具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器制造技术

本专利提供一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，包括直流输入电压、七个功率开关管、三个谐振电感、三个谐振电容、三个变压器及其三个等效励磁电感、十二个整流二极管和输出滤波电容；七个功率开关管构成三相桥式逆变电路；三个谐振电感、谐振电容和励磁电感构成三相谐振槽，采用三角形连接；三个变压器的三个副边绕组分别连接由十二个二极管构成的三个串联的H桥整流器，然后与输出滤波电容和负载并联。本专利的有益效果是：提供一种三相LLC谐振变换器，具有功率大、效率高、工作频率范围窄、输出电压范围超宽、输出电流纹波超小、待机损耗功率超小等优点，广泛应用于电动汽车充电桩等需要大功率、超宽输出电压范围的充电电源。源。源。

【技术实现步骤摘要】
具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器


[0001]本专利涉及一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振型变换器，属于电力电子


技术介绍

[0002]汽车产业的迅速发展加剧了能源危机和环境污染，近年来出现的电动汽车缓解了这一局面，其中大功率快速充电系统已成为电动汽车产业的重要研究方向。但是，由于各个电动车厂商的充电需求并不统一，大量的充电设备入网也会给电网带来新的冲击，因此，对电动汽车的充电设备有大功率、宽范围、高效率、高功率因数的需求，这也是电动汽车大规模普及的瓶颈之一，对电动汽车充电桩的研究具有重要的产业价值。
[0003]采用充电模块构建电动汽车大功率快速充电系统是业界比较理想的方案，充电模块的性能直接影响到整个快充系统的性能。当前，要求这些充电模块具有较大的功率：15kW、20kW或30kW；超宽的输出电压范围：200
‑
1000V，兼容所有电动大巴和乘用车，为充电桩系统集成客户解决电源模块选型难题；超高的效率：97％，大大提高充电站充电效率，为客户运营电站带来巨大的经济价值；超小输出纹波：2V，客户不用再担心充电纹波电压和电流对动力电池寿命的影响，特别是冬天环境温度较低或高寒地区，超小纹波会大大提升电动汽车动力电池的寿命；超大的功率密度：33.75W/in3，大大提高充电桩系统的功率密度，减少系统设计和建设成本；超小的待机损耗功率：小于额定功率的0.5
‰
，大大降低客户运营成本。
[0004]由于LLC谐振变换器具有软开关特性而实现高效率，当前的充电模块的主电路拓扑通常采用LLC谐振变换器技术，但是，依靠传统的单相LLC谐振变换器很难满足大功率指标、超小的输出纹波指标以及超大的功率密度指标，而依靠传统的三相LLC谐振变换器，则很难满足超宽的输出电压范围指标、超小的待机损耗功率和全负载范围内的高效率指标。

