一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑制造技术

本发明专利技术公开了一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑，以T1高频变压器为轴心的非对称结构,包括高压侧、谐振槽和低压侧三个部分；高压侧采用半桥结构，谐振槽在电感

【技术实现步骤摘要】
一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑


[0001]本专利技术涉及一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑，属于电力电子应用领域。

技术介绍

[0002]随着全球污染问题的日益严重，可再生能源以及新能源发电技术受到了广泛关注。伴随着双极性直流配电网以及具备直流功率输出的分布式可再生能源和燃料电池等电压跨度大的能源接入，针对适应双极性电压以及更宽电压范围的DC
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DC变换器的需求与日俱增。
[0003]传统的双向DC
‑
DC变换器是指两侧直流电压极性不变，能量双向流动的直流
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直流变换器，但是输出电压受限于单极性电压以及自身的电压增益范围，难以适应宽范围电压的分布式可再生能源及燃料电池系统。针对传统双向DC
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DC变换器的不足，双极性输出的双向DC
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DC变换器能够由同一个变换器实现可控的双极性电压输出，且不影响传统电路的连接方式，拓宽了DC
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DC变换器的电压输出范围，同时具备高频变换器效率高，体积小等优势。面对全球环境变化以及新能源的广泛应用，双极性输出的双向DC
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DC变换器在储能电源，串联部分功率变换电路，可再生能源的直流配电等领域有着广阔的应用前景。
[0004]传统的开关式电源的开关器件大多处于硬开关状态，即在开关元件处于开关切换状态时，由于开关元件自身特性，电压和电流不是阶跃变化，存在一定的交叠区域，会产生开通和关断损耗，如果对于变换器的体积有一定需求，就需要提高开关频率，此时这部分损耗便会降低变换器的整体效率，并且影响开关电源的功率输出。
[0005]基于全负载范围软开关的考虑，LLC谐振变换器被提了出来，相对于传统的隔离变换器，LLC谐振变换器在变压器与桥臂间增加了电感
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电感
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电容器件，使电路中的储能元件处于谐振状态，能够实现开关器件的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)，减小了由于开关器件的开关频率的提升所带来的开关损耗。
[0006]传统的LLC谐振变换器结构在反向输出功率时，相当于变成了LC谐振变换器，实现ZVS和ZCS的LC谐振变换器的开关频率基本和谐振频率持平，增益无法变化，输出电压范围极窄。本专利技术在传统LLC的结构下通过引入辅助电感，使得正向反向都具有LLC谐振特性，同时不增加控制难度。
[0007]传统的双向LLC谐振变换器由于开关频率与自身增益的限制，无法实现对更宽电压范围的支持。而双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑能够将变换器的电压变化范围扩大两倍，有效拓宽了电压范围。

