一种高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器及其控制方法。变换器包括飞跨电容C

【技术实现步骤摘要】
一种高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器及其控制方法
本专利技术涉及双谐振变换器
，特别是一种高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器及其控制方法。
技术介绍
LLC谐振变换器因拓扑简单、软开关特性优越等优点，在学术界和产业界受到广泛关注。其中双谐振类型的LLC变换器因拥有两个谐振腔和隔离变压器，具有效率高，散热特性良好，易于实现双路输出等特性得到广泛应用。工业界和产业界的广泛使用的半桥双谐振LLC谐振变换器如图1a、图1b所示。其中，图1a所示结构为两路输出场景下结构，图1b所示结构为单路输出场景下结构。图1a、图1b所示的半桥双谐振LLC谐振变换器均由开关逆变桥臂电路、谐振电路、变压器和整流电路等部分组成，开关逆变桥臂电路由两个开关管Q1、Q2串联而成，用于将直流电压逆变为一个方波；谐振电路帮助实现开关管的软开关特性；变压器和整流电路用于将能量传输到负载端。图1a、图1b所示的半桥双谐振LLC谐振变换器的控制策略如图2所示，拓扑中的开关管Q1由一个的50％占空比的控制信号驱动，而开关管Q2由另一个互补的50％占空比控制信号驱动，故其桥臂逆变出的两个谐振腔输入电压峰峰值等于输入电压VIN。在实际应用时，两个管子的驱动信号之间应有死区时间，用于防止管子直通和实现开关管的零电压导通。随着现代工业系统的发展，图1a、图1b所示两种半桥LLC双谐振变换器拓扑的缺点也逐渐显现出来。在高压输入场合或者高降压比场景下，现有的双谐振半桥LLC变换器存在降压能力不足问题，这会导致变压器原边匝数的增加，进而导致两个变压器均增加了额外的损耗和体积，不利于提高变换器的效率和功率密度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器及其控制方法。实现本专利技术目的的技术方案如下：一种高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器，包括三电平桥臂；所述三电平桥臂包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，还包括跨接在第一开关管源极和第三开关管源极的第一飞跨电容以及跨接在第二开关管源极和第四开关管源极的第二飞跨电容，第一开关管漏极连接到电源正极，第四开关管源极连接到电源负极；还包括依次连接的第一谐振网络、第一隔离变压器和第一整流电路；第一谐振网络的正输入端连接到第一开关管漏极，负输入端连接到第一开关管源极；还包括依次连接的第二谐振网络、第二隔离变压器和第二整流电路；第二谐振网络的正输入端连接到第三开关管源极，负输入端连接到第四开关管源极。进一步的技术方案为：第一整流电路的输出端用于连接第一负载，第二整流电路的输出端用于连接第二负载。或者，第一隔离变压器和第二隔离变压器匝数相等，第一整流电路的输出端与第二整流电路的输出端并联后用于连接负载。上述高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器的控制方法，对第一开关管和第三开关管同时施加第一组50％占空比的驱动信号，对第二开关管和第四开关管同时施加第二组50％占空比的驱动信号；第一组驱动信号和第二组驱动信号互补；第一组驱动信号与第二组驱动信号之间设置有死区时间。相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于，1、本专利技术变换器具有更高的降压能力，体现在三电平桥臂逆变出的谐振腔输入电压峰峰值为输入电压VIN的一半，高降压比特性使得变换器更适合高压输入或者高降压比应用场合。2、本专利技术变换器的高降压比特性有利于减小变压器匝数，从而降低单个变压器损耗，尤其是在变压器原边电流大且匝数多的情况下，能够大大提高变换器整体的效率和功率密度。3、本专利技术中变换器的原边四个开关管采用两对50％占空比的控制信号驱动，控制策略简单，容易实现。附图说明图1a为两路输出场景下的传统半桥双谐振LLC谐振变换器。图1b为单路输出场景下的传统半桥双谐振LLC谐振变换器。图2为传统半桥双谐振LLC谐振变换器的控制策略示意图。图3a为本专利技术两路输出场景下的双谐振半桥三电平LLC拓扑图。图3b为本专利技术单路输出场景下的双谐振半桥三电平LLC拓扑图。图4为本专利技术单路输出时双谐振半桥三电平LLC稳态工作波形图。图5a为本专利技术单路输出时工作状态I下的等效电路图。