一种新型单级式LLCPFC谐振变换装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，包括基于受控电压源的LLC拓扑和控制器，控制器与基于受控电压源的LLC拓扑信号连接，所述LLC拓扑电路包括依次连接的输入整流电路、输入电容C

【技术实现步骤摘要】
一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及建立电子
的开关电源
，具体指一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子器件功率需求的不断增长，单级式LLC PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)变换器以其高效率、低成本和高功率密度的优点越来越受到人们的关注。然而，这对图1所示的传统单级式LLC PFC变换器的输入输出电压增益在工频周期内的变换范围提出了极高的要求。如图2所示，在工频周期过零处的理论输入输出电压增益G
req
将趋向于无穷大。
[0003]针对这一问题，同时为了限制工频周期内开关频率变化范围，所选择的励磁电感与谐振电感之比往往较小，这导致工频周期内谐振腔的励磁电流分量始终偏大，造成单级式LLC PFC变换器效率提升受限。与此同时，为了避免谐振变换器进入容性区间而引起软开关丢失，设定的最低开关频率往往需高于理论值，这极易导致变换器在输入电压过零点附近表现出增益不足，造成变换器谐波增大。进一步分析可知，输入电流波形畸变和变压器励磁电流之间存在耦合，在设计时往往难以实现同步优化。因此，对单级式LLC PFC谐振变换器同时实现高功率因数和高变换效率是一项极具挑战性的工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的不足，提出一种基于受控电压源的新型单级式LLC PFC谐振变换装置及其控制方法，基于受控电压源的新型单级式LLC PFC谐振变换装置其主要特点在于谐振腔串入了受控电压源，并提出基于工频周期动态调节的受控电压源移相控制方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，包括基于受控电压源的LLC拓扑和控制器，所述控制器与基于受控电压源的LLC拓扑信号连接，所述LLC拓扑电路包括输入整流电路、输入电容C
in
、LLC变换器、受控电压源、输出整流电路和输出电容C
o
，所述输入整流电路的一个输入端接交流源的一端，所述输入整流电路的另一端与交流源的另一端相连；所述输入整流电路的正输出端接输入电容C
in
的正端以及LLC变换器的正输入端；所述输入整流电路的负输出端接输入电容C
in
的负端以及LLC变换器的负输入端，并接输入地；所述LLC变换器的一个输出端接输出整流电路的一个输入端，所述LLC变换器的另一个输出端接输出整流电路的另一个输入端；所述LLC变换器的谐振腔的一端接受控电压源的正端，所述LLC变换器的谐振腔的另一端接受控电压源的负端；所述受控电压源的一个输入端接输出整流电路的正输出端，并接输出电容C
o
和输出负载R
o
的正端；所述受控电压源的另一个输入端接输出整流电路的负输出端，并接输出电容C
o
和输出负载R
o
的负端。
[0007]作为优选，所述输入整流电路为由二极管构成的桥式整流电路。
[0008]作为优选，所述LLC变换器为全桥拓扑和半桥拓扑任意一种。
[0009]作为优选，所述LLC变换器包括开关管Q1‑
Q4、谐振电容C
r
、谐振电感L
r
和变压器T1，所述开关管Q1和开关管Q3的漏极相连，并作为LLC变换器的正输入端；所述开关管Q1的源极接开关管Q2的漏极和谐振电容C
r
的一端，所述开关管Q2和Q4的源极相连，并作为LLC变换器的负输入端；所述开关管Q3的源极接开关管Q4的漏极，并作为LLC变换器的谐振腔的一端；所述谐振电容C
r
的另一端接谐振电感L
r
的一端，所述谐振电感L
r
的另一端接变压器原边绕组N
p1
的同名端；所述变压器T1的原边绕组N
p1
的异名端作为LLC变换器的谐振腔的另一端；所述变压器T1的副边绕组N
s1
的同名端作为LLC变换器的一个输出端，所述变压器T1的副边绕组N
s1
的异名端作为LLC变换器的另一个输出端。
[0010]作为优选，所述受控电压源包括开关管S
a1
和S
a2
、隔直电容C
a
和辅助变压器T
a
，所述开关管S
a1
的漏极作为受控电压源的正输入端；所述开关管S
a2
的源极接辅助变压器T
a
原边绕组N
p2
的异名端，并作为受控电压源的负输入端；所述开关管S
a1
的源极和开关管S
a2
的漏极相连，并连隔直电容C
a
的一端；所述隔直电容C
a
的另一端接辅助变压器T
a
原边绕组N
p2
的同名端；所述辅助变压器T
a
原边绕组N
s2
的同名端作为受控电压源的正端，其异名端作为受控电压源的负端。
[0011]作为优选，所述输出整流电路为全桥整流电路、倍压整流电路和全波整流电路中任意一种。
[0012]所述控制器包括信号调理电路K
v1
、减法器U
c1
、PI控制器1、信号调理电路K
v2
、乘法器U
c2
、信号调理电路K
i1
、减法器U
c3
、PI控制器2、前馈表、减法器U
c4
、锁相环PLL、移相角α(θ)计算单元和驱动器；
[0013]所述调理电路K
v1
采样输出电压V
o
，所述调理电路K
v1
的输出端与减法器U
c1
一端相连接，所述减法器U
c1
的另一端输出信号至PI控制器1，所述PI控制器1输出信号至乘法器U
c2
；
[0014]所述调理电路K
v2
采样整流后的输入电压v
in
，所述调理电路K
v2
输出信号至乘法器U
c2
和锁相环PLL的输入端；
[0015]调理后的信号与PI控制器1的输出信号I
in_ref
经乘法器U
c2
相乘，得到输入电流基准信号i
in ref
；
[0016]所述调理电路K
i1
采样整流后的输入电流i
in
，所述调理电路K
i1
输出信号至减法器U
c3
，所述乘法器U
c2
输出信号至减法器U
c3
；
[0017]所述减法器U
c3
输出信号PI控制器2；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，其特征在于，包括基于受控电压源的LLC拓扑和控制器，所述控制器与基于受控电压源的LLC拓扑信号连接，所述LLC拓扑电路包括输入整流电路、输入电容C
in
、LLC变换器、受控电压源、输出整流电路和输出电容C
o
，所述输入整流电路的一个输入端接交流源的一端，所述输入整流电路的另一端与交流源的另一端相连；所述输入整流电路的正输出端接输入电容C
in
的正端以及LLC变换器的正输入端；所述输入整流电路的负输出端接输入电容C
in
的负端以及LLC变换器的负输入端，并接输入地；所述LLC变换器的一个输出端接输出整流电路的一个输入端，所述LLC变换器的另一个输出端接输出整流电路的另一个输入端；所述LLC变换器的谐振腔的一端接受控电压源的正端，所述LLC变换器的谐振腔的另一端接受控电压源的负端；所述受控电压源的一个输入端接输出整流电路的正输出端，并接输出电容C
o
和输出负载R
o
的正端；所述受控电压源的另一个输入端接输出整流电路的负输出端，并接输出电容C
o
和输出负载R
o
的负端。2.根据权利要求1所述的一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，其特征在于，所述输入整流电路为由二极管构成的桥式整流电路。3.根据权利要求1所述的一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，其特征在于，所述LLC变换器为全桥拓扑和半桥拓扑任意一种。4.根据权利要求1所述的一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，其特征在于，所述LLC变换器包括开关管Q1‑
Q4、谐振电容C
r
、谐振电感L
r
和变压器T1，所述开关管Q1和开关管Q3的漏极相连，并作为LLC变换器的正输入端；所述开关管Q1的源极接开关管Q2的漏极和谐振电容C
r
的一端，所述开关管Q2和Q4的源极相连，并作为LLC变换器的负输入端；所述开关管Q3的源极接开关管Q4的漏极，并作为LLC变换器的谐振腔的一端；所述谐振电容C
r
的另一端接谐振电感L
r
的一端，所述谐振电感L
r
的另一端接变压器原边绕组N
p1
的同名端；所述变压器T1的原边绕组N
p1
的异名端作为LLC变换器的谐振腔的另一端；所述变压器T1的副边绕组N
s1
的同名端作为LLC变换器的一个输出端，所述变压器T1的副边绕组N
s1
的异名端作为LLC变换器的另一个输出端。5.根据权利要求4所述的一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，其特征在于，所述受控电压源包括开关管S
a1
和S
a2
、隔直电容C
a
和辅助变压器T
a
，所述开关管S
a1
的漏极作为受控电压源的正输入端；所述开关管S
a2
的源极接辅助变压器T
a
原边绕组N
p2
的异名端，并作为受控电压源的负输入端；所述开关管S
a1
的源极和开关管S
a2
的漏极相连，并连隔直电容C
a
的一端；所述隔直电容C
a
的另一端接辅助变压器T
a
原边绕组N
p2
的同名端；所述辅助变压器T
a
原边绕组N
s2
的同名端作为受控电压源的正端，其异名端作为受控电压源的负端。6.根据权利要求1所述的一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，其特征在于，所述输出整流电路为全桥整流电路、倍压整流电路和全波整流电路中任意一种。7.根据权利要求5所述的一种新型单级式LLC PFC谐振变换装置，其特征在于，所述控制器包括信号调理电路K
v1
、减法器U
c1
、PI控制器1、信号调理电路K
v2
、乘法器U
c2
、信号调理电路K
i1
、减法器U
c3
、PI控制器2、前馈表、减法器U
c4
、锁相环PLL、移相角α(θ)计算单元和驱动器；所述调理电路K
v1
采样输出电压V
o
，所述调理电路K
v1
的输出端与减法器U
c1
一端相连接，所述减法器U
c1
的另一端输出信号至PI控制器1，所述P...

【专利技术属性】
技术研发人员：董汉菁，孟浩雷，夏涵哲，谢小高，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：