一种可变电容型CLLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种可变电容型CLLC谐振变换器，包括直流输入电源、第一至四逆变桥开关管、谐振电感、谐振电容、变压器、可变电容元件及第一至四整流桥二极管和输出电容；直流输入电源分别与第一、三开关管漏极及第二、四开关管源极连接；谐振电感分别与第一开关管源极和第二开关管漏极及变压器原边同名端连接；谐振电容分别与第三开关管源极和第四开关管漏极及变压器原边异名端连接；变压器副边同名端与第一二极管阳极和第二二极管阴极连接；可变电容元件分别与变压器副边异名端及第三二极管阳极和第四二极管阴极连接；输出电容分别与第一、第三二极管的阴极及第二、四二极管的阳极连接。本发明专利技术结构合理可靠，性能优越，整体工作效率更高。效率更高。效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种可变电容型CLLC谐振变换器


[0001]本专利技术涉及谐振变换器的
，尤其是指一种可变电容型CLLC谐振变换器。

技术介绍

[0002]业内习知，在中等功率应用中，谐振变换器具备全负载范围内易于实现的软开关特性和较高的工作效率，尤其是工作在最优的谐振模态时。然而，传统的LC、LLC等谐振变换器的谐振模态具有单位归一化电压增益，因而电压调节一般通过调频控制实现，从而工作模态偏离谐振模态进入过谐振或欠谐振模态，这样不仅使得工作效率降低，且对负载变化更加敏感，对调频控制的动态响应要求较高。同时，可变谐振元件的应用为谐振网络的参数调节提供了实现途径。若能合理结合可变谐振元件和谐振模态的归一化电压增益可变的谐振拓扑，构造新的谐振变换器，就可同时实现电压调节和锁定最优谐振模态的高效运行。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种结构合理可靠、性能优越、整体工作效率更高的可变电容型CLLC谐振变换器。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种可变电容型CLLC谐振变换器，包括直流输入电源、第一至四逆变桥开关管、谐振电感、谐振电容、变压器、可变电容元件及第一至四整流桥二极管和输出电容；所述直流输入电源的一端与第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接，其另一端与第二开关管的源极和第四开关管的源极连接；所述谐振电感的一端与第一开关管的源极和第二开关管的漏极连接，其另一端与变压器原边的同名端连接；所述谐振电容的一端与第三开关管的源极和第四开关管的漏极连接，其另一端与变压器原边的异名端连接；所述变压器副边的同名端与第一二极管的阳极和第二二极管的阴极连接；所述可变电容元件的一端与变压器副边的异名端连接，其另一端与第三二极管的阳极和第四二极管的阴极连接；所述输出电容的一端与第一二极管的阴极和第三二极管的阴极连接，其另一端与第二二极管的阳极和第四二极管的阳极连接；所述输出电容并联于负载。
[0005]进一步，所述可变电容元件由第一压控可变电容、第二压控可变电容、第一直流大电感、第二直流大电感和直流电压模块构成；其中，所述第一压控可变电容的一端与第三二极管的阳极和第四二极管的阴极连接，其另一端与第一直流大电感和第二压控可变电容连接；所述第二压控可变电容的一端与第二直流大电感和变压器副边的异名端连接，其另一端与第一直流大电感和第一压控可变电容连接；所述直流电压模块的输出正极与第一直流大电感连接，其输出负极与第二直流大电感连接，所述直流电压模块输出不同直流偏压使得可变电容元件具有不同的等效容值，从而使变换器具有不同的谐振工作点的归一化电压增益，即能够建立直流偏压和输出电压间关系，对目标输出电压，依据此关系调整直流偏压大小，即可调整变换器工作模态至最优谐振模态，提高工作效率。
[0006]进一步，所述第一开关管和第四开关管驱动信号相同；所述第二开关管和第三开
关管驱动信号相同；所述第一开关管和第二开关管驱动信号相反，且均含有死区时间以防止直通。
[0007]进一步，所述变压器原副边的匝比为n:1。
[0008]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0009]1、所构造的可变电容元件成本低，易于设计和实现。
[0010]2、可变电容元件由直流偏压控制，损耗低，控制便捷。
[0011]3、所构造的变换器在全输出电压范围内整体运行效率更高，控制便捷。
[0012]4、直流偏压的引入不会对CLLC谐振变换器本身运行产生负面影响。
[0013]5、可变电容元件在谐振变换器中应用范围广，尤其是谐振模态性质相似的谐振变换器。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的电路原理图。