技术实现思路

[0005]针对上述技术缺陷，本专利提供一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，具有结构简单、输出功率大、输出效率高、功率密度大、工作频率范围窄、输出电压范围超宽、输出电流纹波超小、待机损耗功率超小等优点。
[0006]本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：包括直流输入电压V
in
、七个功率开关管Q1～Q7及其体二极管D1～D7和寄生电容C1～C7，三个谐振电感L
r1
、L
r2
、L
r3
，三个谐振电容C
r1
、C
r2
、C
r3
，三个匝比均为n的谐振变压器T1、T2、T3，以及分别并联在所述谐振变压器T1、T2、T3的原边绕组两端的等效励磁电感L
m1
、L
m2
、L
m3
，十二个整流二极管D8～D
19
和输出滤波电容C
o
；所述七个功率开关管Q1～Q7构成所述三相LLC谐振变换器的三相全控桥式逆变电路，以所述功率开关管全部为功率MOSFET为例，功率开关管Q1的源极和Q7的漏极连接、Q7的源极和Q4的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第一个桥臂；功率开关管
Q2的源极和Q5的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第二个桥臂；功率开关管Q3的源极和Q6的漏极连接，分别构成所述三相全控桥式逆变电路的第三个桥臂；所述三个桥臂并联，即把功率开关管Q1、Q2、Q3的漏极都连接在一起，把功率开关管Q4、Q5、Q6的源极都连接在一起；所述直流输入电压V
in
的正极连接功率开关管Q1、Q2、Q3的漏极，所述直流输入电压V
in
的负极连接功率开关管Q4、Q5、Q6的源极；所述谐振电容C
r1
、谐振电感L
r1
和励磁电感L
m1
串联构成所述三相LLC谐振变换器的第一相谐振槽，所述谐振电容C
r2
、谐振电感L
r2
和励磁电感L
m2
串联构成所述三相LLC谐振变换器的第二相谐振槽，所述谐振电容C
r3
、谐振电感L
r3
和励磁电感L
m3
串联构成所述三相LLC谐振变换器的第三相谐振槽；所述三相谐振槽的参数相等，即L
m1
＝L
m2
＝L
m3
，L
r1
＝L
r2
＝L
r3
，C
r1
＝C
r2
＝C
r3
；所述三相谐振槽和三个谐振变压器T1、T2、T3的三个原边绕组采用三角形连接方式，即第一相谐振槽的一端连接第一个桥臂的Q1的源极和Q7的漏极的连接点A，第一相谐振槽的另一端连接第二个桥臂的Q2的源极和Q5的漏极的连接点B；第二相谐振槽的一端连接第一相谐振槽的另一端B，第二相谐振槽的另一端连接第三个桥臂的Q3的源极和Q5的漏极的连接点C；第三相谐振槽的一端连接第二相谐振槽的另一端C，第三相谐振槽的另一端连接第一个桥臂的Q7的源极和Q4的漏极的连接点D；所述三个谐振变压器T1、T2、T3的三个副边绕组分别连接由整流二极管D8～D
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构成的三个H桥整流器，所述三个H桥整流器串联连接，然后与输出滤波电容C
o
并联，输出滤波电容C
o
的两端连接负载电阻R
L
。
[0008]基于所述具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q6持续导通，开关管Q1、Q3、Q4、Q7持续关断，开关管Q2和Q5互补导通并工作在调频状态，开关管Q2、Q5的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；变压器T1和T3不工作，变压器T2工作，其原边绕组的另一端C直接连接直流输入电压V
in
的负极，所述三相谐振槽只有第二相谐振槽工作，在第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压为0～V
in
的方波，构成一个单相半桥LLC谐振变换器拓扑一，所述LLC谐振变换器拓扑一的电压增益为工作在半桥模式下的电压增益；所述LLC谐振变换器拓扑一的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V
BC
、谐振电容C
r2
、谐振电感L
r2
、励磁电感L
m2
、基波等效负载电阻R
eq
，所述基波等效电压源V
BC
、谐振电容C
r2
、谐振电感L
r2
和励磁电感L
m2
串联，所述基波等效负载电阻R
eq
连接在励磁电感L
m2
的两端；所述三个H桥整流器串联，其中由二极管D
12
～D
15
构成的第二个H桥整流器起整流作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：包括直流输入电压V
in
、七个功率开关管Q1～Q7及其体二极管D1～D7和寄生电容C1～C7，三个谐振电感L
r1
、L
r2
、L
r3
，三个谐振电容C
r1
、C
r2
、C
r3
，三个匝比均为n的谐振变压器T1、T2、T3，以及分别并联在所述谐振变压器T1、T2、T3的原边绕组两端的等效励磁电感L
m1
、L
m2
、L
m3
，十二个整流二极管D8～D
19
和输出滤波电容C
o
