专利名称：具有耦合电感的谐振电路及其动态控制方法
技术领域：
本发明涉及功率变换电路，特别是涉及一种具有耦合电感的谐振电路及其动态控制方法。
背景技术：
谐振电路是一种高效率的功率变换电路，通过谐振来达到高效率的功率变换的目的。这里所说的谐振电路，包括并联谐振电路、串联谐振电路、LLC谐振电路等所有通过开关频率来控制输出电压的电路，艮P:
PW-F(AC!,C2…，A,丄2，…)
其中，Vout是输出电压，fs是开关频率，Cl、 C2…是参与谐振过程的电容，Ll、 L2…是参与谐振过程的电感。这个关系式中默认的条件是，输入电压Vin保持不变。
图1是一个典型的谐振电路。其中L2可以是单独的电感，也可以是Tl的寄生电感；Lr可以是单独的电感，也可以是T1的寄生电感。
其典型工作过程是通过Cr和Lr的谐振过程，来输出传递能量；其中L2也可以参与谐振过程。
在现有的拓扑中，如果输出的负载从有比较大的变化，或者输出的电压从一定输出电压跳变到另一输出电压，或者输出短路瞬间，由于固有的谐振过程，在Cr上会产生较高的谐振电压，同时Lr上会有较大的谐振电
流o
这个谐振过程会产生较高的电压应力和电流应力，有可能会对电路的可靠性产生危害。
发明内容
本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种具有耦合电感的谐振电路及其动态控制方法，对谐振时的过压进行箝位来降低谐振的峰值，提高电路工作可靠性。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案
一种具有耦合电感的谐振电路，包括谐振电感以及与所述谐振电感相耦合而形成变压器的耦合绕组，所述耦合绕组通过整流电路连接到箝位电压源。
所述箝位电压源为所述谐振电路的电压输入端或所述谐振电路的电压输出端或独立电源。
所述耦合绕组为单一绕组，且所述整流电路为全桥整流电路。所述耦合绕组为具有中心抽头的绕组，且所述整流电路为全波整流电路。
所述谐振电路为不对称半桥谐振电路、对称半桥谐振电路、全桥谐振电路或三电平谐振电路。
一种谐振电路的动态控制方法，所述谐振电路包括谐振电感，所述方法包括将耦合绕组与所述谐振电感相耦合而形成变压器，并通过整流电路连接到箝位电压源；通过所述耦合绕组对谐振过程中所述谐振电感上的过压进行箝位。
所述箝位电压源为所述谐振电路的电压输入端或，述谐振电路的电压输出端或独立电源。 '
所述耦合绕组为单一绕组，且所述整流电路为全桥整流电路。所述耦合绕组为具有中心抽头的绕组，且所述整流电路为全波整流电路。
所述谐振电路为不对称半桥谐振电路、对称半桥谐振电路、全桥谐振电路或三电平谐振电路。
本发明有益的技术效果是
根据本发明，通过增设耦合绕组，将其与谐振电感相耦合而形成变压器，同时该耦合绕组通过整流电路连接到箝位电压源，这样，利用接有箝位电压源的耦合绕组，通过变压器原副边绕组的互感作用，可对谐振过程中谐振电感上的过压进行箝位，藉此降低谐振的峰值，避免出现较高的谐振电压而导致较高的电压应力和电流应力，从而有效地保护了电路，提高了电路工作的可靠性。
图1为一个典型的谐振电路原理图；图2为本发明一种实施例的不对称半桥谐振电路原理图3为本发明一种实施例的对称半桥谐振电路原理图4为本发明一种实施例的全桥谐振电路原理图5为本发明一种实施例的三电平谐振电路原理图6为本发明另一种实施例的不对称半桥谐振电路原理图7为本发明又一种实施例的不对称半桥谐振电路原理本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
具体实施例方式
如图2所示， 一种实施例的不对称半桥谐振电路包括谐振电容Cr、谐振电感Lr以及与谐振电感Lr相耦合的耦合绕组Lr'。耦合绕组Lr'通过整流电路Bl连接到箝位电压源，并与谐振电感Lr共同构成变压器的原副边绕组。优选地，整流电路Bl接谐振电路的输入电压Vcc，即箝位电压源为谐振电路的电压输入端。优选地，耦合绕组为单一绕组，且整流电路B1为全桥整流电路。工作时，由于耦合绕组Lr'接输入电压Vcc且与谐振电感Lr形成变压器原副边互感作用，从而对谐振过程中谐振电容Lr上的电压进行了箝位，限制了谐振电感Lr上的过电压，降低了谐振峰值，避免出现较高的谐振电压而导致较高的电压应力和电流应力，提高了电路工作的可靠性。
请参考图3，该实施例与图2所示实施例的区别仅在于谐振电路为对称半桥谐振电路。
