一种多匝比谐振变换器的制作方法

本发明涉及电力电子变换技术领域，尤其谐振式开关变换器。

背景技术：

参见图1，谐振变换器具有高效率和高功率密度的优点，其最佳工作点在谐振点附近，该特性使得谐振变换器的输入电压范围较窄，当输入电压在较大范围内变化时，需调节开关频率偏离谐振点，这将导致谐振变换器性能和效率的降低，并会导致变换器增益敏感，导致系统不稳定，降低系统可靠性。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种宽输入电压范围的谐振变换器，根据输入电压不同，采用分段的控制方式的方式，令该谐振变换器始终工作在较好的工作点附近。

为实现上述目的，一种多匝比谐振变换器采用了如下技术方案：参见图2，

包括变压器t1，高位开关sh，低位开关sl，谐振电感lr，初始谐振电容cr；第一谐振电容cr1；第一控制开关sc1以及二极管ds1；当所述的变压器t1包括第一绕组np1和第二绕组np2两个一次侧绕组时，该第一绕组np1的异名端连接第二绕组np2的同名端，构成两段级联绕组，该两段级联绕组形成首端，末端和抽头三个端点；其连接方式为：高位开关sh和低位开关sl连接为半桥电路，该半桥电路的中点与谐振电感lr串联，谐振电感lr连接所述的两段级联绕组的首端，所述的两段级联绕组的抽头连接第一谐振电容cr1的一端，该第一谐振电容cr1另一端连接第一控制开关sc1的漏极，第一控制开关sc1的源极连接电路参考地；所述的两段级联绕组的末端连接初始谐振电容cr的一端；该初始谐振电容cr的另一端连接参考地；第一二极管ds1的阴极和阳极分别并联于第一控制开关sc1的漏极和源极。

所述的谐振电感lr与级联绕组串联，谐振电感lr或者是独立电感，或者是级联绕组的寄生漏电感。

所述的第一控制开关sc1连接在第一谐振电容cr1和参考地之间，第一控制开关sc1或者是mosfet，或者是三极管，或者是sic器件，或者是gan器件，第一控制开关sc1的作用是改变变压器t1的匝比，第一控制开关sc1导通时匝比n3/np1，其关断时匝比n3/np1+np2。

所述的第一二极管ds1的阴极和阳极分别并联于第一控制开关sc1的漏极和源极，该第一二极管ds1或者是独立二极管，或者是第一控制开关sc1的寄生二极管，所述第一二极管ds1的作用是阻断谐振电容cr1的谐振电流，令谐振电容cr1不参与工作。

附图说明

图1：已知的谐振变换器电路结构图

图2：第一实施例一种多匝比谐振变换器电路结构图

图3：第一控制开关sc11关断时的等效电路图

图4：第一控制开关sc11导通时的等效电路图

图5：第一控制开关sc11关断时的波形图

图6：第一控制开关sc11导通时的波形图

图7：第二实施例一种多匝比谐振变换器电路结构图

图8：第三实施例一种多匝比谐振变换器电路结构图

附图标号：sh：高位开关；vgh：高位开关的驱动信号；sl低位开关；vgl：低位开关的驱动信号；sc1~scn：控制开关；vsc1~vscn：控制开关的驱动信号；lr：谐振电感；cr~crn：谐振电容；n3：变压器t1的二次侧绕组；np1~npn：变压器t1的一次侧绕组；vin：输入电压。

具体实施方式

如图2所示，一种二匝比谐振变换器电路结构图，当输入电压较高时，例如300vdc，第一控制开关sc1关断，等效电路图如图3所示，此电路状态下，变压器t1的匝比为n3/np1+np2，由于二极管ds1的阻断，第一谐振电感cr1被单向充电，令第一谐振电感cr1无法参与电路工作，谐振电感lr和初始谐振电容cr的工作条件等同于传统的谐振变换器电路，该两级谐振变换器的变压器t1按照n3/np1+np2输出电压。

主要工作波形参看图5，上面方波为半桥中点的电压波形，中间波形是谐振电感lr的电流波形，下面的方波为绕组n3的输出电压波形，由图5可知，当输入电压为300vdc时，电流峰值1a，绕组n3输出电压峰峰值约为正20到负20v。

当输入电压较低时，例如直流100vdc，第一控制开关sc1导通，等效电路如图4所示，在此电路状态下，变压器的匝比为n3/np1，参与谐振的电感部分由谐振电感lr构成，等同于传统谐振变换器电路；参与谐振的电容部分与传统不同，由一次侧绕组np2和谐振电容cr2的复阻抗并联第一谐振电容cr1构成，上述复阻抗未改变图4所示的谐振变换器的主要特征，该谐振变换器的变压器t1按照n3/np1的匝比工作。

