一种多绕组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可适应宽输入电压范围的谐振变换器，根据输入电压不同，采用变匝比的控制方式，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，一种多绕组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，第一谐振电容cr1，第二谐振电容cr2……第n谐振电容crn；第一控制开关sc1、第二控制开关sc2……第n控制开关scn，第一二极管ds1、第二二极管ds2……第n二极管dsn；所述的变压器t1包括n个一次侧绕组，即第一绕组np1及其第一漏感lr1，第二绕组np2及其第二漏感lr2……第n绕组npn及其第n漏感lrn；所述变压器t1的第一绕组np1的同名端、第二绕组np2的同名端……第n绕组npn的同名端连接在一起，第一绕组np1的异名端连接第一谐振电容cr1的一端，第一谐振电容cr1的另一端连接第一控制开关sc1的漏极，第一控制开关sc1的源极连接参考地；第二绕组np2的异名端连接第二谐振电容cr2的一端，第二谐振电容cr2的另一端连接第二控制开关sc2的漏极，第二控制开关sc2的源极连接参考地；第n绕组npn的异名端连接第n谐振电容crn的一端，第n谐振电容crn的另一端连接第n控制开关scn的漏极，第n控制开关scn的源极连接参考地；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，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二极管的阴极和阳极分别并联于第n控制开关scn的漏极和源极；高位开关sh和低位开关sl连接为半桥电路，该半桥电路的中点连接变压器t1的n个一次侧绕组的同名端。

所述变压器t1还包括至少一个二次侧绕组ns，所述的变压器t1的n个一次侧绕组的同名端相连，即第一绕组np1的同名端、第二绕组np2的同名端……第n绕组npn的同名端连接在一起，第一绕组np1的匝数大于第二绕组np2的匝数，第二绕组np2的匝数大于第n绕组npn的匝数；变压器t1的匝比，np1/ns>np2/ns>npn/ns，因此第一绕组np1适合最高的输入电压vin，第n绕组适合最低输入电压vin。

所述的第一漏感lr至第n漏感lrn是变压器t1的n个一次侧绕组的寄生漏感，与对应的一次侧绕组为串联关系，当电路需要较大漏感量时，可使用外部独立电感替代所述的寄生漏感，以使电路工作在最佳工作点。

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，所述的第二控制开关sc2连接在第二谐振电容cr2和参考地之间，所述的第n控制开关scn连接在第n谐振电容crn和参考地之间，所述的第一控制开关sc1至第n控制开关scn或者是mosfet，或者是三极管，或者是sic器件，或者是gan器件，其作用是，根据输入电压vin的大小，控制变压器t1的励磁电流的通路，从而控制变压器t1的匝比；第一控制开关sc1导通而其它控制开关关断时，匝比np1/ns；第二控制开关sc2导通而其它控制开关关断时，匝比np2/ns；第n控制开关scn导通而其它控制开关关断时，匝比为npn/ns。

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；同理，其它二极管的作用相同。

附图说明

图1：已知的谐振变换器电路结构图

图2：本发明第一实施例一种多绕组谐振变换器电路结构图

图3：本发明第一实施例一种多绕组谐振变换器的等效电路结构图

图4：本发明第二实施例一种多绕组谐振变换器电路结构图

图5：本发明第二实施例一种多绕组谐振变换器，第二控制开关sc2关断时的等效电路图

图6：本发明第二实施例一种多绕组谐振变换器，第二控制开关sc2导通时的等效电路图

图7：本发明第二实施例一种多绕组谐振变换器，第二控制开关sc2关断时的波形图

图8：本发明第二实施例一种多绕组谐振变换器，第二控制开关sc2导通时的波形图

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：参与谐振的漏感；cr~crn：谐振电容；ns：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

以图4为例，第二实施例一种多绕组谐振变换器电路结构图，设计时令第一绕组np1的电感量远大于第二绕组np2的电感量，因此本实施例种省略了第一控制开关sc1，则第一谐振电容cr1连接参考地。

当输入电压较高时，例如输入电压vin为400vdc，第二控制开关sc2关断，等效电路图如图5所示，此电路状态下，由于二极管ds2的阻断，变压器t1的励磁电流流过np1，因此变压器t1的匝比为np1/ns，参与谐振的电感为第一漏感lr1，参与谐振的电容为第一谐振电容cr1，其工作原理等同于传统的谐振变换器电路，在此不再赘述。

