一种倍流整流型LLC谐振变换器

本发明属于llc谐振变换器领域，更具体地，涉及一种倍流整流型llc谐振变换器。

背景技术：

1、llc谐振变换器由于其全负载范围软开关、易于实现高频、高效率等优点得到了广泛的研究和应用。倍流整流电路是一种适合于低压大电流应用场景的整流电路拓扑。将倍流整流电路运用到llc谐振变换器的副边，可以得到适合低压大电流应用场景的倍流整流型llc谐振变换器。但是倍流整流电路中存在的电感会对llc谐振腔产生影响，使其固有的谐振特性发生改变。且由于倍流整流电路引入了两个额外的电感，再加上llc谐振变换器原有的原边谐振电感，整个变换器磁性元件数量较多，使得变换器的体积和重量增大。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种倍流整流型llc谐振变换器，不会对llc谐振腔的固有谐振特性造成不利影响，且还可减少整个变换器磁性元件的数量，使得变换器的体积和重量减少。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种倍流整流型llc谐振变换器，包括全桥逆变电路、谐振电容cr、变压器和倍流整流电路，其中，全桥逆变电路包括开关管s1～s4，倍流整流电路包括开关管q1和q2、一对反向耦合的电感l1和l2及滤波电容c0，谐振电容cr和变压器的励磁电感lm构成了谐振腔；

3、输入电压源vi的正极分别与开关管s1和s2的漏极相连，开关管s1的源极和开关管s3的漏极连接，开关管s2的源极和开关管s4的漏极连接，开关管s3与开关管s4的源极共同接在输入电压源vi的负极；谐振电容cr与变压器原边绕组串联，且串联部分的一端接在开关管s1与s3两者之间，另一端接在开关管s2与s4两者之间；开关管q1和q2的漏极对应连接至变压器副边绕组的两端，开关管q1和q2的源极连接，电感l1和l2的一端对应连接至开关管q1和q2的漏极，电感l1和l2的另一端相连，并连接至滤波电容co的一端，滤波电容co的另一端连接至开关管q1与q2两者之间，外部负载与滤波电容co并联；耦合电感l1和l2对谐振腔的影响等效为在滤波电容co和负载之前串联一个电感值为(l-m)/2的电感，折算到变压器原边为2n2(l-m)，n为变压器的变比，l为电感l1和l2的自感值，m为电感l1和l2的互感值。

4、在其中一个实施例中，所述倍流整流型llc谐振变换器采用变频控制策略。

5、在其中一个实施例中，所述倍流整流型llc谐振变换器的工作状态根据开关管的开关频率与谐振腔的谐振频率的关系分为三种，第一种为开关频率小于谐振频率，第二种为开关频率等于谐振频率，第三种为开关频率大于谐振频率。

6、在其中一个实施例中，所述开关管s1～s4及开关管q1和q2均采用全控型半导体器件。

7、在其中一个实施例中，所述全控型半导体器件为igbt或mosfet。

8、在其中一个实施例中，适用于车载dc-dc电源或蓄电池充电机场合。

9、本发明提供的倍流整流型llc谐振变换器，具有如下效果：

10、(1)将倍流整流电路应用到llc谐振变换器的副边，可使得变换器既保留了llc谐振变换器的固有优点，即在全负载范围内实现原边开关管零电压(zvs)开通，副边开关管零电流(zcs)关断，又兼顾了倍流整流电路在低压大电流场合下的效率优势，得到一种在低压大电流场合性能优良的dc/dc变换器拓扑。

11、(2)副边倍流整流电路中的两个电感采用反向耦合形式，通过合理设置其自感和互感值，可使其参与到所期望的谐振过程中来，不仅可避免倍流整流电路中的电感对llc谐振变换器的固有谐振过程产生不利影响，反而使得其影响发挥积极作用。

12、(3)将副边倍流整流电路中的电感的引入谐振过程之后，其带来的影响效果可以替代llc谐振变换器中原边原有谐振电感的作用，故可以节省掉原边原有谐振电感，使得变换器的电感数减少一个，有效减小变换器体积和重量。

13、(4)相比于采用全波整流电路的llc谐振变换器，本发明提供的倍流整流型llc谐振变换器的变压器不需要中心抽头，变压器结构更简单，对变压器的制作工艺要求降低。

14、(5)相比于采用全桥整流电路的llc谐振变换器，本发明提供的倍流整流型llc谐振变换器副边减少了两个开关管，故开关管导通损耗减小，且变压器副边绕组电流减小，故变压器副边绕组铜损减小，因此变换器整体效率提高，此优势在大电流场景下更为显著，且减少了两个开关管使得变换器成本也相应降低。

技术特征：

1.一种倍流整流型llc谐振变换器，其特征在于，包括全桥逆变电路、谐振电容cr、变压器和倍流整流电路，其中，全桥逆变电路包括开关管s1～s4，倍流整流电路包括开关管q1和q2、一对反向耦合的电感l1和l2及滤波电容c0，谐振电容cr和变压器的励磁电感lm构成了谐振腔；

2.根据权利要求1所述的倍流整流型llc谐振变换器，其特征在于，所述倍流整流型llc谐振变换器采用变频控制策略。

3.根据权利要求2所述的倍流整流型llc谐振变换器，其特征在于，所述倍流整流型llc谐振变换器的工作状态根据开关管的开关频率与谐振腔的谐振频率的关系分为三种，第一种为开关频率小于谐振频率，第二种为开关频率等于谐振频率，第三种为开关频率大于谐振频率。

4.根据权利要求1所述的倍流整流型llc谐振变换器，其特征在于，所述开关管s1～s4及开关管q1和q2均采用全控型半导体器件。

5.根据权利要求4所述的倍流整流型llc谐振变换器，其特征在于，所述全控型半导体器件为igbt或mosfet。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的倍流整流型llc谐振变换器，其特征在于，适用于车载dc-dc电源或蓄电池充电机场合。

技术总结
本发明公开了一种倍流整流型LLC谐振变换器，适用于低压大电流场合，包括全桥逆变电路、谐振电容C<subgt;r</subgt;、变压器和倍流整流电路，全桥逆变电路包括开关管S<subgt;1</subgt;～S<subgt;4</subgt;，倍流整流电路包括开关管Q<subgt;1</subgt;和Q<subgt;2</subgt;、一对反向耦合的电感L<subgt;1</subgt;和L<subgt;2</subgt;及滤波电容C<subgt;0</subgt;，谐振电容C<subgt;r</subgt;和变压器的励磁电感L<subgt;m</subgt;构成了谐振腔，耦合电感L<subgt;1</subgt;和L<subgt;2</subgt;对谐振腔的影响等效为在滤波电容C<subgt;o</subgt;和负载之前串联一个电感值为(L‑M)/2的电感，折算到变压器原边为2n<supgt;2</supgt;(L‑M)，n为变压器的变比，L为电感L<subgt;1</subgt;和L<subgt;2</subgt;的自感值，M为电感L<subgt;1</subgt;和L<subgt;2</subgt;的互感值。本发明利用倍流整流电路中耦合电感对谐振腔的影响替代原边原有谐振电感，可减少磁性元件，降低变换器的体积和重量。

技术研发人员：陈昌松,董明洋,甘霖,周鑫恒,韩东桐
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13