基于可变电感的LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了电力电子变换器技术领域的基于可变电感的LLC谐振变换器，包括磁芯，磁芯为双“E”型，磁芯包括：初级绕组、次级绕组、偏置绕组A和B、中间磁路开气隙；通过改变偏置绕组电流的大小，会让材料磁导率发生变化，使励磁电感发生变化，改变励磁电感比值。偏置绕组以相同的方向缠绕在侧边支路，通过感应中心支路来抵消互感产生的交流电压；偏置绕组需要额外的恒流源，包括主电路和控制电路两大部分，该方式可以降低谐振腔损耗，提高轻载效率，可使全负载范围内的变换器效率维持在较高水平，并且电路结构简单，达到降低电路成本的目的，不需要对变压器主体部分进行修改，也不会对变压器其他参数如变压器初级漏感造成影响。器其他参数如变压器初级漏感造成影响。器其他参数如变压器初级漏感造成影响。

【技术实现步骤摘要】
基于可变电感的LLC谐振变换器


[0001]本专利技术涉及电力电子变换器
，具体为基于可变电感的LLC谐振变换器；

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的迅速发展，DC/DC变换器在满载、半载情况下的效率受到了广泛关注。大功率、高效率和高功率密度已是开关电源的主要发展方向和追求目标。LLC谐振变换器在软开关方面具有优良的特性，受到了广泛关注，但在轻负载条件下，开关频率需要调节到谐振频率的数倍才能维持目标输出，这会大大增加驱动损耗、开关损耗和高频磁损耗，造成轻载效率低下。
[0003]针对LLC谐振变换器轻载效率较低的问题，业界学者以及相关人员做出大量研究工作，比如采用基于电压滞环间歇模式控制来提高轻载效率，具有明显效果，但基于电压滞环间歇模式控制模式可能导致电流噪声，对负载产生影响，同时对电压型输出应用来说，其带来的不利影响是输出电压纹波增大，因此效率提升范围相对较小。又比如采用PFM+PWM的组合控制策略，轻载时会自动工作在PWM状态，这样会让LLC谐振变换器的软开关优势丧失，基于此，本专利技术设计了基于可变电感的LLC谐振变换器以解决上述问题；

