CN106961220A - 一种具有均流特性的高效并联llc谐振变换器 - Google Patents

一种具有均流特性的高效并联llc谐振变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN106961220A
CN106961220A CN201710125448.XA CN201710125448A CN106961220A CN 106961220 A CN106961220 A CN 106961220A CN 201710125448 A CN201710125448 A CN 201710125448A CN 106961220 A CN106961220 A CN 106961220A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
mos switch
switch tube
diode
power mos
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710125448.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106961220B (zh
Inventor
徐玉珍
郭跃森
林维明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201710125448.XA priority Critical patent/CN106961220B/zh
Publication of CN106961220A publication Critical patent/CN106961220A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106961220B publication Critical patent/CN106961220B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/3353Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器。包括输入直流电源Uin、变压器T1、变压器T2、耦合电感Lr1和Lr2、谐振电容Cr1、谐振电容Cr2、第一功率MOS开关管Q1及其寄生二极管D1和寄生电容C1、第二功率MOS开关管Q2及其寄生二极管D2和寄生电容C2、第三功率MOS开关管Q3及其寄生二极管D3和寄生电容C3、第四功率MOS开关管Q4及其寄生二极管D4和寄生电容C4、第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4、第一输出电容Co、负载Rload。本发明通过将两LLC半桥谐振变换器并联,且将其谐振电容共用,谐振电感耦合,减小均流特性的误差源,实现均流、高效、高功率密度、低压大电流等功能。

Description

一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器
技术领域
本发明涉及电动汽车充电器及通讯电源(低压大电流)设计领域,特别是一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器。
背景技术
随着能源和环境问题的日益严重,电动汽车越来越普及,而电动汽车的使用必然需要一台性能良好,高效可靠的电池充电器。目前,蓄电池的充电方式主要有恒压充电、恒流充电、恒压恒流充电、脉冲充电等,其中恒压恒流充电方式对电池性能维护最好,不易出现过充、欠充等问题,因此可以有效延长蓄电池的使用寿命。常见的充电拓扑有正激、Buck、Boost、串联谐振、并联谐振、串并联谐振等。而半桥 LLC 谐振变换器可以实现全负载和全输入电压范围内功率MOS开关管的 ZVS,副边二极管的ZCS,具有明显的优势。
半桥LLC谐振变换器具有高功率密度、高效率、低成本等优点,且适合低压大电流的输出。但单级半桥LLC谐振变换器在大功率的低压大电流输出的情况下,功率MOS开关管和变压器的电流应力大,对于变压器来讲,不利于变压器的散热,绕制以及功率密度的提高;现有的常用解决方法是将半桥LLC谐振变换器并联,以减小功率MOS开关管和变压器的电流应力,并提高效率。然而由于并联模块的参数具有不可避免的不一致性,并联模块间存在均流问题;目前对于均流问题的常用解决方法要么是增加功率器件来辅助均流,要么是增加均流控制策略。