一种多谐振变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种多谐振变换器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域。所述一种多谐振变换器包含第一谐振支路、第二谐振支路、陷波器和输出负载。本发明专利技术的两个谐振支路分别采用原边并联、副边串联(IPOS)或者原边串联、副边并联(ISOP)不同的连接方式均可以实现相同的功能。所述一种多谐振变换器在变频控制和定频移相控制下可以工作在不同模式，从而在软开关的前提下实现较宽的电压调节能力。本发明专利技术兼具高效、高密、宽增益的特点，具有较广的实适用性。适用性。适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种多谐振变换器


[0001]本专利技术涉及开关电源，具体涉及一种实现宽增益的DC/DC变换的多谐振变换器，属于电力电子领域。

技术介绍

[0002]随着航天技术的发展，人们探索太空的广度、深度不断提高，深空探测任务越来越多样化，包括环绕巡查、穿越探测、制动着陆、采样返回等，探测任务的多样性对航天器的推进系统提出了诸多要求，不同探测任务下，对推进系统的推力、功率等需求也不尽相同。
[0003]在长周期探测任务中，推进系统需要有较高的比冲，比如按固定轨道运行记录深空数据，或者前往特定星体探测物质和现象，在此期间航天器需要在摆脱各类星体引力的同时保持一定的速度增量，这就需要推进系统以较优的保持功率下持续输出，提供较高比冲，充分利用推进剂；在短周期探测任务中，包括起飞与着陆，轨道与姿态的调整等，推进系统需要提供一个较大的瞬时推力，帮助航天器实现快速制动或转向；在航天器处于特殊状态下，比如故障处理、低功率待机或者处于恶劣环境下，推进系统都需要根据实际情况进行合适的功率输出。
[0004]可以看出，推进系统工作模式的多样性对推进电源提出了更高的要求，故相较于传统的DC/DC变换器，推进器电源在保持高效高密更可靠的前提下，还需要有更宽的电压增益，并能够在各种电压输出条件下长期稳定工作。
[0005]一开始的推进电源较多采用传统全桥拓扑，使用移相全桥控制改变占空比来调节电压增益，可以实现定频下较宽的输入输出电压比，很好地满足了宽增益的需求，但其较难实现软开关，效率较低，很多学者在控制方法和拓扑上提出了优化方案，但无法彻底解决开关损耗较大问题，改善较为有限。与之相对的谐振变换器有着优良的软开关特性，在高效高密度上有着很大的优势，但其实现宽增益较为困难，有学者提出在LLC谐振变换器的主回路中引入一个陷波器单元，实验表明，引入陷波器后的多谐振变换器在保持了LLC软开关特性的同时，也能很好地实现宽增益。但是引入的陷波器中会流过较大的电流环流，产生损耗，导致效率降低。

