CN217307553U

CN217307553U - 具有超宽调压范围的三相llc谐振变换器

Info

Publication number: CN217307553U
Application number: CN202123170522.0U
Authority: CN
Inventors: 杨玉岗; 孙晓钰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2031-12-13

Abstract

本专利提供一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，包括直流输入电压、七个功率开关管、三个谐振电感、三个谐振电容、三个变压器及其三个等效励磁电感、十二个整流二极管和输出滤波电容；七个功率开关管构成三相桥式逆变电路；三个谐振电感、谐振电容和励磁电感构成三相谐振槽，采用三角形连接；三个变压器的三个副边绕组分别连接由十二个二极管构成的三个串联的H桥整流器，然后与输出滤波电容和负载并联。本专利的有益效果是：提供一种三相LLC谐振变换器，具有功率大、效率高、工作频率范围窄、输出电压范围超宽、输出电流纹波超小、待机损耗功率超小等优点，广泛应用于电动汽车充电桩等需要大功率、超宽输出电压范围的充电电源。

Description

具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器

技术领域

本专利涉及一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振型变换器，属于电力电子技术领域。

背景技术

汽车产业的迅速发展加剧了能源危机和环境污染，近年来出现的电动汽车缓解了这一局面，其中大功率快速充电***已成为电动汽车产业的重要研究方向。但是，由于各个电动车厂商的充电需求并不统一，大量的充电设备入网也会给电网带来新的冲击，因此，对电动汽车的充电设备有大功率、宽范围、高效率、高功率因数的需求，这也是电动汽车大规模普及的瓶颈之一，对电动汽车充电桩的研究具有重要的产业价值。

采用充电模块构建电动汽车大功率快速充电***是业界比较理想的方案，充电模块的性能直接影响到整个快充***的性能。当前，要求这些充电模块具有较大的功率：15kW、20kW或30kW；超宽的输出电压范围：200-1000V，兼容所有电动大巴和乘用车，为充电桩***集成客户解决电源模块选型难题；超高的效率：97％，大大提高充电站充电效率，为客户运营电站带来巨大的经济价值；超小输出纹波：2V，客户不用再担心充电纹波电压和电流对动力电池寿命的影响，特别是冬天环境温度较低或高寒地区，超小纹波会大大提升电动汽车动力电池的寿命；超大的功率密度：33.75W/in³，大大提高充电桩***的功率密度，减少***设计和建设成本；超小的待机损耗功率：小于额定功率的0.5‰，大大降低客户运营成本。

由于LLC谐振变换器具有软开关特性而实现高效率，当前的充电模块的主电路拓扑通常采用LLC谐振变换器技术，但是，依靠传统的单相LLC谐振变换器很难满足大功率指标、超小的输出纹波指标以及超大的功率密度指标，而依靠传统的三相LLC谐振变换器，则很难满足超宽的输出电压范围指标、超小的待机损耗功率和全负载范围内的高效率指标。

发明内容

针对上述技术缺陷，本专利提供一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，具有结构简单、输出功率大、输出效率高、功率密度大、工作频率范围窄、输出电压范围超宽、输出电流纹波超小、待机损耗功率超小等优点。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：包括直流输入电压V_in、七个功率开关管Q₁～Q₇及其体二极管D₁～D₇和寄生电容C₁～C₇，三个谐振电感L_r1、L_r2、L_r3，三个谐振电容C_r1、C_r2、C_r3，三个匝比均为n的谐振变压器T₁、T₂、T₃，以及分别并联在所述谐振变压器T₁、T₂、T₃的原边绕组两端的等效励磁电感L_m1、L_m2、L_m3，十二个整流二极管D₈～D₁₉和输出滤波电容C_o；所述七个功率开关管Q₁～Q₇构成所述三相LLC谐振变换器的三相全控桥式逆变电路，以所述功率开关管全部为功率MOSFET为例，功率开关管Q₁的源极和Q₇的漏极连接、Q₇的源极和Q₄的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第一个桥臂；功率开关管Q₂的源极和Q₅的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第二个桥臂；功率开关管Q₃的源极和Q₆的漏极连接，分别构成所述三相全控桥式逆变电路的第三个桥臂；所述三个桥臂并联，即把功率开关管Q₁、Q₂、Q₃的漏极都连接在一起，把功率开关管Q₄、Q₅、Q₆的源极都连接在一起；所述直流输入电压V_in的正极连接功率开关管Q₁、Q₂、Q₃的漏极，所述直流输入电压V_in的负极连接功率开关管Q₄、Q₅、Q₆的源极；所述谐振电容C_r1、谐振电感L_r1和励磁电感L_m1串联构成所述三相LLC谐振变换器的第一相谐振槽，所述谐振电容C_r2、谐振电感L_r2和励磁电感L_m2串联构成所述三相LLC谐振变换器的第二相谐振槽，所述谐振电容C_r3、谐振电感L_r3和励磁电感L_m3串联构成所述三相LLC谐振变换器的第三相谐振槽；所述三相谐振槽的参数相等，即L_m1＝L_m2＝L_m3，L_r1＝L_r2＝L_r3，C_r1＝C_r2＝C_r3；所述三相谐振槽和三个谐振变压器T₁、T₂、T₃的三个原边绕组采用三角形连接方式，即第一相谐振槽的一端连接第一个桥臂的Q₁的源极和Q₇的漏极的连接点A，第一相谐振槽的另一端连接第二个桥臂的Q₂的源极和Q₅的漏极的连接点B；第二相谐振槽的一端连接第一相谐振槽的另一端B，第二相谐振槽的另一端连接第三个桥臂的Q₃的源极和Q₅的漏极的连接点C；第三相谐振槽的一端连接第二相谐振槽的另一端C，第三相谐振槽的另一端连接第一个桥臂的Q₇的源极和Q₄的漏极的连接点D；所述三个谐振变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接由整流二极管D₈～D₁₉构成的三个H桥整流器，所述三个H桥整流器串联连接，然后与输出滤波电容C_o并联，输出滤波电容C_o的两端连接负载电阻R_L。