前者必将导致变换器成本的提升且不利于效率的提高,后者使得控制策略变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,通过共用谐振电容Cr1和Cr2,耦合谐振电感Lr1和Lr2来减小两并联LLC半桥谐振变换器的因器件不一致性引起的误差源,因此该变换器具有较好的均流特性,能实现高效,高功率密度,低压大电流输出等功能。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,包括输入直流电源Uin、变压器T1、变压器T2、耦合电感Lr1和Lr2、谐振电容Cr1、谐振电容Cr2、第一功率MOS开关管Q1、第二功率MOS开关管Q2、第三功率MOS开关管Q3、第四功率MOS开关管Q4、第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4、第一输出电容Co、负载电阻Rload;所述变压器T1由原边等效励磁电感Lm1、原边绕组Np11、副边中心抽头输出绕组Ns12和Ns13构成;所述变压器T2由原边等效励磁电感Lm2、原边绕组Np21、副边中心抽头输出绕组Ns22和Ns23构成;所述输入直流电源Uin正向输出端连接第一功率MOS开关管Q1的漏级、谐振电容Cr1的一端、第三功率MOS开关管Q3的漏级;所述第一功率MOS开关管Q1的源极连接第二功率MOS开关管Q2的漏级、变压器T1的原边绕组Np11的同名端;所述谐振电容Cr1的另一端连接耦合电感Lr1的异名端、谐振电容Cr2的一端、耦合电感Lr2的异名端;所述第三功率MOS开关管Q3的源极连接变压器T2的原边绕组Np21的同名端、第四功率MOS开关管Q4的漏级;所述变压器T1的原边绕组Np11的异名端连接耦合电感Lr1的同名端;所述耦合电感Lr2的同名端连接变压器T2的原边绕组Np21的异名端;所述输入直流电源Uin的负端连接第二功率MOS管Q2的源极、谐振电容Cr2的另一端、第四功率MOS管Q4的源极;所述变压器T1的副边绕组NS12的同名端连接第一功率二极管Ds1的阴极;所述变压器T1的副边绕组Ns12的异名端连接变压器T1的副边绕组Ns13的同名端、变压器T2的副边绕组Ns22的异名端、变压器T2的副边绕组Ns23的同名端、第一输出电容Co的正端、负载电阻Rload的一端;所述第一功率二极管Ds1的阳极连接第二功率二极管Ds2的阳极、第一输出电容Co的负端、负载电阻Rload的另一端、第三功率二极管Ds3的阳极、第四功率二极管Ds4的阳极;所述变压器T1的副边绕组Ns13的异名端连接第二功率二极管Ds2的阴极;所述变压器T2的副边绕组Ns22的同名端连接第三功率二极管Ds3的阴极;所述变压器T2的副边绕组Ns23的异名端连接第四功率二极管Ds4的阴极。
在本发明一实施例中,所述第一功率MOS开关管Q1和第三功率MOS开关管Q3同时驱动,第二功率MOS开关管Q2和第四功率MOS开关管Q4同时驱动,第一功率MOS开关管Q1和第三功率MOS开关管Q3的驱动信号与第二功率MOS开关管Q2和第四功率MOS开关管Q4的驱动信号互补,且留有死区;通过占空比固定为50%变频控制来实现电路的输出电压的恒定或输出电流的恒定。
在本发明一实施例中,所述第一功率MOS开关管Q1还连接有寄生二极管D1和寄生电容C1,所述第二功率MOS开关管Q2还连接有寄生二极管D2和寄生电容C2,所述第三功率MOS开关管Q3还连接有寄生二极管D3和寄生电容C3,所述第四功率MOS开关管Q4还连接有寄生二极管D4和寄生电容C4
在本发明一实施例中,该谐振变换器能够工作于副边电流断续模式、副边电流临界连续模式、副边电流连续模式。
在本发明一实施例中,该谐振变换器的输出采用双变压器并联输出,有效减小了磁芯体积,减小副边绕组电流应力,有利于提高***功率密度,分散热点,便于热管理;由于谐振电感Lr1和Lr2的耦合,因此可减少一磁芯器件,电路具有更高的效率和功率密度。
在本发明一实施例中,所述谐振变换器由于谐振电容Cr1和Cr2的共用,谐振电感Lr1和Lr2的相互耦合,因此可减小均流特性的误差源具有较好的均流效果。
在本发明一实施例中,所述第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4均为快恢复功率二极管。
在本发明一实施例中,所述第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4能够采用功率MOS开关管分别替换以实现高效同步整流。
在本发明一实施例中,所述谐振电容Cr1、谐振电容Cr2均为高频电容,第一输出电容Co为电解电容。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:
