專利名稱：一種lc諧振電源的結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LC諧振電源的結構，該諧振電源適用于電動汽車電池充電、電動自行車電池充電、電解水電源、電鍍電源、臭氧發生器、負離子發生器供電。
背景技術：
一般電動汽車電池充電電源、電動自行車電池充電電源、電解水電源、電鍍電源、臭氧發生器電源、負離子發生器電源普遍采用反激式、正激式、半橋式、全橋式等工作結構。此電路結構都將交流電整流后經電解電容濾波輸出一個平穩的直流電壓，而且這個電解電容隨電源設計功率增大容量隨之增大。在許多應用領域中我們知道電解電容是一個比較容易損壞的器件，特別是在高溫高壓工作情況及易造成失效，引起整個電源的損壞。上述電路結構半導體開關器件都工作在硬開關的狀態，開關損耗比較大，影響了電源輸出效率。此結構工作時電源輸入功率因素也比較低，正常不加有源PFC調整電路，PF值只有0.7左右，而不加PFC調整電路會對輸入電 網造成一定的損耗。正常加入有源PFC調整電路PF才可以達到0.95以上，但加入PFC調整電路設計成本將隨之增加。
實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型提出一種LC諧振電源的結構，其方案半導體開關器件工作在軟開關狀態，可提高電源工作效率。交流輸入無電解電容濾波，可提高電源的可靠性。交流輸入無需另加PFC調整電路功率因素可達0.95以上，降低了對輸入電網的損耗也降低了設計成本。其實現的技術方案如下:一種LC諧振電源的結構，包括:LC諧振回路，包括相并聯的一電容和一線圈，該LC諧振回路串聯于半導體開關器件的電流輸出回路中；該半導體開關器件的控制極連接于一驅動模塊；所述線圈位于一輸出變壓器的初級；同步模塊，該同步模塊通過兩個電壓檢測端分別連接所述LC諧振回路的兩端，并具有一輸出電壓檢測結果的同步端；積分模塊，該積分模塊連接于所述同步端，并具有一受該同步端觸發而輸出一積分信號的積分端；以及比較模塊，具有兩個輸入端，分別連接所述積分端和一箝位信號端；該比較模塊的輸出端連接所述驅動模塊。此方案中，半導體開關器件可以為IGBT、晶體開關管和開關MOS
管均可。作為本技術方案的優選者，可以有如下的方式:LC諧振回路所在的振蕩電路形式可以多種多樣，可以是單管LC諧振式、半橋LC諧振式、雙管LC諧振式或全橋LC諧振式，其中，單管LC諧振式電路，包括單個所述半導體開關器件，并且該LC諧振回路的一端連接于具有全波整流波形的電源端；另一端連接一半導體開關器件的電流輸入極；該半導體開關器件的電流輸出極接地。半橋LC諧振式電路包括兩個所述半導體開關器件，該半導體開關器件的電流輸入極和電流輸出極同向串聯后連接于具有全波整流波形的電源端；并且該LC諧振回路的一端連接于所述電源端；另一端連接所述半導體開關器件電流輸入極與電流輸出極的串聯點。雙管LC諧振式電路包括兩個所述半導體開關器件，該半導體開關器件的電流輸入極和電流輸出極同向串聯，再與一電容串聯后，連接于具有全波整流波形的電源端；并且該LC諧振回路的一端連接于所述電源端；另一端連接所述半導體開關器件電流輸入極與電流輸出極的串聯點。全橋LC諧振式電路包括四個所述半導體開關器件，該半導體開關器件兩兩通過其電流輸入極和電流輸出極相串聯，各自兩兩串聯后都連接于具有全波形整流波形的電源端；并且該LC諧振回路的兩端各自連接在兩兩串聯的半導體開關器件的串聯點。較佳實施例中，另有一保護模塊，該保護模塊的輸入端連接于該半導體開關器件的電流輸入極，其輸出端連通所述箝位信號端。較佳實施例中，所述保護模塊包括一分壓網絡，連接于該保護模塊的輸入端與地之間，其分壓點連接比較器UlD的負輸入端；該比較器UlD的正輸入端連接于一參考電壓端；比較器UlD的輸出端作為該保護模塊的輸出端。