一种抗直通半桥LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种抗直通半桥LLC谐振变换器，该变换器是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述的原边电路是由两个功率开关管与二极管串联构成的抗直通半桥结构电路构成，所述的副边电路是由整流电路构成；LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr构成。本发明专利技术采用LLC谐振结构与抗直通半桥结构相结合，通过将LLC谐振结构与抗直通半桥桥臂集成到一起，实现原边抗直通结构以及原边功率开关管的软开关，提高了功率变换器的可靠性、功率密度和效率。本发明专利技术适用于高可靠要求的航空航天、军事领域，能够应用于高输入电压的场合，同时具备抗直通、高可靠、高效率、高功率密度特性的变换器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信电源、航空航天高可靠电源、混合电动汽车等系统的电力电子变换器领域，尤其涉及一种抗直通半桥LLC谐振变换器。
技术介绍
开关电源被广泛应用于国民生产的各个领域，航空航天和军工领域的不断发展对高可靠、高功率密度、高效率、大功率的电源变换器的研制提出了更高的要求。LLC谐振变换器由其能够在全负载范围内实现软开关，效率高而被广泛应用。本专利技术采用LLC谐振与抗直通半桥结构相结合，构造高可靠，高效率变换器。近年来，由于航空航天事业的不断发展，对航天二次电源的研发提出了更高的要求，传统的推挽变换器由于其开关管电压应力高，且为硬开关，变换器效率低，只能应用于低输入电压的场合，而桥式变换器存在桥臂直通的隐患，因此被禁止应用。针对以上结构弊端，为实现对电路的优化，提出一种抗直通半桥LLC谐振变换器。采用抗直通半桥结构与LLC谐振结构相结合的思想，实现开关管的软开关，提高变换器效率，同时该变换器不存在桥臂直通的隐患，可靠性高，同时原边开关管电压应力低，适用于高输入电压的场合。该变换器副边整流管能够实现零电流关断，有效地提高了变换器的效率。变换器采用变频控制，实现对输出电压和功率的调节。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种适合于高输入电压的、抗桥臂直通的、高可靠、抗直通半桥LLC谐振变换器。本专利技术是通过以下技术方案来实现的:—种抗直通半桥LLC谐振变换器，该变换器是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述的原边电路是由两个功率开关管与二极管串联构成的抗直通半桥结构电路构成，所述的副边电路是由整流电路构成;LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感LdP谐振电容Cr构成；所述的原边电路包括第一功率开关管51、第二功率开关管S2、抗直通二极管D1;第一功率开关管S1、抗直通二极管0工和第二功率开关管S2依次串联连接构成抗直通半桥结构，然后与输入电压源Vin并联连接;其中第一功率开关管S1的漏极与输入电压源Vin的正极连接，第一功率开关管Si的源极与抗直通二极管0工的阴极连接，第二功率开关管S2的漏极与抗直通二极管D1的阳极连接，第二功率开关管S2的源极与输入电压源Vin的负极连接；所述的LLC谐振网络和变压器包括第一谐振电容Crl、第二谐振电容Cr2、谐振电感Lr和高频变压器T，高频变压器T原边与副边的匝比为η:1，第一谐振电容Crl与第二谐振电容Cr2串联连接，然后与输入电压源％?并联连接，第一谐振电容Crl与第二谐振电容Cr2的连接点与谐振电感Lr的一端连接;高频变压器T有两个原边绕组Npl、Νρ2和两个副边绕组Nrl、Nr2，高频变压器T的第一原边绕组Npl同名端与第一功率开关管S1的源极以及抗直通二极管D1的阴极连接;高频变压器T的第一原边绕组Npl的非同名端与高频变压器T第二原边绕组Np2的非同名端以及谐振电感Lr的另一端连接，高频变压器T第二原边绕组Np2的同名端与第二功率开关管S2的漏极以及抗直通二级管D1的阳极连接;高频变压器T的第一副边绕组Nsl的非同名端与高频变压器T的第二副边绕组Ns2的同名端连接；所述副边电路包括第一输出整流二极管管Drl、第二输出整流二极管Dr2、输出电容C。和负载电阻R。，第一输出整流二极管Drl的阴极与第二输出整流二极管Dr2的阴极连接，第一输出整流二极管Drl的阳极与高频变压器T的第一副边绕组Nsl的同名端连接，第二输出整流管Dr2的阳极与高频变压器T的第二副边绕组Ns2的非同名端连接;输出电容C。与负载电阻R。并联，输出电容C。和负载电阻R。的正极连接到第一输出整流二极管Drl与第二输出整流二极管Dr2的共阴极处，其负极连接到高频变压器T的第一副边绕组1^的非同名端以及高频变压器T的第二副边绕组Ns2的同名端。本专利技术的目的是实现抗直通、高可靠、高效率、高功率密度的隔离直流变换器，本专利技术采用LLC谐振结构与抗直通半桥结构相结合，通过将LLC谐振结构与抗直通半桥桥臂集成到一起，实现原边抗直通结构以及原边功率开关管的软开关，提高了功率变换器的可靠性、功率密度和效率。本专利技术只有两个开关管，能够有效降低成本。本专利技术适用于高可靠要求的航空航天、军事领域，能够应用于高输入电压的场合，同时具备抗直通、高可靠、高效率、高功率密度特性的变换器。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的一种抗直通半桥LLC谐振变换器，与现有技术相比具有这样的有益效果:(I)变换器不存在桥臂直通的结构，消除桥臂直通的隐患，可靠性高；(2)原边开关管承受电压应力为输入电压值，开关管电压应力低，适用于高压输入场合；(3)所有原边开关管和副边的整流管都能够实现软开关，有效提高变换器效率，同时易于尚频化设计。