1、本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器的输出采用双变压器并联输出方式,有效地减小了磁芯体积和副边绕组电流应力,有利于提高***功率密度,分散热点,便于热管理;由于谐振电感Lr1和Lr2的耦合,因此可减少一磁芯器件,变换器具有较高的效率和功率密度;
2、本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器由于谐振电容Cr1和Cr2的共用,谐振电感Lr1和Lr2的相互耦合,因此可减小引起电流不均的误差源,变换器具有较好的均流效果。
附图说明
图1为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器电路原理图。
图2为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器工作时序波形图。
图3为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q2,Q4导通Q1,Q3截止,副边功率二极管Ds1,Ds3导通,Ds2,Ds4截止时的工作模态图。
图4为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q2,Q4导通Q1,Q3截止,副边功率二极管Ds1,Ds3导通,Ds2,Ds4截止时的工作模态图。
图5为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q2,Q4导通Q1,Q3截止,副边功率二极管Ds1,Ds2,Ds3,Ds4均截止时的工作模态图。
图6为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q1,Q2, Q3,Q4均截止,副边功率二极管Ds1,Ds2,Ds3,Ds4均截止时的工作模态图。
图7为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q1,Q2, Q3,Q4均截止,而Q1,Q3的寄生二极管D1,D3导通,副边功率二极管Ds1,Ds2,Ds3,Ds4均截止时的工作模态图。
图8为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q1,Q3导通Q2,Q4截止,副边功率二极管Ds2,Ds4导通,Ds1,Ds3截止时的工作模态图。
图9为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q1,Q3导通Q2,Q4截止,副边功率二极管Ds2,Ds4导通,Ds1,Ds3截止时的工作模态图。
图10为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q1,Q3导通Q2,Q4截止,副边功率二极管Ds1,Ds2,Ds3,Ds4均截止时的工作模态图。
图11为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q1,Q2, Q3,Q4均截止,副边功率二极管Ds1,Ds2,Ds3,Ds4均截止时的工作模态图。
图12为本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器在原边功率MOS开关管Q1,Q2, Q3,Q4均截止,而Q2,Q4的寄生二极管D2,D4导通,副边功率二极管Ds1,Ds2,Ds3,Ds4均截止时的工作模态图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示,本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,包括输入直流电源Uin、变压器T1、变压器T2、耦合电感Lr1和Lr2、谐振电容Cr1、谐振电容Cr2、第一功率MOS开关管Q1及其寄生二极管D1和寄生电容C1、第二功率MOS开关管Q2及其寄生二极管D2和寄生电容C2、第三功率MOS开关管Q3及其寄生二极管D3和寄生电容C3、第四功率MOS开关管Q4及其寄生二极管D4和寄生电容C4、第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4、第一输出电容Co、负载电阻Rload;所述变压器T1由原边等效励磁电感Lm1、原边绕组Np11、副边中心抽头输出绕组Ns12和Ns13构成;所述变压器T2由原边等效励磁电感Lm2、原边绕组Np21、副边中心抽头输出绕组Ns22和Ns23构成;所述输入直流电源Uin正向输出端连接第一功率MOS开关管Q1的漏级、谐振电容Cr1的一端、第三功率MOS开关管Q3的漏级;所述第一功率MOS开关管Q1的源