一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略，属于电力电子变换器技术领域。所述变换器由输入源、输入母线电容、原边开关网络、谐振电感、谐振电容、变压器、n(≥1)个副边全波有源整流开关网络、m(≥0)个副边全波整流开关网络、以及输出滤波电容和输出负载构成；当输入电压在额定工作点附近时，副边辅助有源开关管保持关断，变换器采用变频控制；当输入电压跌落时，通过调节副边辅助有源开关的占空比，维持输出电压稳定；所述全波有源整流型LLC谐振变换器能够同时满足电源系统对稳态工作点效率和暂态电压跌落维持两种需求，特别适合服务器电源、轨道交通电源等要求电源系统具备掉电保持维持能力的应用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略
本专利技术涉及一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略，属于电力电子变换器
，尤其属于隔离型直流-直流电能变换

技术介绍
随着信息技术的发展，诸多应用场合都采用隔离型直流电源模块进行供电，其需求越来越多，要求也越来越高。尤其在服务器、轨道交通等场合，要求直流电源模块效率高、体积小，同时还要能够在输入电压跌落时，在一定时间内维持输出电压稳定，保证系统可以完成保存关键数据、切换到备用电源等操作。为了达到这一目的，通常会增大输入母线电容大小，以保证掉电时间需求，但是会增大变换器的体积。要进一步减小母线电容体积，能够在较宽的输入电压范围内维持输出电压不变，同时还要兼顾稳态工作点的工作效率。近年来，传统LLC谐振变换器因效率高、功率密度高、成本低而得到了广泛使用。它可以实现所有功率半导体器件的软开关，降低电磁干扰，实现高频化，因此得到了广泛的应用。但是，当LLC谐振变换器输入电压范围越宽，变换器的激磁电感(Lm)越小，造成的环流越大，整个工作范围的效率也就越低。因此，附图1所示的传统LLC谐振变换器并不适合输入电压范围过宽的场合。为了拓展传统LLC谐振变换器的输入电压范围，同时兼顾变换器稳态运行效率，文献“KimMoon-Young，KimBong-Chul，ParkKi-Bum，MoonGun-Woo.LLCSeriesResonantConverterwithAuxiliaryHold-UpTimeCompensationCircuit[J].8thInternationalConferenceonPowerElectronics-ECCEAsia，2011：628-633”提出了如附图3所示的副边加辅助绕组的改进型LLC变换器。在原有的低增益工作模式的基础上，通过变压器(T)辅助绕组的切入与否，副边加辅助绕组的改进型LLC变换器总共有两种工作模式。输入电压在额定点附近时，辅助绕组断开，不参与工作；当输入电压跌落时，辅助绕组参与工作，提升变换器增益。但是工作在掉电保持时，变压器工作在不对称状态，存在偏磁，而且辅助绕组的引入，使得变压器工艺复杂，不便于加工，降低了磁芯利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：所述一种全波有源整流型LLC谐振变换器由输入源(Uin)、输入母线电容(Cin)、原边开关网络(10)、谐振电感(Lr)、谐振电容(Cr)、变压器(T)、n(≥1)个副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))、m(≥0)个副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))、输出滤波电容(Co)和输出负载(Ro)构成，其中变压器(Tk，k＝1～n+m)原边激磁电感值为Lm；所述原边开关网络(10)的输入两端分别与输入源(Uin)的两端相连，原边开关网络(10)的输出端a与谐振电感(Lr)的一端相连，谐振电感(Lr)另一端与变压器(T1)原边绕组的同名端相连，变压器(T1)原边绕组的异名端和变压器(T2)原边绕组的同名端相连，以此类推，变压器(Tk，k＝1～n+m-1)原边绕组的异名端和变压器(Tk+1，k＝1～n+m-1)原边绕组的同名端相连，变压器(Tn+m)原边绕组的异名端和谐振电容(Cr)的一端相连，谐振电容(Cr)的另一端和原边开关网络(10)的输出端b相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的同名端和副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ck(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的中心抽头和副边全波有源整流电路(20，k(k＝1～n))的输入端dk(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的异名端和副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ek(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的同名端和副边全波整开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端ck(k＝n+1～n+m)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的中心抽头和副边全波整流电路(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端dk(k＝n+1～n+m)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的异名端和副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端ek(k＝n+1～n+m)相连，副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输出两端、副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输出正负两端分别和输出滤波电容(Co)的正负极两端、输出负载(Ro)两端相连。所述原边开关网络(10)可以为不对称半桥开关网络，也可以是对称半桥开关网络，还可以是全桥开关网络。所述副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))为一种共阴的全波有源整流电路，它由第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)、第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)、第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)、第四整流四极管(Dk，4，k＝1～n)和副边辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)构成，第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)的阳极和第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)的阳极、副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ck(k＝1～n)相连，第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)的阴极和第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)的阴极、辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)的漏极相连，第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)的阴极和第四整流二极管(Dk，4，k＝1～n)的阴极、输出滤波电容(Co)的正极、输出负载(Ro)的正极相连，第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)的阳极和第四整流二极管(Dk，4，k＝1～n)的阳极、副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ek(k＝1～n)相连，辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)的源极和副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端dk(k＝1～n)、输出滤波电容(Co)的负极、输出负载(Ro)的负极相连。所述副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))为一种共阳的全波有源整流电路，它由第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)、第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)、第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)、第四整流四极管(Dk，4，k＝1～n)和副边辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)构成，第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)的阴极和第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)的阴极、副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ck(k＝1～n)相连，第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)的阳极和第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)的阳极、辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)的源极相连，第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)的阳极和第四整流二极管(Dk，4，k＝1～n)的阳极、输出滤波电容(Co)的负极、输出负载(Ro)的负极相连，第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)的阴极和第四整流二极管(Dk，4，k＝1～n)的阴极、副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略，其特征在于：所述一种全波有源整流型LLC谐振变换器由输入源(Uin)、输入母线电容(Cin)、原边开关网络(10)、谐振