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于可变电感的LLC谐振变换器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题；
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种LLC谐振变换器结构的控制方法，通过实时判断输出电流大小Io来调节励磁电感比值k的大小，使励磁电感比值k与当前负荷功率区间适配；其中，k＝Lm/Lr，这里Lm为励磁电感，Lr为谐振电感
[0006]当输出电流Io大小满足Io≤Iswitch时，将当前励磁电感比值k设置为k1；其中，在本专利技术中，所述负荷区间分段点Iswitch的值为：
[0007][0008][0009]其中，Gmax为所需最大电压增益，Vo为输出电压，n为变压器变比，Cr为LLC谐振网络的谐振电容。
[0010]基于上述专利技术方法，本专利技术提供一种LLC谐振变换器结构，包括主电路和控制电路两大部分：
[0011]所述LLC谐振网络包括谐振电感Lr、谐振电容Cr以及可以随着偏置电流变化的励磁电感Lm；
[0012]所述高频变压器由一个高频变压器组成其励磁电感是可以变化的，其变压器特征在于：采用双E型磁芯，初级侧与次级侧的绕组缠绕在中心腿上，可变电感的偏置绕组A和B具有相同的匝数，以相同的方向缠绕在侧边支路，通过感应中心支路来抵消交流电压。偏置
绕组注入的DC电流导致各边脚部分饱和，DC控制电流在磁芯内部产生DC偏置磁通密度，从而改变B
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H曲线拐点周围的DC工作点来调节材料磁导率。因此随着偏置电流的增加，材料磁导率降低，根据电感表达式，N为线圈匝数、l为磁路的回路长度、Ae为磁通的截面积。最终励磁电感Lm会变小；上述高频变压器在一次回路中设置有控制开关，所述控制开关受控于控制电路并用于确定偏置电流源是否导通，对应励磁电感Lm。
[0013]上述控制电路用于根据输出端的输出电流Io大小来调节各控制开关状态，调节偏置电源导通与否，以使得励磁电感比值k与当前输出电流Io大小适配。
[0014]进一步的，在上述结构中，所述控制电路中预设有控制程序，所述控制程序按照如下方式进行控制：
[0015]当输出电流Io大小满足Io≤Iswitch时，通过向控制开关发送投切信号将当前励磁电感比值k2调整为k1，此时偏置电源不再工作。
[0016]进一步的，在上述结构中，所述控制电路部分依次包括：输出电压电流采样电路、DSP数字控制器、偏置电流源以及驱动电路；
[0017]在恒压工作模式下，所述驱动电路用于接收DSP的控制信号并驱动高频变压器控制开关作出相应投切动作以将当前励磁电感比值k2调整为k1。
[0018]有益效果：
[0019]由以上技术方案可知，本专利技术通过在双E型磁芯的变压器中，初级侧与次级侧缠绕在中心支路，在侧边支路增加偏置绕组，中间支路开气隙，侧边支路不开气隙。采用切换控制策略控制偏置电流源开通与关断，因此可以灵活改变LLC谐振参数，通过在轻负荷区增大励磁电感比值kj，降低谐振腔损耗，提高轻载效率，可使全负载范围内的变换器效率维持在较高水平，并且电路结构简单，达到降低电路成本的目的。
[0020]本专利技术的技术方案通过控制开关的通断进一步控制偏置电流源的导通与否，实现励磁电感的可变。重载时，励磁电感较小，因此k值较小，变压器可以获得较大的增益调节范围，轻载时，励磁电感增大，因此k值增大，可减小谐振腔环流，降低损耗，提高轻载效率，这正是谐振式充电电源所需要的特性。通过调节偏置电流大小改变变压器励磁电感的参数，不需要对变压器主体部分进行修改，也不会对变压器其他参数如变压器初级漏感造成影响，电路整体结构简单。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所提基于可变电感LLC谐振变换器整体结构图；
[0022]图2为本专利技术的变压器的结构图；
[0023]图3为本专利技术所提变压器切换控制方法逻辑流程图；
[0024]图4为所提可变电感LLC谐振变换器闭环控制框图；
[0025]图5为所提可变电感LLC谐振变换器直流增益曲线图。
[0026]图中各标记部分具体意义为：
[0027]1、主电路；2、输入侧逆变网络；3、LLC谐振网络；4、变压器；5、二次侧整流滤波网络；6、输出端；7、变压器控制开关；8、控制电路；9、输出电压电流采样电路；10、DSP数字控制器；11、驱动电路；12、偏置电源；13、可控恒流源；
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围；
[0029]请参阅图1至图5，本专利技术提供基于可变电感的LLC谐振变换器技术方案：如图1本实施例中的LLC谐振变换器结构，包括主电路1和控制电路8两大部分。
[0030]主电路1部分依次包括：输入侧逆变网络2、LLC谐振网络3、变压器4、二次侧整流滤波网络5、输出端6以及变压器控制开关7。
[0031]控制电路8部分依次包括：输出电压电流采样电路9、DSP数字控制器10以及驱动电路11、可控恒流源12。
[0032]LLC谐振网络包括谐振电感Lr、谐振电容Cr以及可以随偏置电流变化而变化的励磁电感Lm。
[0033]变压器由一个变压器组成其励磁电感是可以变化的，其变压器特征在于：采用双E型磁芯，初级侧与次级侧的绕组缠绕在中心腿上，可变电感的偏置绕组A和B具有相同的匝数，以相同的方向缠绕在侧边支路，通过感应中心支路来抵消交流电压。偏置绕组注入的DC电流导致各边脚部分饱和，DC控制电流在磁芯内部产生DC偏置磁通密度，从而改变B
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于可变电感的LLC谐振变换器，其特征在于：包括磁芯，磁芯为双“E”型，磁芯包括：初级绕组、次级绕组、偏置绕组A和B、中间磁路开气隙；通过改变偏置绕组电流的大小，使励磁电感发生变化。2.根据权利要求1所述的基于可变电感的LLC谐振变换器，其特征在于：所述偏置绕组以相同的方向缠绕在侧边支路，通过感应中心支路来抵消互感产生的交流电压。3.根据权利要求1所述的基于可变电感的LLC谐振变换器，其特征在于：所述偏置绕组需要额外的恒流源。4.根据权利要求1所述的基于可变电感的LLC谐振变换器，其特征在于：包括主电路和控制电路两大部分，所述LLC谐振网络包括谐振电感Lr、谐振电容Cr以及一个可变的励磁电感Lm；所述高频变压器其励磁电感是可以变化的，其变压器采用双E型磁芯，初级侧与次级侧的绕组缠绕在中心腿上，可变电感的偏置绕组A和B具有相同的匝数，以相同的方向缠绕在侧边支路，通过感应中心支路来抵消交流电压；偏置绕组注入的DC电流导致各边脚部分饱和，DC控制电流在磁芯内部产生DC偏置磁通密度，从而改变B
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H曲线拐点周围的DC工作点来调节材料磁导率；因此随着偏置电流的增加，材料磁导率降低，最终Lm会变小，需要注意的是:从初始值来看，50％的变化率是合适的；因为电感和注入电流之间的斜率从50％附近逐渐减小；为了达到更低的Lm值，需要过大的注入电流，这意味着无效；如果电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓东，李宁，张君扬，刘宿城，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：