CN203466730U - 一种llc谐振变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种LLC谐振变换器，包括至少两个LLC谐振变换电路，LLC谐振变换电路包括LLC谐振回路、输出整流电路和滤波电容，滤波电容接在输出整流电路的两个输出端之间，各LLC谐振变换电路的滤波电容串接。本实用新型通过将各级LLC谐振变换电路的输出整流滤波电路串联起来，以利于实现高电压输出、高输出功率的应用，同时各级LLC谐振变换电路可以通过微调各自输出电压，实现各级LLC变换器的输出电流稳态均流。

Description

一种LLC谐振变换器
[技术领域]
本实用新型涉及直流变换技术领域，尤其涉及一种LLC谐振变换器。
[背景技术]
单级LLC谐振变换电路的结构如图1所示。LLC谐振变换电路因其原边开关管宽范围可实现零电压开通（ZVS），副边整流管可实现零电流关断（ZCS），输出增益可通过谐振参数调节等优点，广泛使用在直流变换领域中。单级LLC电路因受器件、工艺、成本等因素的影响，制约了其在高输入电压、高输出电压、大功率输出等场合的应用。将多个单级LLC电路通过串联、并联、混联等方式，方便实现LLC电路在高输入电压、高输出电压、大功率输出等场合的应用已经逐渐成为了技术研究热点。
考虑LLC谐振电路的自身特点：输出增益与LLC谐振参数、工作频率、变压器变比、分布参数等因素相关。在多个单级LLC电路通过串联、并联、混联等方式组合而成的电路中，如何平衡各级LLC电路的输出电压、输出电流、输出功率，提高整体可靠性变得尤为重要。
[发明内容]
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高输出电压、高输出功率的LLC谐振变换器。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种LLC谐振变换器，包括至少两个LLC谐振变换电路，LLC谐振变换电路包括LLC谐振回路、输出整流电路和滤波电容，滤波电容接在输出整流电路的两个输出端之间，各LLC谐振变换电路的滤波电容串接。
以上所述的LLC谐振变换器，LLC谐振变换电路包括直流供电电源，LLC谐振回路的直流输入端接所述的直流供电电源；各LLC谐振变换电路的直流供电电源串接。
以上所述的LLC谐振变换器，LLC谐振变换电路包括直流供电电源，LLC谐振回路的直流输入端接所述的直流供电电源；各LLC谐振变换电路的直流供电电源的负极接公共地。
以上所述的LLC谐振变换器，包括直流供电电源，各LLC谐振变换电路LLC谐振回路的直流输入端并接到直流供电电源的输出端。
以上所述的LLC谐振变换器，LLC谐振回路为全桥谐振结构或半桥谐振结构。
以上所述的LLC谐振变换器，包括变压器，LLC谐振回路与输出整流电路通过变压器耦合。
以上所述的LLC谐振变换器，输出整流电路为全桥整流电路或变压器副边绕组中心抽头的全波整流电路。
以上所述的LLC谐振变换器，LLC谐振回路包括方波发生电路和LLC谐振电路，方波发生电路的直流输入端为LLC谐振回路的直流输入端；LLC谐振电路的输入端接方波发生电路的输出端，输出端接变压器原边绕组。
以上所述的LLC谐振变换器，LLC谐振电路包括串联谐振电容、串联谐振电感和并联谐振电感，串联谐振电容、串联谐振电感与并联谐振电感串联后的两端分别接方波发生电路的两个输出端，并联谐振电感与变压器原边绕组并联。
以上所述的LLC谐振变换器，串联谐振电感是变压器原边的漏感，并联谐振电感是变压器的激磁电感
本实用新型LLC谐振变换器通过将各级LLC谐振变换电路的输出整流滤波电路串联起来，以利于实现高电压输出、高输出功率的应用，同时各级LLC谐振变换电路可已通过微调各自输出电压，实现各级LLC变换器的输出电流稳态均流。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是现有技术LLC谐振变换电路的原理图。
图2是本实用新型LLC谐振变换器实施例1的原理图。
