LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路制造技术

本发明专利技术公开了一种LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路，包括三型补偿电路模块、震荡控制模块和开关驱动模块，所述三型补偿电路模块的输入端与LCLC谐振变换器的输出端连接，三型补偿电路模块的输出端与震荡控制模块连接，震荡控制模块与开关驱动模块的输入连接，开关驱动模块的输出端与LCLC谐振变换器的MOS管连接。把最大和最小直流输入电压的均值作为额定电压，然后归一化输入电压和输出电压，调整变换器工作状态，仿真可知其在两种最坏的情况下，即满载时最小输入电压、最大输出电压和轻载时最大输入电压、最小输出电压时均可实现零电压开启，仿真并计算其在不同负载下的效率图，可知，LCLC变换器应用于宽输出电压源时，最高效率可达95％。

【技术实现步骤摘要】
LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路
本专利技术属于电力电子
，具体涉及DC-DC电路效率提升的原理分析和电路设计属于电力电子领域。
技术介绍
开关电源是利用开关管导通或关断，把一个电压变换成负载端的另一个电压。常用于DC-DC变化器。高效率高功率密度一直是DC-DC变换器设计的要点。提高功率密度最有效的方式就是提高开关频率，传统的DC-DC开关变换器大多是硬开关，即开关管在导通时存在电压和电流交叠现象。随着开关频率的提高，开关损耗也越来越大，其制约了DC-DC变换器的发展，必须设法降低开关损耗和开关噪声，由此，产生了软开关技术。软开关技术是利用元件特性或者控制手段，实现开关管开通关断过程的电压与电流无交叠，也就不会产生开关损耗。谐振技术属于软开关技术的一种，利用谐振电流或电压能够周期性的过零点的特性，实现软开关。但由于谐振变换器工作过程相对复杂，变频调压控制和成熟的PWM控制相比在稳定性和可靠程度上略显不足，再加上谐振过程对电流电压的放大作用，诸多缺点使得传统的谐振直流变换器在工业上没有得到广泛应用。近几年，LLC谐振变换器以其优良的特性成为研究的热点，它是在串联谐振变换器的基础上增加了一个与负载并联的电感，作为恒压源时，变换器初级侧可实现零电压开启，刺激侧可实现零电流观点，具体高效率、高功率密度等优点。2011年，BezaBeiranvand等人提出把LLC变换器作为宽输出电压源，宽输出电压源的典型应用是LED驱动电源和离子注入机。本专利技术以离子注入机为例，离子注入机是半导体制作的关键设备，离子源是离子注入机中最关键的部件之一，离子源需要一个可调的电压源和电流源来调节弧电压和灯丝电源，电压源的数值要求是35-165V，电流源是0-3A，LLC谐振变换器作为宽输出电压源时满足该要求。其通过调节开关频率、输入电压和负载来获得所需电压：高电压输出时，略增大开关频率；同理，低电压输出时，减小开关频率，然后调节输入电压和负载至输出电压为所需电压。第二年，BezaBeiranvand等人又陆续提出LLC变换器作为宽输出提高效率。2016年,Ray-LeeLin等人提出在不改变LLC变换器工作频率和输出电压的基础上，在LLC变换器的变压器初级侧并联一个电容C，把LLC变换器变为LCLC变换器，该作者把LLC变换器和LCLC变换器的功率因数图进行对比，易知LCLC变换器功率因数曲线显著高于LLC变换器。作为宽输出电压源时，LLC变换器的工作区域为大于谐振点的区域，此时，功率因数急速下降，此时变换器效率较低，如何提高转换器效率，具有非常重要的意义。根据Ray-LeeLin等人在2016年编写的文献中，提高功率因数图，还可知在工作频率外，即作为宽输出电压时，LCLC变换器功率因数曲线下降斜率显著低于LLC变换器，在一定频率范围内，LCLC变换器的功率因数高于LLC变换器功率因数。根据此点，本专利技术提出把LCLC变换器设置为宽输出电压源将具有更高效率。
技术实现思路
本专利技术提出了一种电路把LCLC变换器设计为宽输出电压源，可进一步提高变换器的效率。为实现上述目的本专利技术采用的技术方案是：LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路，包括控制LCLC谐振变换器输出的控制电路，所述控制电路包括三型补偿电路模块、震荡控制模块和开关驱动模块，所述三型补偿电路模块的输入端与LCLC谐振变换器的输出端连接，三型补偿电路模块的输出端与震荡控制模块连接，震荡控制模块与开关驱动模块的输入连接，开关驱动模块的输出端与LCLC谐振变换器的MOS管连接；所述震荡控制模块包括震荡电容C8，震荡电容C8的第一端接地，第二端与充电支路和放电支路连接，充电支路和放电支路的均与三型补偿电路模块的输出端连接。具体地，所述三型补偿电路模块的电路如下：LCLC谐振变换器的输出端通过电阻R3和R4接地，LCLC谐振变换器的输出端与稳压管D3的阴极连接，稳压管D3的阳极通过电阻R5与光电耦合器OC的第一输入端连接，光电耦合器OC的第二输入端与稳压管D4的阴极连接，稳压管D4的阳极接地，电阻R3和R4之间的连接点与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端串联电容C3后与光电耦合器OC的第二输入端连接；光电耦合器OC的第一输出端接地，第二输出端通过电阻R8与震荡控制模块(2)连接。本专利技术的其中一个实施例中，所述稳压管D4选用TL431。所述电阻R3和R4之间的连接点与电容C4的第一端连接，电容C4的第二端与光电耦合器OC的第二输入端连接，电容C4的第一端与稳压管D4的参考极连接。进一步，所述光电耦合器OC的两个输入端之间跨接有电阻R6，光电耦合器OC的两个输出端之间跨接有电容C9。本专利技术的其中一个实施例中，所述充电支路和放电支路具体为：电压源U3与电流源IS3和IS4的输入端口相连，为它们提供能量，电流源IS3的输出端口通过电阻R9接地，电流源IS3还与震荡电容C8的第二端连接。充电时A点电位高于C8两端电压，Q5断开，IS3和C8构成充电支路。放电时A点电位低于C8两端电位，Q5导通，C8，Q5和IS4构成放电支路。电流源IS4的输出端口经A点与电容C10和电阻R13串联并接地，然后并联电阻R12，构成震荡回路，为电路提供工作频率。二极管D5阳极接地，阴极接MOS管Q5的源极和电流源IS4，防止C8放电时对震荡电路产生干扰。MOS管的漏极与震荡电容C8的第二端连接。进一步，所述开关驱动模块选用RS触发器实现，RS触发器的S输入端和R输入端分别与两个运算放大器的输出端连接，RS触发器的两个输出端分别连接LCLC谐振变换器的MOS管。本专利技术中，所述LCLC谐振变换器的输出电压最大值与最小值的平均值为控制电路的额定输入电压。本专利技术电路简单，在满足设计要求的前提下简化了电路，它由分立元件搭建而成，没有涉及复杂电路。实际电路中，把变压器模块的励磁电感作为谐振槽电路的并联电感Lm，提高了电路元件利用率。在选取开关模块的MOS管时，精确计算LCLC变换器实现ZVS时的死区时间范围，根据该条件合理选择MOS管，提高了电路效率。附图说明图1为LCLC变换器电路原理图；图2为本专利技术LCLC变换器和LLC变换器功率因数图；其中浅色阴影是Ray-LeeLin设计的工作区域，深色阴影部分是本专利技术的工作区域；图3为本专利技术LCLC变换器电路图；图4为本专利技术LCLC变化器仿真结果图1；图5为本专利技术LCLC变化器仿真结果图2；图6为本专利技术LCLC变换器不同负载情况下的效率图。具体实施方式下面结合具体实施实例和说明书附图来对本专利技术做进一步解释说明，此处描述的具体实例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例：如图1所示，LCLC电压源系统包括：开关模块4，谐振网络模块5，变压器模块6和滤波稳压模块7，此模块用于理论分析。完整的离子注入机电源设备包括PFC(功率因数校正)和直流降压DC-DC两大模块。PFC模块是指将220V交流电升压整流，转为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路，其特征在于：包括控制LCLC谐振变换器输出的控制电路，所述控制电路包括三型补偿电路模块(1)、震荡控制模块(2)和开关驱动模块(3)，所述三型补偿电路模块(1)的输入端与LCLC谐振变换器的输出端连接，三型补偿电路模块(1)的输出端与震荡控制模块(2)连接，震荡控制模块(2)与开关驱动模块(3)的输入连接，开关驱动模块(3)的输出端与LCLC谐振变换器的MOS管连接；/n所述震荡控制模块(2)包括震荡电容C8，震荡电容C8的第一端接地，第二端与充电支路和放电支路连接，充电支路和放电支路的均与三型补偿电路模块(1)的输出端连接。/n

