谐振变换电路及谐振变换器的制作方法

1.本实用新型涉及谐振变换领域，尤其涉及一种谐振变换电路及谐振变换器。


背景技术：

2.谐振变换器是一种软开关变换器。
3.在相关技术中，随着开关变换器工作频率的不断提高，开关变换器的损耗也越大，造成变换器的设计成本越来越高。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种谐振变换电路，能够提供开关管的功率密度，从而减低谐振变换电路的设计成本。
5.本实用新型还提出一种具有上述谐振变换电路的谐振变换器。
6.根据本实用新型的第一方面实施例的谐振变换电路，包括：电源模块，用于提供供电信号；方波发生模块，与所述电源模块连接，用于对所述供电信号进行处理以生成方波信号；输出模块，与所述方波发生模块连接，用于根据所述方波信号生成谐振信号；反馈模块，与所述输出模块连接，用于根据所述谐振信号生成反馈信号；调频控制模块，所述调频控制模块的一端与所述方波发生模块连接，所述调频控制模块的另一端与所述反馈模块连接，用于根据所述反馈信号输出驱动信号；其中，所述方波发生模块还用于根据所述驱动信号调节所述方波信号的频率。
7.根据本实用新型实施例的谐振变换电路，至少具有如下有益效果：通过反馈模块和调频控制模块对方波信号的生成进行控制，即控制谐振变换电路在待机状态和工作状态中进行切换，使得谐振变换电路的工作频率始终限定在合理的范围内，从而提高了谐振变换电路的功率密度，并降低了谐振变换电路的设计成本。
8.根据本实用新型的一些实施例，还包括：空载检测模块，分别与所述输出模块和所述调频控制模块连接，用于检测负载连接状态，并生成检测信号；其中，所述调频控制模块还用于根据所述检测信号调节所述驱动信号的频率。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述空载检测模块包括：第一互感单元，所述第一互感单元的初级线圈与所述输出模块连接并接地；整流桥，所述整流桥的输入端与所述第一互感单元的次级线圈连接；第一电阻，分别与所述整流桥的输出端和所述调频控制模块连接。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述反馈模块包括：第二电阻，所述第二电阻的一端接地；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电阻的另一端连接；第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端连接，所述第四电阻的另一端与所述输出模块连接；稳压管，所述稳压管的正极与所述第三电阻连接并接地；光耦合器，所述光耦合器的一端与所述稳压管的负极连接，所述光耦合器的另一端与所述调频控制模块连接。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述调频控制模块包括：调频控制单元，所述调频
控制单元的第一端口和第二端口分别与所述方波发生模块连接，所述调频控制单元的第三端口和第四端口分别与所述光耦合器连接。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述调频控制单元的型号为uc2825。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述方波发生模块包括：第二互感单元，所述第二互感单元的初级线圈与所述调频控制单元连接；第一方波发生单元，所述第一方波发生单元的一端与所述第二互感单元的第一次级线圈连接，所述第一方波发生单元的另一端与所述输出模块连接；第二方波发生单元，所述第二方波发生单元的一端与所述第二互感单元的第二次级线圈连接，所述第二方波发生单元的另一端分别与所述第一方波发生单元和所述输出模块连接；其中，所述第一方波发生单元包括：第一开关管，所述第一开关管的栅极与所述第一次级线圈连接，所述第一开关管的漏极与所述电源模块连接；所述第二方波发生单元包括：第二开关管，所述第二开关管的栅极与所述第二次级线圈连接，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管的漏极分别与所述第一开关管的栅极和所述输出模块连接。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述第一开关管和所述第二开关管均为nmos管。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述输出模块包括：谐振单元，与所述方波发生模块连接，用于根据所述方波信号生成正弦波信号；变压器，所述变压器的初级线圈的一端与所述谐振单元连接，所述变压器初级线圈的另一端与所述空载检测模块连接并接地；整流滤波单元，所述整流滤波单元的一端与所述变压器的次级线圈连接，所述整流滤波单元的另一端与所述反馈模块连接。
16.根据本实用新型的第二方面实施例的谐振变换器，包括如上述任一实施例所描述的谐振变换电路。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：
19.图1为本实用新型实施例谐振变换电路的一模块框图；
20.图2为本实用新型实施例谐振变换电路的另一模块框图；
21.图3为本实用新型实施例谐振变换电路的一电路结构示意图；
22.图4为本实用新型实施例谐振变换电路的另一电路结构示意图；
23.图5为本实用新型实施例谐振变换电路的另一电路结构示意图；