基于所述具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₆持续导通，开关管Q₁、Q₃、Q₄、Q₇持续关断，开关管Q₂和Q₅互补导通并工作在调频状态，开关管Q₂、Q₅的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；变压器T₁和T₃不工作，变压器T₂工作，其原边绕组的另一端C直接连接直流输入电压V_in的负极，所述三相谐振槽只有第二相谐振槽工作，在第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压为0～V_in的方波，构成一个单相半桥LLC谐振变换器拓扑一，所述LLC谐振变换器拓扑一的电压增益为工作在半桥模式下的电压增益；所述LLC谐振变换器拓扑一的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_BC、谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_BC、谐振电容C_r2、谐振电感L_r2和励磁电感L_m2串联，所述基波等效负载电阻R_eq连接在励磁电感L_m2的两端；所述三个H桥整流器串联，其中由二极管D₁₂～D₁₅构成的第二个H桥整流器起整流作用。

基于所述具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₁、Q₆持续导通，开关管Q₃、Q₄、Q₇持续断开，开关管Q₂、Q₅互补导通并工作在调频状态，开关管Q₂、Q₅的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；第一相谐振槽的A端直接连接直流输入电压V_in的正极，第三相谐振槽的C端直接连接直流输入电压V_in的负极，第一相谐振槽和第二相谐振槽工作，第三相谐振槽不工作，构成两相输入端并联、输出端串联的半桥LLC谐振变换器拓扑二；在该拓扑下，第一相谐振槽的两端A、B端和第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压均为0～V_in的方波，第一相谐振槽和第二相谐振槽均工作在半桥LLC谐振变换器模式，两个变压器T₁和T₂向负载侧传输能量，流经两相谐振电感L_r1、L_r2的电流大小相等，相位相同；所述LLC谐振变换器拓扑二的电压增益为工作在半桥模式下的第一相谐振槽和第二相谐振槽的电压增益之和；所述LLC谐振变换器拓扑二的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AB和V_BC、谐振电容C_r1和C_r2、谐振电感L_r1和L_r2、励磁电感L_m1和L_m2、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AB和谐振电容C_r1、谐振电感L_r1、励磁电感L_m1串联形成回路，所述基波等效电压源V_BC和谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2串联形成回路，所述励磁电感L_m1的尾端连接励磁电感L_m2的首端，所述励磁电感L_m1的首端和励磁电感L_m2的尾端分别连接所述基波等效负载电阻R_eq的两端；由二极管D₈～D₁₁构成的第一个H桥整流器和由二极管D₁₂～D₁₅构成的第二个H桥整流器起整流作用。

