专利名称：并联连接的谐振转换器电路及其控制方法
技术领域：
本发明提出 一种谐振直流/直流(DC/DC)转换器并联的电路及其控制方 法，可以在各转换器开关频率相等的情况下实现转换器之间的均流。
背景技术：
DC/DC转换器的发展趋势如同大部分的电源产品一样，朝着高效率的 方向发展。谐振DC/DC转换器由于其软切换的特性，比较容易实现高效率。 然而谐振DC/DC转换器仍存在一些缺陷，例如串联谐振DC/DC转换器输 出滤波器中的电流交流有效值高，造成输出滤波器损耗和体积较大。
图1 (a)-图l(d)是几种典型的谐振DC/DC转换器电路结构。图l(a)中
包括一个直流电源，用来提供输入电压Vin，一个第一与一个第二开关Sl-S2、
电容Cs与C。、 一个电感U、 一个变压器T、 二极管Dl-D2与负载Ro，用来 提供输出电压V。。图l(b)与图l(a)的不同在于该变压器T的初级并联一个电 容Cp，另外Sl-S2与Ls之间减少了电容Cs,且该变压器T的次级部分D1 与C。之间增加一个电感Lr。图l(c)与图l(b)的不同在于该Sl-S2与U之间 增加了电容Cs。图l(d)与图l(a)的不同在于该变压器T的初级并联一个励磁 电感Lm。以图l(d)所示的LLC串联谐振DC/DC转换器为例，其主要工作 模式的工作波形如图2所示。Sl与S2是开关Sl-S2的驱动信号，is与L分 别是流经谐振电感U与励磁电感Lm的电流，im在开关Sl、 S2断开时刻的
值分别是Im与-Im， Vw是开关Sl漏级到其源极间的电压，iD1、 b2分别是
输出整流二极管D1和D2的电流波形，1。是转换器的输出电流，iDi+iD2-I。
就是流过输出滤波器(输出电容)c。的电流，Ves是电容c;的电压，其波形在
每个周期中分为六个区间(tO-tl， tl-t2， ...， t5-t6)，从第7个区间开始重复 循环(16=10)。从这些波形可以看出，由于iD1、 io2有较大的紋波，其峰值与 平均值之差较大，造成输出滤波器(输出电容)C。中电流有效值较大，从而增加了 C。的损耗或体积。
为了减小输出滤波器(输出电容)C。电流有效值，多个谐振转换器交错并 联的工作方式是常用的有效方法之一。然而，由于谐振转换器的控制特性， 谐振转换器的交错并联较难实现。
这种交错并联的工作方式要求两个或两个以上的转换器的输入端与输
出端各自并联在一起；在相同的开关频率下，通过设定各转换器的相位差， 使迭加后的总电压或总电流中的某些交流分量相互抵消，从而减小输出滤波 器(输出电容)Co的体积或损耗。交错并联方法在固定频率的脉宽调制(PWM) 转换器中已经被广泛采用，因为在开关频率不变的情况下，PWM转换器可 以通过改变占空比来调节电压和电流，各并联转换器之间很容易实现均流。 在谐振转换器中，电压和电流的调节是通过改变开关频率来实现的，如果并 联的谐振转换器被强制使用相同的开关频率，由于可能存在特性差别，各转 换器之间很难实现均流；反之，如果各转换器各自调节电压和电流以实现均 流，它们将无法保持在相同的开关频率，从而丟失交错并联的优点。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种并联连接的谐振转换器电路 及其控制方法。
发明内容
本发明提出一种谐振DC/DC转换器并联的电路及其控制方法，可以在 各转换器开关频率相等的情况下实现转换器之间的均流。
本发明提出一种并联连接的谐振转换器电路，包含多个谐振转换器，每 个谐振转换器具有两个输入端和两个输出端，其中每个谐振转换器的两个输 入端与其它各谐振转换器的两个输入端串联，且每个谐振转换器的两个输出 端与其它各谐振转换器的两个输出端并联。
根据上述构想，该电路还包括一个具有一个正极和一个负极的直流电 源、 一个输出电容与多个输入电容，其中每个输入电容并联于该多个谐振转 换器中一个特定转换器的两个输入端，输出电容并联于每个谐振转换器的两 个输出端，每个输入电容具有一个第一端与一个第二端，该多个输入电容中第一个输入电容的第一端耦合于电源正极，从第一个输入电容至多个输入电 容中最后倒数第二个输入电容的各电容第二端均耦合于下一个输入电容的 第 一端，且该多个输入电容中最后 一个输入电容的第二端耦合于电源负极。
根据上述构想，每个谐振转换器为一个串联谐振直流/直流转换器，或 一个并联谐振直流/直流转换器。