技术实现思路

[0008]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑，使变换器的功率能够双向流动，并且能够实现正极性电压与双极性电压的相互转换，能够将变换器的电压变化范围扩大两倍，有效拓宽了电压范围。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0010]一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑，包括高压侧，谐振槽和低压侧，以T1高频变压器为轴心的非对称结构，副边带中心抽头。
[0011]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述双极性输出的双向LLC谐振变换器的高压侧为半桥开关结构，包括高压侧半桥电容C
H1
、C
H2
，高压侧MOSFET管Q1、Q2及其体二极管D1、D2、寄生电容C1、C2；谐振槽由C
r
、L
r
、L
m1
、L
m2
构成谐振网络，C
r
为谐振网络串联谐振电容，L
r
为谐振网络串联谐振电感，L
m1
为T1高频变压器的励磁电感，L
m2
为附加在高压侧桥臂中点的辅助谐振电感；低压侧为推挽半桥的开关管结构，推挽上管由MOSFET管Q3、Q5及其体二极管D3、D5和寄生电容C3、C5反向串联构成，Q3的源极与Q5的源极相连；推挽下管由MOSFET管Q4、Q6及其体二极管D4、D6和寄生电容C4、C6反向串联构成，Q4的源极与Q6的源极相连；C
L
为低压侧无极性滤波电容，连接T1高频变压器的副边中心抽头与C
L
相连，上绕组端子连至Q3的漏极，下绕组端子连至Q4的漏极。
[0012]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述双极性输出的双向LLC谐振变换器工作在正向功率流，低压侧为正极性时，高压侧作为开关网络，互补导通，占空比略小于50％，存在一定死区，辅助电感L
m2
不参与谐振，C
r
、L
r
、L
m1
构成谐振网络，低压侧MOSFET管Q5、Q6导通、Q3、Q4关断,电流经由体二极管D3、D4向负载提供能量。
[0013]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述双极性输出的双向LLC谐振变换器工作在正向功率流，低压侧为负极性时，高压侧作为开关网络，互补导通，占空比略小于50％，存在一定死区，辅助电感L
m2
不参与谐振，C
r
、L
r
、L
m1
构成谐振网络，低压侧MOSFET管Q5、Q6关断、Q3、Q4导通,电流经由体二极管D5、D6向负载提供能量。
[0014]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述双极性输出的双向LLC谐振变换器工作在反向功率流，低压侧为正极性时，高压侧MOSFET管Q1、Q2控制关断，通过采用不控整流控制的体二极管D1、D2，向负载提供能量，励磁电感L
m1
不参与谐振，C
r
、L
r
、L
m2
构成谐振网络，低压侧MOSFET管Q5、Q6导通、Q3、Q4作为推挽谐振开关，互补导通，占空比略小于50％，存在一定死区。
[0015]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述双极性输出的双向LLC谐振变换器工作在反向功率流，低压侧为负极性时，高压侧MOSFET管Q1、Q2控制关断，通过采用不控整流控制的体二极管D1、D2，向负载提供能量，励磁电感L
m1
不参与谐振，C
r
、L
r
、L
m2
构成谐振网络，低压侧MOSFET管Q3、Q4关断、Q5、Q6作为推挽谐振开关，互补导通，占空比略小于50％，存在一定死区。
[0016]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述双极性输出的双向LLC谐振变换器在双向工作时，其控制方式采用变频控制，通过控制开关频率控制电压增益，通过控制死区大小控制软开关范围。
[0017]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：
[0018]本专利技术高压侧采用半桥结构，谐振槽在传统的电感
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电感
‑
电容(LLC)结构上增加了一个辅助的谐振电感，使之能够实现双本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑，其特征在于：以T1高频变压器为轴心的非对称结构,包括高压侧、谐振槽和低压侧；高压侧为高匝数端，设置为半桥开关结构；低压侧为带中心抽头的两个相同匝数的低匝数端，为MOSFET管两两反向串联的推挽半桥的开关结构；能够在正向功率流动时，将高压侧的正极性电压转换为低压侧的正极性电压或负极性电压；在反向功率流动时，将低压侧的正极性电压或负极性电压转换为高压侧的正极性电压。2.根据权利要求1所述的一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓扑，其特征在于：所述变换器拓扑的高压侧的连接关系如下：C
H1
和C
H2
构成高压侧半桥电容，MOSFET管Q1、Q2及其体二极管D1、D2和寄生电容C1、C2构成高压侧开关管；所述谐振槽包括C
r
、L
r
、L
m1
、L
m2
构成的谐振网络，C
r
为谐振网络串联谐振电容，L
r
为谐振网络串联谐振电感，L
m1
为T1高频变压器的励磁电感，L
m2
为附加在高压侧桥臂中点的辅助谐振电感；所述低压侧的连接关系如下：MOSFET管Q3、Q5及其体二极管D3、D5和寄生电容C3、C5反向串联构成推挽半桥的上管结构，Q3的源极与Q5的源极相连；MOSFET管Q4、Q6及其体二极管D4、D6和寄生电容C4、C6反向串联构成推挽半桥的下管结构，Q4的源极与Q6的源极相连；C
L
为低压侧无极性滤波电容，连接T1高频变压器的副边中心抽头与C
L
相连，上绕组端子连至Q3的漏极，下绕组端子连至Q4的漏极。3.根据权利要求2所述的一种双极性输出的双向LLC谐振变换器拓...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵巍，吴穆星，吴俊娟，孙孝峰，王宝诚，李昕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：