技术实现思路

专利技术目的：
[0006]本专利技术的目的在于解决上述多谐振变换器中陷波器环流损耗问题，提供了一种可多工作模式切换的多谐振变换器。技术方案：
[0007]本文提供一种多谐振变换器，通过变频和定频移相混合控制，实现变换器根据不同场合需求，在LLC模式和多谐振模式两种模式下切换工作。
[0008]所述一种多谐振变换器IPOS结构由第一输入源(V
in1
)、第一谐振支路(10)、第二谐振支路(20)、第一陷波器(30)、第一输出电容(C
o1
)、第二输出电容(C
o2
)和第一负载(R
o1
)组
成。其中，所述第一输入源(V
in1
)正极与第一谐振支路(10)的输入正极、第二谐振支路(20)的输入正极相连，所述第一输入源(V
in1
)负极、第一谐振支路(10)的输入负极、第二谐振支路(20)的输入负极相连；所述第一谐振支路(10)的输入正极、第一输出电容(C
o1
)的正极和第一负载(R
o1
)的正极相连，所述第二谐振支路(20)的输入负极、第二输出电容(C
o2
)的负极和第一负载(R
o1
)的负极相连；所述第一谐振支路(10)的输入负极与第二谐振支路(30)的输出正极相连构成第一端点(P1)，所述第一输出电容(C
o1
)的负极与第二输出电容(C
o2
)正极相连构成第二端点(P2)；所述第一陷波器(30)一端连接第一端点(P1)，另一端连接第二端点(P2)。
[0009]所述一种多谐振变换器ISOP结构由第二输入源(V
in2
)、第一输入电容(C
in1
)、第二输入电容(C
in2
)、第二陷波器(40)、第三谐振支路(50)、第四谐振支路(60)、第三输出电容(C
o3
)和第二负载(R
o2
)组成。其中，所述第二输入源(V
in2
)正极、第一输入电容(C
in1
)正极和第三谐振支路(50)的输入正极相连，所述第一输入电容(C
in1
)负极与第二输入电容(C
in2
)正极相连构成第三端点(P3)，所述第二输入电容(C
in2
)负极、第二输入源(V
in2
)负极和第四谐振支路(60)的输入负极相连，所述第三谐振支路(50)的输入负极和第四谐振支路(60)的输入正极相连构成第四端点(P4)，所述第二陷波器(40)的一端与第三端点(P3)相连，另一端与第四端点(P4)相连，所述第三谐振支路(50)输出正极、第四谐振支路(60)输出正极、第三输出电容(C
o3
)正极和第二负载(R
o2
)正极相连，所述第三谐振支路(50)输出负极、第四谐振支路(60)输出负极、第三输出电容(C
o3
)负极和第二负载(R
o2
)负极相连。
[0010]所述第一谐振支路(10)、第二谐振支路(20)、第三谐振支路(50)、第四谐振支路(60)结构均相同，这里以第一谐振支路(10)为例。
[0011]所述第一谐振支路(10)由第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第一励磁电感(Lm1)、第一变压器(T1)、第一充电电容(C1)，第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成。其中，所述第一开关管(S1)的漏极作为第一谐振支路(10)的输入正极，所述第二开关管(S2)的源极作为第一谐振支路(10)的输入负极，所述第一二极管(D1)的阴极作为第一谐振支路(10)的输出正极，所述第二二极管(D2)的阳极作为第一谐振支路(10)的输出负极。
[0012]所述第一开关管(S1)源极、第二开关管(S2)漏极和第一谐振电容(Cr1)的一端相连，所述第一谐振电容(Cr1)另一端与第一谐振电感(Lr1)的一端相连，所述第一谐振电感(Lr1)的另一端、第一变压器(T1)原边同名端相连和第一励磁电感(Lm1)的一端相连，所述第一变压器(T1)原边的非同名端、第一励磁电感(Lm1)的另一端、第二开关管(S2)的源极相连；
[0013]所述第一二极管(D1)的阳极与第一充电电容(C1)的一端相连，所述第一充电电容(C1)的另一端与第一变压器(T1)副边的同名端相连，所述第一变压器(T1)副边的非同名端与第二二极管(D2)的阳极相连，所述第二二极管(D2)的阴极与第一二极管(D1)的阳极相连。
[0014]所述第一陷波器(30)和第二陷波器(40)结构相同，这里以第一陷波器(30)为例。
[0015]所述第一陷波器(30)由第一陷波电感(L
f1
)和第一陷波电容(C
f1
)组成，其中，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多谐振变换器IPOS结构，其特征在于：所述多谐振变换器IPOS结构由第一输入源(V
in1
)、第一谐振支路(10)、第二谐振支路(20)、第一陷波器(30)、第一输出电容(C
o1
)、第二输出电容(C
o2
)和第一负载(R
o1
)组成。所述第一输入源(V