图3是本实用新型LLC谐振变换器实施例2的原理图。
图4是本实用新型LLC谐振变换器实施例3的原理图。
图5是本实用新型LLC谐振变换器实施例4的原理图。
[具体实施方式]
图2是本实用新型实施例1原边串联结构的输出中心抽头整流三电平全桥LLC谐振变换器，包括输入供电电压源VDC1、VDC2、两个LLC谐振变换电路和输出负载阻抗Rout。
两个LLC谐振变换电路各包括LLC原边谐振回路（110、120）、LLC输出整流电路（130、140），输出滤波电容C1、C2，LLC原边谐振回路（110、120）的电源输入端分别连接输入供电电压源VDC1、VDC2的两端，输入供电电压源VDC1、VDC2相互串联。LLC原边谐振回路（110、120）与LLC输出整流电路（130、140）分别通过变压器(T1、T2)耦合。LLC输出整流电路（130、140）分别连接所述输出滤波电容C1、C2两端，输出滤波电容C1、C2相串联，输出负载阻抗Rout连接在输出滤波电容C1、C2串联支路的两端。
输出整流电路（130、140）为变压器副边绕组中心抽头的全波整流电路。
LLC谐振回路（110、120）为全桥谐振结构，包括方波发生电路和LLC谐振电路，方波发生电路的直流输入端为LLC谐振回路的直流输入端；LLC谐振电路的输入端接方波发生电路的输出端，输出端接变压器原边绕组。
以LLC谐振回路110为例，方波发生电路为4个开关管Q11、Q12、Q13和Q14构成的全桥结构；LLC谐振电路包括串联谐振电容CR1、串联谐振电感L1和并联谐振电感Lm1组成的串联电路，串联电路的两端分别接方波发生电路的两个输出端，并联谐振电感Lm1与变压器T1原边绕组并联。其中，串联谐振电感可以是变压器原边的漏感，并联谐振电感可以是变压器的激磁电感。
从结构上看，上下两组LLC谐振变换电路完全一致，忽略输入供电电压的差异，忽略两级LLC谐振变换电路参数等差异，则上级LLC谐振变换电路输出电压（即输出滤波电容C1两端电压），应该等于下级LLC谐振变换电路输出电压（即输出滤波电容C2两端电压）。各级LLC谐振变换电路输出电压为整体电路输出电压的一半。
在输出电压相同的应用情况下，三电平LLC谐振变换器中单个输出整个二极管的器件耐压仅为图1所示的单级LLC谐振电路中单个输出整个二极管的器件耐压的一半，从而降低了LLC谐振电路整流器件的要求，方便扩展到更高输出电压的应用领域。
在输出功率相同的应用情况下，三电平LLC谐振变换器中单个LLC谐振电路的输出功率仅为图1所示的单级LLC谐振电路输出功率的一半，从而降低了输出三电平LLC谐振变换器功率器件的要求，方便扩展到更高输出功率的应用领域。
考虑输入供电电压以及各级LLC谐振变换电路之间参数差异等因素，现假设供电电压源VDC1的电压高于供电电压源VDC2的电压，上级LLC谐振电路的L1、CR1本征谐振频率高于下级LLC谐振电路L2、CR2本征谐振频率，且各级LLC谐振变换电路工作频率相同且处在本征谐振频率附近的单调区间内，则根据LLC谐振变换电路输入电压越高输出能力越强、工作频率相对本征谐振频率越低输出能力越强的输出特性，上级LLC谐振变换电路的输出功率要大于下级LLC谐振变换电路。若电路初态为两级LLC谐振变换电路副边整流电压相等，根据前述上级LLC谐振变换电路的输出功率要大于下级LLC谐振变换电路，则上级LLC谐振变换电路的整流二极管D11、D12输出电流要大于下级LLC谐振变换电路的整流二极管D21、D22输出电流，输出滤波电容C1、C2连接点的电流方向为净流出，在总输出电压保持稳压的情况下，输出电容C1的电压即上级LLC谐振变换电路的输出电压会逐渐上升，输出电容C2的电压即下级LLC谐振变换电路的输出电压会逐渐上升会逐渐下降。若原边电路工作参数保持稳定，随着上级LLC谐振变换电路输出电压的上升，其输出电流会逐渐下降；随着下级LLC谐振变换电路输出电压的下降，其输出电流会逐渐增加。当且仅当整流二极管D11、D12输出电流下降到等于整流二极管D21、D22增加后的输出电流，流出输出电容C1、C2的连接点的平均电流为零，两级LLC谐振变换电路输出电压保持恒定，电路进入稳态。从而实现了各级LLC谐振变换电路输出电流的稳态均流。
