CN107196513A - 一种适合宽范围输出的llc谐振变换电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路。第一分压电容和第二分压电容串联，第一分压电容和第二分压电容连接的端子再与切换开关的一端相连，所述的切换开关、第一分压电容和第二分压电容三者形成一个三端口网络；所述的三端口网络中两个与第一分压电容和第二分压电容相连的端子分别与输入电容的两端相连，三端口网络中与切换开关相连的端子与第一开关管、第四开关管组成的桥臂的中点相连，第一开关管、第四开关管组成的桥臂的中点依次连接谐振电容、谐振电感，谐振电感和第二开关管、第三开关管连接中点分别接于谐振变压器的其中两端。本发明可有效拓宽电路的输出电压范围。

Description

一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路及其方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路及其方法。
背景技术
近年来随着新能源汽车的发展，在政策和利益的双向带动下，电动汽车充电机行业发展迅速，同时也带来电动汽车充电机需求和规格的快速变化和发展。目前电动汽车充电机的输出电压范围大致有两种，200V～500V和300V～750V。根据电动汽车类型和规格的不同，在选择充电机时需要费时选择，给电动汽车用户带来了不便的同时，也降低了电动汽车充电机的使用率。为此，有需求提出要统一充电机的输出电压范围为200V～750V，方便用户的同时，也可节省充电站成本投入、提高充电机利用率。
但超宽输出电压范围需求的提出，给充电机的设计带来了更大的挑战。为了在不增加或尽量少增加成本、不影响充电机的效率、以及不影响充电机的其它输出性能指标(如输出电压纹波等)的情况下达到超宽输出电压范围的目的。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路及其方法，可有效拓宽电路的输出电压范围，增加一个切换开关、两颗分压电容，所占体积和发热都较小，对成本和性能影响很小。
为实现上述目的，本发明提供了一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路，包括输入电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，第一全桥整流二极管、第二全桥整流二极管、第三全桥整流二极管、第四全桥整流二极管、谐振电容、谐振电感、谐振变压器、切换开关、第一分压电容和第二分压电容，第一分压电容和第二分压电容串联，第一分压电容和第二分压电容连接的端子再与切换开关的一端相连，所述的切换开关、第一分压电容和第二分压电容三者形成一个三端口网络；所述的三端口网络中两个与第一分压电容和第二分压电容相连的端子分别与输入电容的两端相连，三端口网络中与切换开关相连的端子与第一开关管、第四开关管组成的桥臂的中点相连，第一开关管、第四开关管组成的桥臂的中点依次连接谐振电容、谐振电感，谐振电感和第二开关管、第三开关管连接中点分别接于谐振变压器的其中两端，或者三端口网络中与切换开关相连的的端子与第二开关管、第三开关管组成的桥臂的中点相连，第二开关管、第三开关管组成的桥臂的中点依次连接谐振电容、谐振电感，谐振电感和第一开关管、第四开关管连接中点分别接于谐振变压器的其中两端；谐振变压器的另两端与第一全桥整流二极管、第二全桥整流二极管、第三全桥整流二极管、第四全桥整流二极管组成的全桥整流电路相连。
所述的第一分压电容和第二分压电容分压电容，可以是不参与谐振的大容值电容，也可以是参与谐振的小容值电容，所述小容值电容为电容值小于1uF的电容，所述大容值电容为电容值大于1uF的电容。
其变换方法为：在输出电压相对比较高时，当断开切换开关时，使得第一分压电容和第二分压电容脱离电路，则所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，第一全桥整流二极管、第二全桥整流二极管、第三全桥整流二极管、第四全桥整流二极管、谐振电容、谐振电感、谐振变压器构成全桥LLC谐振电路。
在输出电压相对比较低时，当闭合切换开关，与切换开关的一端连接的第一开关管、第四开关管)一直处于关断状态；则第二开关管、第三开关管、第一分压电容和第二分压电容、第一全桥整流二极管、第二全桥整流二极管、第三全桥整流二极管、第四全桥整流二极管、谐振电容、谐振电感、谐振变压器构成半桥LLC谐振电路。
本发明的在输出电压相对比较低时，使得工作电路的等效结构为半桥LLC方式；在输出电压相对比较高时，使得工作电路的等效结构为全桥LLC方式。其原理在于，全桥LLC电路的输出电压是同等条件下半桥LLC输出电压的两倍，如此，可有效拓宽电路的输出电压范围。
电路方面，相较于全桥LLC，本发明的电路需增加一个切换开关、两颗分压电容，所占体积和发热都较小，对成本和性能影响很小。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一具体实施例，一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路，包括输入电容Cd1、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4，第一全桥整流二极管D1、第二全桥整流二极管D2、第三全桥整流二极管D3、第四全桥整流二极管D4、谐振电容Cr1、谐振电感Lr1、谐振变压器Tr1、切换开关S1、第一分压电容Crh1和第二分压电容Crh2，第一分压电容Crh1和第二分压电容Crh2串联，第一分压电容Crh1和第二分压电容Crh2连接的端子再与切换开关S1的一端相连，所述的切换开关S1、第一分压电容Crh1和第二分压电容Crh2三者形成一个三端口网络；所述的三端口网络中两个与第一分压电容Crh1和第二分压电容Crh2相连的端子分别与输入电容Cd1的两端相连，三端口网络中与切换开关S1相连的端子与第一开关管Q1、第四开关管Q4组成的桥臂的中点相连，第一开关管Q1、第四开关管Q4组成的桥臂的中点依次连接谐振电容Cr1、谐振电感Lr1，谐振电感Lr1和第二开关管Q2、第三开关管Q3连接中点分别接于谐振变压器Tr1的其中两端，谐振变压器Tr1的另两端与第一全桥整流二极管D1、第二全桥整流二极管D2、第三全桥整流二极管D3、第四全桥整流二极管D4组成的全桥整流电路相连。