极连接第二功率MOS开关管Q2的漏级、变压器T1的原边绕组Np11的同名端;所述谐振电容Cr1的另一端连接耦合电感Lr1的异名端、谐振电容Cr2的一端、耦合电感Lr2的异名端;所述第三功率MOS开关管Q3的源极连接变压器T2的原边绕组Np21的同名端、第四功率MOS开关管Q4的漏级;所述变压器T1的原边绕组Np11的异名端连接耦合电感Lr1的同名端;所述耦合电感Lr2的同名端连接变压器T2的原边绕组Np21的异名端;所述输入直流电源Uin的负端连接第二功率MOS管Q2的源极、谐振电容Cr2的另一端、第四功率MOS管Q4的源极;所述变压器T1的副边绕组NS12的同名端连接第一功率二极管Ds1的阴极;所述变压器T1的副边绕组Ns12的异名端连接变压器T1的副边绕组Ns13的同名端、变压器T2的副边绕组Ns22的异名端、变压器T2的副边绕组Ns23的同名端、第一输出电容Co的正端、负载电阻Rload的一端;所述第一功率二极管Ds1的阳极连接第二功率二极管Ds2的阳极、第一输出电容Co的负端、负载电阻Rload的另一端、第三功率二极管Ds3的阳极、第四功率二极管Ds4的阳极;所述变压器T1的副边绕组Ns13的异名端连接第二功率二极管Ds2的阴极;所述变压器T2的副边绕组Ns22的同名端连接第三功率二极管Ds3的阴极;所述变压器T2的副边绕组Ns23的异名端连接第四功率二极管Ds4的阴极。
所述第一功率MOS开关管Q1和第三功率MOS开关管Q3同时驱动,第二功率MOS开关管Q2和第四功率MOS开关管Q4同时驱动,第一功率MOS开关管Q1和第三功率MOS开关管Q3的驱动信号与第二功率MOS开关管Q2和第四功率MOS开关管Q4的驱动信号互补,且留有一定的死区(该死区时间以保证MOS开关管能实现软开通为宜);通过占空比固定为50%变频控制来实现电路的输出电压的恒定或输出电流的恒定。
所述第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4均为快恢复功率二极管。所述第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4能够采用功率MOS开关管分别替换以实现高效同步整流。
所述谐振电容Cr1、谐振电容Cr2均为高频电容,第一输出电容Co为电解电容。
本发明的谐振变换器能够工作于副边电流断续模式(DCM)、副边电流临界连续模式(BCM)、副边电流连续模式(CCM)。
特别的,本发明的谐振变换器的输出采用双变压器并联输出,有效减小了磁芯体积,减小副边绕组电流应力,有利于提高***功率密度,分散热点,便于热管理;由于谐振电感Lr1和Lr2的耦合,因此可减少一磁芯器件,电路具有更高的效率和功率密度。
本发明的谐振变换器由于谐振电容Cr1和Cr2的共用,谐振电感Lr1和Lr2的相互耦合,因此可减小均流特性的误差源具有较好的均流效果。
以下为本发明的具体实施例。
本实例通过采用变频控制的两半桥LLC谐振变换器的并联来实现大功率下的低压大电流输出,且将谐振电容Cr1和Cr2共用,谐振电感Lr1和Lr2耦合以减小引起电流不均的误差源,实现不添加任何附加条件情况下的更好均流。下面结合图1所示的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器电路和图2所示的电路工作于副边电流断续模式(DCM)的时序图来具体说明本发明的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变在通过变频控制功率MOS开关管Q1、Q2、Q3、Q4时的具体电路工作模态,如图3至图12所示。
模态1(t0-t1):如图3所示,在t0时刻,功率MOS开关管 Q2,Q4同时开通,此时谐振电感电流iLr1,iLr2仍然正向流动,因此谐振电流iLr1,iLr2从Q2,Q4的源极流向漏级(功率MOS开关管处于同步整流状态)。在功率MOS开关管Q2,Q4开通前,由于谐振电流通过功率MOS开关管Q2,Q4的寄生二极管D2,D4流通,所以半桥中点的电位uN1,uN2为0,因此功率MOS开关管Q2,Q4的开通为零电压开通。这一阶段,由于谐振电感电流iLr1,iLr2分别小于励磁电感电流iLm1,iLm2,即iLr1<iLm1,iLr2<iLm2,因此副边功率二极管Ds1,Ds3导通为负载提供能量,而功率二极管Ds2,Ds4处于截止状态。
模态2(t1-t2):如图4所示,由于谐振作用,在t1时刻,谐振电感电流iLr1,iLr2正向减小至0,并反向增大,因此,从这一刻开始,谐振电感电流iLr1,iLr2分别正向流过功率MOS开关管Q2,Q4,在这个阶段,谐振电感电流iLr1,iLr2分别小于励磁电感电流iLm1,iLm2,即iLr1<iLm1,iLr2<iLm2,因此副边功率二极管Ds1,Ds3一直导通为负载提供能量,而功率二极管Ds2,Ds4截止,由此导致变压器T1、T2原边电压被钳位,励磁电感Lm1,Lm2不参与谐振过程。这个阶段,谐振电感电流iLr1,iLr2波形呈正弦曲线。
