一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种宽电压输出范围LLC变换器的电路及其控制方法。包括逆变网络：用于将直流输入电压逆变为方波电压；谐振网络：用于电路的串联谐振，使得电路中的感抗与容抗有相互抵消的作用，此时串联电路中的电抗为0，电流和电压同相位；高频变压器组：用于电气隔离和电压调节；整流网络：用于将变压器副边侧输出的交流电转换为直流电，根据控制方式的不同，自动调整全桥整流和倍压整流在一个周期内的工作占比，使低输出电压平滑切换至高输出电压。本发明专利技术实现了LLC变流器宽输出电压调节的能力，采用定频PWM控制，无需考虑宽开关频率所带来的的低效率、低功率密度等问题。低功率密度等问题。低功率密度等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器及其控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种宽电压输出范围LLC变换器的电路及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的飞速发展，对于开关电源的要求越来越高。在某些特殊DC
‑
DC变换领域，如可再生能源系统、LED驱动器、电动汽车等，需要较宽电压调节范围和电气隔离，LLC谐振变换器以其优良的软开关性能、高开关频率和高功率密度等优点，在上述宽输出电压领域有着广泛的应用。脉冲频率调制是LLC变换器最常用的控制方法，然而，在需要宽输出电压的应用中，开关频率必须工作在宽范围内来满足宽电压输出范围，而LLC变换器在低开关频率时变压器体积和重量显著增大，非常不利于LLC变换器的小型化设计，阻碍了开关电源往高功率密度方向上的发展。且宽开关频率下变换器软开关性能缺失，开关损耗和导通损耗很大，能源转换效率很低。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种交错倍压LLC谐振变换器电路及其控制方法。
[0004]一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，其特征在于，
[0005]逆变网络：用于将直流输入电压逆变为方波电压。
[0006]谐振网络：用于电路的串联谐振，使得电路中的感抗与容抗有相互抵消的作用，此时串联电路中的电抗为0，电流和电压同相位。
[0007]高频变压器组：用于电气隔离和电压调节。
[0008]整流网络：用于将变压器副边侧输出的交流电转换为直流电，根据控制方式的不同，自动调整全桥整流和倍压整流在一个周期内的工作占比，使低输出电压平滑切换至高输出电压。
[0009]在上述的一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，逆变网络包括直流输入电源U
in
、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4；所述第一开关管S1和第二开关管S2首尾串联，第一开关管S1的漏极连接所述直流输入电源U
in
的正极，第二开关管S2的漏极连接第一开关管S1的源极，第二开关管S2的源极连接所述直流输入电源U
in
的负极。所述第三开关管S3和第四开关管S4首尾串联，第三开关管S3的漏极连接所述直流输入电源U
in
的正极，第四开关管S4的漏极连接第三开关管S3的源极，第四开关管S4的源极连接所述直流输入电源U
in
的负极。
[0010]在上述的一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，所述谐振网络包括第一谐振电容C
r1
、第二谐振电容C
r2
、第一谐振电感L
r1
、第二谐振电感L
r2
、第一励磁电感L
m1
、第二励磁电感L
m2
；所述第一谐振电容C
r1
的左端连接第一开关管S1、第二开关管S2的串联公共端，右端与第一谐振电感L
r1
串联，二者再与第一励磁电感L
m1
串联连接，第一励磁电感L
m1
另一端与第二开
关管S2的源极相连；同时，第一励磁电感L
m1
与所述第一高频变压器T1的一次侧绕组并联，从而构成原边侧上半桥结构。所述第二谐振电容C
r2
的左端连接第三开关管S3、第四开关管S4的串联公共端，右端与第二谐振电感L
r2
串联，二者再与第二励磁电感L
m2
串联连接，第二励磁电感L
m2
另一端与第四开关管S4的源极相连；同时，第二励磁电感L
m2
与所述第二高频变压器T2的一次侧绕组并联，从而构成原边侧下半桥结构。
[0011]在上述的一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，所述整流网络包含包含第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4，第五开关管第六开关管第一滤波电容C
01
、第二滤波电容C
02
、等效阻性负载R0；第五开关管第六开关管一起构成双向开关，第一整流二极管D1的正极与第二整流二极管D2的负极串联连接，第三整流二极管D3的正极与第四整流二极管D4的负极串联连接，第一整流二极管D1的负极连接第三整流二极管D3的负极，第二整流二极管D2的正极连接第四整流二极管D4的正极。第一整流二极管D1负极与第三整流二极管D3负极的公共端连接第一滤波电容C
01
的正极，第二整流二极管D2正极与第四整流二极管D4正极的公共端连接第二滤波电容C
02
的负极；第一滤波电容C
01
负极与第二滤波电容C
02
