一种谐振转换器

摘要

本发明公开了一种谐振转换器，包含开关模块、变压器、输出电路、谐振电路以及安规电容；所述开关模块连接于输入电压与地之间，变压器包含一次侧绕组以及至少一个二次侧绕组；所述输出电路连接于所述至少一个所述二次侧绕组与负载之间；所述谐振电路耦接于一次侧绕组与开关模块之间，且包含至少一个漏电感；安规电容连接于漏电感与开关模块之间；本发明的有益效果在于，本发明的谐振转换器可以由安规电容完成双重或加强绝缘的隔离要求，变压器不需再负担传统的安规隔离要求，更进一步可使用低成本线材，或是使用绞线、扁平线等高效率线材，使得变压器骨架以及形状大幅缩减，以得到体积较小的变压器。

权利要求

1.一种谐振转换器，其特征在于，包括：

开关模块：连接于输入电压与地之间；

变压器：包含一个一次侧绕组以及至少一个二次侧绕组；

输出电路：连接于所述至少一个二次侧绕组与负载之间；

谐振电路：耦接于所述一次侧绕组与所述开关模块之间，且包含至少一个漏电感；

安规电容：连接于所述漏电感与所述开关模块之间，所述谐振电路更包含第一谐振电容与谐振电感，所述漏电感连接于所述安规电容与所述一次侧绕组的一端，所述第一谐振电容连接于所述开关模块与所述一次侧绕组的另一端，且所述谐振电感跨接于所述一次侧绕组的两端，谐振电容连接于一次侧绕组与第一开关与第二开关的共接点之间，安规电容对漏电感所在的电压传递路径上提供隔离的效果，同时谐振电容在一次侧绕组另一端的电压传递路径上提供隔离效果。

2.根据权利要求1所述的一种谐振转换器，其特征在于：所述输出电路包含第一二极管、第二二极体以及稳压电容，且至少一个所述二次侧绕组包含第一二次侧绕组以及第二二次侧绕组，所述第一二次侧绕组连接于所述第一二极管的阳极与所述第二二次侧绕组之间，所述第二二次侧绕组连接于所述第二二极体的阳极与所述第一二次侧绕组之间，且所述稳压电容连接所述第一二极管的阴极和所述第二二极体的阴极的共接点与所述第一二次侧绕组和所述第二二次侧绕组的共接点之间。

3.根据权利要求2所述的一种谐振转换器，其特征在于：所述开关模块包含第一开关以及第二开关，所述第一开关连接于所述输入电压与所述第二开关之间，所述第二开关连接于所述第一开关与地之间。

4.根据权利要求3所述的一种谐振转换器，其特征在于：所述安规电容连接于所述第一开关与第二开关的共接点与所述漏电感之间。

5.根据权利要求3所述的一种谐振转换器，其特征在于：所述安规电容连接于地与所述漏电感之间。

6.根据权利要求3所述的一种谐振转换器，其特征在于：所述安规电容连接于所述输入电压与所述漏电感之间。

7.根据权利要求1所述的一种谐振转换器，其特征在于：所述谐振电路还包含第二谐振电容，且连接于所述一次侧绕组的另一端与所述输入电压之间。

8.根据权利要求1所述的一种谐振转换器，其特征在于：所述一次侧绕组以及至少一个所述二次侧绕组之间的电气隔离的距离在0.1mm～8mm之间。

说明书

一种谐振转换器

技术领域：

[0001] 本发明有关于一种谐振转换器(LLC converter)，且特别是一种在符合安全隔离要求的规范下，大幅缩减其变压器体积的谐振转换器。背景技术：

[0002] 安规就是安全标准规格，安规对制造的设备与零部件有明确的陈述和指导，以提供具有安全与高品质的产品给最终使用者。在电源的安规认证中，变压器是一大重点，一般来说针对变压器所需要注意的安全规范有绝缘距离要求、对线材要求、对零件要求等面向，其中变压器的体积影响最大的部分便是来自于绝缘距离的要求。绝缘距离是指两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间所能允许的最短空间距离，也就是在电气性能稳定和安全的情况下，通过空气能实现绝缘的最短距离。

[0003] 以UL认证为例，绝缘的等级因保护使用者的原则分成操作绝缘、基本绝缘、双重绝缘、辅助绝缘以及加强绝缘等5种，以确保产品在使用上的安全，而变压器的结构是否符合安规的判定方法则是，先以变压器的工作电压为基础，在知道工作电压后，查出绝缘距离，然后再依此来回推检查结构。检查的重点包含一次侧线圈对二次侧线圈、一次侧线圈对磁芯，以及二次线圈对磁芯等，其中一次侧线圈对二次侧线圈之间的距离至少需要满足双重或加强绝缘的规范，且变压器还需要使用三层绝缘线以及特制骨架来进行绕线，才能取得UL认证。发明内容：

