输入直流电压u_in，原边H桥上四个开关管中第一原边开关管Q1和第三原边开关管Q3驱动波形相同，第二原边开关管Q2和第四原边开关管Q4驱动波形相同，二者相差180度，第一原边开关管Q1及第三原边开关管Q3和第二原边开关管Q2和第四原边开关管Q4交替导通，输出方行波，经励磁电感Lr、励磁电容Cr、副边漏感Ls将原边能量传至副边H桥中，罗氏线圈将采集到的检测副边电流信号is传入电流传感器，之后与偏置电压Vbias比较，产生一系列过零点检测脉冲(ZCD)，ZCD信号经数字控制器捕捉后得到相应同步整流管相对于原边开关管的移相角和导通时间，根据所得的移相角和导通时间以及外部脉冲条件判定得出副边整流管的驱动波形，副边H桥中第一副边开关管Qs1、第四副边开关管Qs4、第五副边开关管Qs5和第八副边开关管Qs8驱动波形相同，第二副边开关管Qs2、第三副边开关管Qs3、第六副边开关管Qs6和第七副边开关管Qs7驱动波形相同，两者相差180度。最终得到所需的输出直流电压u_out。

以上虽然描述了本实用新型的具体实施过程，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本实用新型原理和实现的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (1)

1.一种基于罗氏线圈的电流检测型同步整流装置，其特征在于：所述同步整流装置包括原边H桥、励磁电感Lr、励磁电容Cr、副边漏感Ls、副边两个H桥、输入电容C、罗氏线圈、电流传感器、比较器及数字控制器；原边H桥由四个开关管，即第一原边开关管Q1、第二原边开关管Q2、第三原边开关管Q3和第四原边开关管Q4构成；副边两个H桥中，其中一个由四个开关管，即第一副边开关管Qs1、第二副边开关管Qs2、第三副边开关管Qs3、第四副边开关管Qs4和第一副边二极管Ds1,第二副边二极管Ds2,第三副边二极管Ds3,第四副边二极管Ds4组成；另一个由第五副边开关管Qs5、第六副边开关管Qs6、第七副边开关管Qs7、第八副边开关管Qs8和五副边二极管Ds5,第六副边二极管Ds6,第七副边二极管Ds7,第八副边二极管Ds8组成；原边H桥中，第一原边开关管Q1和第三原边开关管Q3串联，第二原边开关管Q2和第四原边开关管Q4串联，第一原边开关管Q1,和第三原边开关管Q3组成的串联电路与第二原边开关管Q2和第四原边开关管Q4组成的串联电路并联，第一原边开关管Q1和第三原边开关管Q3开关管连接点与励磁电感Lr、励磁电容Cr、副边漏感Ls和第二开关管Q2和第四开关管Q4连接点相连；副边一个H桥中，第一副边开关管Qs1和第三副边开关管Qs3串联，第二副边开关Qs2和第四副边开关Qs4串联，第一副边开关管Qs1和第三副边开关管Qs3组成的串联电路与第二副边开关Qs2和第四副边开关Qs4串联电路并联；第一副边二极管Ds1并联于第一副边开关管Qs1两端，第二副边二极管Ds2并联于第二副边开关管Qs2两端，第三副边二极管Ds3并联于第三副边开关管Qs3两端，第四副边二极管Ds4并联于第四副边开关管Qs4两端；另一个H桥中，第五副边开关管Qs5和第七副边开关管Qs7串联，第六副边开关管Qs6和第八副边开关管Qs8串联，第五副边开关管Qs5和第七副边开关管Qs7组成的串联电路与第六副边开关管Qs6和第八副边开关管Qs8串联电路并联；第五副边二极管Ds5并联于第五副边开关管Qs5两端，第六副边二极管Ds6并联于第六副边开关管Qs6两端，第七副边二极管Ds7并联于第七副边开关管Qs7两端，第八副边二极管Ds8并联于第八副边开关管Qs8两端；第一副边开关管Qs1和第二副边开关管Qs2的连接点与第五副边开关管Qs5和第六副边开关管Qs6的连接点相连，第三副边开关管Qs3和第四副边开关管Qs4的连接点与第七副边开关管Qs7和第八副边开关管Qs8的连接点相连，第一副边开关管Qs1和第二副边开关管Qs2的连接点及第三副边开关管Qs3和第四副边开关管Qs4的连接点连于输入电容C两端，副边H两个H桥上A、B两点位置即罗氏线圈位置，罗氏线圈输出与电流传感器、比较器及数字控制器相连。

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