本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高效的半橋諧振AC-DC變換器。

背景技術(shù)：

半橋諧振式DC/DC變換器由于電路元件數(shù)量少，體積小、高效率以及高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于DC-DC變換器中，特別是有源功率因數(shù)校正技術(shù)PFC與LLC諧振式DC/DC變換器組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成為分布式電源系統(tǒng)的主流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并廣泛應(yīng)用于服務(wù)器電源、電子通信設(shè)備的通信電源及航空航天等領(lǐng)域。

為了滿足DC/DC側(cè)在較寬的輸入電壓范圍下能夠保持輸出電壓穩(wěn)定，特別是服務(wù)器電源在掉電保持情況下，保證負(fù)載數(shù)據(jù)的安全，如圖1所示，通常在設(shè)計(jì)時(shí)需要變壓器的勵(lì)磁電感較小來獲得較大的輸出電壓增益保證輸出電壓穩(wěn)定。然而，較大勵(lì)磁電感就造成了半橋LLC諧振電路一次側(cè)在正常工作狀態(tài)產(chǎn)生較大的傳導(dǎo)和開關(guān)損耗，對高效率的要求產(chǎn)生影響。

為解決能夠在較大勵(lì)磁電感的情況下，減小變換器開關(guān)損耗，提高變換器效率的同時(shí)，又能夠使變換器在直流母線電壓最低時(shí)達(dá)到最大輸出電壓增益值，保持輸出電壓穩(wěn)定，現(xiàn)有方法如，在掉電保持時(shí)間內(nèi)，通過增加變壓器二次側(cè)匝數(shù)改變變比，使變換器獲得高電壓增益的方式，但是增加了電路復(fù)雜性和降低了變換器功率密度，升壓脈寬調(diào)制方式和非對稱脈寬調(diào)制半橋LLC諧振變換器的方式，這兩種方式只適合在小功率場合應(yīng)用，并且額外的PWM控制方法增加了復(fù)雜性，因此幾種方法都具有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的問題是克服現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，提出了一種高效的半橋諧振AC-DC變換器，在選用較大勵(lì)磁電感的情況下，降低開關(guān)損耗，提高效率的同時(shí)，又能夠在掉電時(shí)保持輸出電壓穩(wěn)定。

為了解決上述問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種高效的半橋諧振AC-DC變換器，包括Boost PFC功率校正單元，直流母線電容，變壓器一次側(cè)電路和二次側(cè)電路，一次側(cè)電路中兩個(gè)功率開關(guān)管Q_p1和Q_p2構(gòu)成半橋逆變電路，下功率開關(guān)管Q_p2漏極與諧振電感L_R，變壓器一次側(cè)電感L_m和諧振電容C_RC串聯(lián)構(gòu)成回路，輔助開關(guān)Q_A和輔助電容C_RA串聯(lián)組成的輔助裝置與諧振電容C_RC并聯(lián)，變壓器二次側(cè)電路為全波整流電路，通過輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元來控制輔助開關(guān)的關(guān)斷從而改變諧振電容，提高輸出電壓增益。

變壓器一次側(cè)兩個(gè)半橋功率開關(guān)管輸入信號互補(bǔ)，開關(guān)頻率相同且可調(diào)，通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。

優(yōu)選的，所述功率開關(guān)管和輔助裝置中的輔助開關(guān)均為MOSFET或IGBT。

本實(shí)用新型的有益效果在于：通過在變壓器一次側(cè)諧振電容兩端安裝一個(gè)輔助開關(guān)和電容的方式，實(shí)現(xiàn)變換器在正常工作狀態(tài)下，使用相對較大勵(lì)磁電感變壓器，減小了傳導(dǎo)和開關(guān)損耗，提高了變換器效率。另一方面，當(dāng)母線電容電壓低于參考值，特別在掉電情況下，通過打開輔助開關(guān)增大諧振電容，使得輸出電壓獲得較大增益，滿足了低直流母線電壓下輸出電壓保持正常，為負(fù)載數(shù)據(jù)安全提供了保護(hù)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型高效的半橋諧振AC-DC變換器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為DC-DC部分裝有輔助電容的原理結(jié)構(gòu)圖。

