一种三电平倍频LLC谐振变换装置制造方法及图纸

一种三电平倍频LLC谐振变换装置，包括依次连接的输入分压电容、开关桥臂、谐振腔、变压器和整流滤波电路；输入分压电容由串联连接的两个电容组成，两个电容的另一端分别与电源的正负极连接；开关桥臂是由带有体二极管或外部并联二极管的四个开关管的漏源极依次串联连接，位于开关桥臂两端的开关管的漏源极分别与电源的正负极相连，中间两个开关管的中间连接点与两个电容的中间连接点相连；谐振腔由谐振电感、谐振电容和变压器励磁电感依次串联组成，谐振电感另一端与第一开关管和第二开关管的中间连接点相连，变压器励磁电感另一端与第三开关管和第四开关管的中间连接点相连；变压器副边与整流滤波电路的输入端相连；本实用新型专利技术通过合理设计开关管的驱动发波，实现了对开关管电压应力箝位，同时达到了谐振腔功率器件倍频工作的效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种谐振变换器，具体涉及一种三电平倍频LLC谐振变换装置。
技术介绍
谐振变换器具有开关频率高、开关损耗小、效率高、质量轻、体积小、EMI噪声小、开关应力小等优点。LLC谐振变换器具有原边开关管易实现全负载范围ZVS，次级二极管易实现ZCS，谐振电感和变压器易实现磁集成等优点，近年来得到广泛的应用。同时，为解决高输入电压应用时初级开关管高电压应力问题，将三电平引入到LLC变换器中。传统的三电平LLC谐振变换器需要引入篏位二极管来实现将开关管电压应力限制到输入电压一半，这样可以选用相对低电压规格的开关管。但篏位二极管的引入增加了成本，同时电路较复杂。另外，受半导体器件开关损耗及驱动电路限制，LLC谐振电路工作频率较低(通常几十千赫兹到两百千赫兹)，对于电路中的磁性器件(谐振变压器、电感)小型化仍有一定约束。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本技术提供一种三电平倍频LLC谐振变换装置，通过对变换器中各开关管的控制，控制过程中充分利用拓扑电路中开关管所并联的二极管实现对开关管两端电压的篏位，达到降低开关管电压应力的目的；与传统三电平LLC电路拓扑相比，该电路拓扑结构比传统的三电平LLC电路少了独立的篏位二极管，该电路在一定程度上简化了电路结构，减少了功率器件；与传统的LLC电路拓扑相比，该电路谐振腔工作频率是开关管开关频率的两倍，在相同的开关频率下，磁性器件可以以两倍的频率工作，从而可以将磁性器件体积进一步减小，有利于实现产品的高频化、平面化、小型化，从整体上降低成本。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种三电平倍频LLC谐振变换装置，包括依次连接的输入分压电容1、开关桥臂2、谐振腔3、变压器4和整流滤波电路5；所述输入分压电容1由串联连接的第一电容C1和第二电容C2组成，第一电容C1和第二电容C2的另外一端分别与电源的正极和负极连接；所述开关桥臂2由带有体二极管或外部并联二极管的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的漏源极依次串联连接，位于开关桥臂两端的第一开关管Q1的漏极和第四开关管Q4的源极分别与电源的正极和负极相连接，所述第二开关管Q2和第三开关管Q3的中间连接点与输入分压电容1中第一电容C1和第二电容C2的中间连接点相连接；所述谐振腔3是由谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器励磁电感Lm依次串联组成谐振电路，所述电感Lr的另一端与开关桥臂2中的第一开关管Q1和第二开关管Q2的中间连接点相连接，所述变压器励磁电感Lm的另一端与开关桥臂2中的第三开关管Q3和第四开关管Q4的中间连接点相连接；变压器4的副边与整流滤波电路5的输入端相连接；所述整流滤波电路5是采用通用的整流桥和输出端并联滤波电容的方式进行整流滤波。各开关管的驱动过程为：从t1到T之间为一个开关周期，第一开关管Q1和第四开关管Q4驱动为带死区互补，占空比接近25％，第二开关管Q2和第三开关管Q3驱动为带死区互补，占空比接近75％；t1时刻第一开关管Q1和第三开关管Q3同时导通，第二开关管Q2和第四开关管Q4关断；在t2时刻，第一开关管Q1先关断，第三开关管Q3继续导通，通过第二开关管Q2并联的第二二极管D2续流，经过死区时间tdead到t3时刻第二开关管Q2零电压开通；在t3～t4时间，通过Q2和Q3续流及反向谐振；t4时刻第三开关管Q3关断，通过第四开关管Q4并联的第四二极管D4续流；经过死区时间tdead到t5时刻第四开关管Q4零电压开通；在t5～t6时间，通过Q2和Q4续流及正向谐振；t6时刻第四开关管Q4关断，第二开关管Q2继续导通，通过第三开关管Q3并联的第三二极管D3续流；经过死区时间tdead到t7时刻第三开关管Q3零电压开通；在t7～t8时间，通过Q2和Q3续流及反向谐振；t8时刻第二开关管Q2关断，通过第一开关管Q1并联的第一二极管D1续流；经过死区时间tdead到周期T结束，进入下一个周期第一开关管Q1零电压开通。本技术与现有技术相比，具有如下优点：相对于传统的半桥三电平LLC电路，本技术去除了两个独立的篏位二极管，通过合理设计开关管的驱动发波，使各开关管关断时所承受的电压应力平台值为输入母线电压的一半，与使用独立篏位二极管所达到的效果相同；相对于传统的LLC电路，该电路谐振腔工作频率是开关管开关频率的两倍，在相同的开关频率下，磁性器件可以以两倍的频率工作，从而可以将磁性器件体积进一步减小，有利于实现产品的高频化、平面化、小型化，从整体上降低成本。附图说明图1为新型三电平倍频LLC变换器拓扑电路。图2为三电平倍频LLC变换器拓扑电路中各开关管驱动波形。图3为t1～t2时间电流流向图。图4为t2～t3时间电流流向图。图5为t3～t4时间电流流向图。图6为t4～t5时间电流流向图。图7为t5～t6时间电流流向图。图8为t6～t7时间谐振电流流向图。