模态3(t2-t3):如图5所示,在t2时刻,谐振电感电流iLr1,iLr2分别与励磁电感电流iLm1,iLm2相等,即iLr1=iLm1,iLr2=iLm2,因此功率二极管Ds1,Ds3截止,而功率二极管Ds2,Ds4也处于截止状态,所以变压器原边和副边不再有能量变换,负载能量由输出滤波电容Co提供。从这一刻起,励磁电感Lm1,Lm2不再被副边钳位,而是分别与谐振网络(谐振电感Lr1、Lr2和谐振电容Cr1,Cr2)发生串联谐振。
模态4(t3-t4):如图6 所示,在t3时刻,功率MOS开关管Q2,Q4关断,此时谐振电感电流iLr1,iLr2仍然为负,并且为功率MOS开关管Q2,Q4的寄生电容C2,C4充电,同时给功率MOS开关管Q1,Q3的寄生电容C1,C3放电,从而半桥中点电位uN1,uN2上升至电源电压,为功率MOS开关管Q1,Q3的零电压开通提供了条件。在为功率MOS开关管的寄生电容C1,C2,C3,C4进行充放电的过程中,由于寄生电容上的电压对称,因此流过四个开关管的寄生电容的电流一样;另外此时谐振电感电流iLr1,iLr2仍然分别等于励磁电流iLm1,iLm2,即iLr1=iLm1,iLr2=iLm2,因此变压器不传递能量,副边功率二极管Ds1,Ds2 ,Ds3,Ds4均处于截止状态,负载完全依靠输出滤波电容Co提供能量。
模态5(t4-t5):如图7所示,在t4时刻,功率MOS开关管Q1,Q3的漏源电压减小至0时,功率MOS开关管Q1,Q3的寄生二极管D1,D3将自然导通,并将功率MOS开关管Q1,Q3的漏源电压钳位在0V。由于这一阶段谐振电感电流iLr1,iLr2处于励磁电感电流iLm1,iLm2的上方即iLr1>iLm1,iLr2>iLm2,所以功率二极管Ds2,Ds4导通为负载提供能量,而功率二极管Ds1,Ds3处于截止状态。
模态6(t5-t6):如图8所示,在t5时刻,功率MOS开关管 Q1,Q3同时开通,此时谐振电感电流iLr1,iLr2仍然反向流动,因此谐振电流iLr1,iLr2从Q1,Q3的源极流向漏级(功率MOS开关管处于同步整流状态)。在功率MOS开关管Q1,Q3开通前,由于谐振电流通过功率MOS开关管Q1,Q3的寄生二极管D1,D3流通,所以半桥中点的电位uN1,uN2为上升到输入电源Uin的大小,因此功率MOS开关管Q1,Q3是零电压开通。这一阶段,由于谐振电感电流iLr1,iLr2分别大于励磁电感电流iLm1,iLm2,即iLr1>iLm1,iLr2>iLm2,因此副边功率二极管Ds2,Ds4导通为负载提供能量,而功率二极管Ds1,Ds3处于截止状态。
模态7(t6-t7):如图9所示,由于谐振作用,在t6时刻,谐振电感电流iLr1,iLr2反向减小至0,并开始正向增大;因此,从t6时刻开始,谐振电感电流iLr1,iLr2分别正向流过功率MOS开关管Q1,Q3,在这个阶段谐振电感电流iLr1,iLr2分别大于励磁电感电流iLm1,iLm2,即iLr1>iLm1,iLr2>iLm2,因此副边功率二极管Ds2,Ds4一直导通并为负载提供能量,而功率二极管Ds1,Ds3截止,由此导致变压器T1、T2原边电压被钳位,励磁电感Lm1,Lm2不参与谐振过程。这个阶段,谐振电感电流iLr1,iLr2波形呈正弦曲线。
模态8(t7-t8):如图10所示,在t7时刻,谐振电感电流iLr1,iLr2分别与励磁电感电流iLm1,iLm2相等即iLr1=iLm1,iLr2=iLm2,因此功率二极管Ds2,Ds4截止,而功率二极管Ds1,Ds3也处于截止状态,所以变压器原边和副边不再有能量变换,负载能量由输出滤波电容Co提供。从这一刻起,励磁电感Lm1,Lm2不再被副边钳位,而是分别与谐振网络(谐振电感Lr1、Lr2和谐振电容Cr1,Cr2)发生串联谐振。
模态9(t8-t9):如图11所示,在t8时刻,功率MOS开关管Q1,Q3关断,此时谐振电感电流iLr1,iLr2仍然为正并且为功率MOS开关管Q1,Q3的寄生电容C1,C3充电,同时给功率MOS开关管Q2,Q4的寄生电容C2,C4放电,从而半桥中点电位uN1,uN2减小至0V,为功率MOS开关管Q2,Q4的零电压开通提供了条件。在为功率MOS开关管的寄生电容C1,C2,C3,C4进行充放电的过程中,由于寄生电容的上电压对称,因此流过四个开关管的寄生电容的电流一样,另外此时谐振电感电流iLr1,iLr2仍然分别等于励磁电流iLm1,iLm2,即iLr1=iLm1,iLr2=iLm2,因此变压器不传递能量,副边功率二极管Ds1,Ds2 ,Ds3,Ds4均处于截止状态,负载完全依靠输出滤波电容Co提供能量。