根据上述构想，该串联谐振直流/直流转换器为一个LLC串联谐振直流/ 直流转换器。
根据上述构想，该并联谐振直流/直流转换器为一个LCC并联谐振直流 /直流转换器。
根据上述构想，该多个谐振转换器工作于交错的工作^^莫式。
本发明提出 一种并联连接的谐振转换器电路，包含一个第 一谐振转换 器，具有两个输入端与两个输出端， 一个第二谐振转换器，具有两个输入端 与两个输出端，其中该第二谐振转换器的两个输入端与第 一谐振转换器的两 个输入端串联，且该第二谐振转换器的两个输出端与第一谐振转换器的两个 丰命出端并耳关。
根据上述构想，该电5各还包括一个具有 一 个正极和 一 个负极的直流电 源、 一个输出电容与一个第一与一个第二输入电容，其中该第一输入电容与 第一谐振转换器的两个输入端并联，该输出电容与第一与该第二谐振转换器 的两个输出端并联，该第一与该第二输入电容均具有一个第一端与一个第二 端，该第一输入电容的第一端耦合于电源正极，该第一输入电容的第二端耦 合于第二输入电容的第 一端，且该第二输入电容的第二端耦合于电源负极。
才艮据上述构想，该第一个谐振转换器和该第二个谐振转换器工作于交错 的工作模式。
根据上述构想，该谐振转换器为一LLC串联谐振直流/直流转换器。
本发明提出 一种并联连接的谐振转换器电路的控制方法，其中该电路包 括多个谐振转换器，每个谐振转换器具有两个输入端和两个输出端，每个谐 振转换器的两个输入端与其余各谐振转换器的两个输入端串联，且每一谐振
谐振转换器的两个输出端并联，包含下列步骤当流经多个谐振转换器中一个特定谐振转换器的两个输出端的输出电流 升高时，使得流经该特定谐振转换器的两个输入端的输入电流也升高；当流 经该特定谐振转换器的两个输入端的输入电流升高时，使得该特定谐振转换 器的两个输入端的输入电压降低；当该特定谐振转换器的两个输入端的输入 电压降低时，使得该多个谐振转换器中其余各谐振转换器的两个输入端的输 入电压升高；当该多个谐振转换器中其余的各谐振转换器的两个输入端的输 入电压升高时，使得该多个谐振转换器中其余的各谐振转换器的两个输出端 的输出电流升高；以及当流经该特定谐振转换器的两个输出端的输出电流与 该多个谐振转换器中其余各谐振转换器的两个输出端的输出电流重新达到 平^f軒时，则停止。
根据上述构想，该则停止步骤还包括当流经该特定谐振转换器的两个 输出端的输出电流与该多个谐振转换器中另 一谐振转换器的两个输出端的 输出电流间的比值等于该特定谐振转换器的直流电压增益的倒凄t,或等于另 一谐振转换器的直流电压增益的倒数时，该特定谐振转换器与该另 一谐振转 换器两者间重新达到平衡。
根据上述构想，该多个谐振转换器包括一个第 一与一个第二谐振转换 器，该特定谐振转换器为该第二谐振转换器，该则停止步骤还包括当流经 该第二谐振转换器的两个输出端的输出电流与该第 一谐振转换器的该两个 输出端的输出电流间的比值等于该第二谐振转换器的直流电压增益的倒数， 或等于该第 一谐振转换器的直流电压增益的倒数时，该第 一与该第二谐振转 换器两者间重新达到平衡。
根据上述构想，该多个谐振转换器工作于交错的工作模式。
为了让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下面列举实施 例，并配合附图，作详细"i兌明如下
图l(a):串联谐振DC/DC转换器的电路图； 图1 (b):并联谐振DC/DC转换器的电路图；图l(c): LCC并联谐振DC/DC转换器的电路图l(d): LLC串联谐振DC/DC转换器的电路图2: LLC串联谐振DC/DC转换器的工作波形图3:具有N个谐振转换器交错并联的电路示意图4:具有两个谐振转换器交错并联的电路示意图5:具有两个谐振转换器交错并联的电路图；以及
图6:具有两个谐振转换器交错并联的电路的工作波形图。
具体实施例方式
本发明采用如图3所示的电路结构，其为一个具有N个谐振转换器交 错并联的电路示意图；包括一个直流电源，用来提供输入电压Vin，输入电 容C1-Cn，第一谐振转换器至第N谐振转换器，以及一个输出电容Co,用 来提供输出电压V。，可以简单地实现同频状况下谐振DC/DC转换器的并联。 各谐振DC/DC转换器的直流输入串联，输出并联，且其开关频率相同。
