一种宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种多谐振腔LLC谐振变换器，包括原边开关网络，主谐振腔RC

A LLC resonant converter with wide output gain and multiple resonators

【技术实现步骤摘要】
一种宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器
本专利技术涉及电力电子变换器
，具体涉及一种宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器。
技术介绍
目前随着科学技术的发展，电力电子器件的高频化，成为了电子电子学中一个重要的发展方向。但是，电力电子变换器的高频化会造成开关损耗增大的问题。对于这一问题，软开关技术应运而生，通过零电压开通开关管，消除电路的开关损耗。而LLC谐振变换器正具有优良的软开关特性及电磁兼容特性。但LLC谐振变换器在变频工作模式下输出增益有限，难以满足实际应用中对宽输出增益的需求。因此，需要一种能够实现宽输出增益且具有软开关的LLC谐振变换器。目前国内外已有许多学者对这一方面进行了研究，同时也取得了许多成果。如采用变模式控制的LLC谐振变换器方案，将变频控制方式与移相控制方式相结，在额定输出电压附近使用变频控制方式，当需要较低的输出增益时采用移相控制方式。但这种方案虽然能够较为简单地实现宽输出增益，但在移相控制模式下，会存在滞后桥臂上开关管难以实现软开关以及存在较大的电路环流的问题，由此会造成在移相控制模式下，电路的工作效率较低。在保证电路软开关工作特性的条件下，使电路具有较宽的输出增益范围，现有的一些改进方案还存在一些缺点。因此，需要一种在保证电路在全输出增益范围内均能实现开关管的软开关的前提下，仍能实现较宽的输出增益的改进拓扑方案。公开号为CN110649812A的专利说明书公开了一种宽增益范围LLC谐振变换器，包括从输入到输出依次连接的逆变电路、LLC谐振腔、变压器和整流网络；所述LLC谐振腔包括谐振电感Lr、Lm和谐振电容Cr；所述LLC谐振腔内还增设有双向开关；所述谐振电容Cr、谐振电感Lr依次串联在逆变电路的1号输出端与变压器原边线圈的1端之间，逆变电路的2号输出端与变压器原边线圈的2端连接，谐振电感Lm与变压器原边线圈并联，双向开关的1端通过连在谐振电容Cr、谐振电感Lr之间与变压器原边线圈的1端连接，双向开关的2端与变压器原边线圈的2端连接；所述逆变电路为全桥/半桥相结合的变拓扑电路。该LLC谐振变换器，因采用PWM控制策略，存在电路中环流较高，工作效率较低的问题。同时，额外增加的高频工作开关管，既增加了开关损耗，又增加了电路成本。
技术实现思路
针对如上所述，基于全桥升压型LLC谐振变换器拓扑，本专利技术提供了一种多谐振腔LLC谐振变换器，可以实现宽输出增益，且能在全输出增益范围内保证开关管的软开关实现电路全输出增益范围下的较高工作效率。一种宽输出增益的多谐振腔LLC谐振变换器，包括原边开关网络SN，主谐振腔RC1，从谐振腔RC2、从谐振腔RC3、从谐振腔切入切出开关管S5、从谐振腔切入切出开关管S6、主谐振腔RC1工作时对应的整流电路FR1以及从谐振腔RC2、从谐振腔RC3工作时对应的整流电路FR2；其中，主谐振腔RC1包括主谐振腔谐振电感Lrc1，谐振电容Crc1，变压器T1的原边励磁电感Lm1，从谐振腔RC2包括从谐振腔谐振电感Lrc2，谐振电容Crc2，变压器T2的原边励磁电感Lm2，从谐振腔RC3包括从谐振腔谐振电感Lrc3，谐振电容Crc3，变压器T3的原边励磁电感Lm3；从谐振腔RC2、从谐振腔RC3的参数完全相同。所述的原边开关网络SN，包括两个开关桥臂对，每个开关桥臂对包含两个开关管，上管的源极同下管的漏极相连；整流电路FR1和整流电路FR2的输出端并联接入输出负载，两整流电路共用一组输出电容。所述的主谐振腔RC1包括三个元器件，主谐振腔谐振电感Lrc1，谐振电容Crc1，变压器T1的原边励磁电感Lm1。其中，谐振电感Lrc1，谐振电容Crc1以及变压器的原边励磁电感Lm1参与谐振工作。主谐振腔RC1中的三个器件谐振电感Lrc1、谐振电容Crc1、变压器T1的连接顺序可以任意，但必须保证第一个器件的首端与超前桥臂的桥臂中点相连，最后一个器件的尾端与滞后桥臂的桥臂中点相连。所述的从谐振腔RC2包括从谐振腔谐振电感Lrc2，谐振电容Crc2，变压器T2的原边励磁电感Lm2。从谐振腔RC2中的三个器件谐振电感Lrc2、谐振电容Crc2、变压器T2的连接顺序可以任意，但必须保证第一个器件的首端与滞后桥臂的桥臂上管的漏极相连，最后一个器件的尾端与上管的源极即滞后桥臂的桥臂中点相连。所述的从谐振腔RC3包括从谐振腔谐振电感Lrc3，谐振电容Crc3，变压器T3的原边励磁电感Lm3。从谐振腔RC3中的三个器件谐振电感Lrc3、谐振电容Crc3、变压器T3的连接顺序可以任意，但必须保证第一个器件的首端与滞后桥臂的桥臂下管的漏极即滞后桥臂的桥臂中点相连，最后一个器件的尾端与下管的源极相连。所述的从谐振腔切入切出开关管S5和从谐振腔切入切出开关管S6分别串联于两个从谐振腔中，且这两个切入切出开关管S5和切入切出开关管S6相互之间不能串联。所述的整流电路FR1可以采用全桥整流，倍压整流，全波整流等整流方案。其与主谐振腔RC1中的变压器T1副边输出端相连接，只在主谐振腔RC1工作时参与工作。所述的整流电路FR2可以采用全桥整流，倍压整流，全波整流，同步整流等整流方案。其与两从谐振腔RC2和RC3中的变压器T2和变压器T3副边串联后的整体输出端相连接，只在从谐振腔RC2和从谐振腔RC3工作时参与工作。所述的宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器共有三种工作模态，高压输出工作模态，中压输出工作模态，低压输出工作模态。三种工作模态分别具有不同的电压增益范围，三者共同作用实现电路的宽输出增益。所述的电路切换工作模态的控制策略为控制原边开关管的通断。控制从谐振腔切入切出开关管S5和S6常断，使电路工作于高压输出工作模态。控制超前桥臂开关管S1和S4常断，两个从谐振腔切入切出开关管S5和S6常通，使电路工作于中压输出工作模态，控制超前桥臂开关管常断，任意一个从谐振腔切入切出开关管常断，另一个常通，使电路工作与低压输出工作模态。所述电路的开关管的控制策略在额定工作频率范围内均采用变频控制模式。所述电路在三种工作模态下分别具有不同的增益表达式。其中，在高压输出工作模态下的输出增益表达式为：其中k1＝Lm1/Lrc1，为主谐振腔励磁电感与谐振电感比，Q1值为表示电路品质因数，f为电路实际工作频率相对完全谐振频率的归一化值。所述电路在中压输出工作模态下的输出增益表达式为：其中k2＝Lm2/Lrc2，为主谐振腔励磁电感与谐振电感比，Q2值为表示电路品质因数，f为电路实际工作频率相对完全谐振频率的归一化值。所述电路在低压输出工作模态下的输出增益表达式为：其中k2＝Lm2/Lrc2，为主谐振腔励磁电感与谐振电感比，Q2值为表示电路品质因数，f为电路实际工作频率相对完全谐振频率的归一化值。所述电路有针对于此电路的谐振腔参数设计流程。首先设计主谐振腔参数，要求满足高压输出模态下的最高输出增益以及开关管软开关条件。其次设计从谐振腔参数，要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器，其特征在于，包括原边开关网络SN，主谐振腔RC