模态10(t9-t10):如图12所示,在t9时刻,功率MOS开关管Q2,Q4的漏源电压减少至0时,功率MOS开关管Q2,Q4的寄生二极管D2,D4将自然导通,并将功率MOS开关管Q2,Q4的漏源电压钳位在0V。由于这一阶段谐振电感电流iLr1,iLr2处于励磁电感电流iLm1,iLm2下方,即iLr1<iLm1,iLr2<iLm2,所以功率二极管Ds1,Ds3导通为负载提供能量,而功率二极管Ds2,Ds4处于截止状态。
以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,其特征在于:包括输入直流电源Uin、变压器T1、变压器T2、耦合电感Lr1和Lr2、谐振电容Cr1、谐振电容Cr2、第一功率MOS开关管Q1、第二功率MOS开关管Q2、第三功率MOS开关管Q3、第四功率MOS开关管Q4、第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4、第一输出电容Co、负载电阻Rload;所述变压器T1由原边等效励磁电感Lm1、原边绕组Np11、副边中心抽头输出绕组Ns12和Ns13构成;所述变压器T2由原边等效励磁电感Lm2、原边绕组Np21、副边中心抽头输出绕组Ns22和Ns23构成;所述输入直流电源Uin正向输出端连接第一功率MOS开关管Q1的漏级、谐振电容Cr1的一端、第三功率MOS开关管Q3的漏级;所述第一功率MOS开关管Q1的源极连接第二功率MOS开关管Q2的漏级、变压器T1的原边绕组Np11的同名端;所述谐振电容Cr1的另一端连接耦合电感Lr1的异名端、谐振电容Cr2的一端、耦合电感Lr2的异名端;所述第三功率MOS开关管Q3的源极连接变压器T2的原边绕组Np21的同名端、第四功率MOS开关管Q4的漏级;所述变压器T1的原边绕组Np11的异名端连接耦合电感Lr1的同名端;所述耦合电感Lr2的同名端连接变压器T2的原边绕组Np21的异名端;所述输入直流电源Uin的负端连接第二功率MOS管Q2的源极、谐振电容Cr2的另一端、第四功率MOS管Q4的源极;所述变压器T1的副边绕组NS12的同名端连接第一功率二极管Ds1的阴极;所述变压器T1的副边绕组Ns12的异名端连接变压器T1的副边绕组Ns13的同名端、变压器T2的副边绕组Ns22的异名端、变压器T2的副边绕组Ns23的同名端、第一输出电容Co的正端、负载电阻Rload的一端;所述第一功率二极管Ds1的阳极连接第二功率二极管Ds2的阳极、第一输出电容Co的负端、负载电阻Rload的另一端、第三功率二极管Ds3的阳极、第四功率二极管Ds4的阳极;所述变压器T1的副边绕组Ns13的异名端连接第二功率二极管Ds2的阴极;所述变压器T2的副边绕组Ns22的同名端连接第三功率二极管Ds3的阴极;所述变压器T2的副边绕组Ns23的异名端连接第四功率二极管Ds4的阴极。
2.根据权利要求1所述的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,其特征在于:所述第一功率MOS开关管Q1和第三功率MOS开关管Q3同时驱动,第二功率MOS开关管Q2和第四功率MOS开关管Q4同时驱动,第一功率MOS开关管Q1和第三功率MOS开关管Q3的驱动信号与第二功率MOS开关管Q2和第四功率MOS开关管Q4的驱动信号互补,且留有死区;通过占空比固定为50%变频控制来实现电路的输出电压的恒定或输出电流的恒定。
3.根据权利要求1所述的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,其特征在于:所述第一功率MOS开关管Q1还连接有寄生二极管D1和寄生电容C1,所述第二功率MOS开关管Q2还连接有寄生二极管D2和寄生电容C2,所述第三功率MOS开关管Q3还连接有寄生二极管D3和寄生电容C3,所述第四功率MOS开关管Q4还连接有寄生二极管D4和寄生电容C4
4.根据权利要求1所述的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,其特征在于:该谐振变换器能够工作于副边电流断续模式、副边电流临界连续模式、副边电流连续模式。
5.根据权利要求1所述的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,其特征在于:所述谐振变换器将谐振电容Cr1和Cr2的共用,谐振电感Lr1和Lr2的相互耦合。
