CN220874427U - 一种llc谐振转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种LLC谐振转换器，包括：电流源模块、第一整流模块、功率因数修正模块、功率开关模块、谐振模块、变压器模块、电流检测模块、第二整流模块以及控制器模块。本实用新型提供的一种LLC谐振转换器，在变压器模块的一次侧连接电流检测模块，避免二次侧信号回传经过过多元件产生误差，提高调节精度，电流检测模块根据检测到的数据判断当前负载条件，并由第二整流单元产生直流电压信号发送至控制器单元，控制器单元根据该直流电压信号生成控制信号发送至功率因数修正模块，功率因数修正模块调整输出的第一电压信号，使工作频率Fs更接近谐振频率Fr，使LLC谐振转换器的效率不受负载率限制，有效提高LLC谐振转换器的效率。

Description

一种LLC谐振转换器

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种LLC谐振转换器。

背景技术

LLC变压器具有高效率、高功率密度等优点，被广泛应用于新能源发电、电动汽车、服务器电源等热点应用中。

但是，传统的LLC变压器虽然属于大瓦特数常选用的架构之一，但是其效率的提升往往仅限于满负载(Full Load)的情况，以80PLUS钛金为例，在50％Load的条件下，LLC变压器难以达到效率提升的效果，目前解决这一问题的方法通常是将钛金更换成更高级的材料，但是这种解决方法会使增加产品的成本，降低LLC变压器的经济适用型。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，提出一种LLC谐振转换器，可以解决上述技术问题中的一个或多个。

本实用新型的提供的一种LLC谐振转换器，包括：

电流源模块，用于输出交流电信号；

第一整流模块，第一整流模块的输入端连接电流源模块的输出端，第一整流模块用于将电流源模块输出的交流电信号转换为直流电压信号；

功率因数修正模块，功率因数修正模块的输入端连接第一整流模块的输出端，功率因数修正模块用于接收第一整流模块输出的直流电压信号，并转换成第一电压信号；

功率开关模块，功率开关模块的输入端连接功率因数修正模块的输出端，功率开关模块用于接收功率因数修正模块输出的第一电压信号，并转换成第二电压信号；

谐振模块，谐振模块的输入端连接功率开关模块的输出端，

变压器模块，变压器模块的一次侧连接谐振模块的输出端，变压器模块的二次侧与负载相连；

电流检测模块，电流检测模块与变压器模块的一次侧相连，电流检测模块用于采集变压器模块一次侧的电流信号；

第二整流模块，第二整流模块的输入端连接电流检测模块的输出端，第二整流模块用于将电流检测模块采集到的电流信号转换为直流电压信号；

以及控制器模块，控制器模块的输入端连接第二整流模块的输出端，控制器模块的输出端连接功率因数修正模块的输入端，控制器模块用于根据第二整流模块输出的直流电压信号向功率因数修正模块输出控制信号，功率因数修正模块根据控制信号调整输出的第一电压信号。

在一些实施方式中，电流检测模块为电流互感器，电流互感器的一次侧与变压器模块的一次侧相连，电流互感器的二次侧与第二整流模块的输入端相连。

在一些实施方式中，电流互感器的规格为200TS：1TS。

在一些实施方式中，功率因数修正模块中包括第一场效应管，第一场效应管的栅极与控制器模块的输出端相连。

在一些实施方式中，第二整流模块包括由四个二极管组成的第二整流桥，第二整流桥的输入端与电流互感器二次侧相连，第二整流桥的负极输出端接地，第二整流桥的正极输出端与控制器模块的信号输入端相连。

在一些实施方式中，控制器模块包括型号为UCD3138的第三芯片，第三芯片的输入端与第二整流模块的输出端相连，第三芯片的输出端与功率因数修正模块相连。

本实用新型的有益效果是，通过在变压器模块的一次侧连接电流检测模块，避免二次侧信号回传经过电气元件产生误差，提高电流采样的精度，进而提高控制器模块精度，电流检测模块根据检测到的数据判断当前负载条件，并由第二整流单元整流后产生一直流电压信号发送至控制器单元，控制器单元根据该直流电压信号生成控制信号发送至功率因数修正模块，功率因数修正模块进而调整输出的第一电压信号，使工作频率Fs更接近谐振频率Fr，使LLC谐振转换器的效率不受负载率限制，有效提高LLC谐振转换器的效率。

