一种定频谐振式直流至直流转换器电路及其控制方法技术

一种定频谐振式直流至直流转换器电路，包括变压器，所述变压器包括初级侧和次级侧；耦合至所述初级侧的第一级电路，所述第一级电路包括具有第一桥臂及第二桥臂的全桥逆变电路及谐振储能电路，所述全桥逆变电路输入端用于连接直流电源，输出端通过所述谐振储能电路与变压器初级侧连接；耦合至所述次级侧的第二级电路，所述第二级电路包括整流电路；控制器；其中，所述第一开关管与第二开关管之间、第三开关管与第四开关管之间，第五开关管与第六开关管之间的导通时间分别为开关控制信号的半个周期。该方案有效改善了全桥相移轻载不易进入ZVS的缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流至直流转换系统领域，特别涉及一种定频谐振式直流至直流转换器电路及其控制方法。
技术介绍
传统单相高功因的切换式电源具有两级电路架构，前级为非隔离的PFC整流器(rectifier)，后级为隔离式的直流至直流转换器，图1及图2为常用的电路架构，图1为PFC升压式AC-DC整流器结合全桥式相移DC-DC转换器，图2为升压式AC-DC整流器结合LLC谐振式DC-DC转换器。相移控制全桥式DC-DC转换器由于具备定频与零电压切换(ZVS)特性，广泛被使用较大功率的应用，但其仍有以下缺点：零电压切换在较轻载时难以达成，轻载时效率较差且电磁干扰较严重；即便达成零电压切换，一次侧具有较大的环流使得导通损较高等。图2的LLC谐振式DC-DC转换器虽无轻载ZVS问题，但仍具有以下限制：为了使LLC谐振式转换器适应较宽的输入电压范围，其切换频率将变化大，变压器设计难以被优化；变频操作需求下LLC谐振式转换器的铁心较大，同时具有较高的铁损；为使输入电压具有较宽的范围，必须使用较小的磁化电感以获得高Q值使电路具备较高的增益，但因此会造成较大的导通损；电路在低压及过载情况容易偏移至电容区，造成电路损毁等。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术相移控制全桥式转换器轻载不易进入零电压切换及变频式LLC谐振式转换器输入电压变化范围的受限的技术问题，提供一种定频谐振式直流至直流转换器电路，允许输入电压具有宽广变化，同时一次侧的主开关及二次侧的同步开关在各式负载下均能达成零电压开关(ZVS)切换。本专利技术的实施例提供一种定频谐振式直流至直流转换器电路，包括：变压器，所述变压器包括初级侧和次级侧；耦合至所述初级侧的第一级电路，所述第一级电路包括具有第一桥臂及第二桥臂的全桥逆变电路及谐振储能电路，所述全桥逆变电路输入端用于连接直流电源，输出端通过所述谐振储能电路与变压器初级侧连接，所述第一桥臂上桥臂上设有第一开关管，第一桥臂下桥臂上设有第二开关管，所述第二桥臂上桥臂上设有第三开光管，第二桥臂下桥臂上设有第四开关管；耦合至所述次级侧的第二级电路，所述第二级电路包括具有分别对应第一和第四开关管、第二和第三开关管的第五开关管、第六开关管的整流电路，所述整流电路的输出端用于给负载供电。控制器，用于根据整流电路输出电压及输出电压参考值通过相移控制第一开关、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管的闭合导通时间以维持所述输出电压；其中，所述第一开关管与第二开关管之间、第三开关管与第四开光管之间，第五开关管与第六开关之间的导通时间分别为开关控制信号的半个周期。进一步地，所述控制器包括：电压控制器，用于根据输出电压与输出电压参考值调整得到一角度控制信号；正向限制器，用于将角度控制信号转为第一相移角度θcon1；第一相移电路，用于根据第一相移角度θcon1得到第一相位差θC1；第一开关控制器，用于根据所述第一相位差θC1调整第五开关管或第六开关管的闭合导通时间；负向限制器，用于将所述角度控制信号转为第二相移角度θcon2；第二相移电路，用于根据第二相移角度得到第二相位差θC2；第二开关控制器，用于根据所述第二相位差θC2调整第一开关管、第二开关管、第三开关管或第四开关管的闭合导通时间。