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专利号: 2018114082645
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于同步整流模式的DC‑DC开关电源,包括可控开关电路、LLC谐振电路、变压器、整流滤波电路,其特征在于:

所述可控开关电路包括开关管Q1~Q4,开关管体二极管D1~D4,寄生电容C1~C4;

所述LLC谐振电路包括谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr;

所述整流滤波电路包括同步整流管Q5、Q6,整流二极管D5、D6,滤波电感L1、L2,滤波电容CO;

开关管Q1的集电极连接开关管Q3的集电极,开关管Q1的发射极连接开关管Q2的集电极,开关管Q3的发射极连接开关管Q4的集电极,开关管Q2的发射极连接开关管Q4的发射极;

开关管Q1的发射极、集电极分别连接二极管D1阳极、阴极,二极管D1阳极、阴极并联有寄生电容C1;开关管Q2的发射极、集电极分别连接二极管D2阳极、阴极,二极管D2阳极、阴极并联有寄生电容C2;开关管Q3的发射极、集电极分别连接二极管D3阳极、阴极,二极管D3阳极、阴极并联有寄生电容C3;开关管Q4的发射极、集电极分别连接二极管D4阳极、阴极,二极管D4阳极、阴极并联有寄生电容C4;

开关管Q1的发射极连接谐振电感Lr一端,谐振电感Lr一端连接变压器原边绕组一端,变压器原边绕组另一端连接谐振电容Cr一端,谐振电容Cr另一端连接开关管Q4的集电极;

同步整流管Q6的漏极分别连接变压器副边绕组一端、滤波电感L1一端,同步整流管Q5的漏极分别连接变压器副边绕组另一端、滤波电感L2一端;同步整流管Q5的源极、同步整流管Q5的源极均连接滤波电容CO一端,滤波电容CO另一端均连接滤波电感L1另一端、滤波电感L2另一端;

该DC‑DC开关电源电路的开关周期可分为8个不同的时间间隔,具体工作状态如下:

模态1[t0‑t1]:开关管Q1、Q4零电压开通,谐振电流ir大于励磁电流im,此时谐振电感上的电流为正,同步整流管Q5导通,同步整流管Q6关断;此阶段内,变压器励磁电感电流im线性增加,谐振电流ir正弦态增加,励磁电感Lm被变压器副边电压钳位在n倍的输出电压上,不参加谐振,谐振电感Lr和谐振电容Cr发生谐振,谐振频率为f1,输出能量来自于谐振电感Lr和谐振电容Cr,此时变压器副边绕组的极性为上正下负,副边电流经过滤波电感L1、滤波电容CO和负载电阻R、同步整流管Q5再次回到副边绕组,变压器励磁电感电流im等于谐振电流ir时,变压器励磁电感两端的电压与副边电压脱离,变压器副边无电流流过,随着同步整流管Q5关断,此阶段结束;

模态2[t1‑t2]:谐振电流ir等于励磁电流im,同步整流管Q5关断,无反向恢复,实现零电流ZCS关断,输出侧与谐振网络脱离,谐振网络不再向变压器二次侧传输能量,励磁电感Lm两端的电压不再被副边电压钳位,谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr三者一起谐振,谐振频率为f2;设计时往往选取Lm?Lr,可显著增加谐振周期,谐振频率远远小于开关频率,可认为谐振电流iLr在此阶段保持不变;当开关管Q1、Q4的驱动信号下降为零时,为下阶段开关管零电压ZVS关断做准备,此阶段结束;

模态3[t2‑t3]:开关管Q1、Q4关断,谐振电流ir对寄生电容C1、C4充电,对寄生电容C2、C3放电,为下阶段开关管零电压ZVS开通做准备,放电至零时,此阶段结束;

模态4[t3‑t4]:谐振电感上的电流为负,副边同步整流管Q6导通,同步整流管Q5关断,此时变压器副边绕组的极性为上负下正,副边电流经过滤波电感L2、滤波电容CO和RO、同步整流管Q6再次回到副边绕组,励磁电感Lm被变压器副边电压钳位在n倍的输出电压上,不参加谐振,谐振电感Lr和谐振电容Cr发生谐振,谐振频率为f1,输出能量来自于谐振电感Lr和谐振电容Cr,t=t4时,开关管Q2、Q3驱动信号到来,此阶段结束。