宽范围输入电压的高阶CL-LLC谐振变换器及参数设计方法技术

一种宽范围输入电压的高阶CL

【技术实现步骤摘要】
宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器及参数设计方法


[0001]本专利技术涉及宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器及参数设计方法，属于谐振变换器


技术介绍

[0002]在DC/DC功率变换器研究中，谐振变换器因能够实现软开关而在高频等领域得到重视和应用。其中，LLC谐振变换器因其软开关特性好，设计简单而得到广泛使用。主要表现在：(1)可以在全负载范围内实现软开关，减少开关损耗，提高效率；(2)可以采用数字控制调整开关管的开关频率，控制方法简单；(3)变压器的励磁电感可以充当并联谐振电感L
m
，变压器的漏感可以充当串联谐振电感L
r
，有利于磁集成，实现高功率密度。
[0003]然而，现有LLC变换器在远离额定谐振频率点时，增益随频率的变化很缓慢，只适用于较小的频率调节范围。如果变换器的输入电压范围很宽，为了满足增益需求，变压器励磁电感L
m
的值一般取得比较小，这导致很大的环流和导通损耗。因此，LLC谐振变换器难以同时实现高效率与高增益。
[0004]同时，现有LLC变换器的软启动和过流保护控制方案较为复杂，不利于减少成本，导致其使用范围有所局限。

技术实现思路

[0005]针对现有LLC变换器频率调节范围小的问题，本专利技术提供一种宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器及参数设计方法。
[0006]本专利技术是一种宽范围输入电压的高阶CLr/>‑
LLC谐振变换器，在现有半桥LLC谐振变换器的基础上，采用陷波滤波器代替LLC中的谐振电感。
[0007]根据本专利技术的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器，所述陷波滤波器包括陷波电容C
p
、谐振电感L
r
和陷波电感L
p
，
[0008]陷波电容C
p
和谐振电感L
r
串联后再与陷波电感L
p
并联形成陷波滤波器。
[0009]根据本专利技术的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器，所述CL
‑
LLC谐振变换器包括：
[0010]直流输入电源的正极连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极连接开关管S2的漏极，开关管S2的源极连接直流输入电源的负极；谐振电容Cr、变压器原边和陷波滤波器依次串联在开关管S2的漏极和源极之间；变压器副边两端连接两个二极管的阳极，变压器副边中心抽头和两个二极管的阴极之间连接输出电容Co，负载电阻R
L
和输出电容Co并联。
[0011]根据本专利技术的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器，所述CL
‑
LLC谐振变换器还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路包括模数变换器ADC、数字PI控制器和PWM驱动电路，
[0012]将负载电阻R
L
两端电压经模数变换器ADC转换后与电压给定值进行比较，比较结果送入数字PI控制器进行调节，调节结果经PWM驱动电路输出后，控制前级逆变器的开关频
率；数字PI控制器的调节结果使直流输入电源电压发生改变时，负载电阻R
L
两端电压不变；
[0013]所述逆变器为由开关管S1和开关管S2组成的半桥逆变电路。
[0014]一种宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器参数设计方法，基于宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器实现，包括：
[0015]谐振频率的选择：
[0016]在谐振腔的阻抗为0时，设定谐振变换器的两个串联谐振频率为f
r1
和f
r2
；设定陷波滤波器的并联谐振点为f
rp
；
[0017]为利用注入的三次谐波传递能量，使：
[0018]f
r2
＝3f
r1
，
[0019]f
rp
＝2f
r1
；
[0020]所述谐振腔由谐振电容Cr和陷波滤波器组成。
[0021]根据本专利技术的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器参数设计方法，
[0022]在谐振腔的阻抗为0时，得到：
[0023][0024]为简化分析，设定如下中间变量：
[0025][0026]其中f
r0
为谐振电感L
r
与谐振电容C
r
发生谐振时的频率；
[0027]将公式(2)代入公式(1)并求解得到：
[0028][0029][0030]根据本专利技术的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器参数设计方法，由公式(3)和(4)求解获得：
[0031][0032]式中η为陷波系数，表示串联谐振频率为f
r1
和谐振电感L
r
与谐振电容C
r
发生谐振时的频率之间的关系。
[0033]根据本专利技术的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器参数设计方法，还包括，
[0034]增益约束：
[0035]通过基波分析法得到CL
‑
LLC谐振变换器的传递函数H(jω)表达式：
[0036][0037]式中L
m
为变压器原边励磁电感，R
e
为负载电阻R
L
在原边的等效电阻；
[0038]将公式(6)变形为：
[0039][0040]定义如下：
[0041][0042][0043]f
s
为开关频率；
[0044][0045]由此得到传递函数H(jω)的简化表达式：
[0046][0047]式中M作为变换器增益；
[0048]满足最低增益需求时，根据Q＝0，得到：
[0049][0050]在最高频率f
n_max
处增益M(f
n_max
)需满足：M(f
n_max
)≤M
min
，
[0051]M
min
为最低增益值；
[0052]根据L
n
与f
n
取值组合下的空载增益曲面确定L
n
的取值范围。
[0053]根据本专利技术的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器参数设计方法，还包括，
[0054]满足最高增益需求时，在最低频率f
n_min
处增益M(f
n_min
)需满足，
[0055]M(f
n_min
)≥M
max
，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器，其特征在于，在现有半桥LLC谐振变换器的基础上，采用陷波滤波器代替LLC中的谐振电感。2.根据权利要求1所述的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器，其特征在于，所述陷波滤波器包括陷波电容C
p
、谐振电感L
r
和陷波电感L
p
，陷波电容C
p
和谐振电感L
r
串联后再与陷波电感L
p
并联形成陷波滤波器。3.根据权利要求2所述的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器，其特征在于，所述CL
‑
LLC谐振变换器包括：直流输入电源的正极连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极连接开关管S2的漏极，开关管S2的源极连接直流输入电源的负极；谐振电容Cr、变压器原边和陷波滤波器依次串联在开关管S2的漏极和源极之间；变压器副边两端连接两个二极管的阳极，变压器副边中心抽头和两个二极管的阴极之间连接输出电容Co，负载电阻R
L
和输出电容Co并联。4.根据权利要求1至3中任一项所述的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器，其特征在于，所述CL
‑
LLC谐振变换器还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路包括模数变换器ADC、数字PI控制器和PWM驱动电路，将负载电阻R
L
两端电压经模数变换器ADC转换后与电压给定值进行比较，比较结果送入数字PI控制器进行调节，调节结果经PWM驱动电路输出后，控制前级逆变器的开关频率；数字PI控制器的调节结果使直流输入电源电压发生改变时，负载电阻R
L
两端电压不变；所述逆变器为由开关管S1和开关管S2组成的半桥逆变电路。5.一种宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器参数设计方法，基于权利要求3所述的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振变换器实现，其特征在于包括：谐振频率的选择：在谐振腔的阻抗为0时，设定谐振变换器的两个串联谐振频率为f
r1
和f
r2
；设定陷波滤波器的并联谐振点为f
rp
；为利用注入的三次谐波传递能量，使：f
r2
＝3f
r1
，f
rp
＝2f
r1
；所述谐振腔由谐振电容Cr和陷波滤波器组成。6.根据权利要求5所述的宽范围输入电压的高阶CL
‑
LLC谐振...

【专利技术属性】
技术研发人员：张相军，井嘉晨，管乐诗，徐殿国，郭琦，顾吉祥，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：