图9为t7～t8时间谐振电流流向图。图10为t8～T时间谐振电流流向图。图11为关键节点波形图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本技术作进一步的详细描述。图1为新型三电平倍频LLC变换器拓扑电路，如图所示，本技术一种三电平倍频LLC谐振变换装置，包括依次连接的输入分压电容1、开关桥臂2、谐振腔3、变压器4和整流滤波电路5；所述输入分压电容1由串联连接的第一电容C1和第二电容C2组成，第一电容C1和第二电容C2的另外一端分别与电源的正极和负极连接；所述开关桥臂2由带有体二极管或外部并联二极管的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的漏源极依次串联连接，位于开关桥臂两端的第一开关管Q1的漏极和第四开关管Q4的源极分别与电源的正极和负极相连接，所述第二开关管Q2和第三开关管Q3的中间连接点与输入分压电容1中第一电容C1和第二电容C2的中间连接点相连接；所述谐振腔3是由电感Lr、电容Cr和励磁电感Lm依次串联组成谐振电路，所述电感Lr的另一端与开关桥臂2中的第一开关管Q1和第二开关管Q2的中间连接点相连接，所述变压器励磁电感Lm的另一端与开关桥臂2中的第三开关管Q3和第四开关管Q4的中间连接点相连接；变压器4的副边与整流滤波电路5的输入端相连接；所述整流滤波电路5是采用通用的整流桥(全波或全桥整流)和输出端并联滤波电容的方式进行整流滤波。图2为三电平倍频LLC变换器拓扑电路中各开关管驱动波形，如图所示，从t1到T之间为一个开关周期，t1时刻第一开关管Q1和第三开关管Q3同时导通，第二开关管Q2和第四开关管Q4关断；在t2时刻，第一开关管Q1先关断，第三开关管Q3继续导通，经过死区时间tdead到t3时刻第二开关管Q2零电压开通；在t3～t4时间，通过Q2和Q3续流及反向谐振；t4时刻第三开关管Q3关断；经过死区时间tdead到t5时刻第四开关管Q4零电压开通；在t5～t6时间，通过Q2和Q4续流及正向谐振；t6时刻第四开关管Q4关断，第二开关管Q2继续导通；经过死区时间tdead到t7时刻第三开关管Q3零电压开通；在t7～t8时间，通过Q2和Q3续流及反向谐振；t8时刻第二开关管Q2关断，通过第一开关管Q1所并联的第一二极管D1续流；经过死区时间tdead到周期T结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平倍频LLC谐振变换装置，其特征在于：包括依次连接的输入分压电容(1)、开关桥臂(2)、谐振腔(3)、变压器(4)和整流滤波电路(5)；所述输入分压电容(1)由串联连接的第一电容(C1)和第二电容(C2)组成，第一电容(C1)和第二电容(C2)的另外一端分别与电源的正极和负极连接；所述开关桥臂(2)由带有体二极管或外部并联二极管的第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)的漏源极依次串联连接，位于开关桥臂两端的第一开关管(Q1)的漏极和第四开关管(Q4)的源极分别与电源的正极和负极相连接，所述第二开关管(Q2)和第三开关管(Q3)的中间连接点与输入分压电容(1)中第一电容(C1)和第二电容(C2)的中间连接点相连接；所述谐振腔(3)是由电感(Lr)、电容(Cr)和变压器励磁电感(Lm)依次串联组成谐振电路，所述电感(Lr)的另一端与开关桥臂(2)中的第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)的中间连接点相连接，所述变压器励磁电感(Lm)的另一端与开关桥臂(2)中的第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)的中间连接点相连接；变压器(4)的副边与整流滤波电路(5)的输入端相连接；所述整流滤波电路(5)是采用通用的整流桥和输出端并联滤波电容的方式进行整流滤波。...

【技术特征摘要】
1.一种三电平倍频LLC谐振变换装置，其特征在于：包括依次连接的输入分压电容(1)、开关桥臂(2)、谐振腔(3)、变压器(4)和整流滤波电路(5)；所述输入分压电容(1)由串联连接的第一电容(C1)和第二电容(C2)组成，第一电容(C1)和第二电容(C2)的另外一端分别与电源的正极和负极连接；所述开关桥臂(2)由带有体二极管或外部并联二极管的第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)的漏源极依次串联连接，位于开关桥臂两端的第一开关管(Q1)的漏极和第四开关管(Q4)的源极分别与电源的正极和负极相连接，所述第二开关管(Q2)和第三开关管(Q3)的中间连接点与输入分压电容(1)中第一电容(C1)和第二电容(C2)的中间连接点相连接；所述谐振腔(3)是由电感(Lr)、电容(Cr)和变压器励磁电感(Lm)依次串联组成谐振电路，所述电感(Lr)的另一端与开关桥臂(2)中的第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)的中间连接点相连接，所述变压器励磁电感(Lm)的另一端与开关桥臂(2)中的第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)的中间连接点相连接；变压器(4)的副边与整流滤波电路(5)的输入端相连接；所述整流滤波电路(5)是采用通用的整流桥和输出端并联滤波电容的方式进行整流滤波。2.根据权利要求1所述一种三电平倍频LLC谐振变换装置，其特征在于：各开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：方飞，刘小刚，张磊，梁欢迎，
申请(专利权)人：特变电工西安电气科技有限公司，特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61