基于所述具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₄持续导通，开关管Q₂和Q₅持续断开，开关管Q₁和Q₆的驱动信号相同，关管Q₃和Q₇的驱动信号相同并与开关管Q₁和Q₆的驱动信号互补，即对角线驱动；第一相和第二相谐振槽串联，第一相和第二相谐振槽串联后其两端A、C端的输入电压为-V_in～V_in的方波，工作在全桥LLC谐振变换器模式，第三相谐振槽的两端C、D端的输入电压为0～V_in的方波，工作在半桥LLC谐振变换器模式，由所述工作在全桥模式的LLC谐振变换器和工作在半桥模式的LLC谐振变换器的输入端并联、输出端串联，构成LLC谐振变换器拓扑三；所述LLC谐振变换器拓扑三的电压增益为工作在全桥模式下的第一相谐振槽和第二相谐振槽串联的电压增益与工作在半桥模式下的第三相谐振槽的电压增益之和；流经谐振电感L_r1和L_r2的电流与流经谐振电感L_r3的电流大小相等、相位互差180度；所述LLC谐振变换器拓扑三的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AC、谐振电容C_r1和C_r2的串联谐振电容C_r1’、谐振电感L_r1和L_r2的串联谐振电感L_r1’、励磁电感L_m1和L_m2的串联励磁电感L_m1’、基波等效电压源V_CD、谐振电容C_r3、谐振电感L_r3、励磁电感L_m3、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AC和谐振电容C_r1’、谐振电感L_r1’、励磁电感L_m1’串联，所述基波等效电压源V_CD和谐振电容C_r3、谐振电感L_r3、励磁电感L_m3串联，所述励磁电感L_m1’的尾端连接励磁电感L_m3的首端，所述励磁电感L_m1’的首端和励磁电感L_m3的尾端分别连接所述基波等效负载电阻R_eq的两端；变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接对应的H桥整流电路，起整流作用。

基于所述具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：开关管Q₇持续导通，开关管Q₁和Q₄、Q₂和Q₅、Q₃和Q₆共三个桥臂组成三相桥式逆变电路，每个桥臂的驱动信号互补且带有死区，三个桥臂之间的驱动信号各相差120度；三相谐振槽和三个变压器T₁、T₂、T₃的原边绕组采用三角形连接方式，三个谐振槽的输入电压均为-V_in～V_in的三电平方波，工作在三相全桥LLC谐振变换器模式，构成LLC谐振变换器拓扑四；所述LLC谐振变换器拓扑四的电压增益为工作在全桥模式下的第一相、第二相和第三相谐振槽的电压增益之和；流经三相谐振电感L_r1、L_r2、L_r3的电流幅值相等，相位互差120度；所述LLC谐振变换器拓扑四的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AB、V_BC、V_CD、谐振电容C_r1、C_r2、C_r3、谐振电感L_r1、L_r2、L_r3、励磁电感L_m1、L_m2、L_m3、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AB和谐振电容C_r1、谐振电感L_r1、励磁电感L_m1串联，所述基波等效电压源V_BC和谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2串联，所述基波等效电压源V_CD和谐振电容C_r3、谐振电感L_r3、励磁电感L_m3串联，所述励磁电感L_m1的尾端连接励磁电感L_m2的首端，所述励磁电感L_m2的尾端连接励磁电感L_m3的首端，所述励磁电感L_m1的首端和励磁电感L_m3的尾端分别连接所述基波等效负载电阻R_eq的两端；变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接对应的H桥整流电路。

上述LLC谐振变换器拓扑一、二、三、四的电压增益范围不同，所述具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器在上述四个LLC谐振变换器拓扑之间进行切换，满足大功率和超宽调压范围的负载需求。

本专利的有益效果在于：本专利提供一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，根据所需电压增益的大小，对功率开关管Q₁～Q₇进行开断控制，使所述三相全控桥式逆变电路工作在四种电路拓扑，结合变频控制，在很窄的频率范围内，满足对三相LLC谐振变换器超宽电压增益范围的要求，实现三相LLC谐振变换器的超宽范围的输出电压。同时，通过四种拓扑的切换使用，变换器工作在很窄的频率范围内，有利于所述谐振电感和谐振变压器的设计；将本项技术应用于大功率开关电源，具有超宽的输入电压和输出电压调节范围、损耗低、效率高等优点，可以避免开关管或整流二极管局部过热或器件电压、电流应力过高等缺点。本专利的成果可以广泛应用于电动汽车充电桩等需要10kW以上大功率、80-500V或200-1000V超宽输出电压范围的场合。

以下结合附图以实施例作具体说明。

附图说明

为了更清楚地说明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见，下面描述的附图仅仅是本专利的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本专利实施例一提供的一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器的电路拓扑图。

