专利名称：基于llc谐振的dc/dc变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及DC/DC变换器，具体涉及ー种应用于电动汽车上的基于LLC谐振的DC/DC变换器。
技术背景电动汽车车载储能电池包电压较高，而车载电子设备一般都为低压供电，常见的有12V和24V等，所以需要ー个DC/DC变换器将储能电池包的能量转换为低压电，供给低压设备，保证车辆正常运行。目前电动汽车车载DC/DC变换器最常用的拓扑结构为LLC谐振拓扑，然而，由于电池包电压波动范围较宽导致产品谐振电路增益变化较大，从而影响了 DC/DC变换器的工作效率。
实用新型内容本实用新型为解决现有基于LLC谐振的DC/DC变换器存在的上述技术问题，提供了一种基于LLC谐振的DC/DC变换器。本实用新型的技术方案是一种基于LLC谐振的DC/DC变换器，应用于电动汽车上，包括依次电连接的开关电路、谐振电路、变压器和整流电路，其中，还包括给开关电路提供稳定输入电压的稳压电路。进ー步，所述稳压电路为升压稳压电路。进ー步，所述升压稳压电路包括第一电感、第一ニ极管、第一开关和第一电容，所述第一电感的第一端与电源正极相连，第一电感的第二端分别与第一ニ极管的阳极、第一开关的第一极相连，第一ニ极管的阴极与第一电容的第一端相连，第一电容的第二端和第一开关的第二极均与电源负极相连，第一开关的第三极用于接收第一控制信号，所述第一二极管的阴极和第一开关的第二极还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。进ー步，所述稳压电路为降压稳压电路。进ー步，所述降压稳压电路包括第二电感、第二ニ极管、第二开关和第二电容，所述第二开关的第一极与电源正极相连，第二开关的第二极分别与第二电感的第一端、第ニニ极管的阴极相连，第二电感的第二端与第二电容的第一端相连，第二ニ极管的阳极和第二电容的第二端均与电源负极相连，第二开关的第三极用于接收第二控制信号，所述第ニ电感的第二端和第二ニ极管的阳极还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。进ー步，所述稳压电路为升降压稳压电路。进ー步，所述升降压稳压电路包括第三电感、第三ニ极管、第三开关和第三电容，所述第三开关的第一极与电源正极相连，第三开关的第二极分别与第三ニ极管的阴极、第三电感的第一端相连，第三ニ极管的阳极与第三电容的第一端相连，第三电感的第二端和第二电容的第二端均与电源负极相连，第三开关的第三极用于接收第三控制信号，所述第三ニ极管的阳极和第三电感的第二端还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。进ー步，所述开关电路包括第四开关和第五开关，所述第四开关的第一极与输入电压的正极相连，第四开关的第二极与第五开关的第一极相连，第五开关的第二极与输入电压的负极相连，第四开关的第三极用于接收第四控制信号，第五开关的第三极用于接收第五控制信号，第五开关的第一极、第二极还与谐振电路相连。进ー步，所述开关电路包括第六开关、第七开关、第八开关和第九开关，所述第六开关的第一极和第八开关的第一极均与输入电压的正极相连，第六开关的第二极与第七开关的第一极相连，第八开关的第二极与第九开关的第一极相连，第七开关的第二极和第九开关的第二极均与输入电压的负极相连，第六开关的第三极用于接收第六控制信号，第七开关的第三极用于接收第七控制信号，第八开关的第三极用于接收第八控制信号，第九开关的第三极用于接收第九控制信号，所述第七开关的第一极、第九开关的第一极还与谐振电路相连。 本实用新型的优点本实用新型提供的基于LLC谐振的DC/DC变换器，通过增加一给开关电路提供稳定输入电压的稳压电路，使得谐振电路能够工作在谐振频率点附近，从而提高了基于LLC谐振的DC/DC变换器的工作效率。