(4)变压器漏感能够与谐振电感磁集成，提高变换器的功率密度。【附图说明】图1是本专利技术抗直通半桥LLC谐振变换器的电路结构原理图；图2是本专利技术抗直通半桥LLC谐振变换器的主要工作波形图；图3是本专利技术抗直通半桥LLC谐振变换器to-ti阶段的等效电路图；图4是本专利技术抗直通半桥LLC谐振变换器t1-ts阶段的等效电路图；图5是本专利技术抗直通半桥LLC谐振变换器t2_t3阶段的等效电路图；图6是本专利技术抗直通半桥LLC谐振变换器t3阶段后，进入负半周的等效电路图；以上图中的符号名称:Vin*输入电压源;Vgsl、Vgs2为第一功率开关管S1、第二功率开关管32的驱动;Vdsl、Vds2为第一功率开关管S1、第二功率开关管S2两端电压，idrl、idr2为副边第一整流二极管Drl、第二整流二极管Dr2的电流，ipl、ip2为第一原边绕组Npl和第二原边绕组Np2的电流，S1为第一功率开关管、S2为第二功率开关管;Crl为第一谐振电容，Cr2为第二谐振电容;Lr为谐振电感;D1为抗直通二极管;T为高频变压器;Np1、Np2、Ns1、Ns1分别为高频变压器T的第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组;Lml、Lm2分别为第一绕组激磁电感和第二绕组激磁电感；iLr为谐振电感Lr的电流，iPl、iP2为第一原边绕组Npl、、第二原边绕组Np2电流;Drl几2分别为第一输出整流二极管、第二输出整流二极管;C。为输出滤波电容;R。为负载电阻，D为开关管占空比；tdd是死区时间。具体实施方案下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术的一种抗直通半桥LLC谐振变换器，如图1所示，该变换器是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述的原边电路是由两个功率开关管与二极管串联构成的抗直通半桥结构电路构成，所述的副边电路是由整流电路构成;LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感1^和谐振电容Cr构成；所述的原边电路包括第一功率开关管51、第二功率开关管S2、抗直通二极管D1;第一功率开关管S1、抗直通二极管D1和第二功率开关管S2依次串联连接构成抗直通半桥结构，然后与输入电压源Vin并联连接;其中第一功率开关管S1的漏极与输入电压源Vin的正极连接，第一功率开关管Si的源极与抗直通二极管0工的阴极连接，第二功率开关管S2的漏极与抗直通二极管D1的阳极连接，第二功率开关管S2的源极与输入电压源Vin的负极连接；所述的L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗直通半桥LLC谐振变换器，其特征在于：该变换器是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述的原边电路是由两个功率开关管与二极管串联构成的抗直通半桥结构电路构成，所述的副边电路是由整流电路构成；LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr构成；所述的原边电路包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、抗直通二极管D1；第一功率开关管S1、抗直通二极管D1和第二功率开关管S2依次串联连接构成抗直通半桥结构，然后与输入电压源Vin并联连接；其中第一功率开关管S1的漏极与输入电压源Vin的正极连接，第一功率开关管S1的源极与抗直通二极管D1的阴极连接，第二功率开关管S2的漏极与抗直通二极管D1的阳极连接，第二功率开关管S2的源极与输入电压源Vin的负极连接；所述的LLC谐振网络和变压器包括第一谐振电容Cr1、第二谐振电容Cr2、谐振电感Lr和高频变压器T，高频变压器T原边与副边的匝比为n:1，第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2串联连接，然后与输入电压源Vin并联连接，第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2的连接点与谐振电感Lr的一端连接；高频变压器T有两个原边绕组Np1、Np2和两个副边绕组Nr1、Nr2，高频变压器T的第一原边绕组Np1同名端与第一功率开关管S1的源极以及抗直通二极管D1的阴极连接；高频变压器T的第一原边绕组Np1的非同名端与高频变压器T第二原边绕组Np2的非同名端以及谐振电感Lr的另一端连接，高频变压器T第二原边绕组Np2的同名端与第二功率开关管S2的漏极以及抗直通二级管D1的阳极连接；高频变压器T的第一副边绕组Ns1的非同名端与高频变压器T的第二副边绕组Ns2的同名端连接；所述副边电路包括第一输出整流二极管管Dr1、第二输出整流二极管Dr2、输出电容Co和负载电阻Ro，第一输出整流二极管Dr1的阴极与第二输出整流二极管Dr2的阴极连接，第一输出整流二极管Dr1的阳极与高频变压器T的第一副边绕组Ns1的同名端连接，第二输出整流管Dr2的阳极与高频变压器T的第二副边绕组Ns2的非同名端连接；输出电容Co与负载电阻Ro并联，输出电容Co和负载电阻Ro的正极连接到第一输出整流二极管Dr1与第二输出整流二极管Dr2的共阴极处，其负极连接到高频变压器T的第一副边绕组Ns1的非同名端以及高频变压器T的第二副边绕组Ns2的同名端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵清林，范满义，杨秋霞，李晓菊，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13