一种宽输入恒定输出电压的双谐振腔电源制造技术

本发明专利技术公开了一种宽输入恒定输出电压的双谐振腔电源，属于电源领域，包括主功率回路和控制电路，主功率回路连接控制电路，所述主功率回路包括电容Cin、开关管S1、开关管S2、单刀双掷开关K1和变压器T，所述电容Cin的一端连接开关管S1的漏极和输入电压正极，与传统的单谐振腔LLC拓扑结构的电源相比，采用双谐振腔LLC拓扑结构可以拓宽电源的增益范围，既保证了电源低压输入时的高增益，又保障了电源高压输入时的低增益与高效率。输入时的低增益与高效率。输入时的低增益与高效率。

【技术实现步骤摘要】
一种宽输入恒定输出电压的双谐振腔电源


[0001]本专利技术涉及电源领域，特别是涉及一种宽输入恒定输出电压的双谐振腔电源。

技术介绍

[0002]宽输入恒定输出电压的电源多应用于车载系统以及新能源发电中，主流拓扑多采用LLC谐振拓扑结构，这种拓扑结构既可以实现原边的ZVS，以及副边的ZCS，软开关技术的成功应用使其电源的损耗大大降低，特别适用于宽输入电压的应用场合。
[0003]传统的LLC变换器具有宽输入与高效率的矛盾，随着科技发展，产生了自适应励磁电感，矩阵变压器以及同步整流等技术来提升LLC的效率。
[0004]自适应励磁电感技术，是通过把一对电容与电感并联接入原边线圈两端，在不同工作频率下可以产生不同的等效励磁电感值，从而实现电源在不同输入电压下，不同工作频率下的励磁电感的自我匹配。
[0005]矩阵变压器集成技术，是一种变压器原边绕组串联，副边绕组并联的技术，同时将谐振电感与励磁电感集成在一起，减少了变压器的磁损，特别适合于大电流大功率的电源系统中。
[0006]同步整流技术，是将MOS管替换成二极管，利用了MOS管的导通压降低的特性，通过检测MOS管两端的电压或电流来控制MOS管的开通与关断，使副边绕组两端的电压与整流后的电压同相位。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种宽输入恒定输出电压的双谐振腔电源，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种宽输入恒定输出电压的双谐振腔电源，该电源将一个宽输入电压范围分成两个电压等级范围，并命名两个电压等级的分界点为切换电压，同时该电源具有两个可供选择的谐振腔，通过一个双刀双掷继电器进行控制，其次原边绕组并联一个小电感，通过一个继电器控制其并入还是断开，控制信号来源于输入电压与切换电压的比较，在低电压等级范围时，接入具有低电感比K以及低品质因数Q的谐振腔，同时并入小电感，以此来起到宽增益的作用；在高电压等级范围时，采用高电感比K以及高品质因素Q的谐振腔，断开小电感的并入，减少了原边电流，减少线损与磁损，继而提高了电源的工作效率；
[0010]具体包括主功率回路和控制电路，主功率回路连接控制电路，所述主功率回路包括电容Cin、开关管S1、开关管S2、单刀双掷开关K1和变压器T，所述电容Cin的一端连接开关管S1的漏极和输入电压正极，电容Cin的另一端连接开关管S2的源极、开关K2、电感Lm、变压器T的接口2和输入电压负极，开关管S1的源极连接开关管S2的漏极和单刀双掷开关K1的动端，单刀双掷开关K1的一个不动端连接电感Lr1,电感Lr1的另一端连接电容Cr1，单刀双掷开关K1的另一个不动端连接电感Lr2,电感Lr2的另一端连接电容Cr2，电容Cr1的另一端连
接电容Cr2、电感Lm1、电感Lm的另一端和变压器T的接口1，变压器T的接口3连接开关管SR1的漏极，开关管SR1的源极连接开关管SR2的源极和输出端Vout
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,变压器T的接口4连接输出端Vout+，开关管SR2的漏极连接变压器T的接口5，变压器T的接口3连接开关管SR1的漏极，开关管SR3的源极连接开关管SR4的源极和输出端Vout
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,变压器T的接口7连接输出端Vout+，开关管SR4的漏极连接变压器T的接口8，变压器T的接口9连接开关管SR5的漏极，开关管SR5的源极连接开关管SR6的源极和输出端Vout
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,变压器T的接口10连接输出端Vout+，开关管SR6的漏极连接变压器T的接口11，变压器T的接口12连接开关管SR7的漏极，开关管SR7的源极连接开关管SR8的源极和输出端Vout
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,变压器T的接口13连接输出端Vout+，开关管SR8的漏极连接变压器T的接口14。
[0011]作为本专利技术的进一步技术方案：所述输出端Vout+和输出端Vout
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之间设有电容Cout。
