一种CLLC谐振变换器软启动装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种CLLC谐振变换器软启动装置和方法，包括通过变压器耦合的原边侧和副边侧，原边侧包括第一H桥；副边侧包括第二H桥，第一H桥上相对的开关管S1和S4、S3和S2脉冲分别相同，同一桥臂上的上下两开关管交替导通；第二H桥为不控整流，相应开关管上不施加驱动信号；第一H桥上的脉冲信号和互补脉冲信号的占空比不对称变化；脉冲信号为经过开关管S1和所述开关管S4的脉冲；第二脉冲为经过开关管S3和开关管S2的脉冲；以抑制启动时的电流过流，达到平稳建立输出电压的目的，具有ZVS开通特性，并且不受负载大小的影响，始终保证整流侧一半的二极管实现ZCS关断，并能避免寄生电容参与谐振导致的谐振电流高频震荡。谐振导致的谐振电流高频震荡。谐振导致的谐振电流高频震荡。

【技术实现步骤摘要】
一种CLLC谐振变换器软启动装置和方法


[0001]本专利技术涉及变换器
，具体而言，涉及一种CLLC谐振变换器软启动装置和方法。

技术介绍

[0002]高频隔离双向DC/DC变换器作为能量传递的枢纽，是实现高效率、高可靠性城市灵活供电系统不可或缺的能量变换装置。CLLC谐振型变换器作为最有潜力的拓扑之一，可以实现双向能量流动、宽范围变压和软开关。但由于启动时滤波电容充电以及谐振腔两侧存在较大压差，使得这个过程会产生过大的冲击电流，对谐振元件和开关器件造成巨大应力。为减小冲击电流和应力，提出了CLLC谐振变换器软启动。其中，软启动大致可分为变频、移相和变占空比三种方法。然而目前已有的变频软启动受功率器件开关频率的限制，频率不能过高，同时CLLC谐振变换器的增益特性也决定了高频对电压增益的调节能力有限，无法实现电压增益从零开始变化，导致采用变频软启动时变换器在启动瞬间仍然会产生较大的电流尖峰。移相软启动的实现较为复杂，在启动过程中存在略微过流，且谐振电流受负载影响较大，在满载时会失去副边二极管的ZCS(零电流)关断。变占空比软启动无ZVS(零电压)开通特性，且在实际应用中无法从零开始变化，导致启动瞬间存在电流尖峰，在占空比较小的阶段，谐振电流的续流时间较长，会出现反复过零切换二极管的过程，其上并联的寄生电容反复充放电，影响到二极管的开关性能。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本说明书提出了一种CLLC谐振变换器软启动装置和方法，能够有效抑制启动时的电流过流，达到平稳建立输出电压的目的，具有ZVS开通特性，并且不受负载大小的影响，始终保证整流侧一半的二极管实现ZCS关断，并能避免寄生电容参与谐振导致的谐振电流高频震荡。
[0004]本专利技术的目的在于提供一种CLLC谐振变换器软启动装置，包括通过变压器耦合的原边侧和副边侧，所述原边侧包括第一H桥；所述副边侧包括第二H桥，所述第一H桥的第一桥臂由开关管S1和开关管S2串联组成；所述第一H桥的第二桥臂由开关管S3和开关管S4串联组成；所述第二H桥的第一桥臂由开关管S5和开关管S6串联组成；所述第二H桥的第二桥臂由开关管S7和开关管S8串联组成；其中，所述第一H桥上相对的开关管S1和S4、S3和S2脉冲分别相同，同一桥臂上的上下两开关管交替导通；所述第二H桥为不控整流，相应开关管上不施加驱动信号；所述第一H桥上的脉冲信号和互补脉冲信号的占空比不对称变化；所述脉冲信号为经过所述开关管S1和所述开关管S4的脉冲；所述第二脉冲为经过所述开关管S3和所述开关管S2的脉冲。
[0005]进一步的，所述开关管S1、所述开关管S2、所述开关管S3、所述开关管S4、所述开关管S5、所述开关管S6、所述开关管S7和所述开关管S8的结构相同，包括NMOS管、二极管和无极性电容；所述NMOS管的漏极与所述二极管的阴极和所述无极性电容的一端连接；所述NMOS
管的源极与所述二极管的阳极和所述无极性电容的另一端连接。
[0006]进一步的，所述原边侧还包括输入电源V
in
、原边谐振电感L
r1
、原边谐振电容C
r1
、激励电感L
m
；所述输入电源V
in
的正极与所述开关管S1和所述开关管S3中的NMOS管的漏极连接；所述输入电源V
in
的负极与所述开关管S2和所述开关管S4中的NMOS管的源极连接；所述原边谐振电感L
r1
的一端与所述开关管S1中的NMOS管的源极和所述开关管S2中的NMOS管的漏极连接；所述原边谐振电感L
r1
的另一端与所述激励电感L
m
的一端和初级线圈的同名端连接；所述激励电感L
m
的另一端与所述原边谐振电容C
r1
的一端和所述初级线圈的异名端连接；所述原边谐振电容C
r1
的另一端与所述开关管S3中的NMOS管的源极和所述开关管S4中的NMOS管的漏极连接。
[0007]进一步的，所述输入电源V
in
的基波的表达式为：
[0008][0009]其中，vAB,FHA表示所述基波，D表示时刻t的占空比，表示基波的初始相位，Uin表示输入电压。
[0010]进一步的，所述副边侧还包括副边谐振电感L
r2
、副边谐振电容C
r2