較佳實施例中，所述積分模塊包括電阻R16，R17，二極管D3和電容C9 ;其中C9和R16的一端相連并連接所述同步端；R16的另一端接電源正極，C9的另一端為所述積分端；二極管D3反向連接于電源正極和積分端之間，R17與D3并聯。較佳實施例中，所述 驅動模塊包括:推挽方式連接的晶體管Ql和Q2，此二者基極相連與所述比較模塊的輸出端相連接，同時通過一電阻Rl接地；Q1和Q2的發射極相連并通過一電阻R2連接所述半導體開關器件的控制極；在半導體開關器件的控制極與地之間具有電阻R3和穩壓管ZDI。較佳實施例中，包括一 LC濾波器,該LC濾波器包括電感LI和電容Cl ;其中LI的一端連接一整流橋的輸出正極，另一端作為所述電源端。較佳實施例中，所述同步模塊包括:一比較器U1C，其正輸入端連接于將所述LC諧振回路連接半導體開關器件的電流輸入極一端的電壓進行取樣的一分壓網絡，其負輸入端連接于所述LC諧振回路另一端的分壓節點；該比較器UlC的輸出端為所述同步端。較佳實施例中，所述比較模塊包括:一比較器U1B，其負輸入端連接所述積分端；其正輸入端通過一分壓網絡連接到所述保護模塊，該分壓網絡包括電阻R18和R19，R18的一端連接所述箝位信號端；R19的一端接地，R18與R19的連接點連接該比較器UlB正輸入端；該比較器UlB其輸出端連接所述驅動模塊。本技術方案帶來的有益效果有:1、采用電壓監控的方式實現了零電壓開關，極大地減小了半導體開關器件的開關損耗，提高了電源的轉換效率。2、交流輸入整流后無電解電容濾波，提高電源的可靠性。3、交流輸入無需PFC調整電路，電源工作時PF值可達0.95以上。以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步說明:
圖1是本實用新型實施例一的示意圖；圖2是本實用新型實施例二的電路圖；圖3是本實用新型實施例三的示意圖；圖4是本實用新型實施例四的示意圖；圖5是本實用新型實施例五的示意圖。
具體實施方式
實施例一:如圖1所示，一種LC諧振電源的結構，它包括LC諧振回路4，包括相并聯的一電容Cl和一線圈,該線圈位于一輸出變壓器Tl的初級,本實施例的半導體開關器件為一 IGBT。該LC諧振回路的一端連接于具有全波整流波形的電源端Vc ;另一端連接一 IGBT的C極，即電流輸入極；該IGBT的E極即電流輸出極接地，B極即控制極連接于一驅動模塊3 ；一個同步模塊6，該同步模塊6通過兩個電壓檢測端分別連接LC諧振回路的兩端，并具有一輸出電壓檢測結果的同步端連接到一積分模塊7，該積分模塊受同步端電平觸發而產生一個積分信號，通過積分端將此積分信號輸出；該積分端連接到一個比較模塊8的一個輸入端；比較模塊8具有兩個輸入端，其另外一個連接于一箝位信號端81 ;該比較模塊8的輸出端連接了驅動模·塊3。利用變壓器Tl的次級端5，即可實現大功率電源輸出。可見，本實施例的電路采用電壓監控的方式實現了 IGBT的零電壓開關，利用LC諧振回路施加在IGBT其C極電壓值實現IGBT開關驅動的同步工作，極大地減小了 IGBT的開關損耗，提高了能量轉換效率，如此，其輸出電流和功率較大，可靠性高。特別地，本電路輸入整流后無電解電容濾波，提高了電源工作的可靠性，功率因數較高，可達0.95以上，不需要額外的功率因數矯正電路。實施例二:如圖2所示，本實用新型實施例二的電路示意圖，相對比于實施例一而言，本實施例還另有一保護模塊9,該保護模塊9的輸入端連接于該IGBT的C極，其輸出端連接了箝位信號端。該保護模塊9包括一分壓網絡，此分壓網絡包括串聯的電阻R7、R8、R9、R12和R13，連接于該保護模塊的輸入端與地之間，其分壓點，即R13與R12的連接點連接比較器UlD的負輸入端；該比較器UlD的正輸入端連接于一參考電壓端；此參考電壓采用R14和R15取樣于電源；該比較器UlD的輸出端作為該保護模塊的輸出端。