另外，在本实用新型技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种LLC谐振转换器的结构框图。

图2为本实用新型实施例提供的一种LLC谐振转换器的负载率相对于功率因数修正模块的输出电压的曲线图。

图3为本实用新型实施例提供的一种LLC谐振转换器的负载率相对于转换效率的曲线图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

参考说明书附图1，示出了本实用新型一个实施例提供的一种LLC谐振转换器，包括：

电流源模块1，用于输出交流电信号；

第一整流模块2，第一整流模块2的输入端连接电流源模块1的输出端，第一整流模块2用于将电流源模块1输出的交流电信号转换为直流电压信号；

功率因数修正模块3，功率因数修正模块3的输入端连接第一整流模块2的输出端，功率因数修正模块3用于接收第一整流模块2输出的直流电压信号，并转换成第一电压信号；

功率开关模块4，功率开关模块4的输入端连接功率因数修正模块3的输出端，功率开关模块4用于接收功率因数修正模块3输出的第一电压信号，并转换成第二电压信号；

谐振模块5，谐振模块5的输入端连接功率开关模块4的输出端，

变压器模块6，变压器模块6的一次侧连接谐振模块5的输出端，变压器模块6的二次侧与负载相连；

电流检测模块7，电流检测模块7与变压器模块6的一次侧相连，电流检测模块7用于采集变压器模块6一次侧的电流信号；

第二整流模块8，第二整流模块8的输入端连接电流检测模块7的输出端，第二整流模块8用于将电流检测模块7采集到的电流信号转换为直流电压信号；

以及控制器模块9，控制器模块9的输入端连接第二整流模块8的输出端，控制器模块9的输出端连接功率因数修正模块3的输入端，控制器模块9用于根据第二整流模块8输出的直流电压信号向功率因数修正模块输出控制信号，功率因数修正模块3根据控制信号调整输出的第一电压信号。

本实用新型通过电流检测模块7获取变压器模块6一次侧的电流，并判断当前输出负载，通过第二整流模块8将获取到的电流信号转换成直流电压信号并提供给控制器模块9，控制器模块9依据直流电压信号向功率因数修正模块3发送控制信号，以改变功率因数修正模块3输出的第一电压信号，第一电压信号的改变能够相应的调节LLC谐振转换器的工作频率Fs，使LLC谐振转换器的工作频率Fs更加接近谐振频率Fr，进而实现效率的优化。由此，通过在一次侧电流的采样，避免采样后向控制器模块9回传信号时经过过多元件导致较大的误差值，提高电流采样和控制器调节的精度；同时减少负载率对效率优化的影响，有效提高LLC谐振转换器的效率，降低生产成本，提高LLC谐振转换器的经济适用性。

在可选的实施例中，在电流源模块1和第一整流模块2之间还可以设置有EMI滤波模块，其中EMI滤波模块包括依次连接的第一共模电感、双向TVS二极管、串联连接的第三电容和第四电容、第二电容、第二共模电感和串联连接的第五电容和第六电容。EMI滤波模块能够提高电流的抗干扰能力。

第一整流模块2可以包括第一整流桥和第三整流桥，第一整流桥和第三整流桥的交流输入端的一端均与电流源模块1输出端的火线相连，另外一端均与电流源模块1输出端的零线相连，第一整流桥和第三整流桥的输出端与功率因数修正模块3的输入端相连。

功率因数修正模块3可以包括第二芯片，第二芯片的型号可以是NCP 81071B，第二芯片的输入端与控制器模块9的输出端相连，第二芯片的输出端与控制器模块9相连。

功率开关模块4可以包括第一芯片、第四芯片和四个场效应管；谐振模块5可以包括谐振电感、第一谐振电容和第二谐振电容；变压器模块6包括第一变压器和第二变压器；电流检测模块7可以包括电流互感器。

第一芯片和第四芯片的型号可以是NSi6602B-DSWR，电流互感器的一次侧与第一变压器的一次侧相连，电流互感器的二次侧与第二整流模块的输入端相连。第一变压器的一次侧与第二变压器的一次侧串联连接。

