[发明专利]三电平谐振变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振变换器，更具体地说涉及一种三电平谐振变换器。

背景技术

三电平谐振变换器包括原边电路、变压器、副边电路，原边电路包括分压电路、开关电路、谐振电路、续流电路，副边电路包括整流滤波电路。三电平谐振变换器的主开关工作在零电压开通，且整流器工作在零电流关断；在较高直流输入、高功率应用时，可采用低耐压开关器件。

图1所示的是现有的一种三电平谐振变换器，该三电平谐振变换器包括原边电路、变压器、副边电路，原边电路包括两个分压电容C1、C2，用于将输入电压均分，产生两个仅为输入电压一半的电压源；开关电路由四个开关Q1、Q2、Q3、Q4串联而成，用于将直流电压逆变成一个方波或阶梯波电压；续流电路由两个二极管D5、D6组成，其中第一二极管D5连接于分压电容的中点和第一开关Q1源极与第二开关Q2漏极的接点之间，第二二极管D6连接与分压电容的中点和第四开关Q4漏极与第三开关Q3源极的接点之间；谐振电路包括电容Cr、电感Lr、电感Lm，电容Cr与电感Lr串联，Lm可以表现为变压器的激磁电感，也可以是外加电感与激磁电感并联后的等效电感。变压器的原边连接在谐振电路上。该谐振电路接于分压电容的中点与开关电路的输出端之间，串联电容Cr与串联电感Lr谐振构成本发明谐振变换器的第一本征频率，以fs表示，串联电容Cr与串联电感Lr及并联电感Lm谐振构成谐振变换器的第二本征频率，以fm表示；变压器与由D7、D8组成的整流电路相连，对接于整流电路输出端的由电容C组成的滤波电路提供一同一方向的脉冲电流；整流电路、滤波电路，用于将脉冲电流转化成一直流电流对输出负载电路R提供能量。

上述的变换器通过具有双重本征谐振频率的LLC谐振电路使得较小的频率变化范围就可以实现较大的输入输出电压调节范围，同时，通过一对续流二极管使每个开关电压应力是输入电压的一半，并且全范围实现电压开关)而不用附加任何电路，整流二极管工作在ZCS(零电流开关)。该变换器在高端电压输入时效率较高，应用在高输入电压且有断电保持时间要求的电源产品上特别有利。

但是，由于目前的三电平谐振变换器的变压器为一个，副边需流过全部负载电流，尽管开关损耗较低(ZCS)，但通态损耗较高。因此变压器热应力集中，在高功率应用时，导致热应力难以满足降额要求。并且还存在输出电流纹波较大，杂音指标较难满足实际要求；大纹波电流同时降低输出滤波电容使用寿命的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以分散变压器热应力、从而使热应力可以容易满足降额要求的三电平谐振变换器。

本发明所述的三电平谐振变换器，包括：变压器、与变压器原边绕组串联的谐振电路、使所述变压器的原边产生交变电流的开关电路；其特征在于：所述的变压器至少为两个，各变压器的原边绕组与谐振电路串联，各变压器的副边输出并联；各个变压器的原边绕组相串联，串联后的变压器的原边绕组串联在同一个谐振电路上。由于变压器的原边绕组串联，变压器的最大工作磁通密度较低，磁损降低，这样可以可以更好地分散主变压器热应力，但不能实现使输出电流波纹减小。

所述的变压器的个数为两个。这是一种较为简单的设计方案。

所述的谐振电路的个数与变压器的个数一致，每一个变压器的原边绕组分别串联于一个谐振电路；开关电路的个数与谐振电路的个数一致，每一个开关电路分别连接一个谐振电路，谐振电路之间存在相位差。这种设计可以使输出电流的波纹叠加，从而使波动减小。并且可以有效降低流过输出滤波电容的纹波电流，提高滤波电容的使用寿命。

所述的谐振电路之间存在相位差为180°/N，其中N为谐振电路的个数。这样设计的三电平谐振变换器是最佳的一种方案，可以使输出电流的波纹叠加效果更好。

所述的谐振电路的个数为2，谐振电路之间相位差为90°。这种设计可以使变换器输出电流实现倍频，波动减小。

三电平谐振变换器，包括：变压器、与变压器原边绕组串联的谐振电路、使所述变压器的原边产生交变电流的开关电路；所述的变压器至少为两个，各变压器的原边绕组与谐振电路串联，各变压器的副边输出并联；所述的谐振电路至少为两个以上，开关电路的个数与谐振电路的个数一致，每一个开关电路分别连接一个谐振电路，每一个谐振电路上都串联有一组变压器，一组内的变压器的原边绕组串联，谐振电路之间存在相位差。这样的方案可以应用在分散变压器热应力的需要比较高的电路设计，即对于这种电路设计，一个谐振电路上串联一个变压器满足不了分散变压器热应力的要求，从而需要在一个谐振电路上串联一组变压器。