图5b为本专利技术单路输出时工作状态II下的等效电路图。图5c为本专利技术单路输出时工作状态III下的等效电路图。图5d为本专利技术单路输出时工作状态IV下的等效电路图。图6a、图6b为单路输出样机的实测关键信号的工作波形图。图中的标记为：VIN，输入电源电压。Q1、Q2、Q3、Q4，开关管。CQ1、CQ2、CQ3、CQ4，开关管寄生电容。DQ1、DQ2、DQ3、DQ4，开关管体二极管。CFLY、CMID，飞跨电容。Lr1，第一谐振网络中谐振电感。Lm1，第一谐振网络中励磁电感。Cr1，第一谐振网络中谐振电容。TR1，第一隔离变压器。Lr2，第二谐振网络中谐振电感。Lm2，第二谐振网络中励磁电感。Cr2，第一谐振网络中谐振电容。TR2，第二隔离变压器。D1、D2、D3、D4，副边整流二极管。C0，输出滤波电容。RL，单路输出负载。RL1，双路输出时第一路负载。RL2，双路输出时第二路负载负载。V0，单路输出电压。V01，双路输出时第一路输出电压。V02，双路输出时第二路输出电压。VAB，A点和B点间电压，即第一谐振网络输入电压。VCD，C点和D点间电压，即第二谐振网络输入电压。VCFLY，飞跨电容CFLY稳态工作电压。VCMID，飞跨电容CMID稳态工作电压。Vgs_Q1、Vgs_Q2、Vgs_Q3、Vgs_Q4，四个开关管驱动波形。Vds_Q1、Vds_Q2、Vds_Q3、Vds_Q4，四个开关管工作时漏极与源极之间电压波形。iLr1，第一谐振网络中谐振电流波形。iLr2，第二谐振网络中谐振电流波形。iD1、iD2、iD3、iD4，二次侧整流二极管电流波形。n，单路输出时隔离变压器TR1、TR2匝数。n1，双路输出时隔离变压器TR1匝数。n2，双路输出时隔离变压器TR2匝数。具体实施方式本专利技术提供了一种新型的高降压比的双谐振半桥三电平LLC谐振变换器及其控制方法。该拓扑主要优势在于：两个谐振腔的输入电压较传统半桥三双谐振LLC变换器降低一半，即方波逆变桥臂具有更高的降压能力，这意味两个变压器原边匝数均能够减小一半，有利于减小变换器的变压器损耗和体积。本专利技术的高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器具体由飞跨电容CFLY、三电平桥臂、飞跨电容CMID、第一谐振网络(第一谐振腔)、第一隔离变压器、第二谐振网络(第二谐振腔)、第二隔离变压器和整流及滤波电路组成。其中三电平桥臂的组成是，将第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管依次串联后接在输入的正负两端，四个开关管各自包含其寄生体二极管和寄生电容。飞跨电容CFLY跨接第一开关管的源极和第三开关管的源极之间，飞跨电容CMID跨接第二开关管的源极和第四开关管的源极之间。对于单路输出场景和双路场景下，本专利技术的双谐振三电平LLC谐振变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器，其特征在于，包括三电平桥臂；所述三电平桥臂包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，还包括跨接在第一开关管源极和第三开关管源极的第一飞跨电容以及跨接在第二开关管源极和第四开关管源极的第二飞跨电容，第一开关管漏极连接到电源正极，第四开关管源极连接到电源负极；还包括依次连接的第一谐振网络、第一隔离变压器和第一整流电路；第一谐振网络的正输入端连接到第一开关管漏极，负输入端连接到第一开关管源极；还包括依次连接的第二谐振网络、第二隔离变压器和第二整流电路；第二谐振网络的正输入端连接到第三开关管源极，负输入端连接到第四开关管源极。/n

【技术特征摘要】
1.一种高降压比双谐振三电平LLC谐振变换器，其特征在于，包括三电平桥臂；所述三电平桥臂包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，还包括跨接在第一开关管源极和第三开关管源极的第一飞跨电容以及跨接在第二开关管源极和第四开关管源极的第二飞跨电容，第一开关管漏极连接到电源正极，第四开关管源极连接到电源负极；还包括依次连接的第一谐振网络、第一隔离变压器和第一整流电路；第一谐振网络的正输入端连接到第一开关管漏极，负输入端连接到第一开关管源极；还包括依次连接的第二谐振网络、第二隔离变压器和第二整流电路；第二谐振网络的正输入端连接到第三开关管源极，负输入端连接到第四开关管源极。


2.如权利要求1所述的一种高降压比...

【专利技术属性】
技术研发人员：马红波，卢松，徐帅东，易俊宏，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51