请参考图4，该实施例与图2所示实施例的区别仅在于谐振电路为全桥谐振电路。
请参考图5，该实施例与图2所示实施例的区别仅在于谐振电路为三电平谐振电路。
如图6所示，根据另一种实施例的不对称半桥谐振电路，与图2所示实施例的区别在于，其中耦合绕组通过整流电路B1连接到谐振电路的电压输出端，即在该实施例中，将谐振电路的电压输出端作为箝位电压源，利用输出电压Vo对谐振电容Lr上的电压进行箝位。
如图7所示，根据又一种实施例的不对称半桥谐振电路，与图6所示实施例的区别在于，其中耦合绕组为具有中心抽头的绕组，且整流电路B1为全波整流电路。类似的，图3-5所示的实施例均可变形为利用输出电压进行谐振电容上的电压箝位的实施例，同样，也可以替换为具有中心抽头的耦合绕组和相应的全波整流电路。-
以上实施例利用耦合绕组实现谐振电容Lr上的电压箝位的原理是一致的；且在不同的实施例中，耦合绕组的匝数可以根据实际需要来调整，从而调整箝位的性能。
此外，除了可将谐振电路的电压输入端或电压输出端作为箝位电压源，还可以另设独立电源作为箝位电压源。
在另一方面，本发明还提出一种谐振电路的动态控制方法，该方法包括将耦合绕组与所述谐振电感相耦合而形成变压器，并通过整流电路连接到箝位电压源；通过所述耦合绕组对谐振过程中所述谐振电感上的过压进行箝位。
所述箝位电压源可以是所述谐振电路的电压输入端或电压输出端或独立电源。
所述耦合绕组可以为单一绕组，且所述整流电路为全桥整流电路。所述耦合绕组也可以为具有中心抽头的绕组，且所述整流电路为全波整流电路。
本发明控制方法的多种实施例可参考前述谐振电路实施例的内容来具体实施，例如，该方法既可以在对称或不对称半桥电路上实现，也可以在全桥电路、各种三电平电路及其变形电路上实现，此处不再赘述。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种具有耦合电感的谐振电路，包括谐振电感，其特征在于，还包括与所述谐振电感相耦合而形成变压器的耦合绕组，所述耦合绕组通过整流电路连接到箝位电压源。
2. 如权利要求l所述的谐振电路，其特征在于，所述箝位电压源为所述谐振电路的电压输入端或所述谐振电路的电压输出端或独立电源。
3. 如权利要求1所述的谐振电路，其特征在于，所述耦合绕组为单一绕组，且所述整流电路为全桥整流电路。
4. 如权利要求l所述的谐振电路，其特征在于，所述耦合绕组为具有中心抽头的绕组，且所述整流电路为全波整流电路。
5. 如权利要求1至4任一项所述的谐振电路，其特征在于，所述谐振电路为不对称半桥谐振电路、对称半桥谐振电路、全桥谐振电路或三电平谐振电路。
6. —种谐振电路的动态控制方法，所述谐振电路包括谐振电感，其特征在于，所述方法包括将耦合绕组与所述谐振电感相耦合而形成变压器，并通过整流电路连接到箝位电压源；通过所述耦合绕组对谐振过程中所述谐振电感上的过压进行箝位。
7. 如权利要求6所述的谐振电路的动态控制方法，其特征在于，所述箝位电压源为所述谐振电路的电压输入端或所述谐振电路的电压输出端或独立电源。
8. 如权利要求6所述的谐振电路的动态控制方法，其特征在于，所述耦合绕组为单一绕组，且所述整流电路为全桥整流电路。
9. 如权利要求6所述的谐振电路的动态控制方法，其特征在于，所述耦合绕组为具有中心抽头的绕组，且所述整流电路为全波整流电路。
10. 如权利要求6至9任一项所述的谐振电路的动态控制方法，其特征在于，所述谐振电路为不对称半桥谐振电路、对称半桥谐振电路、全桥谐振电路或三电平谐振电路。
全文摘要
本发明公开了具有耦合电感的一种谐振电路，包括谐振电感，及与所述谐振电感相耦合而形成变压器的耦合绕组，所述耦合绕组通过整流电路连接到箝位电压源。还公开了一种谐振电路的动态控制方法，所述谐振电路包括谐振电感，所述方法包括将耦合绕组与所述谐振电感相耦合而形成变压器，并通过整流电路连接到箝位电压源；通过所述耦合绕组对谐振过程中所述谐振电感上的过压进行箝位。通过耦合电感对谐振电感上的过压进行箝位，本发明可降低谐振的峰值，提高电路工作可靠性。
文档编号H03H11/02GK101674065SQ20091019057
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者余时强, 强 张, 朱春晖, 纪圣儒, 彪 雷 申请人:艾默生网络能源有限公司