【技术特征摘要】
1.一种宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器，其特征在于，包括原边开关网络SN，主谐振腔RC1，从谐振腔RC2、从谐振腔RC3、从谐振腔切入切出开关管S5和从谐振腔切入切出开关管S6、主谐振腔RC1工作时对应的整流电路FR1以及从谐振腔RC2、RC3工作时对应的整流电路FR2；
其中，主谐振腔RC1包括主谐振腔谐振电感Lrc1，谐振电容Crc1，变压器T1的原边励磁电感Lm1，从谐振腔RC2包括从谐振腔谐振电感Lrc2，谐振电容Crc2，变压器T2的原边励磁电感Lm2，从谐振腔RC3包括从谐振腔谐振电感Lrc3，谐振电容Crc3，变压器T3的原边励磁电感Lm3；从谐振腔RC2、从谐振腔RC3的参数完全相同。


2.根据权利要求1所述的宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器，其特征在于，所述主谐振腔RC1中，谐振电感Lrc1、谐振电容Crc1、变压器T1的连接顺序任意，但必须保证第一个器件的首端与超前桥臂的桥臂中点相连，最后一个器件的尾端与滞后桥臂的桥臂中点相连；且主谐振腔RC1工作时，从谐振腔RC2和从谐振腔RC3不参与工作。


3.根据权利要求1或2所述的宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器，其特征在于，所述的从谐振腔RC2中，谐振电感Lrc2、谐振电容Crc2、变压器T2的连接顺序任意，但必须保证第一个器件的首端与滞后桥臂的桥臂上管的漏极相连，最后一个器件的尾端与上管的源极即滞后桥臂的桥臂中点相连；所述的从谐振腔RC3中，谐振电感Lrc3、谐振电容Crc3、变压器T3的连接顺序任意，但必须保证第一个器件的首端与滞后桥臂的桥臂下管的漏极即滞后桥臂的桥臂中点相连，最后一个器件的尾端与下管的源极相连；且任一从谐振腔工作时，主谐振腔不参与工作。


4.根据权利要求1所述的宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器，其特征在于，从谐振腔RC2和从谐振腔RC3中分别串联有切入切出开关管S5和切入切出开关管S6，且切入切出开关管S5和切入切出开关S6相互之间不能串联。


5.根据权利要求1所述的宽输出增益多谐振腔LLC谐振变换器，其特征在于，从谐振腔R...

【专利技术属性】
技术研发人员：马皓，周嘉轩，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33