以两3各的并联为例说明其工作原理，如图4所示，其包括一个直流电源 Vin、 一个第一与一个第二谐振转换器、 一个第一输入与一个第二输入电容 C1-C2,以及一个输出电容C。，用来提供输出电压V。。
其中Vinl、 Vin2分别表示该第一与该第二谐振转换器的输入电压，Iinl、 Iin2分别为流入该第一与该第二谐振转换器的电流的直流量，I。l、 1。2分别为
该第一与该第二谐振转换器的输出电流的直流量。若M1、 M2分别为该第 一与该第二谐振转换器的直流电压增益，WM1=V。/Vinl, M2=V。/Vin2,则在 稳态下，根据能量守恒，有1。产Iim/Ml， I。2=Iin2/M2。由于该第一与该第二谐
振转换器输入串联，在稳态下Iin产Iin2,所以1。!/I。^M2/Ml二Vin2/Vim。
如果两个并联的该第一与该第二转换器是相同类型且具有相同的设计 参数，由于内部组件离散性的原因，在相同开关频率下两个转换器的增益不 同，则输出电流也不同，但两输出电流的误差仅决定于两转换器增益的误差。
如果两个并联的该第 一 与该第二谐振转换器是相同类型但具有不同的 设计参数，或该第一与该第二谐振转换器是不同类型，则在相同频率下该第一与该第二谐振转换器的增益可能不同，则输出电流也可能不同，但两输出 电流的差别仅决定于该第一与该第二谐振转换器增益的差别。而此时由于两 个并联的该第 一 与该第二谐振转换器的输出是并联在 一起的，因此其输入电 压vin2， Vinl也根据其增益而成比例分配。
无论是以上哪种类型的并联，在动态情况下，假设一个外部的扰动使得
在某一时刻Iol/Io2>M2/Ml，即I0l电流变大，则会导致Iinl>Iin2,从而使Vinl
降低，Vin2升高，迫使1。2升高直到1。"I。fM2/Ml，重新达到平衡点。所以
该电路具有自动平衡该第一与该第二谐振转换器输出电流的能力。
图4为一个具有两个谐振转换器交错并联的电if各示意图。在图4所示的 电路结构中，两个并联的第 一 与第二谐振转换器可以具有完全相同的开关频 率，因此可以很容易地实现交错并联，减少输出滤波器(输出电容)C。的损耗 和体积。两路的输出电流的差别仅决定于该第 一与该第二谐振转换器增益的 差别，且在动态情况下能够自动达到平衡点。
同理，在图3所示的电路结构中，多个并联的第一至第N谐振转换器 可以具有完全相同的开关频率，因此可以很容易地实现交错并联，减少输出 滤波器(输出电容)C。的损耗和体积。各路之间的输出电流的差别仅决定于各 谐振转换器增益的差别，且在动态情况下能够自动达到平衡点。
图5是两个交错并联的LLC串联谐振DC/DC转换器，包括一个直流电 源，用来提供输入电压Vi。，第一至第四开关Sl-S4、电容C1-C2、 Csl-Cs2 与C。、电感Ls广Ls2， Lm广Lm2、变压器Tl-T2与二极管D1-D4,并提供输出 电压V。。图6是该电路的工作波形，Sl、 S2 、 S3与S4是开关S1-S4的驱 动信号，iDi、 iD2、 io3与D4分别是整流二极管Dl、 D2、 D3与D4的电流波 形，10是总输出电流的直流量，iD1+iD2+iD3+iD4-Io就是流过输出滤波器(输出 电容)C。的交流电流。由图6可以看出，交错并联的LLC串联谐振DC/DC 转换器大大降低了流过滤波器(输出电容)Co的交流电流有效值，从而降低了 输出滤波器(输出电容)Co的体积和损耗。
综上所述，本发明提出一种谐振DC/DC转换器并联的电路及其控制方 法，可以在各转换器开关频率相等的情况下实现转换器之间较好的均流，因 而确实有其进步性与新颖性。虽然上述实施例描述了本发明的实施方式，但是本领域内熟悉的技术人 员可以在所属权利要求的范围内作出各种变形或修改。本发明的专利保护范 围，仍须以所附的权利要求书范围所界定为准。
权利要求
1、一种并联连接的谐振转换器电路，包含多个谐振转换器，每个谐振转换器具有两个输入端与两个输出端，其中每个谐振转换器的两个输入端与其它各谐振转换器的两个输入端串联，且每个谐振转换器的两个输出端与其它各谐振转换器的两个输出端并联。
2、 如权利要求1所述的电路还包括一个具有一个正极和一个负极的 直流电源、 一个输出电容和多个输入电容，其中每个输入电容并联在多个 谐振转换器中一个特定转换器的两个输入端，输出电容并联在每个谐振转 换器的两个输出端，每个输入电容具有一个第一端与一个第二端，该多个 输入电容中第一个输入电容的第一端耦合于电源正极，从第一个输入电容 至该多个输入电容中最后倒数第二个输入电容的各电容第二端均耦合于 下一个输入电容的第一端，且该多个输入电容中最后一个输入电容的第二 端耦合于电源负极。
