一种新型lc串联谐振dc/dc变换器和电力电子装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种新型LC串联谐振DC/DC变换器和电力电子装置。
【背景技术】
[0002]如图1a所示，传统的LC串联谐振DC/DC变换器包括:依次连接在直流源E与输出负载Rl之间的开关网络10、LC串联谐振网络20、隔离变压器Tl以及整流滤波网络30。输入电压Vin经过开关网络10变换成方波信号，所述方波信号经过LC串联谐振网络20产生谐振，谐振信号耦合到隔离变压器Tl的副边后，再经过整流滤波网络30变换为较为平滑的直流电压Vciut,从而实现DC/DC变换。
[0003]图1a所示LC串联谐振DC/DC变换器的等效电路如图1b所示，其中:开关Kl与电阻Rl串联后接在直流源E的正极与电路节点A之间；开关K2与电阻R2串联后接在直流源E的负极与电路节点A之间；谐振电容C、谐振电感L、电感的寄生电容rl、电容的寄生电容rc和输出负载&串联后接在直流源E的负极与电路节点A之间。由图1b可以看出，直流源E的负极与电路节点A间的电压主要是LC串联谐振网络20与输出负载&分压，因此通过调节LC串联谐振网络20的阻抗Z即可改变输出负载&两端电压V
[0004]由于LC串联谐振网络20的工作频率f是随阻抗Z变化的，变化曲线如图1c所示(f。表示谐振频率)，因此可通过调节LC串联谐振网络20的工作频率f来达到调节输出电压V-的目的。又由于LC串联谐振网络20的品质因数Q越大，图1c所示曲线就越陡峭，如图1d所示，因此图1a所示LC串联谐振DC/DC变换器在现有的调压方式下为获得宽范围的输出电压调节能力，需要为LC串联谐振网络20设计较高的品质因数Q，否则在轻载时会出现输出电压V-上漂问题(轻载时需要LC串联谐振网络20阻抗非常大，即需要LC串联谐振网络20的工作频率f非常大，但工作频率f有上限，因此串联谐振网络20很有可能达不到非常大的阻抗，此时输出负载&的分压大于理想值，这就是所谓的输出电压Vciut上漂问题)。
[0005]但是，品质因数Q越高，谐振电感电流I就越大，即谐振能量越大，如图1e所示，所以在高品质因数下加大了图1a所示LC串联谐振DC/DC变换器中晶体管的电压应力。
[0006]综上，图1a所示LC串联谐振DC/DC变换器虽解决了输出电压上漂问题，但存在晶体管电压应力较大的问题。
【实用新型内容】
[0007]有鉴于此，本实用新型提供一种新型LC串联谐振DC/DC变换器和电力电子装置，以解决传统LC串联谐振DC/DC变换器输出电压上漂问题，并降低晶体管电压应力。
[0008]—种新型LC串联谐振DC/DC变换器，包括依次连接在直流源与输出负载之间的DC/DC稳压变换电路、开关网络、谐振电容、隔离变压器以及整流滤波网络，其中:
[0009]所述DC/DC稳压变换电路用于实现DC/DC变换及输出稳压功能；
[0010]所述谐振电容和所述隔离变压器的漏感构成LC串联谐振网络；
[0011]所述LC串联谐振网络的工作频率等于或接近谐振频率；
[0012]所述LC串联谐振网络设计为低品质因数。
[0013]其中，所述LC串联谐振网络的工作频率等于或略低于谐振频率。
[0014]其中，所述DC/DC稳压变换电路为boost稳压电路或buck稳压电路。
[0015]其中，所述boost稳压电路包括输入电感、输出电容、第一带体二极管的开关管以及第二带体二极管的开关管，其中:
[0016]所述输入电感的一端同时接所述第一带体二极管的开关管的输出端以及所述第二带体二极管的开关管的输入端；
[0017]所述输出电容一端接所述第一带体二极管的开关管的输入端，另一端接所述第二带体二极管的开关管的输出端；
[0018]所述输入电感的另一端及所述第二带体二极管的开关管的输出端作为所述boost稳压电路的输入端，所述输出电容的两端作为所述boost稳压电路的输出端。
[0019]其中，所述隔离变压器为高频紧密耦合变压器。
[0020]其中，所述开关网络为全桥驱动电路或者半桥驱动电路。
[0021]其中，所述整流滤波网络包括整流电路和滤波电路；所述整流电路为全桥整流电路或半桥整流电路。
[0022]一种电力电子装置，包括上述公开的任一种新型LC串联谐振DC/DC变换器。
[0023]其中，所述电力电子装置为开关电源。
[0024]从上述的技术方案可以看出，本实用新型通过增设DC/DC稳压变换电路实现宽范围的DC/DC变换，且DC/DC稳压变换电路的输出稳压功能以及LC串联谐振网络的工作频率等于或接近谐振频率的设计可以保持输出电压Vciut的稳定性，不存在轻载时输出电压Vciut上漂问题；同时，由于本实用新型无需通过设计较高的品质因数Q来获得宽范围的输出电压调节能力，因此可以将品质因数Q设计得非常低以降低晶体管电压应力，从而解决了现有技术存在的问题。并且，由于低品质因数下需要的谐振电感非常小，且对谐振电感的精度要求不高，因而LC串联谐振网络的谐振电感可直接采用隔离变压器漏感，从而降低了新型LC串联谐振DC/DC变换器的成本，并减小了产品体积。