[0015]图2a为变换器谐振腔的原始等效电路图。
[0016]图2b为图2a的简化等效电路图。
[0017]图2c为图2b的戴维宁等效电路图。
[0018]图3为谐振模态归一化电压增益与相关参数间关系图。
[0019]图4为构成可变电容元件的基本单元—X7R电容的直流偏压特性图。
[0020]图5为变换器谐振模态下的主要工作波形图。
[0021]图6a为变换器工作频率136.8kHz、无直流偏压作用时的主要工作波形图。
[0022]图6b为变换器工作频率136.8kHz、直流偏压作用使工作模态达到谐振模态的主要工作波形图。
[0023]图7为不同输出电压时有无直流偏压作用下变换器的效率测试结果对比图。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0025]参见图1所示，本实施例所提供的可变电容型CLLC谐振变换器，包括直流输入电源V
H
、第一至四逆变桥开关管S1～S4、谐振电感L
r
、谐振电容C
r1
、变压器T
r
、可变电容元件C
r2
及第一至四整流桥二极管D1～D4和输出电容C
out
；所述直流输入电源V
H
的一端与第一开关管S1的漏极和第三开关管S3的漏极连接，其另一端与第二开关管S2的源极和第四开关管S4的源极连接；所述谐振电感L
r
的一端与第一开关管S1的源极和第二开关管S2的漏极连接，其另一端与变压器T
r
原边的同名端连接；所述谐振电容C
r1
的一端与第三开关管S3的源极和第四开关管S4的漏极连接，其另一端与变压器T
r
原边的异名端连接；所述变压器T
r
副边的同名端与第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极连接；所述可变电容元件C
r2
的一端与变压器T
r
副边的异名端连接，其另一端与第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极连接；所述输出电容C
out
的一端与第一二极管D1的阴极和第三二极管D2的阴极连接，其另一端与第二二极管D2的阳极和第四二极管D4的阳极连接；所述输出电容C
out
并联于负载。所述可变电容元件C
r2
由第一压控可变电容C
r21
、第二压控可变电容C
r22
、第一直流大电感L
dc1
、第二直流大电感L
dc2
和直流电压模块构成；其中，所述第一压控可变电容C
r21
的一端与第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极连接，其另一端与第一直流大电感L
dc1
和第二压控可变电容C
r22
连接；所述第二压控可变电容C
r22
的一端与第二直流大电感L
dc2
和变压器T
r
副边的异名端连接，其另一端与第一直流大电感L
dc1
和第一压控可变电容C
r21
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变电容型CLLC谐振变换器，其特征在于：包括直流输入电源(V
H
)、第一至四逆变桥开关管(S1～S4)、谐振电感(L
r
)、谐振电容(C
r1
)、变压器(T
r
)、可变电容元件(C
r2
)及第一至四整流桥二极管(D1～D4)和输出电容(C
out
)；所述直流输入电源(V
H
)的一端与第一开关管(S1)的漏极和第三开关管(S3)的漏极连接，其另一端与第二开关管(S2)的源极和第四开关管(S4)的源极连接；所述谐振电感(L
r
)的一端与第一开关管(S1)的源极和第二开关管(S2)的漏极连接，其另一端与变压器(T
r
)原边的同名端连接；所述谐振电容(C
r1
)的一端与第三开关管(S3)的源极和第四开关管(S4)的漏极连接，其另一端与变压器(T
r
)原边的异名端连接；所述变压器(T
r
)副边的同名端与第一二极管(D1)的阳极和第二二极管(D2)的阴极连接；所述可变电容元件(C
r2
)的一端与变压器(T
r
)副边的异名端连接，其另一端与第三二极管(D3)的阳极和第四二极管(D4)的阴极连接；所述输出电容(C
out
)的一端与第一二极管(D1)的阴极和第三二极管(D2)的阴极连接，其另一端与第二二极管(D2)的阳极和第四二极管(D4)的阳极连接；所述输出电容(C
out
)并联于负载。2.根据权利要求1所述的一种可变电容型CLLC谐振变换器，其特征在于：所述可变电容元件(C
r2
)由第一压控可变电容(C...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜贵平，王雪毅，朱天生，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：