图2是图1的本专利实施例二提供的具有超宽调压范围的LLC谐振变换器拓扑一的电路拓扑图。

图3是图2的本专利实施例二的电压和电流波形图。

图4是图2的本专利实施例二的基波等效电路模型图。

图5是图1的本专利实施例三提供的具有超宽调压范围的LLC谐振变换器拓扑二的电路拓扑图。

图6是图5的本专利实施例三的电压和电流波形图。

图7是图5的本专利实施例三的基波等效电路模型图。

图8是图1的本专利实施例四提供的具有超宽调压范围的LLC谐振变换器拓扑三的电路拓扑图。

图9是图8的本专利实施例四的电压和电流波形图。

图10是图8的本专利实施例四的基波等效电路模型图。

图11是图1的本专利实施例五提供的具有超宽调压范围的LLC谐振变换器拓扑四的电路拓扑图。

图12是图11的本专利实施例五的电压和电流波形图。

图13是图11的本专利实施例五的基波等效电路模型图。

图14是图2、5、8、11的本专利实施例二、三、四、五的LLC谐振变换器拓扑一、二、三、四的电压增益曲线。

图中，V_in-直流输入电压，V_o-直流输出电压；G＝V_o/V_in-电压增益；f_s-开关频率；f_r-谐振频率；f_n＝f_s/f_r-归一化开关频率；Q₁～Q₇-功率开关管；D₁～D₇-功率开关管Q₁～Q₇的体二极管；C₁～C₇-功率开关管Q₁～Q₇的寄生电容；L_r1、L_r2、L_r3-三相谐振电感；C_r1、C_r2、C_r3-三相谐振电容；T₁、T₂、T₃-匝比均为n的三相谐振变压器；L_m1、L_m2、L_m3-并联在三相谐振变压器T₁、T₂、T₃的原边绕组两端的等效励磁电感；D₈～D₁₉-十二个整流二极管；C_o-输出滤波电容；V_gs-功率开关管Q₁～Q₇的驱动电压幅值；i_r1、i_r2、i_r3-流过三相谐振电感L_r1、L_r2、L_r3和三相谐振电容C_r1、C_r2、C_r3的三相谐振电流；V_gs1、V_gs6、V_gs7-功率开关管Q₁、Q₆、Q₇的驱动电压；V_AB-A、B两点间的电压；V_AC-A、C两点间的电压；V_BC-B、C两点间的电压；V_CD-C、D两点间的电压；R_L-直流负载电阻；R_eq-等效交流负载电阻。

具体实施方式

下面结合本专利实施例中的附图，对本专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利的核心思想和实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的其他实施例，都属于本专利的保护范围。

为了全面地了解本专利，在下面的详细描述中提到了许多具体细节，但本领域的技术人员应该理解，本专利可以无需这些具体细节而实现。

实施例一：

参照附图1，一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：包括直流输入电压V_in、七个功率开关管Q₁～Q₇及其体二极管D₁～D₇和寄生电容C₁～C₇，三个谐振电感L_r1、L_r2、L_r3，三个谐振电容C_r1、C_r2、C_r3，三个匝比均为n的谐振变压器T₁、T₂、T₃，以及分别并联在所述谐振变压器T₁、T₂、T₃的原边绕组两端的等效励磁电感L_m1、L_m2、L_m3，十二个整流二极管D₈～D₁₉和输出滤波电容C_o；所述七个功率开关管Q₁～Q₇构成所述三相LLC谐振变换器的三相全控桥式逆变电路，以所述功率开关管全部为功率MOSFET为例，功率开关管Q₁的源极和Q₇的漏极连接、Q₇的源极和Q₄的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第一个桥臂；功率开关管Q₂的源极和Q₅的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第二个桥臂；功率开关管Q₃的源极和Q₆的漏极连接，分别构成所述三相全控桥式逆变电路的第三个桥臂；所述三个桥臂并联，即把功率开关管Q₁、Q₂、Q₃的漏极都连接在一起，把功率开关管Q₄、Q₅、Q₆的源极都连接在一起；所述直流输入电压V_in的正极连接功率开关管Q₁、Q₂、Q₃的漏极，所述直流输入电压V_in的负极连接功率开关管Q₄、Q₅、Q₆的源极；所述谐振电容C_r1、谐振电感L_r1和励磁电感L_m1串联构成所述三相LLC谐振变换器的第一相谐振槽，所述谐振电容C_r2、谐振电感L_r2和励磁电感L_m2串联构成所述三相LLC谐振变换器的第二相谐振槽，所述谐振电容C_r3、谐振电感L_r3和励磁电感L_m3串联构成所述三相LLC谐振变换器的第三相谐振槽；所述三相谐振槽的参数相等，即L_m1＝L_m2＝L_m3，L_r1＝L_r2＝L_r3，C_r1＝C_r2＝C_r3；所述三相谐振槽和三个谐振变压器T₁、T₂、T₃的三个原边绕组采用三角形连接方式，即第一相谐振槽的一端连接第一个桥臂的Q₁的源极和Q₇的漏极的连接点A，第一相谐振槽的另一端连接第二个桥臂的Q₂的源极和Q₅的漏极的连接点B；第二相谐振槽的一端连接第一相谐振槽的另一端B，第二相谐振槽的另一端连接第三个桥臂的Q₃的源极和Q₅的漏极的连接点C；第三相谐振槽的一端连接第二相谐振槽的另一端C，第三相谐振槽的另一端连接第一个桥臂的Q₇的源极和Q₄的漏极的连接点D；所述三个谐振变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接由整流二极管D₈～D₁₉构成的三个H桥整流器，所述三个H桥整流器串联连接，然后与输出滤波电容C_o并联，输出滤波电容C_o的两端连接负载电阻R_L。