图I为现有基于LLC谐振的DC/DC变换器提供的电路框图。图2为本实用新型基于LLC谐振的DC/DC变换器提供的电路框图。图3为本实用新型一实施例提供的升压稳压电路的电路图。图4为本实用新型一实施例提供的降压稳压电路的电路图。图5为本实用新型一实施例提供的升降压稳压电路的电路图。图6为本实用新型一实施例提供的开关电路的电路图。图7为本实用新型一实施例提供的全桥式拓扑的开关电路的电路图。图8为本实用新型基于LLC谐振的DC/DC变换器提供的ー实施例的电路图。图9为图8的谐振电路和变压器的简化图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。现有电动汽车车载的基于LLC谐振的DC/DC变换器，如图I所示，包括开关电路2、谐振电路3、变压器4和整流电路5，其中，开关电路2用于对电源输入电压进行通断控制；谐振电路3，用于接收开关电路2的输入电压，产生谐振，形成交流谐振电压输出；变压器4，用于将输入的交流谐振电压进行变换，输出至整流电路5 ;整流电路5，用于将变压器4输出的交流谐振电压进行整流后输出至负载。发明人经过研究发现，目前对于用于电动汽车上的基于LLC谐振的DC/DC变换器，由于电池包电压波动范围较宽，导致产品谐振电路增益变化较大，使得系统工作频率过多偏离谐振频率，从而影响了 DC/DC变换器的工作效率。为了解决这ー技术问题，发明人通过自己的创造性劳动提出ー种工作效率较高的基于LLC谐振的DC/DC变换器。如图2所示，该实施例包括依次电连接的稳压电路I、开关电路2、谐振电路3、变压器4和整流电路5，其中，稳压电路I用于将电源电压转换为稳定的输入电压，并提供给开关电路2。该实施例通过在现有基于LLC谐振的DC/DC变换器的基础上增加ー稳压电路I，谐振电路3输入电压由于稳压电路I而稳定，谐振电路3输出电压由于接低压负载，例如12V,因此输出电压也稳定,从而使得谐振电路3的输入电压与输出电压成定比例关系，即可使得谐振电路3能够工作在谐振频率点附件，从而提高了基于LLC谐振的DC/DC变换器的工作效率。具体实施中，所述稳压电路可为升压稳压电路、降压稳压电路或升降压稳压电路，此三种电路可由设计人员根据具体需要具体选择。优选地，可根据稳压电路的电源输入电压范围(即车载电池包电压范围)和输出稳压电压(即开关电路的稳定输入电压)进行选择， 具体方法如下当电源输入电压全范围高于输出稳压电压，适合采用降压稳压电路；当电源输入电压全范围低于输出稳压电压，适合采用升压稳压电路；当输出稳压电压位于电源输入电压范围内，适合采用升降压电路。
以下结合附图对以上三种类型的电路均提供了一种具体电路。如图3所不,升压稳压电路包括第一电感LI、第一ニ极管Dl、第一开关Ql和第一电容Cl,所述第一电感LI的第一端与电源Vin正极相连,第一电感LI的第二端分别与第一二极管Dl的阳极、第一开关Ql的第一极相连，第一ニ极管Dl的阴极与第一电容Cl的第一端相连，第一电容Cl的第二端和第一开关Ql的第二极均与电源Vin负极相连,第一开关Ql的第三极用于接收第一控制信号，所述第一ニ极管Dl的阴极和第一开关Ql的第二极还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。其中，该升压稳压电路工作原理如下当第一开关Ql开通吋，电感LI储存能量，即在电感LI两端产生电压U。当第一开关Ql关断吋，电感LI两端电压叠加在电源电压Vin上，一起通过ニ极管Dl向第一电容Cl充电，使得第一电容Cl两端电压达到Vin+U，从而达到升压的目的。由于电源电压存在一定的波动范围，因此通过控制给第一开关Ql的第三极PWM波的占空比来控制第一开关Ql的开通和关断时间，从而实现对电感LI两端产生电压U的大小控制，即达到第一电容Cl两端电压恒定的目的。在此需说明的是，图3中的第一开关Ql为N沟道MOS管。另外，可以理解的是，图3所示的仅为升压稳压电路的ー种具体电路，具体实施中，升压稳压电路还可以为任一具有升压稳压作用的电路，在此不做一一介绍。如图4所示，降压稳压电路包括第二电感L2、第二ニ极管D2、第二开关Q2和第二电容C2，所述第二开关Q2的第一极与电源Vin正极相连，第二开关Q2的第二极分别与第ニ电感L2的第一端、第二ニ极管D2的阴极相连，第二电感L2的第二端与第二电容C2的第一端相连，第二ニ极管D2的阳极和第二电容C2的第二端均与电源Vin负极相连，第二开关Q2的第三极用于接收第二控制信号，所述第二电感L2的第二端和第二ニ极管D2的阳极还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。[0034]在此需说明的是，图4中的第二开关Q2为N沟道的MOS管。另外，可以理解的是，图4所示的仅为降压稳压电路的ー种具体电路，具体实施中，降压稳压电路还可以为任一具有降压稳压作用的电路，在此不做一一介绍。