一种应用在分布式电源中的LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种应用在分布式电源中的LLC谐振变换器，包括直流供电电源(Vin)，直流供电电源(Vin)上连接有逆变电路，逆变电路上并联有振谐网络，振谐网络与变压器的原边绕组串联，变压器的副边绕组连接输出整流滤波电路。本发明专利技术在相同频率时能得到更高的电压增益，因为改进的LLC谐振变换器有电流提升功能，因此在没有AC-DC交流变直流的升压环节的情况下，LLC谐振变换环节的工作频率将会降低。本文提出的增加辅助电路的LLC谐振变换器在正常工作时能够改善工作状态，达到更高的功率密度和更高的工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于开关电源
，尤其涉及一种应用在分布式电源中的LLC谐振变换器。
技术介绍
分布式电源系统被广泛应用在电源通信系统中，分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件，利用最新理论和技术成果，组成积木式、智能化的大功率供电电源，从而使强电与弱电紧密结合，降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力，提高生产效率。分布式电源通常接入中压或低压配电系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响。分布式电源是促进风电、太阳能等分散式可再生能源的开发利用、提高清洁能源利用效率、解决偏远农村地区电力供应问题的重要途径。在当今能源和环境压力日益增加的背景下，推动分布式电源发展已成为世界各国促进节能减排、应对气候变化的重要措施之一。分布式电源作为我国电力系统的有机组成部分，是大电源的重要补充，与大电源、大电网有机统一、缺一不可。分布式电源一般由两部分组成，一部分是前级变换器，另一部分是DC-DC变换器。而前级变换器主要由两级组成，前级是有交流输入的功率因数校正电路，后级是有直流输入的DC-DC变换器。作为一种服务子系统，分布式电源需要更高的功率密度，为了提高功率密度，需要较高的开关频率和效率，提高频率和效率会使元器件体积减小。除了高效和高频，前级DC-DC变换器还要求具有一定的保持时间，对于保持时间的定义：当交流输入消失，系统需要在全功率情况下工作10-20毫秒。为了达到时间的要求，前级DC-DC变换器需要设计为宽范围输入，在此设计下，较高的输入范围的工作状态远好于低输入范围的工作状态。在众多的DC-DC变换器中，LLC谐振变换器因为具有较宽范围的输入和较高的效率而被采用。而在较高的输入电压下对于传统谐振变换器的优化设计是LLC变换器的另一个优点。为了更好的了解LLC谐振变换器的特性，需要分析直流电压增益，此增益能够用简单的元素分析。为了满足分布式电源中保持时间的条件，要求LLC谐振变换器即使在较低的输入电压时都要保证输出电压不降低，因此LLC谐振变换器需要得到比正常工作状态还要高的电压增益，为了适应较高的电压增益，LLC谐振变换器需要在远离谐振频率的工作状态下工作，这一状态导致原边电流的增大并且降低了宽范围输入时的平均效率。为了解决这个问题，需要增加辅助电路，辅助电流有提升电流的能力，在保持时间范围内能够获得更高的增益，这一技术方案，谐振变换器能够达到最优设计，此设计使谐振变换器达到较高的功率密度和转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种在交流输入消失时能够在保持时间内获得更高的功率密度和效率的应用在分布式电源中的LLC谐振变换器。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种应用在分布式电源中的LLC谐振变换器，包括直流供电电源，直流供电电源上连接有逆变电路，逆变电路上并联有振谐网络，振谐网络与变压器的原边绕组串联，变压器的副边绕组连接输出整流滤波电路。所述逆变电路为由全桥逆变电路或半桥逆变电路构成的开关网络。所述逆变电路采用半桥逆变电路，开关管采用MOS管，MOS管的漏极和源极之间并联体二极管和寄生电容。所述半桥逆变电路包括第一开关MOS管、第二开关MOS管、第一体二极管、第二体二极管、第一寄生电容以及第二寄生电容；第一开关MOS管的漏极与直流电源的正极相连，第二开关MOS管的源极与直流电源的负极相连，并接地；第一开关MOS管的源极和第二开关MOS管的漏极相连；第一体二极管和第一寄生电容并联在第一开关MOS管的源极与漏极之间，且第一体二极管的阳极与第一开关MOS管的源极相连；第二体二极管和第二寄生电容并联在第二开关MOS管的源极与漏极之间，且第二体二极管的阳极与第二开关MOS管的源极相连；谐振网络并联在第二开关MOS管的源极与漏极之间。