【技术特征摘要】
1.LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路，其特征在于：包括控制LCLC谐振变换器输出的控制电路，所述控制电路包括三型补偿电路模块(1)、震荡控制模块(2)和开关驱动模块(3)，所述三型补偿电路模块(1)的输入端与LCLC谐振变换器的输出端连接，三型补偿电路模块(1)的输出端与震荡控制模块(2)连接，震荡控制模块(2)与开关驱动模块(3)的输入连接，开关驱动模块(3)的输出端与LCLC谐振变换器的MOS管连接；
所述震荡控制模块(2)包括震荡电容C8，震荡电容C8的第一端接地，第二端与充电支路和放电支路连接，充电支路和放电支路的均与三型补偿电路模块(1)的输出端连接。


2.根据权利要求1所述LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路，其特征在于：所述三型补偿电路模块(1)的电路如下：
LCLC谐振变换器的输出端通过电阻R3和R4接地，LCLC谐振变换器的输出端与稳压管D3的阴极连接，稳压管D3的阳极通过电阻R5与光电耦合器OC的第一输入端连接，光电耦合器OC的第二输入端与稳压管D4的阴极连接，稳压管D4的阳极接地，电阻R3和R4之间的连接点与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端串联电容C3后与光电耦合器OC的第二输入端连接；光电耦合器OC的第一输出端接地，第二输出端通过电阻R8与震荡控制模块(2)连接。


3.根据权利要求2所述LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路，其特征在于：所述稳压管D4选用TL431。


4.根据权利要求3所述LCLC谐振变换器的宽输出电压源电路，其特征在于：所述电阻R3和R4之间的连接点与电容C4的第一端连接，电容C4的第二端与光电耦合器OC的第二输入端连接，电容C4的第一端与稳压管D4的参考极连接。
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【专利技术属性】
技术研发人员：臧文静，林云，黄桢航，高倩倩，胡晓斌，张祥，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50