如图5所示，升降压稳压电路包括第三电感L3、第三ニ极管D3、第三开关Q3和第三电容C3，所述第三开关Q3的第一极与电源Vin正极相连，第三开关Q3的第二极分别与第三ニ极管D3的阴极、第三电感L3的第一端相连，第三ニ极管D3的阳极与第三电容C3的第一端相连，第三电感L3的第二端和第二电容C3的第二端均与电源Vin负极相连，第三开关Q3的第三极用于接收第三控制信号，所述第三ニ极管D3的阳极和第三电感L3的第二端还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。在此需说明的是，图5中的第三开关Q3为N沟道的MOS管。另外，可以理解的是，图5所示的仅为升降压稳压电路的ー种具体电路，具体实施中，升降压稳压电路还可以为任一具有升降压稳压作用的电路，在此不做一一介绍。具体实施中，所述开关电路可采用半桥式拓扑或全桥式拓扑。 如图6所示，半桥式拓扑的开关电路包括第四开关Q4和第五开关Q5，所述第四开关Q4的第一极与输入电压的正极IN+相连，第四开关Q4的第二极与第五开关Q5的第一极相连，第五开关Q5的第二极与输入电压的负极IN-相连，第四开关Q4的第三极用于接收第四控制信号，第五开关Q5的第三极用于接收第五控制信号，第五开关Q5的第一极、第二极还与谐振电路相连。如图7所示，全桥式拓扑的开关电路包括第六开关Q6、第七开关Q7、第八开关Q8和第九开关Q9，所述第六开关Q6的第一极和第八开关Q8的第一极均与输入电压的正极IN+相连，第六开关Q6的第二极与第七开关Q7的第一极相连，第八开关Q8的第二极与第九开关Q9的第一极相连，第七开关Q7的第二极和第九开关Q9的第二极均与输入电压的负极IN-相连，第六开关Q6的第三极用于接收第六控制信号，第七开关Q7的第三极用于接收第七控制信号，第八开关Q8的第三极用于接收第八控制信号，第九开关Q9的第三极用于接收第九控制信号，所述第七开关Q7的第一极、第九开关Q9的第一极还与谐振电路相连。在此需说明的是，上述开关Q1-Q9均选用的是N沟道的MOS管，具体实施中，开关Q1-Q9还可以为IGBT管，可以理解的是，当开关Q1-Q9为N沟道的MOS管时，第一极为漏扱，第二极为源极，第三极为栅极；当开关Q1-Q9为IGBT管时，第一极为集电极，第二极为发射极，第三极为门扱。另外，以上开关Q1-Q9的第三极接收的控制信号是用来控制开关的导通或关闭的，该控制信号可以为PWM波信号，由于这是本领域的已有技木，在此在本实用新型中不做详细介绍。为了让本领域技术人员更好地理解并实现本实用新型，下面通过具体实施例的方式对本实用新型进行详细叙述。如图8所示，基于LLC谐振的DC/DC变换器包括依次电连接的稳压电路、开关电路、谐振电路、变压器和整流电路，其中，稳压电路包括第一电感LI、第一ニ极管D1、第一开关Ql和第一电容Cl ;开关电路包括第六开关Q6、第七开关Q7、第八开关Q8和第九开关Q9 ；谐振电路包括第四电感L4、第四电容C4和第五电感L5 ;变压器包括原边绕组NI和副边绕组N2 ;整流电路包括第四ニ极管D4、第五ニ极管D5、第六ニ极管D6和第七ニ极管D7。其中，第一电感LI的第一端与电源Vin正极相连,第一电感LI的第二端分别与第一二极管Dl的阳极、第一开关Ql的第一极相连，第一ニ极管Dl的阴极与第一电容Cl的第一端相连，第一电容Cl的第二端和第一开关Ql的第二极均与电源Vin负极相连,第一开关Ql的第三极用于接收第一控制信号，所述第一ニ极管Dl的阴极分别与第六开关Q6的第一极、第八开关Q8的第一极相连，第一开关Ql的第二极分别与第七开关Q7的第二极、第九开关Q9的第二极相连，第六开关Q6的第二极与第七开关Q7的第一极相连，第八开关Q8的第ニ极与第九开关Q9的第一极相连，第六开关Q6的第三极用于接收第六控制信号，第七开关Q7的第三极用于接收第七控制信号，第八开关Q8的第三极用于接收第八控制信号，第九开关Q9的第三极用于接收第九控制信号，所述第七开关Q7的第一极还与第四电容C4的第一端相连，第九开关Q9的第一极还与第四电感L4的第一端相连，第四电感L4的第二端分别与第五电感L5的第一端、变压器原边绕组NI的第一端相连,第五电感L5的第二端和变压器原边绕组NI的第二端均与第四电容C4的第二端相连，变压器副边绕组N2的第一端分别与第四ニ极管D4的阳极、第五ニ极管D5的阴极相连，变压器副边绕组N2的第二端分别与第六ニ极管D6的阳极、第七ニ极管D7的阴极相连，第四ニ极管D4的阴极和第六ニ极管D6的阴极均与负载R的第一端相连，第五ニ极管D5的阳极和第七ニ极管D7的阳极均与负载R的第二端相连。在具体实施中，负载R两端还可并接第五电容D5，用于对输出的电流进行滤波作用。 在此需说明的是，上述谐振电路的第五电感L5可与变压器原边绕组NI合ニ为一，即省略第五电感L5，因此，谐振电路和变压器简化为如图9所示。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种基于LLC谐振的DC/DC变换器，应用于电动汽车上，包括依次电连接的开关电路、谐振电路、变压器和整流电路，其特征在于，还包括给开关电路提供稳定输入电压的稳压电路。
