一种集成Buck-Boost和全桥LLC电路的单级无桥变换装置的制作方法

本发明涉及电源变换器，尤其涉及一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置。

背景技术：

1、随着半导体技术的快速发展，第四代电光源led得到了大面积的推广与使用。与传统的电光源相比，led具有很多不可比拟的优势，如寿命长、效率高、功耗低、亮度高、体积小等优点，因此在照明领域的应用显得尤为突出。led照明系统包含led驱动电源与led灯具两部分，其核心是led驱动电源。高效节能的大功率led驱动电源成为业界的一个重要研究方向。

2、高频化、小型化是目前开关电源设计的一个重要指标。如果驱动电源工作在硬开关模式，其开关频率的提高会产生很大的开关损耗，降低了系统的转换效率。因此旨在减小开关损耗的软开关技术也成为电力电子研究领域里重要的一个研究热点。

3、谐振变换器，包括串联、并联、串并联谐振变换器等都是常见的软开关变换器。谐振变换器经过合理设计就能够在较宽负载范围内实现开关管的零电压开通，副边整流二极管的零电流关断，从而减小开关管损耗，提高效率。而ac-dc变换采用buck-boost拓扑，电路工作在断续模式下，自动实现pfc功能，是一个单开关低阶可升可降变换器电路，实现中间直流母线电压可升可降，降低后级llc开关管和电容的应力。

4、当前最主流的技术方案：1、大功率是两级式，由第一级boost实现功率因数校正及稳压，第二级dcdc(隔离非隔离拓扑)来实现输出稳压(及电气隔离等)，此方案技术成熟，但系统复杂、成本高、效率较低；2、小功率单级pfc反激，由单级的反激同时实现输入功率因数校正和输出稳压，主要应用于小功率led驱动电源，此方案技术成熟、系统简单、成本低、效率高，但是输出有明显的工频纹波(会引起led灯闪烁)、输入电压范围窄、缺少母线电容带来雷击浪涌问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的主要技术问题是提供一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，简化电路、减小体积提高功率密度、降低成本。

2、为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，包括无桥buck-boost电路与全桥llc电路；所述buck-boost电路包括三个开关管q1、q2、q3，并且其中一个开关管q3复用为全桥llc电路的上管。

3、在一较佳实施例中：所述llc电路还包括上管q4，下管q5、q6。

4、在一较佳实施例中：开关管q1或q2与上管q3、下管q5同时导通关断，并与上管q4、下管q6的状态相反。

5、在一较佳实施例中：所述无桥buck-boost电路还包括交流输入整流二极管d1、d2；交流输入整流二极管d1、d2与开关管q1、q2将交流输入整流为脉动直流。

6、在一较佳实施例中：所述交流输入整流二极管d1、d2的交流输入端连接至交流电源，直流输出端通过buck-boost电路与llc电路连接至高频变压器t1。

7、在一较佳实施例中：所述无桥buck-boost电路还包括续流二极管d3，全桥llc电路还包括整流二极管d4、d5，所述整流二极管d4、d5用于将高频变压器t1的次级绕组的高频交流电压整流为直流。

8、在一较佳实施例中：所述高频变压器t1的副边绕组的异名端分别连接二极管d4和d5的阳极，二极管d4和d5的阴极相互连接并通过电解电容c2接地，二极管d4和d5的阴极还通过负载r1连接至副边绕组的同名端。

9、在一较佳实施例中：所述高频变压器t1的原边饶祖np与副边绕组ns1、ns2的同名端同向。

10、在一较佳实施例中：所述高频变压器t1的原边绕组的一端连接由串联连接的电感lr和电容cr所组成的谐振回路。

11、在一较佳实施例中：所述谐振回路的谐振频率为lm为励磁电感。

12、在一较佳实施例中：所述开关管q1、q2、上管q3、q4和下管q5、q6分别为功率mos管。

13、相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

14、本发明提供了一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，在buck-boost电路设置了三个mos管，这样可以将其中一个mos管复用为llc电路的上管q3。mos管q1、q2的作为输入整流mos管替代二极管，损耗可以明显降低并提高效率，同时电压应力等于输入电压，所以mos管的选型上更有利，可以选择性价比高的500v mos管，主回路中少了两个功率二极管，同时全桥llc在可以实现更大功率输出，应用范围可以更为广泛。同时，llc电路部分的工作原理，与常规的llc电路工作原理完全一样，开关管q3～q6能在全负载范围内实现zvs，在热设计、效率上会有明显优势，更方便于实际应用中的产品开发。

技术特征：

1.一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：包括无桥buck-boost电路与全桥llc电路；所述buck-boost电路包括三个开关管q1、q2、q3，并且其中一个开关管q3复用为全桥llc电路的上管。

2.根据权利要求1所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：所述llc电路还包括上管q4，下管q5、q6。

3.根据权利要求2所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：开关管q1或q2与上管q3、下管q5同时导通关断，并与上管q4、下管q6的状态相反。

4.根据权利要求3所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：所述无桥buck-boost电路还包括交流输入整流二极管d1、d2；交流输入整流二极管d1、d2与开关管q1、q2将交流输入整流为脉动直流。

5.根据权利要求4所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：所述交流输入整流二极管d1、d2的交流输入端连接至交流电源，直流输出端通过buck-boost电路与llc电路连接至高频变压器t1。

6.根据权利要求5所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：所述无桥buck-boost电路还包括续流二极管d3，全桥llc电路还包括整流二极管d4、d5，所述整流二极管d4、d5用于将高频变压器t1的次级绕组的高频交流电压整流为直流。

7.根据权利要求6所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：所述高频变压器t1的副边绕组的异名端分别连接二极管d4和d5的阳极，二极管d4和d5的阴极相互连接并通过电解电容c2接地，二极管d4和d5的阴极还通过负载r1连接至副边绕组的同名端。

8.根据权利要求7所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：所述高频变压器t1的原边饶祖np与副边绕组ns1、ns2的同名端同向。

9.根据权利要求8所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：所述高频变压器t1的原边绕组的一端连接由串联连接的电感lr和电容cr所组成的谐振回路。

10.根据权利要求9所述的一种集成buck-boost和全桥llc电路的单级无桥变换装置，其特征在于：所述谐振回路的谐振频率为lm为励磁电感。

技术总结
本发明提供了一种集成Buck‑Boost和全桥LLC电路的单级无桥变换装置，包括无桥Buck‑Boost电路与全桥LLC电路；所述Buck‑Boost电路包括三个开关管Q1、Q2、Q3，并且其中一个开关管Q3复用为全桥LLC电路的上管。在Buck‑Boost电路设置了三个MOS管，这样可以将其中一个MOS管复用为LLC电路的上管Q3。MOS管Q1、Q2的作为输入整流MOS管替代二极管，损耗可以明显降低并提高效率，同时电压应力等于输入电压，所以MOS管可以选择性价比高的500V MOS管，主回路中少了两个功率二极管，同时全桥LLC在可以实现更大功率输出，应用范围可以更为广泛。

技术研发人员：林文海
受保护的技术使用者：厦门英聚恒电力电子研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/28