所述谐振网络包括谐振电容、第一谐振电感以及第二谐振电感；谐振电容和第一谐振电感串联后接在第一变压器原边绕组的一端，原边绕组的另一端与谐振电容并联在逆变电路的输出端上；第二谐振电感并联在第一变压器原边绕组的两端。所述输出整流滤波电路包括第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管、钳位二极管、滤波电容以及辅助开关；变压器的一个副边绕组的分别通过第一滤波电感和第三滤波电感与第一整流二极管和第三整流二极管的阳极相连，另一个副边绕组的分别通过第二滤波电感和第四滤波电感与第二整流二极管和第四整流二极管的阳极相连；辅助开关的漏极与变压器副边绕组相连，第三整流二极管的阴极、第四整流二极管的阴极以及钳位二极管的阳极均连接到辅助开关的源极上，第一整流二极管和第二整流二极管的阴极均连接到钳位二极管的阴极上；滤波电容并联在钳位二极管的两端。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术型LLC谐振变换器，为了满足保持时间的要求，即使在低输入或者没有输入电压的情况下也能保持正常的输出电压，这就需要较高的电压增益。而高的电压增益得益于辅助电路，此电路有提升电流的功能，当交流输入电压消失或者降低时，此电路能够使二极管的钳位电压不降低，在此种情况下，本专利技术仍能保持正常的工作状态，并且保证输出电压不降低，在保持时间内保证变换器正常的转换效率。本专利技术通过辅助电路的电流提升功能，即使需要更高的电压增益在没有较宽范围的开关频率的情况下LLC谐振变换器也能被控制和管理，这将使得LLC谐振变换器能够工作在谐振频率附近，从而使得变压器和谐振腔能够达到最佳设计，得到更高的功率密度和效率，所以此种专利技术可以应用在分布式电源中的电源通信系统中。本专利技术通过增加辅助升压电路，确保在分布式电源里的交流输入电压消失的情况下，能够在保持时间内使输出电压不降低，并且达到更高的功率密度和效率。附图说明图1是分布式电源中前级变换器结构图。图2是原有谐振变换器结构图。图3是本专利技术提出的谐振变换器拓扑结构。图4是本专利技术提出的谐振变换器的主要波形图。图5是K对变换器的影响的电压增益曲线。图6是Q对变换器的影响的电压增益曲线。图7是输入输出电压转换率对电压增益的影响。图8是本专利技术的效率和原有谐振变换器效率比较。具体实施方式下面结合附图对本专利技术型的具体实施做详细的阐述。如图1所示为分布式电源前级变换器结构图，此前级变换器由两部分组成，首先是功率因数校正电路，此校正电路为升压电路，当电力系统接入交流输入时，通过PFC阶段的升压作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用在分布式电源中的LLC谐振变换器，其特征在于：包括直流供电电源(Vin)，直流供电电源(Vin)上连接有逆变电路，逆变电路上并联有振谐网络，振谐网络与变压器的原边绕组串联，变压器的副边绕组连接输出整流滤波电路。

【技术特征摘要】
1.一种应用在分布式电源中的LLC谐振变换器，其特征在于：包括直流供
电电源(Vin)，直流供电电源(Vin)上连接有逆变电路，逆变电路上并联有振
谐网络，振谐网络与变压器的原边绕组串联，变压器的副边绕组连接输出整流滤
波电路。
2.根据权利要求1所述的应用在分布式电源中的LLC谐振变换器，其特征
在于：所述逆变电路为由全桥逆变电路或半桥逆变电路构成的开关网络。
3.根据权利要求1所述的应用在分布式电源中的LLC谐振变换器，其特征
在于：所述逆变电路采用半桥逆变电路，开关管采用MOS管，MOS管的漏极和
源极之间并联体二极管和寄生电容。
4.根据权利要求3所述的应用在分布式电源中的LLC谐振变换器，其特征
在于：所述半桥逆变电路包括第一开关MOS管(Q1)、第二开关MOS管(Q2)、
第一体二极管(Db1)、第二体二极管(Db2)、第一寄生电容(C1)以及第二
寄生电容(C2)；
第一开关MOS管(Q1)的漏极与直流电源的正极相连，第二开关MOS管
(Q2)的源极与直流电源的负极相连，并接地；第一开关MOS管(Q1)的源极
和第二开关MOS管(Q2)的漏极相连；第一体二极管(Db1)和第一寄生电容
(C1)并联在第一开关MOS管(Q1)的源极与漏极之间，且第一体二极管(Db1)
的阳极与第一开关MOS管(Q1)的源极相连；第二体二极管(Db2)和第二寄
生电容(C2)并联在第二开关MOS管(Q2)的源极与漏极之间，且第二体二极
管(Db2)的阳极与第二开关MOS管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：史永胜，高丹阳，郝鹏飞，宁青菊，余彬，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61