[发明专利]基于可变电感的LLC谐振变换器

说明书

本发明公开了一种基于可变电感的LLC谐振变换器，包括输入电容、两个相同的原边场效应管、可调谐振网络、变压器、两个相同的副边场效应管和输出电容；可调谐振网络由谐振电容、可变谐振电感和激磁电感组成；可变谐振电感由大磁芯、两个相同的小磁芯、第一中心磁柱、第二中心磁柱、上磁柱、下磁柱、磁芯缺口、电感绕组和控制绕组组成；大磁芯两侧磁柱设有磁芯缺口，所述的第二中心磁柱插入于磁芯缺口，电感绕组绕制于第一中心磁柱上，且电感绕组的进线端与谐振电容相连接，出线端与变压器的原边相连接；所述的控制绕组绕制于两个相同的小磁芯上，以实现可变谐振电感的电感量控制。本发明可应用于宽电压输入范围的直流‑直流变流电路。

技术领域

本发明属于电力电子变换器技术领域，具体涉及一种基于可变电感的LLC谐振变换器，可应用于宽电压输入范围的直流-直流变流电路。

背景技术

电源是应用面最广的一个电子装置，而谐振变换器是电源领域中一个必不可少的分支。LLC谐振变换器已经在电源领域得到了非常广泛的应用。在针对需要宽电压输入范围、稳定输出的场合，变频控制LLC谐振电路是最基本和传统的做法。但是在宽输出电压范围及负载变化较大的应用中，从LLC的增益-频率特性曲线来看，随着输出电压降低和负载减小，变换器的工作频率需要不断增加，尤其在激磁电感与谐振电感比值取较大的情况下，当负载较轻时特性曲线在高频段将变得十分平坦，甚至可能由于寄生参数的影响使得增益曲线高频段上翘，导致需要的开关频率非常高，频率对输出电压的调节作用大大减弱甚至不起作用，同时引发一系列电压纹波、噪声超标等实际问题。

通常的改善上述问题的做法是在传统控制的同时引入PWM控制。即就是当工作频率达到上限时，引入PWM方式对变换器进行控制，从而使谐振变换器工作于PWM状态。

通过引入PWM方式对变换器进行控制，可以有效改善传统LLC谐振电路变频控制失效问题。但是PWM控制在大占空比时存在失效现象，在应用时，需要将PWM控制方式与LLC变频控制方式结合起来，由于占空比不同时采用不同控制方式，控制难度大；并且在小占空比、大电流的情况下，PWM控制方式带来的损耗较大。

例如，安徽工业大学在其申请的名称为“一种LLC谐振变换器结构及其控制方法”的(申请号为201910109729.5，授权公告号为CN 109873562 A)专利申请中，公开了一种LLC谐振变换器结构的控制方法，通过实时判断负荷功率Po大小来调节谐振腔电感比值k的大小，使谐振腔电感比值k与当前负荷功率区间适配；其中，k＝Lm/Lr，这里Lm为LLC谐振网络的励磁电感，Lr为LLC谐振网络的谐振电感；但是，所述的一种LLC谐振变换器结构只结合两种了两种谐振腔，控制范围狭窄，且控制复杂，使用了两套开关管及变压器不利于系统小型化，造成资源浪费。

例如，上海同济大学在其申请的名称为“一种复合谐振的宽范围功率变换器”的(申请号为201810373688.6，申请公布号为CN 108631596 A)专利申请中，公开了一种复合谐振的宽范围功率变换器，包括N个功率单元，所述的功率单元分别包含开关器件、电感和电容，各功率单元的谐振参数存在耦合；整流单元，各功率单元分别通过对应的变压器将能量传递到整流单元；N个控制信号单元，各控制信号单元分别用于驱动对应功率单元中的开关器件。但是，采用了N个功率单元，增加了额外功率部件，结构复杂，不利于系统的简化以及控制简化，并使功率密度难以提高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于可变电感的LLC谐振变换器，用于解决LLC谐振变换器的频率调节范围受到限制，以及轻载范围效率较低的技术问题。

本发明基于可变电感的LLC谐振变换器的技术方案如下：

一种基于可变电感的LLC谐振变换器，包括输入电容、两个相同的原边场效应管、可调谐振网络、变压器、两个相同的副边场效应管和输出电容；所述的可调谐振网络由谐振电容、可变谐振电感和激磁电感组成。