主要工作波形参看图6，上面方波为半桥中点的电压波形，中间波形是谐振电感lr的电流波形，下面的方波为绕组n3的输出电压波形，由图6可知，当输入电压为140vdc时，电流峰值2a，绕组n3输出电压峰峰值约为正20到负20v。

由上述描述可知，本发明一种多匝比谐振变换器引入两段级联绕组及与抽头连接的第一谐振电容cr1，通过第一控制开关sc1的开通或关断，控制第一谐振电容cr1接通或断开的特性，使本发明在较低输入电压或较高输入电压均可工作在最佳工作点，变压器输出电压基本一致，可提高效率，增加可靠性，降低电路成本。

图7为第二实施例一种多匝比谐振变换器的电路结构图，包括变压器t1，高位开关sh，低位开关sl，谐振电感lr，初始谐振电容cr；第一谐振电容cr1；第二谐振电容cr2；第一控制开关sc1、第二控制开关sc2，第一二极管ds1、第二二极管ds2；当所述的变压器t1包括第一绕组np1、第二绕组np2、第三绕组np3三个一次侧绕组时，该第一绕组np1的异名端连接第二绕组np2的同名端，第二绕组np2的异名端连接第三绕组np3的同名端，构成三段级联绕组，该三段级联绕组形成首端、抽头1、抽头2、末端四个端点；其首端连接谐振电感lr，抽头1连接第一谐振电容cr1，抽头2连接第二谐振电容cr2，末端连接初始谐振电容cr；第一谐振电容cr1连接第一控制开关sc1的漏极，第二谐振电容cr2连接第二控制开关sc2的漏极，第一控制开关sc1和第二控制开关sc2的源极连接电路参考地；第一二极管ds1的阴极和阳极分别并联于第一控制开关sc1的漏极和源极，第二二极管ds1的阴极和阳极分别并联于第二控制开关sc2的漏极和源极。

当第一控制开关sc1、第二控制开关sc2均关断时，变压器t1的匝比为n3/np1+np2+np3;第一控制开关sc1关断，第二控制开关sc2导通时，变压器t1的匝比为n3/np1+np2；第一控制开关sc1导通时、第二控制开关sc2关断时，变压器t1的匝比为：n3/np1，由上述描述看出，变压器t1的匝比变化可以适应更大输入电压和输出电压范围。

图8为第三实施例一种多匝比谐振变换器的电路结构图，包括变压器t1，高位开关sh，低位开关sl，谐振电感lr，初始谐振电容cr；第一谐振电容cr1；第二谐振电容cr2……第n-1谐振电容crn-1；第一控制开关sc1、第二控制开关sc2……第n-1控制开关scn-1，第一二极管ds1、第二二极管ds2……第n-1二极管dsn-1；当所述的变压器t1包括n个一次侧绕组时，即第一绕组np1，第二绕组np2……第n绕组npn，该第一绕组np1的异名端连接第二绕组np2的同名端，第二绕组np2的异名端连接相邻绕组的同名端……相邻绕组的异名端和同名端依次连接，构成n段级联绕组，该n段级联绕组形成首端、抽头1、抽头2……抽头n-1、末端，共n+1个端点，其首端连接谐振电感lr，抽头1连接第一谐振电容cr1，抽头2连接第二谐振电容cr2，抽头n-1连接谐振电容crn-1，末端连接初始谐振电容cr；第一谐振电容cr1连接第一控制开关sc1的漏极，第二谐振电容cr2连接第二控制开关sc2的漏极，第n-1谐振电容crn-1连接第n-1控制开关scn-1的漏极；第一控制开关sc1至第n-1控制开关scn-1的源极连接电路参考地；第一二极管ds1的阴极和阳极分别并联于第一控制开关sc1的漏极和源极，第二二极管ds1的阴极和阳极分别并联于第二控制开关sc2的漏极和源极，第n-1二极管的阴极和阳极分别并联于第n-1控制开关scn-1的漏极和源极。

当第一控制开关sc1至第n-1控制开关scn-1均关断时，变压器t1的匝比为n3/np1+np2+np3+……+np(n-1)+npn;控制开关scn-1导通，其它控制开关关断时，变压器t1的匝比为n3/np1+np2+np3+……np(n-1)；依次递减，当第二控制开关sc2导通，且其它控制开关关断时，变压器t1的匝比为n3/np1+np2；当第一控制开关sc1导通，且其它控制开关关断时，变压器t1的匝比为：n3/np1，由上述描述看出，变压器t1的匝比变化可适应特大的输入电压和输出电压范围。

上述仅为本发明的较佳实施方式及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。