谐振转换器的模块并联技术制造技术

本发明专利技术提供一种LLC谐振转换器，其包括具有第一初级电路的第一相以及具有第二初级电路的第二相。第一初级电路包括第一共用电感器，第二初级电路包括第二共用电感器。第一共用电感器与第二共用电感器互相并联连接。第一初级电路与第二初级电路不包括互相并联连接的电容器。

Modular Parallel Technology of resonant converter

The invention provides a LLC resonant converter, which comprises a first phase with a first primary circuit and a second phase with a second primary circuit. The first primary circuit includes the total inductor, and the second primary circuit includes second common inductors. The inductor is connected to the second common inductors in parallel. The first primary circuit and the second primary circuit do not include capacitors connected to each other in parallel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】谐振转换器的模块并联技术
本专利技术涉及高效电源及类似装置。
技术介绍
多相并联谐振转换器适用于高效且高功率的DC/DC应用，例如适用于通信电源及类似应用。负载均流在上述应用中为重要问题。交错并联功率转换器能提供具有较小纹波的输出。然而，由于交错并联功率转换器需要追加金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，因而交错并联功率转换器的成本较高，且需要追加栅极驱动电路。当负载变化的情况下，该交错并联功率转换器的动态性能不佳。尤其是，在低负载时，所有MOSFET的开关损耗使得交错并联功率转换器的效率降低。已知的LLC谐振转换器由于其具有波形平滑、高效且高功率密度这些优异特征而优选适用于绝缘DC/DC应用，例如平板电视、笔记本电脑适配器、服务器计算机等。已知的LLC谐振转换器由于初级侧MOSFET的零电压切换(ZVS)及次级侧二极管的零电流切换(ZCS)而具有高效性，从而被广泛应用，其中，次级侧二极管在电流导通状态与电流截止状态之间切换以使得该二极管电流在下一个半周期前减小为零。在高功率应用中，电源设备上的电流应力随着额定功率的增加而增加。为了解决上述电流应力的问题，优选将多个转换器或多个相、多个级并联连接。然而，由于谐振元件的偏差，使得各转换器的谐振频率不同。因此，不同相的输出电流不同。例如图4所示，如小于5％的较小的元件偏差可能导致显著的电流失衡。因此，需要均流来实现多相操作。图30示出已知的二相转换器，其具有相1及相2。各相包括具有初级绕组与次级绕组的变压器。该变压器的匝数比为n。初级电路与初级绕组相连，次级电路与次级绕组相连。相1的初级电路包括串联连接的初级开关Q11、Q12，且包括串联连接的谐振电感器Lr、谐振电容器Cr以及感应电感器Lm。该感应电感器Lm与初级绕组并联连接。电流iLr1是相1中的谐振电流。相2的初级电路包括串联连接的初级开关Q21、Q22，且包括串联连接的谐振电感器aLr、谐振电容器bCr以及感应电感器cLm。上述值a、b、c表示上述两相的谐振参数不同。该感应电感器cLm与初级绕组并联连接。电流iLr2是相2中的谐振电流。相1及相2的初级电路与电压输入Vin相连。相1的次级电路包括整流部以及与整流部相连的输出电容器Co1，该整流部包括与次级绕组相连的同步整流器SR11、SR12。电流irect1流过该整流部。电流io1是相1的负载电流。相2的次级电路包括整流部以及与整流部相连的输出电容器Co2，该整流部包括与次级绕组相连的同步整流器SR21、SR22。电流irect2流过该整流部。电流io2是相2的负载电流。相1及相2的次级电路与输出Vo相连。电流io是输出电流。电阻Ro代表负载的电阻。利用LLC转换器的数学模型来对均流特征进行分析。为了方便说明，图30示出不使用均流方法的二相LLC转换器。图31是基于基波分析法(FHA)的等效电路图。在稳定状态下，根据各负载电流io1,io2，负载电阻Ro被分为Ro1及Ro2。初级侧等效ac电阻Rac1、Rac2为：其中，k是阻抗共享误差，为0与1之间。若k＝0.5，则负载功率由两个相来均分。若k＝0或1，则该负载功率可以仅由其中一相提供。已知有三种均流方法被用于多相LLC转换器。已知的第一种均流方法是主动均流方法，如图27、图28所示，其利用追加的MOSFET来调整等效谐振电容器或电感器以对元件偏差进行补偿。该方法能实现优异的负载均分性能。图27中示出使用开关电容器的已知方法的一示例。图27中示出使用开关电容器的已知均流方法。各相分别具有一个开关电容器。该开关电容器包括电容器Cs以及两个晶体管，该两个晶体管相互串联连接并与该电容器Cs并联连接。该两个晶体管定义了对电容器Cs进行充放电的附加开关。该等效电容器是具有可变占空比的可变电容器。图28示出已知的使用可变电感器的均流方法。图28中的转换器类似于图27中的转换器，其不同之处仅在于切换电容器被替换为可变电感器Lst1、Lst2。该可变电感器Lst1、Lst2包括具有追加开关的额外电路，以对可变电感器Lst1、Lst2的耦合绕组进行控制。该已知的均流方法使用追加的电路，该电路具有开关、电容器或电感器等有源元件以及电流电测电路。