6.根据权利要求1所述的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,其特征在于:所述第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4均为快恢复功率二极管。
7.根据权利要求1所述的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,其特征在于:所述第一功率二极管Ds1、第二功率二极管Ds2、第三功率二极管Ds3、第四功率二极管Ds4能够采用功率MOS开关管分别替换以实现高效同步整流。
8.根据权利要求1所述的一种具有均流特性的高效并联LLC谐振变换器,其特征在于:所述谐振电容Cr1、谐振电容Cr2均为高频电容,第一输出电容Co为电解电容。
CN201710125448.XA 2017-03-04 2017-03-04 一种具有均流特性的高效并联llc谐振变换器 Expired - Fee Related CN106961220B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710125448.XA CN106961220B (zh) 2017-03-04 2017-03-04 一种具有均流特性的高效并联llc谐振变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710125448.XA CN106961220B (zh) 2017-03-04 2017-03-04 一种具有均流特性的高效并联llc谐振变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106961220A true CN106961220A (zh) 2017-07-18
CN106961220B CN106961220B (zh) 2019-02-22

Family

ID=59470755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710125448.XA Expired - Fee Related CN106961220B (zh) 2017-03-04 2017-03-04 一种具有均流特性的高效并联llc谐振变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106961220B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110572040A (zh) * 2019-09-24 2019-12-13 西北工业大学 半桥llc谐振变换器交错并联电路及其均流控制方法
CN111064370A (zh) * 2019-12-26 2020-04-24 南京工程学院 一种llc和dab混合的双向dc-dc变流器
CN111585442A (zh) * 2019-02-15 2020-08-25 杨玉岗 一种可自动均流的多相并联谐振变换器
CN113098289A (zh) * 2021-04-30 2021-07-09 漳州科华技术有限责任公司 高压直流输电装置、充电桩、谐振变换器及其控制方法
CN113271017A (zh) * 2021-06-28 2021-08-17 上海电气集团股份有限公司 一种共用谐振腔的双向隔离型三相直流变换器
TWI810892B (zh) * 2021-04-15 2023-08-01 愛爾蘭商艾塞爾西斯科技有限公司 諧振轉換器電路、電源單元及諧振轉換器的系統

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522896A (zh) * 2008-04-02 2012-06-27 台达电子工业股份有限公司 并联连接的谐振转换器电路及其控制方法
CN102790533A (zh) * 2011-05-19 2012-11-21 中兴通讯股份有限公司 多相交错谐振变换器
CN105743356A (zh) * 2014-12-09 2016-07-06 比亚迪股份有限公司 一种llc谐振变换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522896A (zh) * 2008-04-02 2012-06-27 台达电子工业股份有限公司 并联连接的谐振转换器电路及其控制方法
CN102790533A (zh) * 2011-05-19 2012-11-21 中兴通讯股份有限公司 多相交错谐振变换器
