一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器，它是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述原边电路是由缓冲电容与开关管串联组成抗直通电路构成，所述副边电路是由整流电路构成，LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr构成。本发明专利技术通过将LLC谐振结构与抗直通桥臂、推挽结构集成到一起，实现原边抗直通结构，同时实现原边开关管的软开关，副边整流管的软开关，提高功率变换器的可靠性和功率密度。本发明专利技术只有两个开关管，能够有效降低成本。该变换器适用于高可靠要求的航空航天、军事领域，能够应用于高输入电压的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器
本专利技术涉及通信电源、航空航天高可靠电源、混合电动汽车等系统的电力电子变换器领域，尤其涉及一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器。
技术介绍
开关电源被广泛应用于国民生产的各个领域，航空航天和军工领域的不断发展对高可靠、高功率密度、高效率、大功率电源变换器的研制提出了更高的要求。推挽结构能够实现变换器双向磁化且不存在桥臂直通隐患，被广泛应用于航天电源的设计中，是航天电源拓扑结构基本程式之一。但推挽结构开关管承受电压应力为输入电压的两倍，变压器原边绕组的漏感能量容易在开关管上形成电压尖峰，因此只适用于低压输入场合，且推挽电路为硬开关，开关损耗高，效率低。LLC谐振变换器以其效率高、功率密度高被广泛应用，LLC能够实现开关管的软开关，能够有效降低变换器的EMI，实现高频化，减小变换器体积，提高变换器的功率密度。但是，传统的LLC谐振变换器原边开关管存在桥臂直通的隐患，不适合在高可靠要求的航空航天、军事等领域应用。针对以上结构弊端，为实现对电路的优化，提出一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器。采用推挽结构与半桥LLC谐振结构相结合的思想，实现开关管的软开关，提高变换器效率，同时该变换器不存在桥臂直通的隐患，可靠性高，同时原边开关管电压应力低，适用于高输入电压的场合。该变换器副边整流管能够实现软开关，有效提高了变换器的效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种适合于高输入电压的、抗桥臂直通的、高可靠软开关LLC谐振变换器。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器，该变换器是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述原边电路是由缓冲电容与开关管串联组成抗直通电路构成，所述副边电路是由整流电路构成，LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr构成；所述原边电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一缓冲电容C1、第二缓冲电容C2；第一开关管S1的源极与第一缓冲电容C1一端连接，组成抗直通结构前桥臂，第二开关管S2的漏极与第二缓冲电容C2一端连接，组成抗直通结构后桥臂，前桥臂与后桥臂并联连接，第一开关管S1的漏极与第二缓冲电容C2另一端连接，第二开关管S2的源极与第一缓冲电容C1另一端连接；所述LLC谐振网络和变压器包括高频变压器T、谐振电感Lr、第一绕组励磁电感Lm1、、第二绕组励磁电感Lm2、第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2，高频变压器T原边与副边的匝比为n:1；第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2串联连接，然后与输入电压源Vin并联连接；第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2连接的中点与谐振电感Lr的一端连接；高频变压器T有两个原边绕组和两个副边绕组，高频变压器T第一原边绕组Np1同名端与第一开关管S1的源极连接，高频变压器T第一原边绕组Np1的非同名端与第二原边绕组Np2的非同名端以及谐振电感Lr的另一端连接，高频变压器T原边第二绕组Np2的同名端与第二开关管S2的漏极连接；高频变压器T第一副边绕组Ns1的非同名端与高频变压器T第二副边绕组Ns2的同名端连接；第一绕组励磁电感Lm1、并联在第一原边绕组Np1的同名端和非同名端之间，第二绕组励磁电感Lm2并联在第二原边绕组Np2的同名端和非同名端之间；所述副边电路包括第一输出整流二极管Dr1、第二输出整流二极管Dr2、输出电容Co和负载电阻Ro，第一输出整流二极管Dr1的阴极与第二输出整流二极管Dr2的阴极连接，第一输出整流二极管Dr1的阳极与高频变压器T第一副边绕组Ns1的同名端连接，第二输出整流二极管Dr2的阳极与高频变压器T第二副边绕组Ns2的非同名端连接；输出电容Co与负载电阻Ro并联后其正极连接到第一输出整流二极管Dr1与第二输出整流二极管Dr2的共阴极处，其负极连接到高频变压器T副边第一副边绕组Ns1的非同名端以及高频变压器T副边第二副边绕组Ns2的同名端处。本专利技术通过将LLC谐振结构与抗直通桥臂、推挽结构集成到一起，实现原边抗直通结构，同时实现原边开关管的软开关，副边整流管的软开关，提高功率变换器的可靠性和功率密度。本专利技术只有两个开关管，能够有效降低成本。该变换器适用于高可靠要求的航空航天、军事领域，能够应用于高输入电压的场合。本专利技术的特点和技术效果：(1)变换器不存在桥臂直通的结构，消除桥臂直通的隐患，可靠性高；(2)原边开关管承受电压应力为输入电压值，开关管电压应力低，适用于高压输入场合；(3)所有原边开关管和副边的整流管都能够实现软开关，有效提高变换器效率，同时易于高频化设计。(4)变压器漏感能够与谐振电感磁集成，提高变换器的功率密度。附图说明图1是本专利技术抗直通软开关推挽LLC谐振变换器的电路结构原理图；图2是本专利技术抗直通软开关推挽LLC谐振变换器的主要工作波形图；图3是本专利技术抗直通软开关推挽LLC谐振变换器t0-t1阶段的等效电路图；图4是本专利技术抗直通软开关推挽LLC谐振变换器t1-t2阶段的等效电路图；图5是本专利技术抗直通软开关推挽LLC谐振变换器t2-t3阶段的等效电路图；图6是本专利技术抗直通软开关推挽LLC谐振变换器t3时刻后，进入负半周的等效电路图。