圖3為在掉電情況下，輸入電壓，直流母線電壓，和輸出電壓波形圖。

圖4為變換器在正常工作狀態(tài)下，基本電路原理圖。

圖5為直流母線電壓過低時(shí)，或掉電保持情況下的基本電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：如圖1所示，一種高效的半橋諧振AC-DC變換器，包括Boost PFC功率校正單元，直流母線電容，變壓器一次側(cè)電路和二次側(cè)電路，如圖2所示，一次側(cè)電路中兩個(gè)功率開關(guān)管Q_p1和Q_p2構(gòu)成半橋逆變電路，下功率開關(guān)管Q_p2漏極與諧振電感L_R，變壓器一次側(cè)電感L_m和諧振電容C_RC串聯(lián)構(gòu)成回路，輔助開關(guān)Q_A和輔助電容C_RA串聯(lián)組成的輔助裝置與諧振電容C_RC并聯(lián)，通過輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元來控制輔助開關(guān)的關(guān)斷從而改變諧振電容，提高輸出電壓增益。

變壓器一次側(cè)所述半橋電路中兩個(gè)功率開關(guān)管輸入信號互補(bǔ)，開關(guān)頻率相同且可調(diào)，通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。

優(yōu)選的，所述兩個(gè)功率開關(guān)管和輔助裝置中的輔助開關(guān)均為MOSFET或IGBT。

本實(shí)用新型的有益效果在于：通過在一次側(cè)諧振電容兩端安裝一個(gè)輔助開關(guān)和電容的方式，實(shí)現(xiàn)變換器在正常工作狀態(tài)下，使用相對較大勵(lì)磁電感變壓器，減小了傳導(dǎo)和開關(guān)損耗，提高了變換器效率，另一方面，當(dāng)母線電容電壓低于參考值，特別在掉電情況下，通過打開輔助開關(guān)增大諧振電容，使得輸出電壓獲得較大增益，滿足了低直流母線電壓下輸出電壓保持正常，為負(fù)載數(shù)據(jù)安全提供了保護(hù)。

如圖3所示，當(dāng)電壓較低時(shí)仍然保持正常工作電壓，為了滿足服務(wù)器電源在掉電保持時(shí)間內(nèi)，DC/DC側(cè)在較寬的輸入電壓范圍下能夠保持輸出電壓穩(wěn)定，通常需要變壓器較小勵(lì)磁電感來獲得較大的輸出電壓增益，然而，這就造成了半橋LLC諧振電路一次側(cè)在正常工作狀態(tài)產(chǎn)生較大的傳導(dǎo)和開關(guān)損耗，對高效率的要求產(chǎn)生影響。

為了選用較大勵(lì)磁電感，提高變換器效率的同時(shí)，又能滿足直流母線電壓過低時(shí)，輸出電壓獲得較大增益，為負(fù)載數(shù)據(jù)安全提供了保護(hù)，加入了輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元控制的輔助裝置。

正常狀態(tài)下，如圖4所示，Q_A關(guān)斷，寄生電容兩端的電壓近似為諧振電容兩端電壓，開關(guān)Q_A的寄生二極管反向截止，寄生電容與輔助電容串聯(lián)，由于諧振電容大小近似不變，輔助裝置對LLC變換器正常工作并無影響，降低了開關(guān)損耗，提高效率。

在掉電保持狀態(tài)下，如圖5所示，輔助驅(qū)動(dòng)電路輸入電壓與參考電壓相比較，參考電壓為額定輸入電壓允許的最小值，掉電發(fā)生時(shí)，直流母線電壓減小到最小值，輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)輸出高電平，Q_A打開，諧振電容增大，Q減小，M增大，從而保證在較大變壓器電感下能滿足電壓增益的要求。

以上所述，是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明，對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下做出若干簡單修改，等同變化與改型，而且性能或用途相同，仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。