CN105743356A (zh) * 2014-12-09 2016-07-06 比亚迪股份有限公司 一种llc谐振变换器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111585442A (zh) * 2019-02-15 2020-08-25 杨玉岗 一种可自动均流的多相并联谐振变换器
CN110572040A (zh) * 2019-09-24 2019-12-13 西北工业大学 半桥llc谐振变换器交错并联电路及其均流控制方法
CN110572040B (zh) * 2019-09-24 2021-04-02 西北工业大学 半桥llc谐振变换器交错并联电路及其均流控制方法
CN111064370A (zh) * 2019-12-26 2020-04-24 南京工程学院 一种llc和dab混合的双向dc-dc变流器
CN111064370B (zh) * 2019-12-26 2021-05-25 南京工程学院 一种llc和dab混合的双向dc-dc变流器
TWI810892B (zh) * 2021-04-15 2023-08-01 愛爾蘭商艾塞爾西斯科技有限公司 諧振轉換器電路、電源單元及諧振轉換器的系統
CN113098289A (zh) * 2021-04-30 2021-07-09 漳州科华技术有限责任公司 高压直流输电装置、充电桩、谐振变换器及其控制方法
CN113098289B (zh) * 2021-04-30 2024-04-19 漳州科华技术有限责任公司 高压直流输电装置、充电桩、谐振变换器及其控制方法
CN113271017A (zh) * 2021-06-28 2021-08-17 上海电气集团股份有限公司 一种共用谐振腔的双向隔离型三相直流变换器

Also Published As

Publication number Publication date
CN106961220B (zh) 2019-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106961220B (zh) 一种具有均流特性的高效并联llc谐振变换器
CN103944397B (zh) Boost型隔离DC/DC变换器及其控制方法
Lu et al. Isolated bidirectional DC–DC converter with quasi-resonant zero-voltage switching for battery charge equalization
WO2021143263A1 (zh) 一种能量均衡控制装置、电池***及其能量均衡控制方法
CN102651563B (zh) 电池能量平衡电路
CN106208769B (zh) 电力转换装置
CN104218813B (zh) 电感电容复合利用的级联型谐振dc‑dc变换电路
CN109149736B (zh) 一种电动汽车无线充放电***
CN105356758A (zh) 一种高频隔离型dc-dc双级功率变换***结构
CN105846682A (zh) 一种正反激变换器的新型混合控制方式
CN103887976B (zh) 电流源输入型谐振软开关dc/dc变换器
WO2019036201A1 (en) BIDIRECTIONAL LEVEL 1 ELECTRIC VEHICLE CHARGER WITH SINGLE-PHASE SINGLE FLOOR
CN206250979U (zh) 一种准谐振有源箝位反激式变换器
CN108964469A (zh) 一种并串联结构的全桥双llc谐振变换器
CN110829878A (zh) 一种新型双向ac/dc变换器
CN106100344A (zh) 一种具有升高电压增益的llc谐振变换器
CN110649813B (zh) 一种隔离型集成化三端口双向dcdc变换器
CN105915060B (zh) 具有副边绕组磁复位功能的正激变换电路及其复位方法
CN110601525A (zh) 新能源汽车集成车载充电变换***
CN114337344A (zh) 一种基于自适应混合整流多开关谐振llc变换器的控制方法
CN206575329U (zh) 一种buck变换器电路
CN110266191B (zh) 一种软开关型双向串联谐振变换器及其恒增益控制方法
CN2678238Y (zh) 电力再生电路及电力变换装置
CN101783521A (zh) 一种充放电动态均压电路及使用该电路的供电电源
CN208337415U (zh) 一种并串联结构的全桥双llc谐振变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190222