一种基于可变电感的交错并联LLC变换器

本发明涉及电力电子变换器，具体涉及一种基于可变电感的交错并联llc变换器

背景技术：

1、随着世界各国对环境保护和能源危机问题的关注度加深。电动汽车行业逐步兴起，新能源和燃油车的市场占比在逐步变化。llc谐振变换器已经被应用到电动汽车领域，比如充电站中使用的大功率充电桩、车载充电电源都大量采用这种电路结构。蓄电池充电效率的需求，给变换器提出更高的要求，不仅要满足大电流、低纹波的输出要求，还要实现恒压、恒流等多种充电状态的切换。大部分场合还要满足充电状态检测和人机交互等要求。

2、llc谐振变换器不仅广泛应用与中小功率的场合，在大功率的应用环境下同样得到使用。但是，在大功率工作情况下的功率器件导通损耗大幅度提升，功率器件的电压、电流应力要求更高，热设计和磁性元件设计都变得更为困难。llc谐振变换器可以采取多个小容量的模块串联或者并联的组合方式构成一个大容量的电源系统。而在实际应用中，特别是在输出电流越大的场合下，llc并联结构的优势就越突出。但是在若干个变换器并联的时候，由于每个变换器中各个元器件存在一定范围内的差别，这样的差别最终有可能导致各个并联部分不能均匀的分担负载电流。严重的时候会导致系统中一部分过载工作，引起危害。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于可变电感的交错并联llc变换器，该变换器当在各路出现不均流现象时，通过调节可变电感大小，来控制两路llc谐振变换器输出均流，具体如下。

2、一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征是：它包括直流输入电源vin、两组相同的原边场效应管、两组变压器、两组谐振网络、两组相同的副边二极管、输出电容cf和负载rl；所述的两组相同的原边场效应管包括s1、s2、s3、s4；所述的原边场效应管s1、原边场效应管s3的漏级与直流输入电源vin的正极相连；所述的原边场效应管s2、原边场效应管s4的源级与直流输入电源vin的负极相连；所述的原边场效应管s1的源级与原边场效应管s2的漏级相连；所述的原边场效应管s3的源级与原边场效应管s4的漏级相连；所述的原边场效应管s1、s2与s3、s4并联连接；所述的两组变压器包括t1、t2；所述的两组谐振网络包括谐振电感l1、可变电感l2、谐振电容c1、c2、励磁电感lm1、lm2；所述的谐振电容c1的一端与原边场效应管s1的源极和原边场效应管s2的漏极连接，其另一端与谐振电感l1连接；所述的谐振电感l1的一端与谐振电容c1连接，其另一端与变压器t1原边的同名端连接；所述的励磁电感lm1并联在变压器t1原边上；所述的变压器t1原边的异名端与原边场效应管s2的源极、直流输入电源vin的负极连接；所述的谐振电容c2的一端与原边场效应管s3的源极和原边场效应管s4的漏极连接，其另一端与可变电感l2连接；所述的可变电感l2的一端与谐振电容c2连接，其另一端与变压器t2原边的同名端连接；所述的励磁电感lm2并联在变压器t2原边上；所述的变压器t2原边的异名端与原边场效应管s4的源极、直流输入电源vin的负极连接；所述的两组相同的副边二极管包括d1、d2、d3、d4；所述的副边二极管d1阳极与变压器t1副边的同名端，阴极与输出电容cf连接；所述的副边二极管d2阳极与变压器t1副边的异名端连接，阴极与副边二极管d1阴极连接；所述的副边二极管d3阳极与变压器t2副边的同名端，阴极与输出电容cf连接；所述的副边二极管d4阳极与变压器t2副边的异名端连接，阴极与副边二极管d1阴极连接；所述的输出电容cf和负载rl并联连接在副边二极管d1阴极和变压器t1的副边之间。

3、根据所述的一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征在于所述的可变电感l2的磁芯包括：初级绕组、次级绕组、偏置绕组a和b、中间磁路开气隙；所述的偏置绕组a和b具有相同的匝数，以相同的方向缠绕在侧边支路，通过感应中心支路来抵消交流电压；所述的偏置绕组a和b中注入可控的直流偏置电流，利用磁性元件的磁化特性实现改变磁导率，从而达到对绕组电感的持续调节的目的；所述的直流偏置电流增加，材料磁导率降低，最终可变电感l2会变小，但电感磁导率和注入电流之间的曲线斜率从50％附近逐渐减小，如果电感继续下降会需要更大的电流，会产生更大的损耗，因此50％的变化率是合适的。

4、根据所述的一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征在于所述的交错并联llc变换器应用可变电感，可以保持各路llc的开关频率相同，并且根据负载变化调节开关频率，保持两路开关驱动信号具有固定的相位差，达到输出交错并联的效果，当各路出现不均流现象时，通过调节可变电感大小，来控制两路llc谐振变换器输出均流。

5、优选的，所述的一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征在于llc谐振变换器中应用可变电感，可以保持各路llc的开关频率相同，这样交错的驱动更容易设计。由于各路llc变换器在制作过程中的各自参数差别不是特别明显，所以可变电感的调节范围也就不需要太宽，这样刚好避免了可变电感变化范围不宽的不足。

