[发明专利]一种DC‑DC谐振变换器

说明书

技术领域

本发明涉及PFM功率变换技术领域，尤其涉及一种DC-DC谐振变换器，适用于电动汽车车载充电及其他要求高效率的功率设备供电。

背景技术

谐振变换器是利用软开关技术发展起来的一种DC/DC变换器，通过建立谐振电路，使得开关管可以在零电压下进行通断切换，具有隔离性能好、损耗低、多路输出直流电源等优点。

图1为现有DC/DC谐振变换器的电路结构示意图，以该DC/DC谐振变换器为半桥LLC谐振变换器为例，该半桥LLC谐振变换器包括：全桥开关电路、谐振电路、谐振电压输出电路、变压器和输出整流滤波电路，图1所示的电路工作原理如下：当Q2关断(此时，Q1还未导通)，C1放电，由L1、C1形成的谐振电流(流过L1、 C1的电流)对Q2两端的结电容进行充电，同时对Q1两端的结电容进行放电，Q1 两端电压降逐渐降低，当Q1两端电压降为零时，D1导通，实现Q1的零电压切换； D1导通，即Q1接通输入电压，输入电压、Q1、L1、C1、L2组成电流回路，在输入电压作用下，谐振电流以正弦函数形式升高，并对C1进行充电，流过L2的励磁电流线性升高，谐振电流大于励磁电流，其电流差经变压器原边绕组变换至变压器副边绕组后经整流滤波后输出；

由于Ql的开关频率小于L1与谐振电容C1的谐振频率，因而，谐振电流经过半个半谐振周期(四分之一谐振周期)的谐振后，Ql仍处于导通状态，继续对C1进行充电，谐振电流逐渐减小，励磁电流仍然线性升高，当谐振电流下降到与励磁电流相等时，电流差为零，使得变压器原边绕组电流为零，流过输出整流滤波电路中 D3的电流为零，D3关断，即D3在电流过零时自然关断，从而实现零电流关断；

此后，Q1继续导通，流过变压器原边绕组的电流近似为零，L2不再受输出电压的钳位作用而成为自由电感，这样，L1、C1与L2组成谐振电路进行谐振，实际应用中，L2的电感量远大于L1的电感量，也就是说，由L1、C1与L2组成的谐振电路的谐振周期远大于由L1、C1组成的谐振电路的谐振周期，而Q1的导通周期较短，因而，可认为谐振电流在Q1的导通周期内基本保持恒定，而继续对C1进行充电。

此后，Q1关断，由L1、C1与L2形成的谐振电流变向，对Q1两端的结电容进行充电，同时对Q2两端的结电容进行放电，Q2两端电压降逐渐降低，当Q2两端电压降为零时，D2导通，实现Q2的零电压切换，此时，C1的充电量达到最大；

Q1关断、D2导通，C1放电，Q2、L1、C1、L2组成续流回路，谐振电流以正弦函数形式减小，流过L2的励磁电流以线性形式降低，谐振电流减小的幅度大于励磁电流减小的幅度，其电流差经变压器原边绕组变换至变压器副边绕组后经整流滤波后输出；

由于Q2的开关频率小于L1与谐振电容C1的谐振频率，因而，谐振电流经过半个半谐振周期的谐振后，Q2仍处于导通状态，C1继续放电，谐振电流逐渐增大，励磁电流仍然线性降低，当谐振电流增大到与励磁电流相等时，电流差为零，使得变压器原边绕组电流为零，流过输出整流滤波电路中D4的电流为零，D4关断，即D4 在电流过零时自然关断，从而实现零电流关断；

此后，Q2继续导通，流过变压器原边绕组的电流近似为零，L2不再受输出电压的钳位作用而成为自由电感，这样，L1、C1与L2组成谐振电路进行谐振，谐振电流在Q2的导通周期内基本保持恒定，C1继续放电，

此后，Q2关断，重复前述流程。

图1所示的谐振变换器输出电压Vo与输入电压Vin以及电路参数的函数关系式如公式(1)所示。

公式(1)中，M为输出电压与输入电压的比值，Q_s为品质因数(谐振系数)， f为开关频率，n为变压器原副边绕组比，f₁为谐振频率，其中，

公式中，R_e是负载等效电阻值折算到变换器原边绕组的阻值，其计算公式为：

P_o＝V_o*I_o公式(5)

公式(5)中，P_o为输出的负载功率，

图2为现有对称半桥结构的谐振变换器传递函数曲线示意图，该传递函数为开关的开关频率与输出电压的特性曲线。