一种高降压比DC/DC变换器制造技术

本发明专利技术的一种高降压比DC/DC变换器涉及一种电压变换器，是为了克服现有DC/DC变换器中系统能量需要进行两次传输，系统效率较低，以及Buck电路工作在硬开关状态下的问题，包括LLC电路与Buck电路，且LLC电路的输入侧与Buck电路的输入侧串联，LLC电路的输出侧与Buck电路的输出侧并联；LLC电路的工作频率固定、且工作在最佳工作点处；Buck电路为谐振Buck变换器，该Buck电路工作在闭环模式下，用于对输出电压进行闭环控制。

A DC / DC converter with high dropout ratio

The invention relates to a DC / DC converter with high step-down ratio, which is used to overcome the problem that the system energy in the existing DC / DC converter needs to be transmitted twice, the system efficiency is low, and the buck circuit works in the hard switch state, including LLC circuit and buck circuit, the input side of LLC circuit is in series with the input side of buck circuit, and the output side of LLC circuit is electrified with buck The output side of the circuit is parallel; the LLC circuit has a fixed working frequency and works at the best working point; the buck circuit is a resonant buck converter, which works in the closed-loop mode and is used for closed-loop control of the output voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种高降压比DC/DC变换器
本专利技术涉及一种电压变换器，具体涉及采用LLC电路和Buck电路的降压变换器。
技术介绍
随着直流微网，新能源供电系统及数据中心供电系统的不断发展，高降压比DC/DC变换器的需求日益增加。现有的高降压比电路一般采用两级式结构，以数据中心供电系统为例，两级电路分别完成48V转12V和12V转1.8V的电压调整。两级电路能够保证每级电路单独控制，且每级电路的电压传输比均在较适中的范围内。但是两级系统的主要缺点是系统能量需要进行两次传输，系统效率较低。且在两级系统中，后级系统往往采用工作在硬开关状态下的Buck电路。而为了解决上述问题，单级高降压比电路被逐步提出。48V转1.8V的LLC电路能够实现能量的单级传输，但是该LLC电路中变压器原副边的匝数比较多，需要采用多层PCB板，增加系统的成本。同时较多的匝数也会增加层间寄生参数及原副边的漏感等。因此，采用具有较大匝数比的LLC电路极大的增加了系统设计和实现的复杂程度，不利于提升系统效率和功率密度。同时在输出电压的调节过程中，LLC电路偏离额定工作点后，其效率将会明显降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有DC/DC变换器中系统能量需要进行两次传输，系统效率较低，以及Buck电路工作在硬开关状态下的问题，提供了一种高降压比DC/DC变换器。本专利技术的一种高降压比DC/DC变换器，包括LLC电路与Buck电路，且LLC电路的输入侧与Buck电路的输入侧串联，LLC电路的输出侧与Buck电路的输出侧并联；LLC电路的工作频率固定、且工作在最佳工作点处；Buck电路为谐振Buck变换器，该Buck电路工作在闭环模式下，用于对输出电压进行闭环控制；Buck电路包括MOS开关管S3、MOS开关管S4、MOS开关管S5、谐振电容C2和第一变压器；MOS开关管S3的电流输入端与LLC电路的输入侧串联，MOS开关管S3的电流输出端与MOS开关管S4的电流输入端电气连接，MOS开关管S4的电流输出端接地；第一变压器的原边绕组与副边绕组的异名端串联，且均与MOS开关管S5的电流输入端电气连接，MOS开关管S5的电流输出端接地；第一变压器的漏感等效为谐振电感Lr2，第一变压器的原边电感等效为励磁电感Lm2，该励磁电感Lm2与第一变压器的原边绕组并联；谐振电容C2的一端与MOS开关管S3的电流输出端电气连接，谐振电容C2的另一端与谐振电感Lr2和励磁电感Lm2依次串联构成谐振腔；第一变压器的副边绕组作为Buck电路的输出端；MOS开关管S4和MOS开关管S5同时导通或关断，MOS开关管S3与MOS开关管S4或MOS开关管S5互补导通，且留有死区时间。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用LLC电路与谐振Buck变换器构建高降压比DC/DC变换器，两电路输入侧串联，输出侧并联。其中LLC电路工作在不控模式，实现固定增益的电压变比；Buck电路工作在闭环控制模式，能够实现输出电压的闭环控制；2、采用谐振Buck变换器，使开关管能够工作在软开关状态下，同时所采用的谐振Buck变换器通过串联电容和耦合电感，能够在非极端占空比条件下实现高降压比特性。附图说明图1为本专利技术的一种高降压比DC/DC变换器的电路拓扑结构示意图；图2为本专利技术的一种高降压比DC/DC变换器的输出电压波形图；图3为本专利技术的一种高降压比DC/DC变换器的输入电压波形图；图4为位于LLC电路的第一变压器副边绕组的二极管电流波形图；其中iD1为整流二极管D1的电流，iD2为整流二极管D2的电流；图5为LLC电路的谐振腔电压与电流波形图；其中，Vds2为谐振腔电压，ilr1为谐振腔电流；图6为LLC电路与Buck电路输出电流波形图；其中，io1为LLC电路输出电流，io2为Buck电路输出电流；图7为包括闭环控制单元的高降压比DC/DC变换器的电气模块结构图。具体实施方式具体实施方式一：本具体实施方式的一种高降压比DC/DC变换器，包括LLC电路1与Buck电路2，且LLC电路1的输入侧与Buck电路2的输入侧串联，LLC电路1的输出侧与Buck电路2的输出侧并联；LLC电路1的工作频率固定、且工作在最佳工作点处；Buck电路2为谐振Buck变换器，该Buck电路2工作在闭环模式下，用于对输出电压进行闭环控制；Buck电路2包括MOS开关管S3、MOS开关管S4、MOS开关管S5、谐振电容C2和第一变压器；MOS开关管S3的电流输入端与LLC电路1的输入侧串联，MOS开关管S3的电流输出端与MOS开关管S4的电流输入端电气连接，MOS开关管S4的电流输出端接地；第一变压器的原边绕组与副边绕组的异名端串联，且均与MOS开关管S5的电流输入端电气连接，MOS开关管S5的电流输出端接地；第一变压器的漏感等效为谐振电感Lr2，第一变压器的原边电感等效为励磁电感Lm2，该励磁电感Lm2与第一变压器的原边绕组并联；谐振电容C2的一端与MOS开关管S3的电流输出端电气连接，谐振电容C2的另一端与谐振电感Lr2和励磁电感Lm2依次串联构成谐振腔；第一变压器的副边绕组作为Buck电路2的输出端；MOS开关管S4和MOS开关管S5同时导通或关断，MOS开关管S3与MOS开关管S4或MOS开关管S5互补导通，且留有死区时间。具体地，本高降压比DC/DC变换器的拓扑由LLC电路1与降压Buck电路2组成，其中LLC电路1为不控LLC变换器，降压Buck电路2为谐振Buck变换器。这两个变换器的输入侧采用串联结构，输出侧采用并联结构。如图1所示，Vin为直流电压源，在Buck电路2外围还设有输入电容Cin2、输出电容Co2和电阻Ro，输入电容Cin2的两端分别与MOS开关管S3的电流输入端和MOS开关管S4的电流输出端电气连接，即与MOS开关管S3和MOS开关管S4构成的电路并联。输出电容Co2和电阻Ro均与Buck电路2的输出侧并联，即与本高降压比DC/DC变换器的输出侧并联。第一变压器包括一个原边线圈和一个副边线圈，原边线圈和副边线圈的同名端位于同一侧，该第一变压器的漏感等效为与原边线圈一端串联的谐振电感Lr2，第一变压器的原边电感等效为与第一变压器的原边绕组并联励磁电感Lm2，而原边绕组的另一端与副边线圈的一端串联(即原边线圈和副边线圈的异名端串联)，而副边线圈的另一端作为Buck电路2的输出端。谐振电容C2的另一端与第一变压器的原边线圈的一端串联，等效于谐振电容C2的另一端与谐振电感Lr2和励磁电感Lm2依次串联，并构成谐振腔。如图1所示，谐振电感Lr1和谐振电感Lr2分别为第一变压器和第二变压器的漏感。并分别与谐振电容C1和谐振电容C2组成谐振网络。N1和N2分别表示变压器的匝数比并且N1>本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高降压比DC/DC变换器，其特征在于，包括LLC电路(1)与Buck电路(2)，且LLC电路(1)的输入侧与Buck电路(2)的输入侧串联，LLC电路(1)的输出侧与Buck电路(2)的输出侧并联；/n所述LLC电路(1)的工作频率固定、且工作在最佳工作点处；/n所述Buck电路(2)为谐振Buck变换器，该Buck电路(2)工作在闭环模式下，用于对输出电压进行闭环控制；/nBuck电路(2)包括MOS开关管S