以上通过图2所示的一种原边串联结构的输出中心抽头整流三电平全桥LLC谐振电路实施实例，阐述了本实用新型如何通过将各级LLC谐振变换电路副边输出整流滤波电路串联起来，方便实现高电压输出、高输出功率领域的应用，同时各级LLC谐振变换电路可已通过微调各自输出电压，实现各级LLC变换器的输出电流稳态均流。
图3所示的实施例2是一种原边并联结构的输出全桥整流三电平半桥LLC谐振变换器的实例，原边是两个半桥结构的LLC谐振变换电路的输入电压为同一电压源，副边整流电路采用全桥整流结构，其整流二极管的耐压相对中心抽头整流结构的整流二极管耐压减半。
图4所示的实施例3是一种原边共地结构的输出全桥整流输出三电平LLC谐振变换器实例，两级LLC谐振变换电路原边输入共地。副边整流电路采用全桥整流结构
以上输出三电平LLC谐振变换器实例，均遵循各级输出滤波电容相串联的原则，不仅有利于实现在高电压输出、高输出功率领域的应用，而且各级LLC谐振变换电路可已通过微调各自输出电压，适应各级LLC子变换器因电路参数的差异等引起的输出增益差异，实现各级LLC变换器的输出电流稳态均流。其基本工作原理如前所述，不再累述。
图5所示的实施例4是遵循各级输出滤波电容相串联的原则，多级LLC谐振变换器扩展成多电平输出的LLC谐振变换器。

Claims (10)

1.一种LLC谐振变换器，包括LLC谐振变换电路，LLC谐振变换电路包括LLC谐振回路、输出整流电路和滤波电容，滤波电容接在输出整流电路的两个输出端之间，其特征在于，包括至少两个所述的LLC谐振变换电路，各LLC谐振变换电路的滤波电容串接。
2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，LLC谐振变换电路包括直流供电电源，LLC谐振回路的直流输入端接所述的直流供电电源；各LLC谐振变换电路的直流供电电源串接。
3.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，LLC谐振变换电路包括直流供电电源，LLC谐振回路的直流输入端接所述的直流供电电源；各LLC谐振变换电路的直流供电电源的负极接公共地。
4.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，包括直流供电电源，各LLC谐振变换电路LLC谐振回路的直流输入端并接到直流供电电源的输出端。
5.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，LLC谐振回路为全桥谐振结构或半桥谐振结构。
6.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，包括变压器，LLC谐振回路与输出整流电路通过变压器耦合。
7.根据权利要求6所述的LLC谐振变换器，其特征在于，输出整流电路为全桥整流电路或变压器副边绕组中心抽头的全波整流电路。
8.根据权利要求6所述的LLC谐振变换器，其特征在于，LLC谐振回路包括方波发生电路和LLC谐振电路，方波发生电路的直流输入端为LLC谐振回路的直流输入端；LLC谐振电路的输入端接方波发生电路的输出端，输出端接变压器原边绕组。
9.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器，其特征在于，LLC谐振电路包括串联谐振电容、串联谐振电感和并联谐振电感，串联谐振电容、串联谐振电感与并联谐振电感串联后的两端分别接方波发生电路的两个输出端，并联谐振电感与变压器原边绕组并联。
10.根据权利要求9所述的LLC谐振变换器，其特征在于，串联谐振电感是变压器原边的漏感，并联谐振电感是变压器的激磁电感。
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