实施例二：

参照附图2、3、4、14，一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₆持续导通，开关管Q₁、Q₃、Q₄、Q₇持续关断，开关管Q₂和Q₅互补导通并工作在调频状态，开关管Q₂、Q₅的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；变压器T₁和T₃不工作，变压器T₂工作，其原边绕组的另一端C直接连接直流输入电压V_in的负极，所述三相谐振槽只有第二相谐振槽工作，在第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压为0～V_in的方波，构成一个单相半桥LLC谐振变换器拓扑一，所述LLC谐振变换器拓扑一的电压增益为工作在半桥模式下的电压增益；所述LLC谐振变换器拓扑一的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_BC、谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_BC、谐振电容C_r2、谐振电感L_r2和励磁电感L_m2串联，所述基波等效负载电阻R_eq连接在励磁电感L_m2的两端；所述三个H桥整流器串联，其中由二极管D₁₂～D₁₅构成的第二个H桥整流器起整流作用。

所述LLC谐振变换器拓扑一的工作波形参照附图3，其中V_gs为开关管Q₂、Q₅、Q₆的驱动电压，V_BC为B、C之间的电压，即第二谐振腔的输入电压，i_Lr2、i_Lm2分别为第二谐振腔的谐振电流和励磁电流，i_d为整流二极管的电流，i_o为变换器的输出电流。开关管Q₂和Q₅互补导通，且留有一定的死区时间，第二谐振腔的输入电压V_BC为0～V_in的方波。变换器的工作过程可以划分为八个阶段：t₀～t₁、t₁～t₂、t₂～t₃、t₃～t₄、t₄～t₅、t₅～t₆、t₆～t₇、t₇～t₈，由于其工作原理与传统半桥LLC谐振变换器的原理相类似，在此不再详细分析，但给出变换器前四个阶段的工作过程，参照附图4、5、6、7。

本实施例所述LLC谐振变换器拓扑一的电压增益曲线参见附图14。

实施例三：

参照附图5、6、7、14，一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₁、Q₆持续导通，开关管Q₃、Q₄、Q₇持续断开，开关管Q₂、Q₅互补导通并工作在调频状态，开关管Q₂、Q₅的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；第一相谐振槽的A端直接连接直流输入电压V_in的正极，第三相谐振槽的C端直接连接直流输入电压V_in的负极，第一相谐振槽和第二相谐振槽工作，第三相谐振槽不工作，构成两相输入端并联、输出端串联的半桥LLC谐振变换器拓扑二；在该拓扑下，第一相谐振槽的两端A、B端和第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压均为0～V_in的方波，第一相谐振槽和第二相谐振槽均工作在半桥LLC谐振变换器模式，两个变压器T₁和T₂向负载侧传输能量，流经两相谐振电感L_r1、L_r2的电流大小相等，相位相同；所述LLC谐振变换器拓扑二的电压增益为工作在半桥模式下的第一相谐振槽和第二相谐振槽的电压增益之和；所述LLC谐振变换器拓扑二的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AB和V_BC、谐振电容C_r1和C_r2、谐振电感L_r1和L_r2、励磁电感L_m1和L_m2、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AB和谐振电容C_r1、谐振电感L_r1、励磁电感L_m1串联形成回路，所述基波等效电压源V_BC和谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2串联形成回路，所述励磁电感L_m1的尾端连接励磁电感L_m2的首端，所述励磁电感L_m1的首端和励磁电感L_m2的尾端分别连接所述基波等效负载电阻R_eq的两端；由二极管D₈～D₁₁构成的第一个H桥整流器和由二极管D₁₂～D₁₅构成的第二个H桥整流器起整流作用。本实施例所述LLC谐振变换器拓扑二的电压增益曲线参见附图14。