【技术特征摘要】
1.一种高降压比DC/DC变换器，其特征在于，包括LLC电路(1)与Buck电路(2)，且LLC电路(1)的输入侧与Buck电路(2)的输入侧串联，LLC电路(1)的输出侧与Buck电路(2)的输出侧并联；
所述LLC电路(1)的工作频率固定、且工作在最佳工作点处；
所述Buck电路(2)为谐振Buck变换器，该Buck电路(2)工作在闭环模式下，用于对输出电压进行闭环控制；
Buck电路(2)包括MOS开关管S3、MOS开关管S4、MOS开关管S5、谐振电容C2和第一变压器；
MOS开关管S3的电流输入端与LLC电路(1)的输入侧串联，MOS开关管S3的电流输出端与MOS开关管S4的电流输入端电气连接，MOS开关管S4的电流输出端接地；
第一变压器的原边绕组与副边绕组的异名端串联，且均与MOS开关管S5的电流输入端电气连接，MOS开关管S5的电流输出端接地；
第一变压器的漏感等效为谐振电感Lr2，第一变压器的原边电感等效为励磁电感Lm2，该励磁电感Lm2与第一变压器的原边绕组并联；
谐振电容C2的一端与MOS开关管S3的电流输出端电气连接，谐振电容C2的另一端与谐振电感Lr2和励磁电感Lm2依次串联构成谐振腔；
第一变压器的副边绕组作为Buck电路(2)的输出端；
MOS开关管S4和MOS开关管S5同时导通或关断，MOS开关管S3与MOS开关管S4或MOS开关管S5互补导通，且留有死区时间。


2.根据权利要求1所述的一种高降压比DC/DC变换器，其特征在于，
LLC电路(1)包括逆变单元、谐振单元、第二变压器和输出整流单元；
逆变单元，作为LLC电路(1)的输入端，用于将输入的直流电逆变为交流电；
谐振单元，用于实现LLC电路(1)中MOS开关管的软开关；
第二变压器，用于实现固定增益的电压变比；
输出整流单元，作为LLC电路(1)的输出端，用于对第二变压器的输出电流进行整流并输出输出电压。


3.根据权利要求2所述的一种高降压比DC/DC变换器，其特征在于，
逆变单元包括MOS开关管S1和MOS开关管S2，谐振单元包括谐振电容C1，输出整流单元包括整流二极管D1和整流二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：管乐诗，陈恒，姚婷婷，王懿杰，王卫，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23