2.根据权利要求I所述的基于LLC谐振的DC/DC变换器，其特征在于，所述稳压电路为升压稳压电路。
3.根据权利要求2所述的基于LLC谐振的DC/DC变换器，其特征在于，所述升压稳压电路包括第一电感、第一ニ极管、第一开关和第一电容，所述第一电感的第一端与电源正极相连，第一电感的第二端分别与第一ニ极管的阳极、第一开关的第一极相连，第一ニ极管的阴极与第一电容的第一端相连，第一电容的第二端和第一开关的第二极均与电源负极相连，第一开关的第三极用于接收第一控制信号，所述第一ニ极管的阴极和第一开关的第二极还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。
4.根据权利要求I所述的基于LLC谐振的DC/DC变换器，其特征在于，所述稳压电路为降压稳压电路。
5.根据权利要求4所述的基于LLC谐振的DC/DC变换器，其特征在于，所述降压稳压电路包括第二电感、第二ニ极管、第二开关和第二电容，所述第二开关的第一极与电源正极相连，第二开关的第二极分别与第二电感的第一端、第二ニ极管的阴极相连，第二电感的第二端与第二电容的第一端相连，第二ニ极管的阳极和第二电容的第二端均与电源负极相连，第二开关的第三极用于接收第二控制信号，所述第二电感的第二端和第二ニ极管的阳极还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。
6.根据权利要求I所述的基于LLC谐振的DC/DC变换器，其特征在于，所述稳压电路为升降压稳压电路。
7.根据权利要求6所述的基于LLC谐振的DC/DC变换器，其特征在干，所述升降压稳压电路包括第三电感、第三ニ极管、第三开关和第三电容，所述第三开关的第一极与电源正极相连，第三开关的第二极分别与第三ニ极管的阴极、第三电感的第一端相连，第三ニ极管的阳极与第三电容的第一端相连，第三电感的第二端和第二电容的第二端均与电源负极相连，第三开关的第三极用于接收第三控制信号，所述第三ニ极管的阳极和第三电感的第二端还与开关电路相连，用于给开关电路提供稳定的输入电压。
8.根据权利要求I至7任一项所述的基于LLC谐振的DC/DC变换器，其特征在于，所述开关电路包括第四开关和第五开关，所述第四开关的第一极与输入电压的正极相连，第四开关的第二极与第五开关的第一极相连，第五开关的第二极与输入电压的负极相连，第四开关的第三极用于接收第四控制信号，第五开关的第三极用于接收第五控制信号，第五开关的第一极、第二极还与谐振电路相连。
9.根据权利要求I至7任一项所述的基于LLC谐振的DC/DC变换器，其特征在于，所述开关电路包括第六开关、第七开关、第八开关和第九开关，所述第六开关的第一极和第八开关的第一极均与输入电压的正极相连，第六开关的第二极与第七开关的第一极相连，第八开关的第二极与第九开关的第一极相连，第七开关的第二极和第九开关的第二极均与输入电压的负极相连，第六开关的第三极用于接收第六控制信号，第七开关的第三极用于接收第七控制信号，第八开关的第三极用于接收第八控制信号，第九开关的第三极用于接收第九控制信号，所述第七开关的第一极、第九开关的第一极还与谐振电路相连。
专利摘要一种基于LLC谐振的DC/DC变换器，包括依次电连接的开关电路、谐振电路、变压器和整流电路，其中，还包括用于给开关电路提供稳定输入电压的稳压电路。本实用新型的基于LLC谐振的DC/DC变换器通过增加一用于给开关电路提供稳定输入电压的稳压电路，使得谐振电路能够工作在谐振频率点附件，从而提高了基于LLC谐振的DC/DC变换器的工作效率。
文档编号H02M3/338GK202652074SQ20122024190
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者刘宇, 汤小华 申请人:比亚迪股份有限公司