实施例四：

参照附图8、9、10、14，一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₄持续导通，开关管Q₂和Q₅持续断开，开关管Q₁和Q₆的驱动信号相同，关管Q₃和Q₇的驱动信号相同并与开关管Q₁和Q₆的驱动信号互补，即对角线驱动；第一相谐振槽和第二相谐振槽串联，第一相谐振槽和第二相谐振槽串联后其两端A、C端的输入电压为-V_in～V_in的方波，工作在全桥LLC谐振变换器模式，第三相谐振槽的两端C、D端的输入电压为0～V_in的方波，工作在半桥LLC谐振变换器模式，由所述工作在全桥模式的LLC谐振变换器和工作在半桥模式的LLC谐振变换器的输入端并联、输出端串联，构成LLC谐振变换器拓扑三；所述LLC谐振变换器拓扑三的电压增益为工作在全桥模式下的第一相谐振槽和第二相谐振槽串联的电压增益与工作在半桥模式下的第三相谐振槽的电压增益之和；流经谐振电感L_r1和L_r2的电流与流经谐振电感L_r3的电流大小相等、相位互差180度；所述LLC谐振变换器拓扑三的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AC、谐振电容C_r1和C_r2、谐振电感L_r1和L_r2、励磁电感L_m1和L_m2、基波等效电压源V_CD、谐振电容C_r3、谐振电感L_r3、励磁电感L_m3、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AC和谐振电容C_r1、谐振电感L_r1串联，所述励磁电感L_m1和谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2串联，所述基波等效电压源V_CD和谐振电容C_r3、谐振电感L_r3串联，所述励磁电感L_m1的首端连接谐振电感L_r1的尾端，所述励磁电感L_m2的尾端连接基波等效电压源V_AC的尾端，所述励磁电感L_m3的两端分别连接谐振电感L_r3的尾端和连接基波等效电压源V_CD的尾端，所述基波等效负载电阻R_eq的两端分别连接谐振电感L_r1的尾端和基波等效电压源V_CD的尾端；变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接对应的H桥整流电路，起整流作用。本实施例所述LLC谐振变换器拓扑三的电压增益曲线参见附图14。

实施例五：

参照附图11、12、13、14，一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：开关管Q₇持续导通，开关管Q₁和Q₄、Q₂和Q₅、Q₃和Q₆共三个桥臂组成三相桥式逆变电路，每个桥臂的驱动信号互补且带有死区，三个桥臂之间的驱动信号各相差120度；三相谐振槽和三个变压器T₁、T₂、T₃的原边绕组采用三角形连接方式，三个谐振槽的输入电压均为-V_in～V_in的三电平方波，工作在三相全桥LLC谐振变换器模式，构成LLC谐振变换器拓扑四；所述LLC谐振变换器拓扑四的电压增益为工作在全桥模式下的第一相谐振槽、第二相谐振槽和第三相谐振槽的电压增益之和；流经三相谐振电感L_r1、L_r2、L_r3的电流幅值相等，相位互差120度；所述LLC谐振变换器拓扑四的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AB、V_BC、V_CD、谐振电容C_r1、C_r2、C_r3、谐振电感L_r1、L_r2、L_r3、励磁电感L_m1、L_m2、L_m3、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AB和谐振电容C_r1、谐振电感L_r1、励磁电感L_m1串联，所述基波等效电压源V_BC和谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2串联，所述基波等效电压源V_CD和谐振电容C_r3、谐振电感L_r3、励磁电感L_m3串联，所述励磁电感L_m1的尾端连接励磁电感L_m2的首端，所述励磁电感L_m2的尾端连接励磁电感L_m3的首端，所述励磁电感L_m1的首端和励磁电感L_m3的尾端分别连接所述基波等效负载电阻R_eq的两端；变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接对应的H桥整流电路。本实施例所述LLC谐振变换器拓扑四的电压增益曲线参见附图14。

实施例六：

参照附图14，上述实施例二、三、四、五所述LLC谐振变换器拓扑一、二、三、四的电压增益范围不同，实施例一所述具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器在实施例二、三、四、五所述三相LLC谐振变换器拓扑一、二、三、四之间切换，满足大功率和超宽调压范围的负载需求。

以上所述实施例只是本专利的较佳实施例，并非用于限定本专利的保护范围。本说明书中应用了以上多个实施例对本专利的原理及实施方式进行了闸述，只是被用于帮助理解本专利的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本专利的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变。因此，本说明书的内容不应被理解为对本专利的限制，凡是在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本专利的保护范围之内。

Claims

1.一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：包括直流输入电压V_in、七个功率开关管Q₁～Q₇及其体二极管D₁～D₇和寄生电容C₁～C₇，三个谐振电感L_r1、L_r2、L_r3，三个谐振电容C_r1、C_r2、C_r3，三个匝比均为n的谐振变压器T₁、T₂、T₃，以及分别并联在所述谐振变压器T₁、T₂、T₃的原边绕组两端的等效励磁电感L_m1、L_m2、L_m3，十二个整流二极管D₈～D₁₉和输出滤波电容C_o；