；所述七个功率开关管Q1～Q7构成所述三相LLC谐振变换器的三相全控桥式逆变电路，以所述功率开关管Q1～Q7全部为功率MOSFET为例，功率开关管Q1的源极和Q7的漏极连接、Q7的源极和Q4的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第一个桥臂；功率开关管Q2的源极和Q5的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第二个桥臂；功率开关管Q3的源极和Q6的漏极连接，分别构成所述三相全控桥式逆变电路的第三个桥臂；所述三个桥臂并联，即把功率开关管Q1、Q2、Q3的漏极都连接在一起，把功率开关管Q4、Q5、Q6的源极都连接在一起；所述直流输入电压V
in
的正极连接功率开关管Q1、Q2、Q3的漏极，所述直流输入电压V
in
的负极连接功率开关管Q4、Q5、Q6的源极；所述谐振电容C
r1
、谐振电感L
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和励磁电感L
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串联构成所述三相LLC谐振变换器的第一相谐振槽，所述谐振电容C
r2
、谐振电感L
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和励磁电感L
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串联构成所述三相LLC谐振变换器的第二相谐振槽，所述谐振电容C
r3
、谐振电感L
r3
和励磁电感L
m3
串联构成所述三相LLC谐振变换器的第三相谐振槽；所述三相谐振槽的参数相等，即L
m1
＝L
m2
＝L
m3
，L
r1
＝L
r2
＝L
r3
，C
r1
＝C
r2
＝C
r3
；所述三相谐振槽和三个谐振变压器T1、T2、T3的三个原边绕组采用三角形连接方式，即第一相谐振槽的一端连接第一个桥臂的Q1的源极和Q7的漏极的连接点A，第一相谐振槽的另一端连接第二个桥臂的Q2的源极和Q5的漏极的连接点B；第二相谐振槽的一端连接第一相谐振槽的另一端B，第二相谐振槽的另一端连接第三个桥臂的Q3的源极和Q5的漏极的连接点C；第三相谐振槽的一端连接第二相谐振槽的另一端C，第三相谐振槽的另一端连接第一个桥臂的Q7的源极和Q4的漏极的连接点D；所述三个谐振变压器T1、T2、T3的三个副边绕组分别连接由整流二极管D8～D
19
构成的三个H桥整流器，所述三个H桥整流器串联连接，然后与输出滤波电容C
o
并联，输出滤波电容C
o
的两端连接负载电阻R
L
。2.根据权利要求1所述的一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q6持续导通，开关管Q1、Q3、Q4、Q7持续关断，开关管Q2和Q5互补导通并工作在调频状态，开关管Q2、Q5的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；变压器T1和T3不工作，变压器T2工作，其原边绕组的另一端C直接连接直流输入电压V
in
的负极，所述三相谐振槽只有第二相谐振槽工作，在第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压为0～V
in
的方波，构成一个单相半桥LLC谐振变换器拓扑一；所述LLC谐振变换器拓扑一的电压增益为工作在半桥模式下的电压增益；所述LLC谐振变换器拓扑一的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V
BC
、谐振电容C
r2
、谐振电感L
r2
、励磁电感L
m2
、基波等效负载电阻R
eq
，所述基波等效电压源V
BC
、谐振电容C
r2
、谐振电感L
r2
和励磁电感L
m2
串联，所述基波等效负载电阻R
eq
连接在励磁电感L
m2
的两端；所述三个H桥整流器串联，其中由二极管D
12
～D
15
构成的第二个H桥整流器起整流作用。3.根据权利要求1所述的一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：
保持开关管Q1、Q6持续导通，开关管Q3、Q4、Q7持续断开，开关管Q2、Q5互补导通并工作在调频状态，开关管Q2、Q5的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；第一相谐振槽的A端直接连接直流输入电压V
in
的正极，第三相谐振槽的C端直接连接直流输入电压V
in
的负极，第一相谐振槽和第二相谐振槽工作，第三相谐振槽不工作，构成两相输入端并联、输出端串联的半桥LLC谐振变换器拓扑二；在该拓扑下，第一相谐振槽的两端A、B端和第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压均为0～V
in
的方波，第一相谐振槽和第二相谐振槽均工作在半桥LLC谐振变换器模式，两个变压器T1和T2向负载侧传输能量，流经两相谐振电感L
r1
、L
r2
的电流大小相等，相位相同；所述LLC谐振变换器拓扑二的电压增益为工作在半桥模式下的第一相谐振槽的电压增益与第二相谐振槽的电压增益之和；所述LLC谐振变换器拓扑二的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V
AB
和V
BC
、谐振电容C
r1
和C
r2
、谐振电感L
r1
和L
r2
、励磁电感L
m1
和L
m2
、基波等效负载电阻R
eq
，所述基波等效电压源V
AB
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉岗，孙晓钰，
申请(专利权)人：杨玉岗，
类型：新型
国别省市：