进一步地，所述次级侧包括两个相互串接的第一次级线圈与第二次级线圈，所述第一次级线圈、第二次级线圈还与所述第五开关管及第六开关管串接形成回路，第一次级线圈与第二次级线圈之间引出一条连接线，第五开关管及第六开关之间引出另一条连接线，所述两条连接线形成整流电路的输出端。进一步地，所述谐振储能电路包括一谐振电感器Lr和一谐振电容器Cr，所述初级侧包括一个初级侧线圈，所述谐振电感器、谐振电容器及初级侧线圈相互串接后连接在全桥逆变电路的输出端之间。进一步地，所述整流电路的输出端上还连接有一滤波电容。进一步地，所述第一开关、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管为MOS管。本专利技术的实施例还提供一种定频谐振式直流至直流转换器电路的控制方法，所述控制方法包括：根据整流电路输出电压及输出电压参考值，通过相移控制第一开关、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和/或第六开关管的闭合导通时间以维持所述整流电路输出电压；其中，所述第一开关与第二开关管之间的切换频率，第三开关管与第四开关管之间的切换频率，第五开关管与第六开关管之间的切换频率相同且为定频，同时该频率大于谐振储能电路的谐振频率。进一步地，具体包括以下步骤：根据整流电路输出电压与输出电压参考值调整输出一角度控制信号；控制所述角度控制信号通过正向限制器与负向限制器处理后分别得到第一相移角度θcon1与第二相移角度θcon2；控制第一相移角度θcon1与第二相移角度θcon2分别通过一相移电路处理后，得到第一相位差θC1与第二相位差θC2；根据所述第一相位差θC1调整第五开关管或第六开关管的闭合导通时间，并根据所述第二相位差θC2调整第一桥臂与第二桥臂上开关管的闭合导通时间。进一步地，当所述角度控制信号为正时：所述第一相移角度为θcon1正值，所述第一相位差θC1＝-θcon1，控制第五开关管闭合导通时间滞后第一桥臂上第一开关管闭合导通时间的相移角度为θcon1；所述第二相移角度为0，所述第二相位差θC2＝180°+θcon1，控制第二桥臂的相移角度为180°。进一步地，当所述角度控制信号为负时：所述第一相移角度θcon1为0，所述第一相位差θC1＝0，控制第五开关管的闭合导通时间滞后第一桥臂上第一开关管闭合导通时间的相移角度为0；所述第二相移角度θcon2为负值，所述第二相位差θC2＝180°+θcon2，控制第二桥臂的相移角度为180°+θcon2。以上所述技术方案，通过根据整流电路输出电压及输出电压参考值及通过相移控制第一开关、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管的闭合导通时间以维持所述输出电压，从而实现二次侧相对一次侧上开光管的相移控制，从而可以实现维持谐振式转换器的输出电压，而且允许输入电压具有宽广变化，同时一次侧的主开关及二次侧的同步开关在各式负载下均能达成ZVS切换，有效改善了全桥相移轻载不易进入ZVS的缺点。附图说明图1是现有的PFC升压式AC-DC整流器结合全桥式相移DC-DC转换器电路结构示意图；图2是现有的升压式AC-DC整流器结合LLC谐振式DC-DC转换器电路结构示意图；图3是本专利技术一种实施例的定频谐振式直流至直流转换器电路结构示意图；图4是图3的转换器电路结构简化电路结构示意图；图5是本专利技术定频谐振式直流至直流转换器电路中的基本波等效电路示意图；图6是本专利技术定频谐振式直流至直流转换器在稍重载下(θcon为正)的相量图；图7是本专利技术定频谐振式直流至直流转换器在轻载下(θcon为负)的相量图；图8是本专利技术定频谐振式直流至直流转换器的仿真电路结构图；图9是图8中仿真电路在满载1.5kW下的响应示意图；图10是图8中仿真电路在轻载600W下的响应示意图；图11是本专利技