該保護模塊可實時監控IGBT其C極電壓，若超過設定值，可使比較器UlD的輸出端，即本保護模塊的輸出端輸出低電平，從而用于切斷IGBT的驅動狀態。特別地，在R13和R12連接后的兩端有一個穩壓管ZD2，此穩壓管ZD2可保護比較器UlD負輸入端的電壓不會超過其極限參數。本實施例中，積分模塊包括電阻R16，R17，二極管D3和電容C9 ;其中C9和R16的一端相連并連接所述同步端；R16的另一端接電源正極，C9的另一端為所述積分端；二極管D3反向連接于電源正極和積分端之間，R17與D3并聯。當同步端，即C9和R16的連接點為高電平時，可以觸發C9另一端產生一個三角波形式的積分信號，該積分信號用于與信號箝位端，在本實施例中即UlB的正端位置共同產生用于驅動模塊3的可調占空比波形。驅動模塊包括推挽方式連接的晶體管Ql和Q2，此二者基極相連與所述比較模塊的輸出端相連接，同時通過一電阻Rl接地；Q1和Q2的發射極相連并通過一電阻R2連接所述IGBT的B極；在IGBT的B極與地之間具有電阻R3和穩壓管ZDl。來自比較器UlB的輸出信號為占空比可變的方波，此時用于驅動Ql和Q2的基極，用于推動IGBT工作。在電源端是前級，具有LC濾波器，該LC濾波器包括電感LI和電容Cl ;其中LI的一端連接一整流橋DBl的輸出正極，另一端作為所述電源端。如此可以凸顯本技術方案的一個特點:由于本電路使用LC諧振式工作結構交流輸入整流后不需要大容量電解電容作為其濾波元件，取而代之的可以是電感LI和小容量的薄膜電容Cl，如此，省略了大容量濾波電容的成本，采用薄膜電容也提高了濾波電容的可靠性，因為小容量薄膜電容Cl相比大容量濾波電解而言，其可靠性更高。本技術方案為實現零電壓監控的同步模式，其同步模塊包括比較器U1C，其正輸入端連接于將所述LC諧振回路連接IGBT的C極一端的電壓進行取樣的一分壓網絡，即電阻R9、R12之間的連接點，該分壓網絡包括R7、R8、R9、R12和R13 ;其負輸入端連接于LC諧振回路的另一端的分壓節點，即分壓電阻R5、R6和Rll組成的分壓網絡中，Rll與R6的連接點；該比較器UlC的輸出端為所述同步端。當IGBT的C極電壓為零，或者說足夠低時，比較器UlC的輸出端，即本電路的同步端方才輸出低電平，用以觸發積分模塊7.如此即實現了零電壓開關。本實施例中，比較模塊包括比較器U1B，其負輸入端連接積分端；其正輸入端通過一分壓網絡連接于保護模塊9，該分壓網絡包括電阻R18和R19，R18的一端連接箝位信號端；R19的一端接地，R18與R19的連接點連接該比較器UlB正輸入端；該比較器UlB其輸出端連接驅動模塊3。該比較模塊生成了用于驅動模塊3的占空比可調方波。本實施例變壓器Tl的次級端5特別適用于大 功率、 大電流的場合，例如，電動汽車電池充電電源、電動自行車電池充電電源、電解水電源、電鍍電源、臭氧發生器電源、負離子發生器電源等。實施例三:如圖3所示，本實用新型實施例三的示意圖。它的LC諧振回路4，同步模塊6，積分模塊7，比較模塊8，次級端5都與實施例一相似，不同的是，實施例一是單管LC諧振電路，而本實施例是半橋LC諧振電路，該半橋LC諧振式電路包括兩個半導體開關器件Tl和T2，該半導體開關器件的電流輸入極C極和電流輸出極E極同向串聯后，連接于具有全波形整流波形的電源端Vc ;并且該LC諧振回路的一端連接于電源端Vc ;另一端連接于Tl和T2的串聯點，也即電容C2與Cx的連接點。因此，驅動模塊3與實施例一也不同，乃是控制兩個半導體開關器件的形式。在控制模塊3中，驅動Tl和T2的控制極波形為相反，且Tl和T2的反向峰值電壓與Vc相同。