所述七个功率开关管Q₁～Q₇构成所述三相LLC谐振变换器的三相全控桥式逆变电路，以所述功率开关管Q₁～Q₇全部为功率MOSFET为例，功率开关管Q₁的源极和Q₇的漏极连接、Q₇的源极和Q₄的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第一个桥臂；功率开关管Q₂的源极和Q₅的漏极连接，构成所述三相全控桥式逆变电路的第二个桥臂；功率开关管Q₃的源极和Q₆的漏极连接，分别构成所述三相全控桥式逆变电路的第三个桥臂；所述三个桥臂并联，即把功率开关管Q₁、Q₂、Q₃的漏极都连接在一起，把功率开关管Q₄、Q₅、Q₆的源极都连接在一起；所述直流输入电压V_in的正极连接功率开关管Q₁、Q₂、Q₃的漏极，所述直流输入电压V_in的负极连接功率开关管Q₄、Q₅、Q₆的源极；

所述谐振电容C_r1、谐振电感L_r1和励磁电感L_m1串联构成所述三相LLC谐振变换器的第一相谐振槽，所述谐振电容C_r2、谐振电感L_r2和励磁电感L_m2串联构成所述三相LLC谐振变换器的第二相谐振槽，所述谐振电容C_r3、谐振电感L_r3和励磁电感L_m3串联构成所述三相LLC谐振变换器的第三相谐振槽；所述三相谐振槽的参数相等，即L_m1＝L_m2＝L_m3，L_r1＝L_r2＝L_r3，C_r1＝C_r2＝C_r3；

所述三相谐振槽和三个谐振变压器T₁、T₂、T₃的三个原边绕组采用三角形连接方式，即第一相谐振槽的一端连接第一个桥臂的Q₁的源极和Q₇的漏极的连接点A，第一相谐振槽的另一端连接第二个桥臂的Q₂的源极和Q₅的漏极的连接点B；第二相谐振槽的一端连接第一相谐振槽的另一端B，第二相谐振槽的另一端连接第三个桥臂的Q₃的源极和Q₅的漏极的连接点C；第三相谐振槽的一端连接第二相谐振槽的另一端C，第三相谐振槽的另一端连接第一个桥臂的Q₇的源极和Q₄的漏极的连接点D；

所述三个谐振变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接由整流二极管D₈～D₁₉构成的三个H桥整流器，所述三个H桥整流器串联连接，然后与输出滤波电容C_o并联，输出滤波电容C_o的两端连接负载电阻R_L。

2.根据权利要求1所述的一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₆持续导通，开关管Q₁、Q₃、Q₄、Q₇持续关断，开关管Q₂和Q₅互补导通并工作在调频状态，开关管Q₂、Q₅的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；

变压器T₁和T₃不工作，变压器T₂工作，其原边绕组的另一端C直接连接直流输入电压V_in的负极，所述三相谐振槽只有第二相谐振槽工作，在第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压为0～V_in的方波，构成一个单相半桥LLC谐振变换器拓扑一；所述LLC谐振变换器拓扑一的电压增益为工作在半桥模式下的电压增益；

所述LLC谐振变换器拓扑一的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_BC、谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_BC、谐振电容C_r2、谐振电感L_r2和励磁电感L_m2串联，所述基波等效负载电阻R_eq连接在励磁电感L_m2的两端；

所述三个H桥整流器串联，其中由二极管D₁₂～D₁₅构成的第二个H桥整流器起整流作用。

3.根据权利要求1所述的一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₁、Q₆持续导通，开关管Q₃、Q₄、Q₇持续断开，开关管Q₂、Q₅互补导通并工作在调频状态，开关管Q₂、Q₅的驱动信号留有死区时间，既防止发生直通现象，也可以实现软开关；

第一相谐振槽的A端直接连接直流输入电压V_in的正极，第三相谐振槽的C端直接连接直流输入电压V_in的负极，第一相谐振槽和第二相谐振槽工作，第三相谐振槽不工作，构成两相输入端并联、输出端串联的半桥LLC谐振变换器拓扑二；在该拓扑下，第一相谐振槽的两端A、B端和第二相谐振槽的两端B、C端的输入电压均为0～V_in的方波，第一相谐振槽和第二相谐振槽均工作在半桥LLC谐振变换器模式，两个变压器T₁和T₂向负载侧传输能量，流经两相谐振电感L_r1、L_r2的电流大小相等，相位相同；

