一种宽范围输出LLC谐振式DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种宽范围输出LLC谐振式DC

【技术实现步骤摘要】
一种宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其是涉及一种宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器。

技术介绍

[0002]LLC谐振变换器是一种具有软开关、高功率密度和高效率等优越性能的谐振变换器，也是目前流行的隔离型DC
‑
DC拓扑之一，并且在LED驱动器、电池充电器、电动汽车、可再生能源发电系统等领域中，LLC谐振变换器均得到了广泛的应用。
[0003]LLC谐振变换器采用脉冲调频(Pulse Frequency Modulation,PFM)来调节输出电压，并且根据开关频率可以分为两个工作区域。当开关频率小于谐振频率时，变压器原边的开关管可以实现零电压软开关，变压器副边的二极管可以实现零电流软关断；当开关频率大于谐振频率时，变压器原边的开关管可以实现零电压软开关，且LLC谐振变换器的增益曲线较为平坦。因此，LLC谐振变换器的输出电压范围若在较宽的范围内变化，则开关频率也将在一个非常宽的范围内变化。
[0004]目前，为了使LLC谐振变换器在保持高效率的同时还能够实现宽输出电压，现有技术提出了多种LLC谐振变换器，但这些LLC谐振变换器均无法实现在较窄的频率变化范围内实现较宽的电压增益范围。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的不足之处，本专利技术提供了一种宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器，解决了现有技术中的LLC谐振变换器无法实现在较窄的频率变化范围内实现较宽的电压增益范围的技术问题。
[0006]本专利技术提供了一种宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器，包括开关单元、LLC谐振电路、变压器、整流电路、拓扑重构电路和输出电路，其中，
[0007]LLC谐振电路、变压器和整流电路的数量均为N个，N为大于1的正整数；
[0008]N个变压器的原边并联连接，且每个变压器的原边分别通过一个LLC谐振电路与开关单元的输出端电连接，开关单元的输入端与电源的输出端电连接；
[0009]每个变压器的副边分别通过一个整流电路与拓扑重构电路的输入端电连接，拓扑重构电路的输出端与输出电路的输入端电连接；
[0010]拓扑重构电路包括N
‑
1个辅助开关管和N个辅助二极管，其中，每个辅助开关管串联在相邻的两个整流电路之间，每个辅助二极管连接在每个整流电路的输出端和输出电路的输入端之间，拓扑重构电路用于通过辅助开关管将N个变压器的副边配置为串联连接或并联连接。
[0011]进一步的，开关单元为半桥式开关电路、全桥式开关电路、NPC三电平式开关电路和级联式三电平开关电路中的其中之一。
[0012]进一步的，LLC谐振电路包括依次串联的谐振电感、谐振电容器和励磁电感，其中，
谐振电感的输入端与开关单元的输出端电连接，励磁电感与变压器的原边并联连接。
[0013]进一步的，整流电路为全波整流电路或全桥整流电路。
[0014]进一步的，宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器包括高增益工作模式和低增益工作模式：
[0015]当宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器处于高增益工作模式时，N
‑
1个辅助开关管均被配置为连通状态，N个辅助二极管均处于反向截止状态，N个整流电路串联连接；
[0016]当宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器处于低增益工作模式时，N
‑
1个辅助开关管均被配置为断开状态，N个辅助二极管均处于正向导通状态，N个整流电路并联连接。
[0017]进一步的，输出电路包括滤波电路和负载，其中，滤波电路包括滤波电容，滤波电容和负载并联连接在拓扑重构电路的输出端上。
[0018]进一步的，开关电路中的开关管和辅助开关管为功率金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管。
[0019]本专利技术提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器，包括开关单元、多个LLC谐振电路、多个变压器、多个整流电路、拓扑重构电路和输出电路，其中，拓扑重构电路可用于通过辅助开关管，将变压器副边连接的整流电路配置成串联结构或并联结构，当变压器副边的整流电路串联时，变换器处于适合高输出电压水平的高增益模式，当变压器副边的整流器并联时，变换器处于适合低输出电压水平的低增益模式，通过对二次整流器的连接结构的自适应配置，可以减小开关频率范围，从而扩大了输出电压范围，并且，通过将变压器原边配置为并联结构，可以减小励磁电流，此外，变压器原边连接的开关单元可以实现零电压软开关，减小损耗，提高变换器的效率。
[0020]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0021]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0022]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0023]图1为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器的电路示意图；
[0024]图2a为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器的开关单元的半桥开关电路示意图；
[0025]图2b为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器的开关单元的全桥式开关电路示意图；
[0026]图2c为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器的开关单元的NPC三电平开关电路示意图；
[0027]图2d为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器的开关单元的级联式三电平开关电路示意图；
[0028]图3为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器的开关单元
为全桥式开关电路的电路示意图；
[0029]图4为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器在高增益工作模式下的等效电路图；
[0030]图5为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器在高增益工作模式下的原理波形图；
[0031]图6a为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器在高增益模式下的一种运行模式原理图；
[0032]图6b为本申请的实施例提供的一种宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器在高增益模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述宽范围输出LLC谐振式DC
‑
DC变换器包括开关单元、LLC谐振电路、变压器、整流电路、拓扑重构电路和输出电路，其中，所述LLC谐振电路、所述变压器和所述整流电路的数量均为N个，N为大于1的正整数；N个所述变压器的原边并联连接，且每个所述变压器的原边分别通过一个LLC谐振电路与所述开关单元的输出端电连接，所述开关单元的输入端与电源的输出端电连接；每个所述变压器的副边分别通过一个所述整流电路与所述拓扑重构电路的输入端电连接，所述拓扑重构电路的输出端与所述输出电路的输入端电连接；所述拓扑重构电路包括N
‑
1个辅助开关管和N个辅助二极管，其中，每个所述辅助开关管串联在相邻的两个所述整流电路之间，每个所述辅助二极管连接在每个所述整流电路的输出端和所述输出电路的输入端之间，所述拓扑重构电路用于通过所述辅助开关管将N个所述变压器的副边配置为串联连接或并联连接。2.根据权利要求1所述的宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器，其特征在于，所述开关单元为半桥式开关电路、全桥式开关电路、NPC三电平式开关电路和级联式三电平开关电路中的其中之一。3.根据权利要求1所述的宽范围输出LLC谐振式DC
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DC变换器，其特征在于，所述LLC谐振电路包括依次串联的谐振电感、谐振电容器和励磁电感，其中，所述谐振电感的输入端与所述开关单元的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广地，杨东升，周博文，胡金鹏，王迎春，罗艳红，金硕巍，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：