3、 如权利要求l所述的电路，其中每个谐振转换器为一个串联谐振 直流/直流转换器，或一个并联谐振直流/直流转换器。
4、 如权利要求3所述的电路， 个LLC串联谐振直流/直流转换器。
5、 如权利要求3所述的电路， 个LCC并联谐振直流/直流转换器。
6、 如权利要求1所述之电路, 工作一莫式。其中该串联谐振直流/直流转换器为一 其中该并联谐振直流/直流转换器为一 其中该多个谐振转换器工作于交错的
7、 一种并联连接的谐振转换器电路，包含 第一谐振转换器，具有两个输入端与两个输出端；第二谐振转换器，具有两个输入端与两个输出端，其中该第二谐振转换 器的两个输入端与第 一谐振转换器的两个输入端串联，且该第二谐振转换器 的两个输出端与第 一谐振转换器的两个输出端并联。
8、 如权利要求7所述的电路还包括一个具有一个正极和一个负极的直流电源、 一个输出电容与一个第一与一个第二输入电容，其中该第一输 入电容与第 一谐振转换器的两个输入端并联，该输出电容与该第 一与该第 二谐振转换器的两个输出端并联，该第 一 与该第二输入电容均具有 一个第 一端和一个第二端，该第一输入电容的第一端耦合于电源正极，该第一输 入电容的第二端耦合于该第二输入电容的第一端，且该第二输入电容的第 二端耦合于电源负极。
9、 如权利要求7所述的电路，其中该第一个谐振转换器和该第二个 谐振转换器工作于交错的工作模式。
10、 如权利要求7所述的电路，其中该谐振转换器为一个LLC串联 谐振直流/直流转换器。
11、 一种并联连接的谐振转换器电路的控制方法，其中该电路包括多 个谐振转换器，每个谐振转换器具有两个输入端与两个输出端，每个谐振 转换器的两个输入端与其余各谐振转换器的两个输入端串联，且每个谐振 转换器的两个输出端与其余各谐振转换器的两个输出端并联，包含下列步 骤当流经多个谐振转换器中 一个特定谐振转换器的两个输出端的输出电 流升高时，使得流经该特定谐振转换器的两个输入端的输入电流升高；当流经该特定谐振转换器的两个输入端的输入电流升高时，使得该特定 谐振转换器的两个输入端的输入电压降低；当该特定谐振转换器的两个输入端的输入电压降低时，使得该多个谐振 转换器中其余各谐振转换器的两个输入端的输入电压升高；当该多个谐振转换器中其余各谐振转换器的两个输入端的输入电压升 高时，使得该多个谐振转换器中其余各谐振转换器的两个输出端的输出电流 升高；以及当流经该特定谐振转换器的两个输出端的输出电流与该多个谐振转换 器中其余各谐振转换器的两个输出端的输出电流重新达到平衡时，则停止。
12、 如权利要求11所述的方法，其中该则停止步骤还包括当流经 该特定谐振转换器的两个输出端的输出电流与该多个谐振转换器中另一 谐振转换器的两个输出端的输出电流间的比值等于该特定谐振转换器的 直流电压增益的倒数，或等于另一谐振转换器的直流电压增益的倒数时， 则该特定谐振转换器与该另 一谐振转换器两者间重新达到平衡。
13、 如权利要求11所述的方法，其中该多个谐振转换器包括一个第 一与一个第二谐振转换器，该特定谐振转换器为该第二谐振转换器，该则 停止步骤还包括当流经该第二谐振转换器的两个输出端的输出电流与该 第 一谐振转换器的两个输出端的输出电流间的比值等于该第二谐振转换 器的直流电压增益的倒数，或等于该第一谐振转换器的直流电压增益的倒 数时，则该第 一 与该第二谐振转换器两者间重新达到平衡。
14、 如权利要求11所述的方法，其中该多个谐振转换器工作于交错 的工作模式。
全文摘要
本发明提出一种并联连接的谐振转换器电路，包含多个谐振转换器，每个谐振转换器具两个输入端和两个输出端，其中每个谐振转换器的两个输入端与其它各谐振转换器的两输入端串联，且每个谐振转换器的两个输出端与其它各谐振转换器的两输出端并联。
文档编号H02M7/5383GK101552557SQ20081009063
公开日2009年10月7日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者腾 刘, 叶浩屹, 吴洪洋, 应建平, 曾剑鸿, 超 言 申请人:台达电子工业股份有限公司