實施例四:如圖4所示，本實用新型實施例四的示意圖。本實施例的LC諧振回路4，同步模塊6，積分模塊7，比較模塊8，次級端5都與實施例一相似，不同的是，本實施例是雙管LC諧振電路，該雙管LC諧振式電路包括兩個半導體開關器件Tl和T2，兩者電流輸入極C極和電流輸出極E極同向串聯，再與一電容Cy串聯后，通過Cy連接于具有全波整流波形的電源端Vc ;并且該LC諧振回路的一端連接于電源端Vc ;另一端連接Tl和T2的串聯點。該結構通過T2輔助及電容Cy的作用，降低了 Tl和T2的峰值電壓，此結構半導體開關器件可選用較低的反向耐壓。Tl和T2的驅動波形為相反，在Tl導通時T2關閉，T2導通時Tl關閉，所以有效降低了 Tl和T2的反向峰值電壓。相應地，控制模塊3也為適應驅動雙管LC諧振電路的形式。實施例五:如圖5所示，本實用新型實施例五的示意圖。本實施例的LC諧振回路4，同步模塊6，積分模塊7，比較模塊8，次級端5都與實施例一相似，不同的是，本實施例使用全橋LC諧振使電路，此全橋LC諧振式電路包括四個半導體開關器件Tl至T4，該半導體開關器件兩兩通過其電流輸入極和電流輸出極相串聯，各自兩兩串聯后都連接于具有全波整流波形的電源端；即Tl與T2通過E極和C極串聯，T3與T4通過E極和C極串聯，然后Tl與T3的C極都連接于Vc端。并且，LC諧振回路的兩端各自連接在兩兩串聯的半導體開關器件的串聯點。該全橋LC諧振電路Tl，T4與T2，T3的驅動波形為相反，Tl，T4導通T2，T3關閉時組成一諧振電路，Τ2，Τ3導通Tl，Τ4關閉時組成一諧振電路。該結構用于輸出功率較大的電源，同時半導體開關器件的反向耐壓需求也比較低。以上所述，僅為本實用新型較佳實施例而已，故不能依此限定本實用新型實施的范圍，即依本實用新型專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本實用新型涵蓋的范圍內。·
權利要求1.一種LC諧振電源的結構，其特征在于:包括: LC諧振回路，包括相并聯的一電容和一線圈，該LC諧振回路串聯于半導體開關器件的電流輸出回路中；該半導體開關器件的控制極連接于一驅動模塊；所述線圈位于一輸出變壓器的初級； 同步模塊，該同步模塊通過兩個電壓檢測端分別連接所述LC諧振回路的兩端，并具有一輸出電壓檢測結果的同步端； 積分模塊，該積分模塊連接于所述同步端，并具有一受該同步端觸發而輸出一積分信號的積分端； 比較模塊，具有兩個輸入端，分別連接所述積分端和一功率控制電平輸入端；該比較模塊的輸出端連接所述驅動模塊。
2.根據權利要求1所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:所述LC諧振回路處于單管LC諧振式電路中，該單管LC諧振式電路包括單個所述半導體開關器件，并且該LC諧振回路的一端連接于具有全波整流波形的電源端；另一端連接該半導體開關器件的電流輸入極；該半導體開關器件的電流輸出極接地。
3.根據權利要求1所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:所述LC諧振回路處于半橋LC諧振式電路中，該半橋LC諧振式電路包括兩個所述半導體開關器件，該半導體開關器件的電流輸入極和電流輸出極同向串聯后，連接于具有全波整流波形的電源端；并且該LC諧振回路的一端連接于所述電源端；另一端連接所述半導體開關器件電流輸入極與電流輸出極的串聯點。
4.根據權利要求1所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:所述LC諧振回路處于雙管LC諧振式電路中，該雙管LC諧振式電路包括兩個所述半導體開關器件，該半導體開關器件的電流輸入極和電流輸出極同向串聯后，再與一電容串聯，連接于具有全波整流波形的電源端；并且該LC諧振回路的一端連接于所述電源端；另一端連接所述半導體開關器件電流輸入極與電流輸出極的串聯點。