基于上述追加的电路能够通过改变谐振频率来控制其循环电流。通过上述追加电路中的可变电感器或切换电容器来改变上述等效谐振电感值或电容值。因此，在该电感值或电容器发生变化时，上述谐振频率也发生变化。上述具备切换电容器及可变电感器的已知均流方法由于需要感应电路且需要控制额外的开关，因此具有成本高、控制复杂、动态性能差的缺点。如图29所示，已知的第二种均流方法是使用串联DC母线电容器的DC电压自平衡方法。图29所示的二相转换器中的上述串联DC母线电容器包括串联连接的两个电容器C1、C2，能通过自动调整这两个串联电容器C1、C2的电压来进行均流。电容器C1与初级开关Q11、Q12并联连接，电容器C2与初级开关Q21、Q22并联连接。该两个大串联DC电容器C1、C2串联连接以对输入DC电压进行分压。图29示出了一个二相LLC转换器以说明原理。根据该二相的功率来改变中点电压。第一模块的输入电压为电容器C1的电压，第二模块的输入电压为电容器C2的电压。通过上述串联DC电容器来改变各模块的输入电压以平衡功率。各模块的输出电压均相同，因此电流能得到均流。因此，转换器的成本低且负载均流性能优异。为了平衡电容器的电压，优选使用二相LLC转换器。然而不易追加模块。由于在模块数量增加的情况下，DC电压应力减小，因此上述已知的第二均流方法中不易于实现模块设计。总输入电压及输出电压恒定。在上述串联DC电容器均流方法中使用两个模块的情况下，各模块的输入电压大约为总输入电压的一半。在上述串联DC电容器均流方法中使用三个模块的情况下，各模块的输入电压大约为总输入电压的三分之一。在输入电压较低的情况下，由于谐振电流(例如该输入电流)会增加，因而使得LLC转换器的设计无法优化。此外，在其中一个模块发生故障的情况下，其它模块的输入电压会发生较大变化，这是不希望发生的。已知的第三种均流方法基于三相三线结构，该三相三线结构基于120°相位偏移方法，由于所有三相谐振电流均为零，因而在谐振频率附近能实现优异的负载均流。然而，该已知的第三种均流方法仅适用于LLC转换器的三相并联连接的情况。负载电流仅能由三相以下来进行均流。因此，该已知的均流方法无法为多相LLC谐振转换器提供高效且灵活的均流。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术优选实施方式提供一种改进型LLC谐振转换器及方法，其能够自动对负载电流进行均流，而无需额外成本及额外控制。本专利技术优选实施方式共用电感器多相LLC谐振转换器以实现自动均分负载。各相中的谐振电感器并联连接，以实现自动负载均流。本专利技术优选实施方式的结构简单，且无需额外成本及复杂控制方法。该共用电感器均流方法能扩展为任意数量的相。根据本专利技术的优选实施方式，LLC谐振转换器包括电压输入部、电压输出部、第一相及第二相。第一相包括：第一变压器，该第一变压器具有第一初级绕组及第一次级绕组；第一初级电路，该第一初级电路与电压输入部及第一初级绕组相连；以及第一次级电路，该第一次级电路与第一次级绕组及电压输出部相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LLC谐振转换器，其特征在于，包括：电压输入部；电压输出部；第一相；以及第二相，所述第一相包括：具有第一初级绕组及第一次级绕组的第一变压器；与所述电压输入部及所述第一初级绕组相连的第一初级电路，该第一初级电路包括：第一谐振电容器、在所述第一初级绕组间并联连接的第一感应电感器、以及第一谐振电感器，其中，所述第一谐振电容器、所述第一感应电感器与所述第一谐振电感器串联连接；以及与所述第一次级绕组及所述电压输出部相连的第一次级电路，该第一次级电路包括第一整流电路，所述第二相包括：具有第二初级绕组及第二次级绕组的第二变压器；与所述电压输入部及所述第二初级绕组相连的第二初级电路，该第二初级电路包括：第二谐振电容器、在所述第二初级绕组间并联连接的第二感应电感器、以及第二谐振电感器，其中，所述第二谐振电容器、所述第二感应电感器与所述第二谐振电感器串联连接；以及与所述第二次级绕组及所述电压输出部相连的第二次级电路，该第二次级电路包括第二整流电路，其中，所述第一初级电路包括第一共用电感器，所述第二初级电路包括第二共用电感器，所述第一共用电感器与所述第二共用电感器互相并联连接，所述第一初级电路与所述第二初级电路不包括互相并联连接的电容器。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 US 62/220,4601.一种LLC谐振转换器，其特征在于，包括：电压输入部；电压输出部；第一相；以及第二相，所述第一相包括：具有第一初级绕组及第一次级绕组的第一变压器；与所述电压输入部及所述第一初级绕组相连的第一初级电路，该第一初级电路包括：第一谐振电容器、在所述第一初级绕组间并联连接的第一感应电感器、以及第一谐振电感器，其中，所述第一谐振电容器、所述第一感应电感器与所述第一谐振电感器串联连接；以及与所述第一次级绕组及所述电压输出部相连的第一次级电路，该第一次级电路包括第一整流电路，所述第二相包括：具有第二初级绕组及第二次级绕组的第二变压器；与所述电压输入部及所述第二初级绕组相连的第二初级电路，该第二初级电路包括：第二谐振电容器、在所述第二初级绕组间并联连接的第二感应电感器、以及第二谐振电感器，其中，所述第二谐振电容器、所述第二感应电感器与所述第二谐振电感器串联连接；以及与所述第二次级绕组及所述电压输出部相连的第二次级电路，该第二次级电路包括第二整流电路，其中，所述第一初级电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洪亮，陈扬，刘燕飞，J·阿夫什阿里昂，杨志华，龚冰，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP