宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器及控制方法，与传统谐振变换器相比，所提出的宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器能够使用低耐压的全控型开关器件实现宽范围谐振变换器调压，拓扑结构简单，成本低，降低了变压器产生电压尖峰和振荡问题的可能性

【技术实现步骤摘要】
宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器及控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子领域，特别涉及一种宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器及控制方法
。

技术介绍

[0002]近年来，电动汽车的普及以及分布式发电的应用对
DC
‑
DC
变换器提出了新的要求
。DC
‑
DC
变换器分为隔离型和非隔离型变换器，隔离型变换器由于变压器的存在，输入端与输出端实现电气隔离，有效的保证了人员和设备的安全
。
现有的隔离型变换器中，谐振变换器由于具有实现软开关的能力，能够有效地减小开关损耗，在高频功率变换领域得到广泛的重视和研究
。
[0003]谐振
DC
‑
DC
变换器包括
LC
串联谐振变换器
、LC
并联谐振变换器以及串并联谐振变换器如
LLC、LCC
等谐振变换器
。LC
串联谐振变换器通过对电路参数优化能够实现全控型开关器件零电压开通，二极管零电流关断，但是输出电压调整能力差是
LC
串联谐振变换器的一大缺点
。LC
并联谐振变换器轻载时变换器工作范围较窄，工作效率低
。LLC
谐振变换器综合了
LC
串联谐振变换器和
LC
并联谐振变换器的优点，具有轻载时变换器效率高
、
频率调节范围窄的特点，通过对电路参数优化能够实现变换器全控型开关器件零电压开通，二极管零电流关断
。LCC
谐振变换器是在
LC
串联谐振变换器的基础上增加了一个并联电容而来，变压器利用率高，但是
LCC
变换器中的两个电容都很大，成本也随之增加
。
控制电路成本高
、
控制方法以及谐振参数设计复杂是串并联谐振变换器的主要缺陷
。
[0004]此外，在传统的谐振变换器中，全桥谐振变换器被认为是控制复杂
、
全控型开关器件数量多的复杂结构
。
相比之下，半桥结构更具吸引力，采用的全控型开关器件数量更少，结构更为简单
。
然而，传统的半桥谐振变换器变压器副边绕组侧采用全桥整流电路，二极管数量较多，而且，若想实现变换器宽范围升
、
降压，就要增加副边绕组匝数，而匝数增大容易导致变压器寄生参数增大，如漏感和分布电容等，从而产生电压尖峰和振荡问题
。
而且，传统的半桥谐振变换器的电压调节能力并不突出，这限制了一些需要宽或全输出电压范围的应用，例如城轨列车及家用电动汽车电池
、
发光二极管驱动器
、
可编程电源等
。
[0005]为了在需要宽或全输出电压范围的应用中更好的实现输出电压调节，人们提出了许多用于谐振变换器的控制方法
。
其中一种常见方法是固定占空比的频率调制方法，变换器的输出电压通过改变开关频率进行调节
。
当谐振变换器工作在谐振频率以下时，全控型开关器件无法实现零电压开关
。
然而，全控型开关器件零电压开关是谐振变换器的主要优势所在
。
当谐振变换器工作在谐振频率以上时，全控型开关器件能够实现零电压开关，但由于全控型开关器件的限制，在轻载下将开关频率无限增大并不现实
。
此外，谐振变换器采用固定占空比的频率调制方法时，并不能实现输出电压全范围调节
。
固定频率的脉冲宽度调制方法是谐振变换器实现输出电压调节的另一种常见方法
。
当谐振变换器采用固定频率的脉冲宽度调制方法工作在谐振频率时，无论负载如何变化，谐振变换器均可以实现输出电压全范围调节
。
固定频率的脉冲宽度调制方法可分为两类，即对称脉冲宽度调制方法和不
对称脉冲宽度调制方法
。
谐振变换器在对称脉冲宽度调制方法下工作时，全控型开关器件无法实现软开关，这将导致高的开关损耗，系统效率低
。
而采用不对称脉冲宽度调制方法，全控型开关器件能够实现软开关，但是，不对称脉冲宽度调制方法的一个缺点是变换器承受的电流应力较大，导致系统效率低下
。Mustafa A
等人在文献“Dual phase LLC resonant converter with variable frequency zero circulating current phase
‑
shift modulation for wide input voltage range applications”中采用了固定频率的相移调制方法，能够实现输出电压全范围调节，然而，这种方法仅适用于具有全桥配置和谐振回路的谐振变换器
。
文献“Performance Improvement of PWM Control Methods for Voltage Step
‑
Down in Series Resonant DC
‑
DC Converters”中分析了半桥串联谐振变换器和全桥串联谐振变换器的几种改进控制方法，但是这些控制方法的性能均无法和不对称脉冲宽度调制方法相媲美
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器及控制方法，旨在从电路拓扑及控制方法两方面实现谐振变换器宽范围调压的同时，使谐振变换器工作在软开关条件，所有全控型开关器件零电压开通，所有二极管零电流关断，全控型开关器件承受电流应力小，系统效率高，电路成本低
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供了一种宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器，所述宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器包括两个全控型开关器件
(S1、S2)、
一个变压器
(TR)、
一个谐振电感
(L
r
)、
两个谐振电容
(C
r1
、C
r2
)、
两个二极管
(D1、D2)、
一个滤波电容
(C
o
)
和一个负载
(R
L
)
；所述全控型开关器件
(S1)
的第一接线端
(p)
与直流电压的正端相连，所述全控型开关器件
(S1)
的第二接线端
(n)
与所述全控型开关器件
(S2)
的第一接线端
(p)
相连，所述全控型开关器件
(S2)
的第二接线端
(n)
与直流电压的负端相连；所述变压器
(TR)
原边绕组的第一接线端
(a)
与所述全控型开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器，其特征在于，包括两个全控型开关器件
(S1、S2)、
一个变压器
(TR)、
一个谐振电感
(L
r
)、
两个谐振电容
(C
r1
、C
r2
)、
两个二极管
(D1、D2)、
一个滤波电容
(C
o
)
和一个负载
(R
L
)
；所述全控型开关器件
(S1)
的第一接线端
(p)
与直流电压的正端相连，所述全控型开关器件
(S1)
的第二接线端
(n)
与所述全控型开关器件
(S2)
的第一接线端
(p)
相连，所述全控型开关器件
(S2)
的第二接线端
(n)
与直流电压的负端相连；所述变压器
(TR)
原边绕组的第一接线端
(a)
与所述全控型开关器件
(S1)
的第二接线端
(n)、
所述全控型开关器件
(S2)
的第一接线端
(p)
相连，所述变压器
(TR)
原边绕组的第二接线端
(b)
与直流电压的负端相连，所述变压器
(TR)
副边绕组的第一接线端
(c)
与所述谐振电感
(L
r
)
的第一接线端
(f)
相连，所述变压器
(TR)
副边绕组的第二接线端
(d)
与所述谐振电容
(C
r1
)
的第二接线端
(n)、
所述谐振电容
(C
r2
)
的第一接线端
(p)
相连；所述二极管
(D1)
的阳极与所述谐振电感
(L
r
)
的第二接线端
(s)、
所述二极管
(D2)
的阴极相连，所述二极管
(D1)
的阴极与所述谐振电容
(C
r1
)
的第一接线端
(p)
相连，所述二极管
(D2)
的阳极与所述谐振电容
(C
r2
)
的第二接线端
(n)
相连；所述滤波电容
(C
o
)
的第一接线端
(p)
与所述谐振电容
(C
r1
)
的第一接线端
(p)、
所述负载
(R
L
)
的第一接线端
(p)
相连，所述滤波电容
(C
o
)
的第二接线端
(n)
与所述谐振电容
(C
r2
)
的第二接线端
(n)、
所述负载
(R
L
)
的第二接线端
(n)
相连
。2.
根据权利要求1所述的一种宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器，其特征在于，所述全控型开关器件
(S1)
与所述全控型开关器件
(S2)
处于所述变压器
(TR)
原边绕组侧同一个桥臂，所述二极管
(D1)
与所述二极管
(D2)
处于所述变压器
(TR)
副边绕组侧同一个桥臂，所述宽输出电压范围的半桥副边谐振变换器包括谐振变换电路，所述谐振变换电路处于所述变压器
(TR)
副...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔佳仪，续明进，孙睿，陈博洋，林志成，马文一，甘泉，
申请(专利权)人：北京印刷学院，
类型：发明
国别省市：