如图1所示，应用于全桥整流型的LLC电路，也可应用于全波整流型的LLC电路。图1所示电路中，输入电容Cd1、四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4，四个全桥整流二极管D1、D2、D3、D4，以及谐振电容Cr1、谐振电感Lr1、谐振变压器Tr1组成我们常见的全桥LLC谐振电路。电容Crh1和Crh2串联，两者连接的端子再与切换开关的一端相连，三者形成一个三端口网络。该三端口网络的其中两个与电容相连的端子分别与输入电容的两端相连，即，并结于原全桥LLC电路的输入侧，三端口网络的另外一个与切换开关相连的端子与原全桥LLC电路里两个桥臂中任一个桥臂的中点相连。图1所示电路为本发明实施过程中的一个实例，三端口网络中与切换开关相连的端子是与Q1和Q4形成的桥臂中点相连的，应用中也可与Q2和Q3形成的桥臂中点相连。
在输出电压较高时，断开切换开关S1，实际工作电路就是一个全桥LLC电路；在输出电压较低时，关断与切换开关S1相连的那组桥臂的两个开关管，如为图1所示电路，则关断开关管Q1和Q4，同时，闭合切换开关S1，则工作电路就是一个半桥LLC电路。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路；其特征在于：包括输入电容(Cd1)、第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)，第一全桥整流二极管(D1)、第二全桥整流二极管(D2)、第三全桥整流二极管(D3)、第四全桥整流二极管(D4)、谐振电容(Cr1)、谐振电感(Lr1)、谐振变压器(Tr1)、切换开关(S1)、第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)，第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)串联，第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)连接的端子再与切换开关(S1)的一端相连，所述的切换开关(S1)、第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)三者形成一个三端口网络；所述的三端口网络中两个与第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)相连的端子分别与输入电容(Cd1)的两端相连，三端口网络中与切换开关(S1)相连的端子与第一开关管(Q1)、第四开关管(Q4)组成的桥臂的中点相连，第一开关管(Q1)、第四开关管(Q4)组成的桥臂的中点依次连接谐振电容(Cr1)、谐振电感(Lr1)，谐振电感(Lr1)和第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)连接中点分别接于谐振变压器(Tr1)的其中两端，谐振变压器(Tr1)的另两端与第一全桥整流二极管(D1)、第二全桥整流二极管(D2)、第三全桥整流二极管(D3)、第四全桥整流二极管(D4)组成的全桥整流电路相连。
2.如权利要求1所述的一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路；其特征在于：所述的第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)是不参与谐振的大容值电容，所述大容值电容为电容值大于1uF的电容。
3.如权利要求1所述的一种适合宽范围输出的LLC谐振变换电路；其特征在于：所述的第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)是参与谐振的小容值电容，所述小容值电容为电容值小于1uF的电容。
4.如权利要求1所述的一种LLC谐振变换电路；其特征在于：当断开切换开关(S1)时，使得第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)脱离电路，则所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)，第一全桥整流二极管(D1)、第二全桥整流二极管(D2)、第三全桥整流二极管(D3)、第四全桥整流二极管(D4)、谐振电容(Cr1)、谐振电感(Lr1)、谐振变压器(Tr1)构成全桥LLC谐振电路。
5.如权利要求1所述的一种LLC谐振变换电路；其特征在于：当闭合切换开关(S1)，与切换开关(S1)的一端连接的第一开关管(Q1)、第四开关管(Q4)一直处于关断状态；则第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)、第一全桥整流二极管(D1)、第二全桥整流二极管(D2)、第三全桥整流二极管(D3)、第四全桥整流二极管(D4)、谐振电容(Cr1)、谐振电感(Lr1)、谐振变压器(Tr1)构成半桥LLC谐振电路。
6.一种利用权利要求1-3任意一项所述的LLC谐振变换电路的变换方法，其特征在于，其方法为：当断开切换开关(S1)时，使得第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)脱离电路，则所述第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)，第一全桥整流二极管(D1)、第二全桥整流二极管(D2)、第三全桥整流二极管(D3)、第四全桥整流二极管(D4)、谐振电容(Cr1)、谐振电感(Lr1)、谐振变压器(Tr1)构成全桥LLC谐振电路；
当闭合切换开关(S1)，与切换开关(S1)的一端连接的第一开关管(Q1)、第四开关管(Q4)一直处于关断状态；则第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第一分压电容(Crh1)和第二分压电容(Crh2)、第一全桥整流二极管(D1)、第二全桥整流二极管(D2)、第三全桥整流二极管(D3)、第四全桥整流二极管(D4)、谐振电容(Cr1)、谐振电感(Lr1)、谐振变压器(Tr1)构成半桥LLC谐振电路。
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