in1
)正极与第一谐振支路(10)的输入正极、第二谐振支路(20)的输入正极相连，所述第一输入源(V
in1
)负极、第一谐振支路(10)的输入负极、第二谐振支路(20)的输入负极相连；所述第一谐振支路(10)的输入正极、第一输出电容(C
o1
)的正极和第一负载(R
o1
)的正极相连，所述第二谐振支路(20)的输入负极、第二输出电容(C
o2
)的负极和第一负载(R
o1
)的负极相连；所述第一谐振支路(10)的输入负极与第二谐振支路(30)的输出正极相连构成第一端点(P1)，所述第一输出电容(C
o1
)的负极与第二输出电容(C
o2
)正极相连构成第二端点(P2)；所述第一陷波器(30)一端连接第一端点(P1)，另一端连接第二端点(P2)。2.根据权利要求1所述的多谐振变换器IPOS结构，其中，所述第一谐振支路(10)由第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第一励磁电感(Lm1)、第一变压器(T1)、第一充电电容(C1)，第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成。其中，所述第一开关管(S1)的漏极作为第一谐振支路(10)的输入正极，所述第二开关管(S2)的源极作为第一谐振支路(10)的输入负极，所述第一二极管(D1)的阴极作为第一谐振支路(10)的输出正极，所述第二二极管(D2)的阳极作为第一谐振支路(10)的输出负极。所述第一开关管(S1)源极、第二开关管(S2)漏极和第一谐振电容(Cr1)的一端相连，所述第一谐振电容(Cr1)另一端与第一谐振电感(Lr1)的一端相连，所述第一谐振电感(Lr1)的另一端、第一变压器(T1)原边同名端相连和第一励磁电感(Lm1)的一端相连，所述第一变压器(T1)原边的非同名端、第一励磁电感(Lm1)的另一端、第二开关管(S2)的源极相连。所述第一二极管(D1)的阳极与第一充电电容(C1)的一端相连，所述第一充电电容(C1)的另一端与第一变压器(T1)副边的同名端相连，所述第一变压器(T1)副边的非同名端与第二二极管(D2)的阳极相连，所述第二二极管(D2)的阴极与第一二极管(D1)的阳极相连。所述第二谐振支路(20)由第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第二励磁电感(Lm2)、第二变压器(T2)、第二充电电容(C2)，第三二极管(D3)和第四二极管(D4)组成。其中，所述第三开关管(S3)的漏极作为第二谐振支路(20)的输入正极，所述第四开关管(S4)的源极作为第二谐振支路(20)的输入负极，所述第三二极管(D3)的阴极作为第二谐振支路(20)的输出正极，所述第四开关管(S4)的阳极作为第二谐振支路(20)的输出负极。所述第三开关管(S3)源极、第四开关管(S4)漏极和第二谐振电容(Cr2)的一端相连，所述第二谐振电容(Cr2)另一端与第二谐振电感(Lr2)的一端相连，所述第二谐振电感(Lr2)的另一端、第二变压器(T2)原边同名端相连和第二励磁电感(Lm2)的一端相连，所述第二变压器(T2)原边的非同名端、第二励磁电感(Lm2)的另一端、第四开关管(S4)的源极相连；所述第三二极管(D3)的阳极与第二充电电容(C2)的一端相连，所述第二充电电容(C2)的另一端与第二变压器(T2)副边的同名端相连，所述第二变压器(T2)副边的非同名端与第四二极管(D4)的阳极相连，所述第四二极管(D4)的阴极与第三二极管(D3)的阳极相连。3.根据权利要求2所述的第一谐振支路(10)，其特征在于：所述第一励磁电感(Lm1)由第一变压器(T1)的激磁感代替。所述第一谐振电感(Lr1)部分或全部由第一变压器(T1)的漏感代替。
所述的第二谐振支路(20)，其特征在于：所述第二励磁电感(Lm2)由第一变压器(T2)的激磁感代替。所述第二谐振电感(Lr2)部分或全部由第一变压器(T2)的漏感代替。4.根据权利要求1所述的多谐振变换器IPOS结构，其中，所述第一陷波器(30)由第一陷波电感(L
f1
)和第一陷波电容(C
f1
)组成。所述第一陷波电感(L
f1
)的一端与第一陷波电容(C
f1
)的一端相连，所述第一陷波电感(L
f1
)的另一端与第一陷波电容(C
f1
)的另一端相连。5.一种多谐振变换器ISOP结构，其特征在于：所述多谐振变换器ISOP结构由第二输入源(V
in2
)、第一输入电容(C
in1
)、第二输入电容(C
in2
)、第二陷波器(40)、第三谐振支路(50)、第四谐振支路(60)、第三输出电容(C
o3
)和第二负载(R
o2
)组成。所述第二输入源(V
in2

【专利技术属性】
技术研发人员：纪国盛，吴红飞，刘越，宋昱锋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：