主要工作波形参看图7，上面方波为半桥中点的电压波形，中间波形是第一谐振电容cr1的电流波形，下面的方波为绕组ns的输出电压波形，由图7可知，当输入电压vin为400vdc时，绕组ns输出电压峰峰值约为正20v到负20v。

当输入电压较低时，例如直流100vdc，第二控制开关sc2导通，等效电路如图6所示，在此电路状态下，因第二绕组np2的电感量远小于第一绕组np1的电感量，变压器t1的励磁电流绝大部分流过第二绕组np2，因此其匝比为np2/ns，参与谐振的电感由第二漏感lr2构成，参与谐振的电容由第二谐振电容cr2构成，第一绕组np1和第一谐振电容cr1中流过了很小的电流，可忽略其对变压器t1的变压比的影响。

主要工作波形参看图8，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ns的输出电压波形，由图8可知，当输入电压较低时，例如输入电压vin是100vdc，绕组ns输出电压峰峰值约为正20v到负20v。

由上述描述可知，本发明第二实施例一种多绕组谐振变换器中，引入了两个一次侧绕组，通过第二控制开关sc2的开通或关断，控制变压器t1励磁电流通路，令大部分励磁电流或者流过np2，或者流过np1，从而改变变压器的匝比，使该电路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t1输出电压基本一致，提高了效率，增加了可靠性。

图2为本发明第一实施例一种多绕组谐振变换器的电路结构图，图3为本发明第一实施例一种多绕组谐振变换器的等效电路结构图，图3中加入了变压器t1的漏感，漏感与对应的一次侧绕组的电感是串联的关系，当电路需要较大漏感量时，可使用外部独立电感替代所述的寄生漏感，以使电路工作在最佳工作点。

本发明第一实施例包括变压器t1，高位开关sh，低位开关sl，第一谐振电容cr1，第二谐振电容cr2……第n谐振电容crn；第一控制开关sc1、第二控制开关sc2……第n控制开关scn，第一二极管ds1、第二二极管ds2……第n二极管dsn；所述的变压器t1包括n个一次侧绕组，即第一绕组np1及其第一漏感lr1，第二绕组np2及其第二漏感lr2……第n绕组npn及其第n漏感lrn；所述变压器t1的第一绕组np1的同名端、第二绕组np2的同名端……第n绕组npn的同名端连接在一起，第一绕组np1的异名端连接第一谐振电容cr1的一端，第一谐振电容cr1的另一端连接第一控制开关sc1的漏极，第一控制开关sc1的源极连接参考地；第二绕组np2的异名端连接第二谐振电容cr2的一端，第二谐振电容cr2的另一端连接第二控制开关sc2的漏极，第二控制开关sc2的源极连接参考地；第n绕组npn的异名端连接第n谐振电容crn的一端，第n谐振电容crn的另一端连接第n控制开关scn的漏极，第n控制开关scn的源极连接参考地；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，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二极管的阴极和阳极分别并联于第n控制开关scn的漏极和源极；高位开关sh和低位开关sl连接为半桥电路，该半桥电路的中点连接变压器t1的n个一次侧绕组的同名端。

所述变压器t1还包括一个二次侧绕组ns，所述的变压器t1第一绕组np1的匝数大于第二绕组np2的匝数，第二绕组np2的匝数大于第n绕组npn的匝数；变压器t1的匝比，np1/ns>np2/ns>npn/ns，因此第一绕组np1适合最高的输入电压vin，第n绕组适合最低输入电压vin。

各个控制开关默认为关断状态，根据输入电压vin的大小，打开指定的控制开关，令变压器t1的励磁电流通过不同的一次侧绕组，从而控制变压器t1的匝比；第一控制开关sc1导通而其它控制开关关断时，匝比np1/ns；第二控制开关sc2导通而其它控制开关关断时，匝比np2/ns；第n控制开关scn导通而其它控制开关关断时，匝比为npn/ns，不同的匝比可适应不同的工作电压；与此同时，n个谐振电容对应n个一次侧绕组及其n个漏感，可调整不同的谐振频率，以适应最佳工作点的要求。

由上述描述看出，本发明一种多绕组谐振变换器，引入了变压器t1的n个一次侧绕组、n个控制开关、n个谐振电容，该变压器t1的匝比和谐振频率可以根据控制开关的状态而变化，以适应更多的输入电压和输出电压范围，使本发明的一种多绕组谐振变换器工作在最佳工作点。

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。