24.图6为本实用新型实施例谐振变换电路的另一电路结构示意图。
25.附图标记：电源模块100、方波发生模块200、第一方波发生单元210、第二方波发生单元220、输出模块300、谐振单元310、变压器320、整流滤波单元330、反馈模块400、调频控制模块500、空载检测模块600。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参
考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
29.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
30.本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
31.参照图1，本技术实施例提供了一种谐振变换电路。该谐振变换电路包括：电源模块100、方波发生模块200、输出模块300、反馈模块400和调频控制模块500。电源模块100用于为谐振变换电路提供供电信号；方波发生模块200与电源模块100连接，用于根据供电信号生成方波信号；输出模块300与方波发生模块200连接，用于根据方波信号生成谐振信号；反馈模块400与输出模块300连接，用于根据谐振信号生成反馈信号；调频控制模块500的一端与方波发生模块200连接，调频控制模块500的另一端与反馈模块400连接，用于根据反馈信号输出驱动信号。其中，方波发生模块200还用于根据驱动信号调节方波信号的频率。具体地，电源模块100用于向整个谐振变换电路输入稳定的直流电压，方波发生模块200用于生成占空比固定且频率可调的方波信号，例如生成占空比为50％的方波信号。输出模块300用于根据方波信号的电压生成正弦波电流，并对正弦波电流进行处理以生成谐振信号，使得方波发生模块200中的开关管工作在零电压开关状态。调频控制模块500根据反馈信号生成一对互补、占空比固定且频率可调的驱动信号，例如生成占空比为50％的驱动信号。方波发生模块200根据驱动信号改变生成的方波信号的频率，以使输出模块生成的谐振信号的频率达到开关管的工作频率要求。例如：当输出模块300生成的谐振信号电压大于反馈模块400中的预设阈值时，反馈模块400通过控制调频控制模块500的驱动信号的频率使得方波发生模块200暂停生成方波信号，即谐振变换电路进入待机状态；当谐振信号小于预设阈值时，反馈模块400通过控制调频控制模块500的驱动信号的频率使得方波发生模块200重新生成方波信号，即谐振变换电路重新进入工作状态。
32.本技术实施例通过反馈模块400和调频控制模块500对方波信号的生成进行控制，即控制谐振变换电路在待机状态和工作状态中进行切换，使得谐振变换电路的工作频率始终限定在合理的范围内，从而提高了谐振变换电路的功率密度，并降低了谐振变换电路的
设计成本。
33.参照图2，在一些实施例中，谐振变换电路还包括：空载检测模块600。该空载检测模块600分别与输出模块300和调频控制模块500连接，用于检测谐振变换电路的负载连接状态，并根据检测结果生成检测信号。其中，调频控制模块500还用于根据检测信号调节驱动信号的频率。具体地，当谐振变换电路无负载连接，即谐振变换电路为空载状态时，空载检测模块600生成对应的检测信号。调频控制模块500根据检测信号生成对应的驱动信号，使得谐振变换电路工作在间歇模式，以防止空载时出现开关频率过高的情况。
34.参照图3，在一些实施例中，空载检测模块600包括：第一互感单元s1、整流桥t1和第一电阻r1。第一互感单元s1的初级线圈与输出模块300连接并接地。整流桥t1的输入端与第一互感单元s1的次级线圈连接。第一电阻r1分别与整流桥t1的输出端和调频控制模块500连接。具体地，第一互感单元s1的初级线圈与输出模块300串联连接。当谐振变换电路处于空载状态时，第一互感单元s1的初级线圈的电流为零，第一互感单元s1的次级线圈的电流也为零，该电流信号经过整流桥t1整流后在第一电阻r1两端形成电压信号(检测信号)，调频控制模块500根据电压信号生成对应的驱动信号，以对方波发生模块200进行控制，从而使得谐振变换电路工作在间歇模式。
35.参照图4，在一些实施例中，反馈模块400包括：第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、稳压管d1和光耦合器d2。第二电阻r2的一端接地；第三电阻r3的一端与第二电阻r2的另一端连接；第四电阻r4的一端与第三电阻r3的另一端连接，第四电阻r4的另一端与输出模块300连接；稳压管d1的正极与第三电阻r3连接并接地；光耦合器d2的一端与稳压管d1的负极连接，光耦合器d2的另一端与调频控制模块500连接。具体地，第三电阻r3为可调电阻，可调电阻的一端与第二电阻r2连接，可调电阻的另一端与第四电阻r4连接，可调电阻的可调端与稳压管d1的正极连接。输出模块300的谐振信号经第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4分压后流向稳压管d1，当分压后的谐振信号小于稳压管d1的基准电压(预设阈值)时，稳压管d1输出低电平信号，此时光耦合器d2处于导通状态。调频控制模块500根据导通的光耦合器d2获取反馈信号，以输出对应的驱动信号，从而改变方波发生模块200生成的方波信号的频率，使得输出的谐振信号达到开关管的工作频率要求。当分压后的谐振信号大于稳压管d1的基准电压(预设阈值)时，稳压管d1输出高电平信号，此时光耦合器d2处于关断状态。调频控制模块500获取的反馈信号为零，调频控制模块500根据反馈信号输出对应的驱动信号，使得输出模块300无谐振信号输出，以控制谐振变换电路的工作频率在合理的范围内。可以理解的是，可以根据实际需要对稳压管d1进行选取，以根据实际需要设置对应的预设阈值，从而改变谐振变换电路的工作频率范围。