[0012]作为本专利技术的进一步技术方案：所述电感Lr1、电感Lr2、电容Cr1和电容Cr2组成双谐振电路，一路谐振腔由小谐振电感、大谐振电容组成，具有低电感比K、低品质因数Q的特性；另一路谐振腔由大谐振电感、小谐振电容组成，具有高电感比K、高品质因数Q的特性，两路的谐振频率点均为300KHz，保证了两路谐振腔在电源增益为1时，平稳切换，两个谐振腔输入端接入双刀双掷继电器的两端，中间的控制线接入DSP的一个输出引脚上，采样后的输入电压接入DSP的一个具有ADC功能的引脚上，与切换电压的数字量进行比较，最后输出高低电平来控制继电器动作。
[0013]作为本专利技术的进一步技术方案：所述控制电路包括采样电路、调理电路以及驱动电路，通过数字控制芯片DSP进行控制，采样电路、调理电路以及驱动电路依次连接。
[0014]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关管S1和开关管S2组成原边半桥逆变电路，每半个周期中，两个MOS轮流承受正向电压，为了保证MOS管在高压输入时稳定运行，每个桥臂上需增加一个MOS管，实现两个MOS管串联的结构。
[0015]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关管S1和开关管S2均采样MOS管。
[0016]作为本专利技术的进一步技术方案：所述变压器T为矩阵式变压器，具体是四柱矩阵式变压器，结构为原边绕组串联，副边绕组并联，采用此变压器结构可以大大提高输入电压应力，与输出电流应力，适用于大功率电源场合，变压器的原副边匝数设置为20:1，单元变压器(即每一柱)上的匝数比为5:1，通过公式(Vout为输出电压24V,fr为额定工作频率300KHz,Nps为单元变压器的原副边匝数比5，S为磁芯中柱的面积190mm2)计算得到B
max
(磁感应强度的最大值)为0.2T。通过电源的幅频特性得到在250V(即最低输入电压)时，所对应的工作频率为188KHz,代入上式得到B
max
为0.3T，变压器并未达到饱和状态，代表变压器在其他输入电压时也不会饱和，变压器的励磁电感与变压器的原副边的匝数以及磁阻有关，因此在变压器原副边匝数一定的情况下，通过改变变压器的气隙长度来调整变压器的励磁电感值的大小，通过maxwell有限元仿真，得到变压器在气隙大小为0.2mm左右时,励磁电感的大小为1.42mH，原边绕组并联的小电感大小为0.157mH,当继电器闭合时，小电感接入电路中，得到的等效励磁电感近似于小电感的感值，以此得到不同谐振腔不同的电感比，副边电路由两个并联的全波整流电路组成，全波电路采用MOS管作为开关管,采用同步整流的控制方式，具体的实现方式为：通过采样V
ds
(MOS管漏源极之间的电压)来控制
MOS管的开通还是关断，通过公式(Ro为负载的阻值，P为输出的功率500W),计算得到负载阻值为1.152Ω。
[0017]通过公式(Lr为谐振电感值，Cr为谐振电容值)，计算得到谐振腔的品质因数，由于第一个谐振腔的Lr＝0.071mH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽输入恒定输出电压的双谐振腔电源，包括主功率回路和控制电路，主功率回路连接控制电路，其特征在于，所述主功率回路包括电容Cin、开关管S1、开关管S2、单刀双掷开关K1和变压器T，所述电容Cin的一端连接开关管S1的漏极和输入电压正极，电容Cin的另一端连接开关管S2的源极、开关K2、电感Lm、变压器T的接口2和输入电压负极，开关管S1的源极连接开关管S2的漏极和单刀双掷开关K1的动端，单刀双掷开关K1的一个不动端连接电感Lr1,电感Lr1的另一端连接电容Cr1，单刀双掷开关K1的另一个不动端连接电感Lr2,电感Lr2的另一端连接电容Cr2，电容Cr1的另一端连接电容Cr2、电感Lm1、电感Lm的另一端和变压器T的接口1，变压器T的接口3连接开关管SR1的漏极，开关管SR1的源极连接开关管SR2的源极和输出端Vout
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,变压器T的接口4连接输出端Vout+，开关管SR2的漏极连接变压器T的接口5，变压器T的接口3连接开关管SR1的漏极，开关管SR3的源极连接开关管SR4的源极和输出端Vout
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,变压器T的接口7连接输出端Vout+，开关管SR4的漏极连接变压器T的接口8，变压器T的接口9连接开关管SR5的漏极，开关管SR5的源极连接开关管SR6的源极和输出端Vout
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,变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：周煜峰，邓先明，徐韶卿，徐敏，侯波，孙元田，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：