所述LLC谐振变换器拓扑二的电压增益为工作在半桥模式下的第一相谐振槽的电压增益与第二相谐振槽的电压增益之和；

所述LLC谐振变换器拓扑二的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AB和V_BC、谐振电容C_r1和C_r2、谐振电感L_r1和L_r2、励磁电感L_m1和L_m2、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AB和谐振电容C_r1、谐振电感L_r1、励磁电感L_m1串联形成回路，所述基波等效电压源V_BC和谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2串联形成回路，所述励磁电感L_m1的尾端连接励磁电感L_m2的首端，所述励磁电感L_m1的首端和励磁电感L_m2的尾端分别连接所述基波等效负载电阻R_eq的两端；

由二极管D₈～D₁₁构成的第一个H桥整流器和由二极管D₁₂～D₁₅构成的第二个H桥整流器起整流作用。

4.根据权利要求1所述的一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：保持开关管Q₄持续导通，开关管Q₂和Q₅持续断开，开关管Q₁和Q₆的驱动信号相同，关管Q₃和Q₇的驱动信号相同并与开关管Q₁和Q₆的驱动信号互补，即对角线驱动；

第一相谐振槽和第二相谐振槽串联，第一相谐振槽和第二相谐振槽串联后，其两端A、C端的输入电压为-V_in～V_in的方波，工作在全桥LLC谐振变换器模式，第三相谐振槽的两端C、D端的输入电压为0～V_in的方波，工作在半桥LLC谐振变换器模式，由所述工作在全桥模式的LLC谐振变换器和工作在半桥模式的LLC谐振变换器的输入端并联、输出端串联，构成LLC谐振变换器拓扑三；

所述LLC谐振变换器拓扑三的电压增益为工作在全桥模式下的第一相谐振槽和第二相谐振槽串联的电压增益与工作在半桥模式下的第三相谐振槽的电压增益之和；

流经谐振电感L_r1和L_r2的电流与流经谐振电感L_r3的电流大小相等、相位互差180度；

所述LLC谐振变换器拓扑三的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AC、谐振电容C_r1和C_r2、谐振电感L_r1和L_r2、励磁电感L_m1和L_m2、基波等效电压源V_CD、谐振电容C_r3、谐振电感L_r3、励磁电感L_m3、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AC和谐振电容C_r1、谐振电感L_r1串联，所述励磁电感L_m1和谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2串联，所述基波等效电压源V_CD和谐振电容C_r3、谐振电感L_r3串联，所述励磁电感L_m1的首端连接谐振电感L_r1的尾端，所述励磁电感L_m2的尾端连接基波等效电压源V_AC的尾端，所述励磁电感L_m3的两端分别连接谐振电感L_r3的尾端和连接基波等效电压源V_CD的尾端，所述基波等效负载电阻R_eq的两端分别连接谐振电感L_r1的尾端和基波等效电压源V_CD的尾端；

变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接对应的H桥整流电路，起整流作用。

5.根据权利要求1所述的一种具有超宽调压范围的三相LLC谐振变换器，其特征在于：开关管Q₇持续导通，开关管Q₁和Q₄、Q₂和Q₅、Q₃和Q₆共三个桥臂组成三相桥式逆变电路，每个桥臂的驱动信号互补且带有死区，三个桥臂之间的驱动信号各相差120度；

三相谐振槽和三个变压器T₁、T₂、T₃的原边绕组采用三角形连接方式，三个谐振槽的输入电压均为-V_in～V_in的三电平方波，工作在三相全桥LLC谐振变换器模式，构成LLC谐振变换器拓扑四；所述LLC谐振变换器拓扑四的电压增益为工作在全桥模式下的第一相谐振槽、第二相谐振槽和第三相谐振槽的电压增益之和；

流经三相谐振电感L_r1、L_r2、L_r3的电流幅值相等，相位互差120度；

所述LLC谐振变换器拓扑四的基波等效电路模型包括：基波等效电压源V_AB、V_BC、V_CD、谐振电容C_r1、C_r2、C_r3、谐振电感L_r1、L_r2、L_r3、励磁电感L_m1、L_m2、L_m3、基波等效负载电阻R_eq，所述基波等效电压源V_AB和谐振电容C_r1、谐振电感L_r1、励磁电感L_m1串联，所述基波等效电压源V_BC和谐振电容C_r2、谐振电感L_r2、励磁电感L_m2串联，所述基波等效电压源V_CD和谐振电容C_r3、谐振电感L_r3、励磁电感L_m3串联，所述励磁电感L_m1的尾端连接励磁电感L_m2的首端，所述励磁电感L_m2的尾端连接励磁电感L_m3的首端，所述励磁电感L_m1的首端和励磁电感L_m3的尾端分别连接所述基波等效负载电阻R_eq的两端；

变压器T₁、T₂、T₃的三个副边绕组分别连接对应的H桥整流电路。