[发明专利]一种LCLC串并联谐振电路

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，具体地说是一种串并联谐振软开关电路。

背景技术

传统的电源变压器体积大、效率低，开关电源因其体积小、效率高、成本低的优点逐渐取代了传统的电源变压器。开关电源的缺点是对开关管的耐压和开关速度要求高，开关过程中有开关损耗。要解决这个问题需采用软开关技术，现在相对较好的软开关技术是LLC谐振电路。LLC电路的缺点：可用频率范围窄、对输入电压输出负载有要求、偏离谐振点效率下降、有两个不同参数的谐振腔使设计复杂。实际使用中要配合其他电路一起使用，更增加了电路的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种所需元件少、体积小、效率高、成本低、开关管性能要求低、功率密度大、功率因数高、设计简单的一种LCLC串并联谐振电路。

为了实现本发明的目的，我们将采用如下技术方案予以实施：

一种LCLC串并联谐振电路，含有MOS管驱动电路，用于驱动MOS管，其含有两个三极管Q1和Q2，Q1为PNP型三极管，Q2为NPN型三极管，其特征在于：所述的谐振电路还含有一个PMOS管、一个NMOS管、两个二极管D1和D2，四个电容C1、C2、C3和C4以及一个磁集成变压器，PMOS管的S管脚与Q1的发射极和VCC相连接，D管脚与磁集成变压器相连接，G管脚与Q1的集电极相连接，NMOS管的S管脚与Q2的发射极和地线相连接，D管脚与磁集成变压器相连接，G管脚与Q2的集电极相连接，电容C1的正极与VCC相连接，C1的负极与C2的正极相连接，C2的负极接地，C1和C2之间的连线与磁集成变压器相连接；二极管D1的正极与磁集成变压器相连接，负极与输出端和电容C4的正极相连接，C4的负极与磁集成变压器和电容C3的正极相连接，C3的负极与输出端和二极管D2的正极相连接，D2的负极与磁集成变压器相连接。

该谐振电路工作周期分成并联周期和串联周期两部分，当PMOS管打开，NMOS管关闭的时候，该谐振电路处于并联周期工作状态，在初始状态电容C1存有电势能，电压上正下负，随后电容C1放电，电压逐渐降低，电流方向是从C1的负极到正极，磁集成变压器中的电感上的磁动能逐渐增加，电容C1放电完毕，电路电势能最低磁动能最大，此刻的磁动能无变化量，不吸收也不释放能量，电路处于稳态。

当关闭PMOS管，打开NMOS管的时候，该谐振电路处于串联周期工作状态，电源VCC向电容C1充电，电流方向从C1的正极到负极，磁集成变压器中的电感中存储的磁动能向电源充电，等效于电感的磁动能直接对电容C1充电，电感中磁动能释放完毕，磁动能转换为电容C1的电势能，此刻电容C1的电压与电源VCC维持平衡即不充电也不放电，电路处于稳态。

所述的磁集成变压器两端的电压变化规律就是电容电压的变化规律呈容性，电流的变化规律先感性再容性，电压电流始终相差90度相位角。

所述的谐振电路的控制方法采用PFM调频控制，负载不影响谐振频率只影响谐振振幅，电路谐振频率固定不变。

所述的PMOS管或NMOS管被打开的瞬间该谐振电路的工作周期中的并联周期和串联周期产生互换。

PMOS管和NMOS管都关闭时，所述的谐振电路维持在电容存储电势能或者磁集成变压器存储磁动能的状态。

所述的电容C2的接入构成所述的谐振电路中串、并联谐振电路的叠加，当C1并联工作时，C2同时串联工作，当C1串联工作时，C2同时并联工作。

有益效果

一种LCLC型串并联谐振电路能实现全功率范围的软开关性，从最低频率到谐振频率之间开关管都不受应力，也无开关损耗；

该谐振电路可作为一种基本的电路拓扑，用于需要软开关的场所，对于电路的设计，开关损耗将不再是主要的矛盾。以实际应用开关电源为例，其优点有：所需元件少、体积小、效率高、成本低、开关管性能要求低、功率密度大、功率因数高、设计简单。

开关电源的体积和成本跟开关频率有着直接的关系，当不需考虑开关损耗时可以将开关频率设计的很高，越高频开关电源所需的电感电容越小电源功率密度越大，小的电感和电容可有效的降低开关电源的体积和成本；

另外这种电路开关管不受应力不需高耐压的开关管，低耐压的开关管优点是导通电阻小，这对成本降低和效率提升都要好处。

说明书附图

图1为结构示意图；

图2为并联周期工作示意图；

图3为串联周期工作示意图；

图4为频谱图；

图5为10KHz波形图；

图6为30KHz波形图；