[0004] 在传统主动钳制反驰式转换器，利用LLC电路进行共振，可以达到半桥开关之间的零电压切换，获得高转换效率。其中由于变压器兼具一二次侧电器隔离绝缘的功能，因此需要使用符合安规规范的线材以及特定的绕线方式，同时满足双重或加强绝缘的规范，以达到安规标准，因此变压器成本较高且电路体积也较大。

[0005] 有鉴于上述，本发明的主要技术手段在于，提出一种谐振转换器，包括：

[0006] 开关模块：连接于输入电压与地之间；

[0007] 变压器：包含一个一次侧绕组以及至少一个二次侧绕组；

[0008] 输出电路：连接于所述至少一个所述二次侧绕组与负载之间；

[0009] 谐振电路：耦接于所述一次侧绕组与所述开关模块之间，且包含至少一个漏电感；

[0010] 安规电容：连接于所述漏电感与所述开关模块之间。

[0011] 优选的是，所述输出电路包含第一二极管、第二二极体以及稳压电容，且至少一个所述二次侧绕组包含第一二次侧绕组以及第二二次侧绕组，所述第一二次侧绕组连接于所述第一二极管的阳极与所述第二二次侧绕组之间，所述第二二次侧绕组连接于所述第二二极体的阳极与所述第一二次侧绕组之间，且所述稳压电容连接所述第一二极管的阴极和所述第二二极体的阴极的共接点与所述第一二次侧绕组和所述第二二次侧绕组的共接点之间。

[0012] 优选的是，所述开关模块包含第一开关以及第二开关，所述第一开关连接于所述输入电压与所述第二开关之间，所述第二开关连接于所述第一开关与地之间。

[0013] 优选的是，所述安规电容连接于所述第一开关与第二开关的共接点与所述漏电感之间。

[0014] 优选的是，所述安规电容连接于地与所述漏电感之间。

[0015] 优选的是，所述安规电容连接于所述输入电压与所述漏电感之间。

[0016] 优选的是，所述谐振电路更包含第一谐振电容与谐振电感，所述漏电感连接于所述安规电容与所述一次侧绕组的一端，所述第一谐振电容连接于所述开关模块与所述一次侧绕组的另一端，且所述谐振电感跨接于所述一次侧绕组的两端。

[0017] 优选的是，所述谐振电路还包含第二谐振电容，且连接于所述一次侧绕组的另一端与所述输入电压之间。

[0018] 优选的是，所述一次侧绕组以及至少一个所述二次侧绕组之间的电气隔离的距离在0.1mm～8mm之间。

[0019] 综上所述，本发明的有益效果在于：

[0020] 1、本发明的谐振转换器可以由安规电容完成双重或加强绝缘的隔离要求，变压器不需再负担传统的安规隔离要求；

[0021] 2、本发明的谐振转换器可使用低成本线材，或是使用绞线、扁平线等高效率线材，使得变压器骨架以及形状大幅缩减，以得到体积较小的变压器。附图说明：

[0022] 图1为本发明谐振转换器实施例1的电路图。

[0023] 图2为本发明谐振转换器实施例2的电路图。

[0024] 图3为本发明谐振转换器实施例3的电路图。

[0025] 图4为本发明谐振转换器实施例4的电路图。

[0026] 图5为本发明谐振转换器实施例5的电路图。

[0027] 图中：100、200、300、400、500‑谐振转换器；110‑开关模块；111、112‑开关；120‑变压器；130‑输出电路；140‑谐振电路；Cr、Cr2‑谐振电容；Co‑稳压电容；Cs‑安规电容；D1、D2‑二极管；N1、N2、N3‑绕组；LLK‑漏电感；Lm‑谐振电感；Vin‑输入电压。具体实施方式：

[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0029] 实施例1：

[0030] 附图1为本发明谐振转换器的一实施例的电路图。由附图1可知，谐振转换器100包含有开关模块110、变压器120、输出电路130、谐振电路140以及安规电容Cs。开关模块110可连接于输入电压Vin与地之间。变压器120具有一次侧绕组N1以及两个二次侧绕组N2及N3。输出电路130连接于二次侧绕组N2、N3与负载(亦即，输出电压Vo)之间。谐振电路140耦接于一次侧绕组N1与开关模块110之间，且包含至少一漏电感LLK。安规电容Cs连接于漏电感LLK与开关模块110之间。

[0031] 进一步说，开关模块110包含一第一开关111以及一第二开关112，第一开关111连接于输入电压Vin与第二开关112之间，第二开关112连接于第一开关111与地之间。谐振转换器100可透过第一开关111与第二开关112之间开启与关闭的切换，来提供交流电压给变压器120。