36.参照图5和图6，在一些实施例中，调频控制模块500包括调频控制单元510。该调频控制单元510的第一端口和第二端口分别与方波发生模块200连接，调频控制单元510的第三端口和第四端口分别与光耦合器d2连接。具体地，调频控制单元510的第一端口为第一引脚所在端口，第二端口为第三引脚所在端口，第三端口为第四引脚所在的端口，第四端口为第六引脚所在的端口。在一些具体的实施例中，调频控制单元510的型号为uc2825。当光耦合器d2导通时，调频控制模块500的第三端口和第四端口接收到反馈模块400发出的高电平信号(反馈信号)，调频控制模块500的第一端口和第二端口输出对应的pwm信号(驱动信号)，以改变方波信号的频率，使得输出模块300的输出信号达到开关管导通或关断的要求。
可以理解的是，还可以根据实际需要对调频控制单元510的型号进行适应性选取，通过利用专用的调频控制单元510，使得谐振变换电路无需额外设计软件算法，降低了谐振变换电路的设计成本。
37.在一些实施例中，方波发生模块200包括：第二互感单元s2、第一方波发生单元210和第二方波发生单元220。第二互感单元s2的初级线圈与调频控制单元510连接。第一方波发生单元210的一端与第二互感单元s2的第一次级线圈连接，第一方波发生单元210的另一端与输出模块300连接。第二方波发生单元220的一端与第二互感单元s2的第二次级线圈连接，第二方波发生单元220的另一端分别与第一方波发生单元210和输出模块300连接。其中，第一方波发生单元210包括第一开关管q1，第一开关管q1的栅极与第一次级线圈连接，第一开关管q1的漏极与电源模块100连接。第二方波发生单元220包括第二开关管q2，第二开关管q2的栅极与第二次级线圈连接，第二开关管q2的源极接地，第二开关管q2的漏极分别与第一开关管q1的栅极和输出模块300连接。具体地，调频控制单元510的第一端口和第二端口分别与第二互感单元s2的初级线圈连接。第二互感单元s2的初级线圈用于接收调频控制单元510生成的驱动信号，第二互感单元s2的第一次级线圈和第二次级线圈根据该驱动信号产生对应的感应信号，使得第一方波发生单元210和第二方波发生单元220分别根据感应信号生成方波信号。在一些具体的实例中，第一开关管q1和第二开关管q2均为nmos管，空载检测模块600的第一电阻r1与调频控制单元第七引脚所在的端口连接，当谐振变换电路处于空载状态时，第一电阻r1两端产生的电压信号(检测信号)通过第七引脚所在的端口发送至调频控制模块500，调频控制模块500生成对应的驱动信号，以通过第二互感单元s2控制第一开关管q1和第二开关管q2同时导通，从而降低空载状态下谐振变换电路的开关频率。
38.参照图6，在一些实施例中，输出模块300包括：谐振单元310、变压器320和整流滤波单元330。谐振单元310与方波发生模块200连接，用于根据方波信号生成正弦波信号；变压器320的初级线圈的一端与谐振单元310连接，变压器320初级线圈的另一端与空载检测模块600连接并接地；整流滤波单元330的一端与变压器320的次级线圈连接，整流滤波单元330的另一端与反馈模块400连接。具体地，变压器320初级线圈的另一端与第一互感单元s1的初级线圈连接。谐振单元310用于将方波信号转换为正弦波电流，并使方波发生模块200的开关管工作在零电压开关状态下。变压器320用于实现输出模块300输入端和输出端的隔离和电压变化，即用于将正弦波电流变换为交流信号。整流滤波单元330用于将变压器320次级线圈的交流信号输出整流为直流信号输出，从而生成输出信号。可以理解的是，可以利用变压器320寄生电感作为谐振电感，即无需单独增加漏感，并且输出模块300无需使用输出电感，从而简化了谐振变换电路的结构，节约了电路设计成本，并提高了电路的功率密度。
39.在一个具体的实施例中，反馈模块400将整流滤波单元330的实际输出电压(输出信号)与反馈模块400稳压管d1的基准电压(预设阈值)进行比较，当输出电压大于基准电压时，反馈模块400控制调频控制模块500进入待机状态，即调频控制单元510暂停输出驱动信号，从而使得方波发生模块200暂停输出方波信号。当输出电压小于基准电压时，反馈模块400控制调频控制模块500由待机状态转变为工作状态，即调频控制单元510重新输出驱动信号，使得方波发生模块200和谐振单元310重新工作，并向整流滤波单元330输送输出信
号。此时，跌落的输出电压重新开始上升，并循环重复以上操作，从而为开关管实现零电流开关zcs或零电压开关zvs提供了机会，并减小了开关损耗。
40.本技术实施例还提供了一种谐振变换器，包括如上述任意实施例所描述的谐振变换电路。
41.本技术实施例提供的谐振变换电路及谐振变换器实现了zvs导通和关断，通过反馈模块和空载检测模块使得谐振变换电路的工作频率始终限定在一定的范围内，从而提高了谐振变换电路的功率密度，并降低了谐振变换电路的设计成本。
42.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。