术一种实施例的定频谐振式直流至直流转换器的控制方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定频谐振式直流至直流转换器电路，其特征在于，包括：变压器，所述变压器包括初级侧和次级侧；耦合至所述初级侧的第一级电路，所述第一级电路包括具有第一桥臂及第二桥臂的全桥逆变电路及谐振储能电路，所述全桥逆变电路输入端用于连接直流电源，输出端通过所述谐振储能电路与变压器初级侧连接，所述第一桥臂上桥臂上设有第一开关管，第一桥臂下桥臂上设有第二开关管，所述第二桥臂上桥臂上设有第三开光管，第二桥臂下桥臂上设有第四开关管；耦合至所述次级侧的第二级电路，所述第二级电路包括具有分别对应第一和第四开关管、第二和第三开关管的第五开关管、第六开关管的整流电路，所述整流电路的输出端用于给负载供电；控制器，用于根据整流电路输出电压及输出电压参考值通过相移控制第一开关、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管的闭合导通时间以维持所述输出电压；其中，所述第一开关管与第二开关管之间、第三开关管与第四开关管之间，第五开关管与第六开关管之间的导通时间分别为开关控制信号的半个周期。

【技术特征摘要】
1.一种定频谐振式直流至直流转换器电路，其特征在于，包括：变压器，所述变压器包括初级侧和次级侧；耦合至所述初级侧的第一级电路，所述第一级电路包括具有第一桥臂及第二桥臂的全桥逆变电路及谐振储能电路，所述全桥逆变电路输入端用于连接直流电源，输出端通过所述谐振储能电路与变压器初级侧连接，所述第一桥臂上桥臂上设有第一开关管，第一桥臂下桥臂上设有第二开关管，所述第二桥臂上桥臂上设有第三开光管，第二桥臂下桥臂上设有第四开关管；耦合至所述次级侧的第二级电路，所述第二级电路包括具有分别对应第一和第四开关管、第二和第三开关管的第五开关管、第六开关管的整流电路，所述整流电路的输出端用于给负载供电；控制器，用于根据整流电路输出电压及输出电压参考值通过相移控制第一开关、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管的闭合导通时间以维持所述输出电压；其中，所述第一开关管与第二开关管之间、第三开关管与第四开关管之间，第五开关管与第六开关管之间的导通时间分别为开关控制信号的半个周期。2.根据权利要求1所述的定频谐振式直流至直流转换器电路，其特征在于，所述控制器包括：电压控制器，用于根据输出电压与输出电压参考值调整得到一角度控制信号；正向限制器，用于将角度控制信号转为第一相移角度θcon1；第一相移电路，用于根据第一相移角度θcon1得到第一相位差θC1；第一开关控制器，用于根据所述第一相位差θC1调整第五开关管或第六开关管的闭合导通时间；负向限制器，用于将所述角度控制信号转为第二相移角度θcon2；第二相移电路，用于根据第二相移角度得到第二相位差θC2；第二开关控制器，用于根据所述第二相位差θC2调整第一开关管、第二开关管、第三开关管或第四开关管的闭合导通时间。3.根据权利要求1所述的定频谐振式直流至直流转换器电路，其特征在于，所述次级侧包括两个相互串接的第一次级线圈与第二次级线圈，所述第一次级线圈、第二次级线圈还与所述第五开关管及第六开关管串接形成回路，第一次级线圈与第二次级线圈之间引出一条连接线，第五开关管及第六开关管之间引出另一条连接线，所述两条连接线形成整流电路的输出端。4.根据权利要求1所述的定频谐振式直流至直流转换器电路，其特征在于，所述谐振储能电路包括一谐振电感器Lr和一谐振电容器Cr，所述初级侧包括一个初级侧线圈，所述谐振电感器、谐振电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国勇，李光，吴国军，吴海洋，翟基虎，
申请(专利权)人：深圳市拓革科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44