[0025]此外，在LC串联谐振网络采用低品质因数Q的前提下，若限定工作频率f等于或略低于谐振频率&时，则还可实现隔离变压器Tl原边零电流开通、原边零电流关断、副边零电流开通、副边零电流关断，从而大大降低器件开关损耗。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1a为现有技术公开的一种传统LC串联谐振DC/DC变换器结构示意图；
[0028]图1b为图1a所不传统LC串联谐振DC/DC变换器的等效电路结构不意图；
[0029]图1c为图1a所示传统LC串联谐振DC/DC变换器中LC串联谐振网络的阻抗随工作频率变化的曲线；
[0030]图1d为图1c所示曲线随品质因数Q变化的曲线；
[0031]图1e为品质因数与谐振电感电流的关系曲线；
[0032]图2为本实用新型实施例公开的一种新型LC串联谐振DC/DC变换器结构示意图；
[0033]图3为所述新型LC串联谐振DC/DC变换器的电路拓扑图。
【具体实施方式】
[0034]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0035]参见图2，本实用新型实施例公开了一种新型LC串联谐振DC/DC变换器，以解决传统LC串联谐振DC/DC变换器输出电压上漂问题，并降低晶体管电压应力，包括依次连接在直流源E与输出负载Rl之间的DC/DC稳压变换电路100、开关网络200、谐振电容C2、隔离变压器Tl以及整流滤波网络400，其中:
[0036]DC/DC稳压变换电路100用于实现DC/DC变换及输出稳压功能；
[0037]谐振电容C2和隔离变压器Tl的漏感L2构成LC串联谐振网络300 ;
[0038]LC串联谐振网络300的工作频率f等于或接近谐振频率f。；
[0039]LC串联谐振网络300设计为低品质因数。
[0040]为解决现有技术存在的问题，本实施例针对传统的LC串联谐振DC/DC变换器，从拓扑结构和参数设计两方面做出了改进。其中，对传统LC串联谐振DC/DC变换器拓扑结构上的改进，主要体现在:增加了具有DC/DC变换和输出稳压功能的DC/DC稳压变换电路100。对传统LC串联谐振DC/DC变换器参数设计上的改进，主要体现在:LC串联谐振网络300的品质因数Q设计得非常低，并保持工作频率f等于或接近谐振频率f。。下面，针对各改进点逐一深入分析。
[0041]为避免以增大品质因数Q为代价来提高LC串联谐振DC/DC变换器的输出电压调节能力，本实施例放弃通过调节LC串联谐振网络300的工作频率f来调节输出电压Vciut,而是改用通过调节DC/DC稳压变换电路100的变压比来调节输出电压Vciut，具体为:利用DC/DC稳压变换电路100的DC/DC变换功能对输入电压Vin进行升/降压处理，改变开关网络200的输入电压大小，开关网络200的输入电压大小直接影响输出电压Vciut的大小，从而满足了新型LC串联谐振DC/DC变换器的DC/DC变换需求。DC/DC稳压变换电路100的变压比设计的越大，新型LC串联谐振DC/DC变换器的输出电压Vciut调节范围就越宽。
[0042]在满足新型LC串联谐振DC/DC变换器的DC/DC变换需求的基础上，还需要保持输出电压Vciut的稳定性。已知输入电压V…波动和输出负载R J变化是引起输出电压V _不稳定的两个因素。传统的LC串联谐振DC/DC变换器在输入电压Vin波动或输出负载L变化时可以通过调节LC串联谐振网络20的工作频率f来维持输出电压V-的稳定。而本实施例针对输入电压Vin波动所引起的输出电压Vciut不稳定，则是利用DC/DC稳压变换电路100的输出稳压功能来保持开关网络200的输入电压稳定，使之不随输入电压Vin的波动而波动，从而避免了因输入电压Vin变化所引起的输出电压V _不稳定。
[0043]另外，针对输出负载RJ变化所引起的输出电压Vciut不稳定，本实施例则是将LC串联谐振网络300的工作频率f设计为一个等于或接近谐振频率f。的固定值，由于工作频率f等于或接近谐振频率&时LC串联谐振网络300的阻抗极小，相当于输出负载L的供电电源的内阻极小，那么输出负载IV变化对输出电Svciut的影响基本可以忽略不计，因而避免了因输出负载RJ变化所引起的输出电压V _不稳定，那么输出负载L变为轻载时也不会出现输出电Svciut上漂问题。具体的，可设置工作频率f的取值范围为fi?f2，其中，fiSf.。、f2^ f C，且匕和f 2的大小以可避免因输出负载R J变化所引起的输出电压V _不稳定为标准来确定。
[0044]由于本实施例无需通过调节LC串联谐振网络300的工作频率f来调节输出电压Vciut，因而自然也不再需要通过设计较高的品质因数Q来获得宽范围的输出电压调节能力，本实施例完全可以采用低品质因数的设计，也就是Q值低于某一设定阈值的设计，该设定阈值的大小可根据实际需要设定。本实施