6、优选的，所述的一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征在于两个llc谐振变换器进行交错并联时，需要让各个变换器的开关管驱动信号彼此保持90°的相位差。假设变换器之间没有差异，则每相的输出电流将变为总输出电流的一半，这样各路变换器的电流应力降低。交错并联运行时，各路输出电流之间此消彼长，使得输出的电流、电压纹波频率提高，大大降低输出的纹波量和总的噪声量。

7、优选的，所述的一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征在于交错并联技术的应用不仅解决了大电流输出情况下的导通损耗大等问题，而且使得变换器输出纹波降低，可变电感控制方式解决llc变换器因变频控制产生的交错并联运行和不均流问题的矛盾。

8、本发明的有益效果：该变化器可以有效降低逆变器的开关损耗，提升了系统能量传输效率。利用可变电感控制并联结构的llc谐振变换器，解决的各个模块的不均流问题，可以保持同频工作，保证了各个变换器承受的电应力及热分布均匀。

技术特征：

1.一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征是：它包括直流输入电源vin、两组相同的原边场效应管、两组变压器、两组谐振网络、两组相同的副边二极管、输出电容cf和负载rl；所述的两组相同的原边场效应管包括s1、s2、s3、s4；所述的原边场效应管s1、原边场效应管s3的漏级与直流输入电源vin的正极相连；所述的原边场效应管s2、原边场效应管s4的源级与直流输入电源vin的负极相连；所述的原边场效应管s1的源级与原边场效应管s2的漏级相连；所述的原边场效应管s3的源级与原边场效应管s4的漏级相连；所述的原边场效应管s1、s2与s3、s4并联连接；所述的两组变压器包括t1、t2；所述的两组谐振网络包括谐振电感l1、可变电感l2、谐振电容c1、c2、励磁电感lm1、lm2；所述的谐振电容c1的一端与原边场效应管s1的源极和原边场效应管s2的漏极连接，其另一端与谐振电感l1连接；所述的谐振电感l1的一端与谐振电容c1连接，其另一端与变压器t1原边的同名端连接；所述的励磁电感lm1并联在变压器t1原边上；所述的变压器t1原边的异名端与原边场效应管s2的源极、直流输入电源vin的负极连接；所述的谐振电容c2的一端与原边场效应管s3的源极和原边场效应管s4的漏极连接，其另一端与可变电感l2连接；所述的可变电感l2的一端与谐振电容c2连接，其另一端与变压器t2原边的同名端连接；所述的励磁电感lm2并联在变压器t2原边上；所述的变压器t2原边的异名端与原边场效应管s4的源极、直流输入电源vin的负极连接；所述的两组相同的副边二极管包括d1、d2、d3、d4；所述的副边二极管d1阳极与变压器t1副边的同名端，阴极与输出电容cf连接；所述的副边二极管d2阳极与变压器t1副边的异名端连接，阴极与副边二极管d1阴极连接；所述的副边二极管d3阳极与变压器t2副边的同名端，阴极与输出电容cf连接；所述的副边二极管d4阳极与变压器t2副边的异名端连接，阴极与副边二极管d1阴极连接；所述的输出电容cf和负载rl并联连接在副边二极管d1阴极和变压器t1的副边之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征在于所述的可变电感l2的磁芯包括：初级绕组、次级绕组、偏置绕组a和b、中间磁路开气隙；所述的偏置绕组a和b具有相同的匝数，以相同的方向缠绕在侧边支路，通过感应中心支路来抵消交流电压；所述的偏置绕组a和b中注入可控的直流偏置电流，利用磁性元件的磁化特性实现改变磁导率，从而达到对绕组电感的持续调节的目的；所述的直流偏置电流增加，材料磁导率降低，最终可变电感l2会变小，但电感磁导率和注入电流之间的曲线斜率从50％附近逐渐减小，如果电感继续下降会需要更大的电流，会产生更大的损耗，因此50％的变化率是合适的。

3.根据权利要求1所述的一种基于可变电感的交错并联llc变换器，其特征在于所述的交错并联llc变换器应用可变电感，可以保持各路llc的开关频率相同，并且根据负载变化调节开关频率，保持两路开关驱动信号具有固定的相位差，达到输出交错并联的效果，当各路出现不均流现象时，通过调节可变电感大小，来控制两路llc谐振变换器输出均流。

技术总结
本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种基于可变电感的交错并联LLC变换器，包括直流输入电源、两组相同的原边场效应管、两组谐振网络、两组变压器、两组相同的副边二极管、输出电容和负载。将两路LLC电路进行并联，组成LLC电路交错并联系统，且LLC电路的输入端为并联，输出端也为并联。可变电感的结构主要包括主电感绕组、偏置绕组、磁芯结构以及直流偏置电流电路。利用可变电感控制两路LLC变换器，使得并联系统不仅保持同频工作，而且达到均流要求，保证了各个变换器承受的电应力及热分布均匀。同时利用交错并联技术解决大电流输出情况下的导通损耗大等问题，也使得变换器输出纹波降低。

技术研发人员：颜景斌,王怡斐,朱强
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12