5.根據權利要求1所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:另有一保護模塊，該保護模塊的輸入端連接于該半導體開關器件的電流輸入極，其輸出端連通所述箝位信號端；該保護模塊包括一分壓網絡，連接于該保護模塊的輸入端與地之間，其分壓點連接比較器UlD的負輸入端；該比較器UlD的正輸入端連接于一參考電壓端；比較器UlD的輸出端作為該保護模塊的輸出端。
6.根據權利要求1所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:所述積分模塊包括電阻R16，R17，二極管D3和電容C9 ;其中C9和R16的一端相連并連接所述同步端；R16的另一端接電源正極，C9的另一端為所述積分端；二極管D3反向連接于電源正極和積分端之間，R17與D3并聯。
7.根據權利要求1所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:所述驅動模塊包括:推挽方式連接的晶體管Ql和Q2，此二者基極相連與所述比較模塊的輸出端相連接，同時通過一電阻Rl接地；Q1和Q2的發射極相連并通過一電阻R2連接所述半導體開關器件的控制極；在半導體開關器件的控制極與地之間具有電阻R3和穩壓管ZD1。
8.根據權利要求1所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:包括一LC濾波器，該LC濾波器包括電感LI和薄膜電容Cl ;其中LI的一端連接一整流橋的輸出正極，另一端作為所述電源端。
9.根據權利要求1至8中任一項所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:所述同步模塊包括: 一比較器U1C，其正輸入端連接于將所述LC諧振回路連接半導體開關器件的電流輸入極一端的電壓進行取樣的一分壓網絡，其負輸入端連接于所述LC諧振回路另一端的分壓節點；該比較器UlC的輸出端為所述同步端。
10.根據權利要求9所述一種LC諧振電源的結構，其特征在于:所述比較模塊包括: 一比較器U1B，其負輸入端連接所述積分端；其正輸入端分別接入一功率控制電平和一保護模塊。R19與Cll分別為輸入功率控制電平的分壓電阻和濾波電容，保護模塊比較器UlD輸出端經R18電阻連接于UlB 的正輸入端，該比較器UlB其輸出端連接所述驅動模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種LC諧振電源的結構，其特征在于它包括LC諧振回路，串聯于半導體開關器件的電流輸出回路中；該半導體開關器件的控制極連接于一驅動模塊；所述線圈位于一輸出變壓器的初級；同步模塊，通過兩個電壓檢測端分別連接所述LC諧振回路的兩端，并具有一同步端；積分模塊連接于同步端，并具有一積分端；比較模塊，具有兩個輸入端，分別連接所述積分端和一功率控制電平輸入端；該比較模塊的輸出端連接所述驅動模塊。本方案采用電壓監控的方式實現了零電壓開關，極大地減小了半導體開關器件的開關損耗，提高電源的轉換效率，交流輸入整流后無電解電容濾波，提高電源的可靠性，輸入無需另加PFC調整電路功率因素可達0.95以上。
文檔編號H02M7/217GK203135738SQ20132014941
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者李云孝, 楊連軍 申請人:廈門翰普電子有限公司