正极串联；等效阻性负载R0与两串联滤波电容并联。，第五开关管的漏极连接第三整流二极管D3正极、第四整流二极管D4负极的公共端，第五开关管的源极连接第六开关管的源极，第六开关管的漏极连接第一滤波电容C
01
负极、第二滤波电容C
02
正极的公共端。
[0012]在上述的一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，所述高频变压器组包括第一高频变压器T1、第二高频变压器T2；所述第一高频变压器T1二次侧正极连接第一整流二极管D1、第二整流二极管D2的公共端，第一高频变压器T1二次侧负极与所述第二高频变压器T2二次侧正极串联连接，第二高频变压器T2二次侧负极连接第三整流二极管D3、第四整流二极管D4的公共端。
[0013]一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器的控制方法，其特征在于，采用定频脉冲宽度(PWM)控制，第一开关管S1和第二开关管S2以0.5的占空比互补导通。下半桥第三开关管S3与第四开关管S4互补导通，第四开关管S4的占空比为D，D的调节范围为0～0.5。同时，第三开关管S3与第三开关管S1相位相同，第四开关管S4与第二开关管S2在同一时刻关断，副边侧双向开关第六开关管S6、第五开关管S5分别与第三开关管S3、第四开关管S4具有相同的驱动信号，开关频率固定且等于谐振频率，通过改变原边侧第四开关管S4在一个周期内的工作时长，使原边侧由单独接入上半桥转换为接入上、下两个半桥实现2倍电压增益调节，配合控制双向开关实现副边侧自适应整流，整流网络由全桥整流转换为倍压整流，进而实现4倍宽输出电压调节范围。
[0014]在上述的控制方法，当原边侧只接入上半桥，变换器工作在低电压模式，此时第一开关管S1和第二开关管S2以的占空比互补导通，下半桥不向负载传递能量，副边侧双向开关第五开关管第六开关管断开不工作，整流网络工作在全桥整流模式。此时所述变换器相当于半桥LLC谐振变换器，对应输出电压最低。
[0015]在上述的控制方法，当原边侧接入两个半桥，变换器工作在高电压模式，此时第一
开关管S1和第二开关管S2以的占空比互补导通，第三开关管S3和第四开关管S4以的占空比互补导通，对应副边侧双向开关持续导通，整流网络工作在倍压整流模式。此时所述变换器原边侧和副边侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，其特征在于，包括逆变网络：用于将直流输入电压逆变为方波电压；谐振网络：用于电路的串联谐振，使得电路中的感抗与容抗有相互抵消的作用，此时串联电路中的电抗为0，电流和电压同相位；高频变压器组：用于电气隔离和电压调节；整流网络：用于将变压器副边侧输出的交流电转换为直流电，根据控制方式的不同，自动调整全桥整流和倍压整流在一个周期内的工作占比，使低输出电压平滑切换至高输出电压。2.根据权利要求1所述的一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，其特征在于，逆变网络包括直流输入电源U
in
、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4；所述第一开关管S1和第二开关管S2首尾串联，第一开关管S1的漏极连接所述直流输入电源U
in
的正极，第二开关管S2的漏极连接第一开关管S1的源极，第二开关管S2的源极连接所述直流输入电源U
in
的负极；所述第三开关管S3和第四开关管S4首尾串联，第三开关管S3的漏极连接所述直流输入电源U
in
的正极，第四开关管S4的漏极连接第三开关管S3的源极，第四开关管S4的源极连接所述直流输入电源U
in
的负极。3.根据权利要求1所述的一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，其特征在于，所述谐振网络包括第一谐振电容C
r1
、第二谐振电容C
r2
、第一谐振电感L
r1
、第二谐振电感L
r2
、第一励磁电感L
m1
、第二励磁电感L
m2
；所述第一谐振电容C
r1
的左端连接第一开关管S1、第二开关管S2的串联公共端，右端与第一谐振电感L
r1
串联，二者再与第一励磁电感L
m1
串联连接,第一励磁电感L
m1
另一端与第二开关管S2的源极相连；同时，第一励磁电感L
m1
与所述第一高频变压器T1的一次侧绕组并联，从而构成原边侧上半桥结构；所述第二谐振电容C
r2
的左端连接第三开关管S3、第四开关管S4的串联公共端，右端与第二谐振电感L
r2
串联，二者再与第二励磁电感L
m2
串联连接,第二励磁电感L
m2
另一端与第四开关管S4的源极相连；同时，第二励磁电感L
m2
与所述第二高频变压器T2的一次侧绕组并联，从而构成原边侧下半桥结构。4.根据权利要求1所述的一种交错倍压宽输出LLC谐振变换器，其特征在于，所述整流网络包含包含第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4，第五开关管S5、第六开关管S6、第一滤波电容C
O1
、第二滤波电容C
O2
、等效阻性负载R0；第五开关管S5、第六开关管S6一起构成双向开关，第一整流二极管D1的正极与第二整流二极管D2的负极串联连接，第三整流二极管D3的正极与第四整流二极管D4的负极串联连接，第一整流二极管D1的负极连接第三整流二极管D3的负极，第二整流二极管D2的正极...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘健，郭泓展，张恢鉴，邵冰，石迪，宋豪杰，李子修，易深华，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：