[发明专利]一种宽增益范围LLC谐振变换器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种宽增益范围LLC谐振变换器及其控制方法，变换器包括逆变电路、LLC谐振腔、变压器和整流网络；LLC谐振腔包括谐振电感Lr、Lm和谐振电容Cr；LLC谐振腔内还增设有双向开关；谐振电容Cr、谐振电感Lr依次串联在逆变电路的1号输出端与变压器原边线圈的1端之间，逆变电路的2号输出端与变压器原边线圈的2端连接，谐振电感Lm与变压器原边线圈并联，双向开关的1端通过连在谐振电容Cr、谐振电感Lr之间与变压器原边线圈的1端连接，双向开关的2端与变压器原边线圈的2端连接；逆变电路为全桥/半桥相结合的变拓扑电路。本发明通过全桥/半桥这种拓扑结构的变换，大大拓宽本发明的增益范围，而且本发明电路结构降低了变换器的设计难度。

技术领域

本发明涉及开关变换器技术领域，具体地说涉及一种LLC谐振变换器及其控制方法。

背景技术

电力电子领域迅猛发展，开关变换器应用越来越广泛。人们对开关变换器提出更多要求：高功率密度、高可靠性和小体积。LLC谐振变换器作为一种谐振变换器，具有诸多优点，比如低噪声、低应力、开关损耗低等。LLC谐振变换器一般采用变频控制和定频控制两种工作方式，然而当输入电压和负载变化范围很宽时，单独采用变频控制的的LLC谐振变换器工作频率变化范围宽，这使得其中的磁性元件设计困难，而且当电压增益较宽时，传统变频控制LLC谐振变换器的效率明显下降；而单独采用定频移相控制的LLC，由于工作频率固定因而磁性元件便于设计，但是为了使得输入电压和负载在宽范围下保证输出电压不变，需要电路在较大的移相角下工作，由于移相电路存在滞后桥臂难以实现软开关的特点，此时电路可能会失去软开关的特点，所以在这种控制方式下，需要考虑最大移相角下滞后桥臂仍能实现软开关的需求，移相角越大，增益范围越宽，由于有前述顾虑，所以移相角受到限制，因此，传统定频移相控制的LLC谐振变换器虽可达到较高效率但增益范围受限。总之，当LLC谐振变换器应用于超宽输入场合下时，电路不能兼顾高效率和高增益的特点。

由廖政伟、张雪、尤伟等人2013年发表于浙江大学学报(工学报)的《应用于超宽输入范围的变拓扑LLC电路》中，在全桥LLC(FBLLC)拓扑中找到半桥LLC(HBLLC)结构，当输入电压低时采用FBLLC拓扑，当输入电压高时采用HBLLC拓扑，等效电路如图1所示，图2为两种拓扑下的增益比较，由附图可以看出，通过在全桥与半桥结构间切换，可以将电路增益提高一倍，并且电路效率也得到有利提高。但是，其还是属于变频控制，磁性元件的设计还是较为复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种宽增益范围LLC谐振变换器及其控制方法。

本发明变换器采取的技术方案如下：一种宽增益范围LLC谐振变换器，包括从输入到输出依次连接的逆变电路、LLC谐振腔、变压器和整流网络；

所述LLC谐振腔包括谐振电感Lr、Lm和谐振电容Cr；

其特征在于，所述LLC谐振腔内还增设有双向开关；所述谐振电容Cr、谐振电感Lr依次串联在逆变电路的1号输出端与变压器原边线圈的1端之间，逆变电路的2号输出端与变压器原边线圈的2端连接，谐振电感Lm与变压器原边线圈并联，双向开关的1端通过连在谐振电容Cr、谐振电感Lr之间与变压器原边线圈的1端连接，双向开关的2端与变压器原边线圈的2端连接；

所述逆变电路为全桥/半桥相结合的变拓扑电路。

半桥的增益范围是全桥的一半，如果全桥的增益范围是2-4，半桥就是1-2，那么整个电路的增益范围就可以做到1-4，可见本发明电路结构可大大拓宽变换器的增益范围。另外，本发明在谐振腔内增设双向开关，可通过控制双向开关的导通时间来实现输出稳压，从而实现定频控制，降低了对变压器等磁性元件的要求，而且开关器件同逆变电路同位于变压器原边，无需考虑隔离驱动的问题，再者，本发明中双向开关、谐振电感Lr、谐振电容Cr形成降压电路，器件应力小，而且双向开关闭合时，电流在谐振电感Lr、励磁电感和双向开关之间环流，避开了谐振电容Cr，有利于降低能量在谐振电容Cr的寄生电阻上的损耗，从而有利于提升本发明电路的工作效率。