以上附图中的符号名称说明：Vin为输入电压源；Vgs1、Vgs2分别为第一开关管S1和第二开关管S2的驱动；Vds1、Vds2分别为第一开关管S1和第二开关管S2两端电压，idr1、idr2分别为高频变压器T第一副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2的整流管电流，ip1、ip2分别为高频变压器T第一原边绕组Np1和第二原边绕组Np2的绕组电流，S1为第一开关管，S2为第二开关管；Cr1为第一谐振电容，Cr2为第二谐振电容；Lr为谐振电感；C1为第一缓冲电容、C2为第二缓冲电容；T为高频变压器；Np1、Np2、Ns1、Ns1分别为高频变压器的第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；Lm1、Lm2分别为第一绕组激磁电感和第二绕组激磁电感；iLr为谐振电感Lr电流，Dr1、Dr2分别为第一输出整流二极管、第二输出整流二极管；Co为输出滤波电容；Ro为负载电阻，D为开关管占空比；tdead是死区时间。具体实施方案下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术的一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述原边电路是由缓冲电容与开关管串联组成抗直通电路构成，所述副边电路是由整流电路构成，LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr构成；所述原边电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一缓冲电容C1、第二缓冲电容C2；第一开关管S1的源极与第一缓冲电容C1一端连接，组成抗直通结构前桥臂，第二开关管S2的漏极与第二缓冲电容C2一端连接，组成抗直通结构后桥臂，前桥臂与后桥臂并联连接，第一开关管S1的漏极与第二缓冲电容C2另一端连接，第二开关管S2的源极与第一缓冲电容C1另一端连接；所述LLC谐振网络和变压器包括高频变压器T、谐振电感Lr、第一绕组励磁电感Lm1、、第二绕组励磁电感Lm2、第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2，高频变压器T原边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器，其特征在于：它是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述原边电路是由缓冲电容与开关管串联组成抗直通电路构成，所述副边电路是由整流电路构成，LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr构成；所述原边电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一缓冲电容C1、第二缓冲电容C2；第一开关管S1的源极与第一缓冲电容C1一端连接，组成抗直通结构前桥臂，第二开关管S2的漏极与第二缓冲电容C2一端连接，组成抗直通结构后桥臂，前桥臂与后桥臂并联连接，第一开关管S1的漏极与第二缓冲电容C2另一端连接，第二开关管S2的源极与第一缓冲电容C1另一端连接；所述LLC谐振网络和变压器包括高频变压器T、谐振电感Lr、第一绕组励磁电感Lm1、、第二绕组励磁电感Lm2、第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2，高频变压器T原边与副边的匝比为n:1；第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2串联连接，然后与输入电压源Vin并联连接；第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2连接的中点与谐振电感Lr的一端连接；高频变压器T有两个原边绕组和两个副边绕组，高频变压器T第一原边绕组Np1同名端与第一开关管S1的源极连接，高频变压器T第一原边绕组Np1的非同名端与第二原边绕组Np2的非同名端以及谐振电感Lr的另一端连接，高频变压器T原边第二绕组Np2的同名端与第二开关管S2的漏极连接；高频变压器T第一副边绕组Ns1的非同名端与高频变压器T第二副边绕组Ns2的同名端连接；第一绕组励磁电感Lm1、并联在第一原边绕组Np1的同名端和非同名端之间，第二绕组励磁电感Lm2并联在第二原边绕组Np2的同名端和非同名端之间；所述副边电路包括第一输出整流二极管Dr1、第二输出整流二极管Dr2、输出电容Co和负载电阻Ro，第一输出整流二极管Dr1的阴极与第二输出整流二极管Dr2的阴极连接，第一输出整流二极管Dr1的阳极与高频变压器T第一副边绕组Ns1的同名端连接，第二输出整流二极管Dr2的阳极与高频变压器T第二副边绕组Ns2的非同名端连接；输出电容Co与负载电阻Ro并联后其正极连接到第一输出整流二极管Dr1与第二输出整流二极管Dr2的共阴极处，其负极连接到高频变压器T副边第一副边绕组Ns1的非同名端以及高频变压器T副边第二副边绕组Ns2的同名端处。...

【技术特征摘要】
1.一种抗直通软开关推挽LLC谐振变换器，其特征在于：它是由输入源Vin、原边电路、LLC谐振网络和变压器以及副边电路构成，所述原边电路是由缓冲电容与开关管串联组成抗直通电路构成，所述副边电路是由整流电路构成，LLC谐振网络和变压器是由高频变压器、谐振电感Lr、励磁电感Lm和谐振电容Cr构成；所述原边电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一缓冲电容C1、第二缓冲电容C2；第一开关管S1的源极与第一缓冲电容C1一端连接，组成抗直通结构前桥臂，第二开关管S2的漏极与第二缓冲电容C2一端连接，组成抗直通结构后桥臂，前桥臂与后桥臂并联连接，第一开关管S1的漏极与第二缓冲电容C2另一端连接，第二开关管S2的源极与第一缓冲电容C1另一端连接；所述LLC谐振网络和变压器包括高频变压器T、谐振电感Lr、第一绕组励磁电感Lm1、第二绕组励磁电感Lm2、第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2，高频变压器T原边与副边的匝比为n:1；第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2串联连接，然后与输入电压源Vin并联连接；第一谐振电容Cr1与第二谐振电容Cr2连接的中点与谐振电感Lr的一端连接；高频变压器T有两个原边绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵清林，范满义，杨秋霞，李晓菊，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13