当电流检测模块7包括电流互感器时，能够同时实现过流保护功能。

在一些实施方式中，电流互感器的规格为200TS：1TS。由此，将电流信号转化为电压信号的200倍。

在一些实施方式中，功率因数修正模块中可以包括第一场效应管，第一场效应管的栅极可以与控制器模块的输出端相连。

第二整流模块8可以包括第二整流桥，第二整流桥的输入端分别与电流互感器二次侧相连，第二整流桥的输出端与控制器模块9的信号输入端相连。

控制器模块9可以包括型号为UCD3138的第三芯片，第三芯片的输入端与第二整流模块8的输出端相连，第三芯片的输出端与功率因数修正模块3的输入端相连。

参考说明书附图2，示出了LLC谐振转换器的负载率相对于功率因数修正模块的输出电压的曲线图。其中，横坐标为负载率，纵坐标所示输出电压为功率因数修正模块的输出电压，图中两条曲线分别为电流源模块1输出230V交流电和115V交流电的情况下获得的数据。

参考说明书附图3，示出了LLC谐振转换器的负载率相对于转换效率的曲线图。其中，曲线A代表LLC本公开提供的一种LLC谐振转换器的负载率相对于转换效率的曲线图，曲线B代表传统LLC谐振转换器的负载率相对于转换效率的曲线图。

本实用新型的有益效果是，通过在变压器模块的一次侧连接电流检测模块，减少了电流取样回传路径上经过的元件，避免二次侧信号回传经过电气元件过多产生较大误差，提高电流采样的精度，进而提高控制器模块精度，电流检测模块根据检测到的数据判断当前负载条件，并由第二整流单元整流后产生的直流电压信号发送至控制器单元，控制器单元根据该直流电压信号生成控制信号发送至功率因数修正模块，功率因数修正模块进而调整输出的第一电压信号，使工作频率Fs更接近谐振频率Fr，使LLC谐振转换器的效率不受负载率限制，有效提高LLC谐振转换器的效率。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LLC谐振转换器，其特征在于，包括：

电流源模块，用于输出交流电信号；

第一整流模块，所述第一整流模块的输入端连接所述电流源模块的输出端，所述第一整流模块用于将所述电流源模块输出的交流电信号转换为直流电压信号；

功率因数修正模块，所述功率因数修正模块的输入端连接所述第一整流模块的输出端，所述功率因数修正模块用于接收所述第一整流模块输出的直流电压信号，并转换成第一电压信号；

功率开关模块，所述功率开关模块的输入端连接所述功率因数修正模块的输出端，所述功率开关模块用于接收所述功率因数修正模块输出的第一电压信号，并转换成第二电压信号；

谐振模块，所述谐振模块的输入端连接所述功率开关模块的输出端，

变压器模块，所述变压器模块的一次侧连接所述谐振模块的输出端，所述变压器模块的二次侧与负载相连；

电流检测模块，所述电流检测模块与所述变压器模块的一次侧相连，所述电流检测模块用于采集所述变压器模块一次侧的电流信号；

第二整流模块，所述第二整流模块的输入端连接所述电流检测模块的输出端，所述第二整流模块用于将所述电流检测模块采集到的电流信号转换为直流电压信号；

以及控制器模块，所述控制器模块的输入端连接所述第二整流模块的输出端，所述控制器模块的输出端连接所述功率因数修正模块的输入端，所述控制器模块用于根据第二整流模块输出的直流电压信号向所述功率因数修正模块输出控制信号，所述功率因数修正模块根据控制信号调整输出的第一电压信号。

2.根据权利要求1所述的一种LLC谐振转换器，其特征在于，所述电流检测模块为电流互感器，所述电流互感器的一次侧与所述变压器模块的一次侧相连，所述电流互感器的二次侧与所述第二整流模块的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的一种LLC谐振转换器，其特征在于，所述电流互感器的规格为200TS：1TS。

4.根据权利要求1所述的一种LLC谐振转换器，其特征在于，所述功率因数修正模块中包括第一场效应管，所述第一场效应管的栅极与所述控制器模块的输出端相连。

5.根据权利要求2所述的一种LLC谐振转换器，其特征在于，所述第二整流模块包括由四个二极管组成的第二整流桥，所述第二整流桥的输入端与所述电流互感器二次侧相连，所述第二整流桥的负极输出端接地，所述第二整流桥的正极输出端与所述控制器模块的信号输入端相连。

6.根据权利要求5所述的一种LLC谐振转换器，其特征在于，所述控制器模块包括型号为UCD3138的第三芯片，所述第三芯片的输入端与所述第二整流模块的输出端相连，所述第三芯片的输出端与所述功率因数修正模块相连。