[0032] 更进一步说，谐振电路140更包含谐振电容Cr与谐振电感Lm，其中漏电感LLK连接于安规电容Cs与一次侧绕组N1的一端，谐振电容Cr连接于开关模块110与一次侧绕组N1的另一端，且谐振电感Lm跨接于一次侧绕组N1的两端。谐振电路140透过谐振电容Cr、谐振电感Lm、以及漏电感LLK可以对提供至变压器120的交流电压产生谐振的效果，进而能使第一开关111与第二开关112之间开启与关闭的切换不具有电压差。

[0033] 再更进一步说，输出电路130包含二极管D1、D2以及稳压电容Co，二次侧绕组N2连接于二极管D1的阳极与二次侧绕组N3之间，二次侧绕组N3连接于二极管D2的阳极与二次侧绕组N2之间，且稳压电容Co连接二极管D1的阴极与二极管D2的阴极的共接点与二次侧绕组N2、N3的共接点之间。

[0034] 在本实施例中，安规电容Cs连接于漏电感LLK与地之间，谐振电容Cr连接于一次侧绕组N1与第一开关111与第二开关112的共接点之间。安规电容Cs可以对漏电感LLK所在的电压传递路径上提供隔离的效果，同时谐振电容Cr在一次侧绕组N1另一端的电压传递路径上可以提供相似的隔离效果，如此一来，变压器120便无需负担一次侧绕组N1与二次侧绕组N2、N3之间的电气隔离绝缘的功能，因此一次侧绕组N1与二次侧绕组N2、N3之间的绝缘距离可以变小，并且可以无需使用符合安规规范的绕线方式以及变压器骨架，因此变压器120的体积可以获得大幅的缩减。在一较佳的实施例中，变压器120的一次侧绕组N1与二次侧绕组N2、N3之间的电气隔离的距离可缩减至0.1mm～8mm之间。

[0035] 请注意，在上述实施例中，由于安规电容Cs提供了电气隔离绝缘，因此安规电容Cs的两极之间，需要保持满足双重或加强绝缘的规范，例如8mm的间隔。相似地，虽然谐振电容Cr的主要功能是用来为提供至变压器120的交流电压产生谐振的效果，但谐振电容Cr的两极之间同时需要保持满足双重或加强绝缘的规范，这样才能使电压传递路径到达一次侧绕组N1之前完成隔离绝缘的规范。

[0036] 实施例2：

[0037] 附图2为本发明谐振转换器的另一实施例的电路图。请注意，为了避免混淆，附图2中的元件与附图1中具有相同功能的元件将以相同的符号来标示。附图2所示的谐振转换器200与图1中所示的谐振转换器100的配置与作动大致相同，唯一的差别在于附图2所示的谐振转换器200中，安规电容Cs连接于漏电感LLK与第一开关111与第二开关112的共接点之间，谐振电容Cr连接于一次侧绕组N1与地间。熟知本领域技术者当可于阅读完上述谐振转换器100的详细说明后轻易地明白谐振转换器200的原理，为求简洁，于此不在赘述。

[0038] 实施例3：

[0039] 附图3为本发明谐振转换器的又一实施例的电路图。请注意，为了避免混淆，附图3中的元件与附图1中具有相同功能的元件将以相同的符号来标示。附图3所示的谐振转换器300与附图1中所示的谐振转换器100的配置与作动大致相同，唯一的差别在于附图3所示的谐振转换器300中，安规电容Cs连接于漏电感LLK与第一开关111与第二开关112的共接点之间，谐振电容Cr连接于一次侧绕组N1与输入电压Vin间。熟知本领域技术者当可于阅读完上述谐振转换器100的详细说明后轻易地明白谐振转换器300的原理，为求简洁，于此不在赘述。

[0040] 实施例4：

[0041] 附图4为本发明谐振转换器的又一实施例的电路图。请注意，为了避免混淆，附图4中的元件与附图2中具有相同功能的元件将以相同的符号来标示。附图4所示的谐振转换器400与附图2中所示的谐振转换器200的配置与作动大致相同，唯一的差别在于附图4所示的谐振转换器400中，安规电容Cs连接于漏电感LLK与输入电压Vin间，谐振电容Cr连接于一次侧绕组N1与第一开关111与第二开关112的共接点之间。熟知本领域技术者当可于阅读完上述谐振转换器200的详细说明后轻易地明白谐振转换器400的原理，为求简洁，于此不在赘述。

[0042] 实施例5：

[0043] 附图5为本发明谐振转换器的又一实施例的电路图。请注意，为了避免混淆，附图5中的元件与附图2中具有相同功能的元件将以相同的符号来标示。附图5所示的谐振转换器500与附图2中所示的谐振转换器200的配置与作动大致相同，唯一的差别在于附图5所示的谐振转换器500中，更包含了谐振电容Cr2。谐振电容Cr2连接于谐振电容Cr与一次侧绕组N1的共交点与输入电压Vin之间。熟知本领域技术者当可于阅读完上述谐振转换器200的详细说明后轻易地明白谐振转换器500的原理，为求简洁，于此不在赘述。

[0044] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。