、滤波电容C0和均压电阻R0；次级线圈的同名端与所述副边谐振电感L
r2
的一端连接；所述副边谐振电感L
r2
的另一端与所述开关管S7的源极和所述开关管S8的漏极连接；所述次级线圈的异名端与所述副边谐振电容C
r2
的一端连接；所述副边谐振电容C
r2
的另一端与所述开关管S5的源极和所述开关管S6的漏极连接；所述滤波电容C0与所述均压电阻R0并联，所述滤波电容C0的一端与所述开关管S7和所述开关管S5中的NMOS管的漏极连接；所述滤波电容C0的另一端与所述开关管S6和所述开关管S8的源极连接。
[0011]进一步的，所述脉冲信号和互补脉冲信号的占空比不对称变化为：所述脉冲信号和所述互补脉冲信号的占空比的大小变化相反，总占空比为1。
[0012]进一步的，所述脉冲信号的占空比逐渐增加，所述互补脉冲信号的占空比逐渐减小。
[0013]进一步的，所述脉冲信号的占空比从0.001逐渐增加至0.5；所述互补脉冲信号的占空比从0.999逐渐减小至0.5。
[0014]进一步的，所述谐振变换器的谐振频率等于所述谐振变换器的开关频率。
[0015]本说明书提出了一种应用于上述任一项所述的CLLC谐振变换器软启动装置的方法，包括：基于所述谐振变换器的开关频率，确定所述谐振变换器的谐振频率；确定启动时间、脉冲信号的初始占空比和互补脉冲信号的初始占空比；将所述脉冲信号施加至原边侧的开关管S1和开关管S4；将所述互补脉冲信号施加至所述原边侧的开关管S2和开关管S3；所述启动时间结束后，所述谐振变换器进入稳定运行阶段。
[0016]本专利技术实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0017]本说明书中的一些实施例提供的CLLC谐振变换器软启动装置，通过不对称变占空比进行软启动，使得工作模态简单，在实际应用中易于实现，能够有效抑制启动时的电流过流，达到平稳建立输出电压的目的，具有ZVS开通特性，并且不受负载大小的影响，始终保证
整流侧一半的二极管实现ZCS关断。
[0018]本说明书中的一些实施例通过不对称变占空比启动和同一桥臂上下开关管的互补开关动作，保证了谐振电流始终经开关管进行流动，谐振腔的端口电压大小始终等于输入电压，从而避免了寄生电容参与谐振导致的谐振电流高频震荡。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一些实施例提供的一种CLLC谐振变换器软启动装置的示例性示意图；
[0020]图2为本专利技术一些实施例提供的脉冲信号和互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CLLC谐振变换器软启动装置，包括通过变压器耦合的原边侧和副边侧，所述原边侧包括第一H桥；所述副边侧包括第二H桥，其特征在于，所述第一H桥的第一桥臂由开关管S1和开关管S2串联组成；所述第一H桥的第二桥臂由开关管S3和开关管S4串联组成；所述第二H桥的第一桥臂由开关管S5和开关管S6串联组成；所述第二H桥的第二桥臂由开关管S7和开关管S8串联组成；其中，所述第一H桥上相对的开关管S1和S4、S3和S2的脉冲分别相同，同一桥臂上的上下两开关管交替导通；所述第二H桥为不控整流，相应开关管上不施加驱动信号；所述第一H桥上的脉冲信号和互补脉冲信号的占空比不对称变化；所述脉冲信号为经过所述开关管S1和所述开关管S4的脉冲；所述第二脉冲为经过所述开关管S3和所述开关管S2的脉冲。2.根据权利要求1所述的CLLC谐振变换器软启动装置，其特征在于，所述开关管S1、所述开关管S2、所述开关管S3、所述开关管S4、所述开关管S5、所述开关管S6、所述开关管S7和所述开关管S8的结构相同，包括NMOS管、二极管和无极性电容；所述NMOS管的漏极与所述二极管的阴极和所述无极性电容的一端连接；所述NMOS管的源极与所述二极管的阳极和所述无极性电容的另一端连接。3.根据权利要求2所述的CLLC谐振变换器软启动装置，其特征在于，所述原边侧还包括输入电源V
in
、原边谐振电感L
r1
、原边谐振电容C
r1
、激励电感L
m
；所述输入电源V
in
的正极与所述开关管S1和所述开关管S3中的NMOS管的漏极连接；所述输入电源V
in
的负极与所述开关管S2和所述开关管S4中的NMOS管的源极连接；所述原边谐振电感L
r1
的一端与所述开关管S1中的NMOS管的源极和所述开关管S2中的NMOS管的漏极连接；所述原边谐振电感L
r1
的另一端与所述激励电感L
m
的一端和初级线圈的同名端连接；所述激励电感L
m
的另一端与所述原边谐振电容C
r1
的一端和所述初级线圈的异名端连接；所述原边谐振电容C
r1
的另一端与所述开关管S3中的NMOS管的源极和所述开关管S4中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：包维瀚，凌彧，张宁，周特，李姚旺，刘昱良，王鹏，
申请(专利权)人：清华四川能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：