电感(Lr)、谐振电容(Cr)、变压器(T)、n(≥1)个副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))、m(≥0)个副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))、输出滤波电容(Co)和输出负载(Ro)构成，其中变压器(Tk，k＝1～n+m)原边激磁电感值为Lm；所述原边开关网络(10)的输入两端分别与输入源(Uin)的两端相连，原边开关网络(10)的输出端a与谐振电感(Lr)的一端相连，谐振电感(Lr)另一端与变压器(T1)原边绕组的同名端相连，变压器(T1)原边绕组的异名端和变压器(T2)原边绕组的同名端相连，以此类推，变压器(Tk，k＝1～n+m‑1)原边绕组的异名端和变压器(Tk+1，k＝1～n+m‑1)原边绕组的同名端相连，变压器(Tn+m)原边绕组的异名端和谐振电容(Cr)的一端相连，谐振电容(Cr)的另一端和原边开关网络(10)的输出端b相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的同名端和副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ck(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的中心抽头和副边全波有源整流电路(20，k(k＝1～n))的输入端dk(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的异名端和副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ek(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的同名端和副边全波整开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端ck(k＝n+1～n+m)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的中心抽头和副边全波整流电路(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端dk(k＝n+1～n+m)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的异名端和副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端ek(k＝n+1～n+m)相连，副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输出两端、副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输出正负两端分别和输出滤波电容(Co)的正负极两端、输出负载(Ro)两端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略，其特征在于：所述一种全波有源整流型LLC谐振变换器由输入源(Uin)、输入母线电容(Cin)、原边开关网络(10)、谐振电感(Lr)、谐振电容(Cr)、变压器(T)、n(≥1)个副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))、m(≥0)个副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))、输出滤波电容(Co)和输出负载(Ro)构成，其中变压器(Tk，k＝1～n+m)原边激磁电感值为Lm；所述原边开关网络(10)的输入两端分别与输入源(Uin)的两端相连，原边开关网络(10)的输出端a与谐振电感(Lr)的一端相连，谐振电感(Lr)另一端与变压器(T1)原边绕组的同名端相连，变压器(T1)原边绕组的异名端和变压器(T2)原边绕组的同名端相连，以此类推，变压器(Tk，k＝1～n+m-1)原边绕组的异名端和变压器(Tk+1，k＝1～n+m-1)原边绕组的同名端相连，变压器(Tn+m)原边绕组的异名端和谐振电容(Cr)的一端相连，谐振电容(Cr)的另一端和原边开关网络(10)的输出端b相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的同名端和副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ck(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的中心抽头和副边全波有源整流电路(20，k(k＝1～n))的输入端dk(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝1～n)副边绕组的异名端和副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ek(k＝1～n)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的同名端和副边全波整开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端ck(k＝n+1～n+m)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的中心抽头和副边全波整流电路(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端dk(k＝n+1～n+m)相连，变压器(Tk，k＝n+1～n+m)副边绕组的异名端和副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输入端ek(k＝n+1～n+m)相连，副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输出两端、副边全波整流开关网络(30，k(k＝n+1～n+m))的输出正负两端分别和输出滤波电容(Co)的正负极两端、输出负载(Ro)两端相连。2.根据权利要求书1所述的一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略，其特征在于：所述原边开关网络(10)可以为不对称半桥开关网络，也可以是对称半桥开关网络，还可以是全桥开关网络。3.根据权利要求书1所述的一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略，其特征在于：所述副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))为一种共阴的全波有源整流电路，它由第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)、第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)、第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)、第四整流四极管(Dk，4，k＝1～n)和副边辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)构成，第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)的阳极和第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)的阳极、副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ck(k＝1～n)相连，第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)的阴极和第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)的阴极、辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)的漏极相连，第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)的阴极和第四整流二极管(Dk，4，k＝1～n)的阴极、输出滤波电容(Co)的正极、输出负载(Ro)的正极相连，第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)的阳极和第四整流二极管(Dk，4，k＝1～n)的阳极、副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ek(k＝1～n)相连，辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)的源极和副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端dk(k＝1～n)、输出滤波电容(Co)的负极、输出负载(Ro)的负极相连。4.根据权利要求书1所述的一种全波有源整流型LLC谐振变换器及其控制策略，其特征在于：所述副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))为一种共阳的全波有源整流电路，它由第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)、第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)、第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)、第四整流四极管(Dk，4，k＝1～n)和副边辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)构成，第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)的阴极和第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)的阴极、副边全波有源整流开关网络(20，k(k＝1～n))的输入端ck(k＝1～n)相连，第一整流二极管(Dk，1，k＝1～n)的阳极和第二整流二极管(Dk，2，k＝1～n)的阳极、辅助开关管(Sk，a，k＝1～n)的源极相连，第三整流二极管(Dk，3，k＝1～n)的阳极和第四整流二极管(Dk，4，k＝1～n)的阳极、输出滤波电容(Co)的负极、输出负载(Ro)的负极相连，第二整流二极管(Dk，2，k＝1...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤欣喜，吴红飞，邢岩，罗有纲，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，光宝电子广州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32