[发明专利]一种基于交流开关切换宽电压范围LLC变流器

说明书

本发明涉及一种基于交流开关切换宽电压范围LLC变流器，属于变流器技术领域。包括原边H桥电路、包含中性点的直流电容桥臂、交流开关电路、副边半桥电路、共享分裂谐振电容的LLC谐振腔和隔离变压器；原边H桥电路和直流电容桥臂连接输入端电源两端；隔离变压器的原边同名端接原边H桥电路的左半桥中点，隔离变压器的原边非同名端接原边H桥电路的右半桥中点，同时交流开关连接原边H桥左半桥电路和直流电容桥臂中性点；隔离变压器的副边同名端接对应LLC谐振腔谐振电感一端，谐振电感另一端连接副边半桥中点；隔离变压器的副边非同名端接分裂谐振电容串中点。本发明电路具有开关损耗小，效率高，双向供电等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于交流开关切换宽电压范围LLC变流器，属于变流器技术领域。

背景技术

近年来，为提高变流器的开关频率以提高变流器的功率密度，零电压导通(zerovoltage switching, ZVS)或零电流关断(zerocurrent switching, ZCS)等软开关技术得到广泛应用，降低了开关损耗，提高了变流器效率。学者提出了基于PWM技术的移相全桥(phaseshift full-bridge, PSFB) DC-DC变流器，通过控制两桥臂驱动脉冲的移相角度实现PSFB DC-DC变流器输出电压的控制；PSFB DC-DC变流器具有结构简单、易实现软开关、效率高等优点，但低载时软开关区域会变小，甚至不能实现软开关，导致变流器故障。LLC谐振软开关变流器一般采用脉冲频率调制(pulse frequency modulation, PFM)控制输出电压，任何负载率时都可实现软开管，但输入电压变化大时，往往导致较大的频率变化。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种基于交流开关切换宽电压范围LLC变流器，从实用性需求出发利用开关切换和LLC变频调压的优势，并结合交流开关切换实现全桥和半桥的快速切换，变流器宽范围内稳定输出，以及变流器宽电压范围内调压控制和软开关。

本发明是采取以下技术方案实现的：

一种基于交流开关切换宽电压范围LLC变流器，其内部电路包括1个原边H桥电路、1个包含中性点的直流电容桥臂、1个交流开关电路、1个副边半桥电路、1个共享分裂谐振电容的LLC谐振腔和1个隔离变压器；

所述原边H桥电路和包含中性点的直流电容桥臂分别与输入端电源两端相连；

原边H桥电路由4只MOSFET管搭建而成；副边半桥电路由2只MOSFET管搭建而成；

共享分裂谐振电容的LLC谐振腔由谐振电感、2个分裂谐振电容以及隔离变压器的励磁电感构成；

所述隔离变压器的原边同名端接原边H桥电路的左半桥中点，隔离变压器的原边非同名端接原边H桥电路的右半桥中点，同时交流开关连接原边H桥电路的左半桥和直流电容桥臂中性点；隔离变压器的原边同名端接原边H桥电路的左半桥中点；隔离变压器的副边同名端与对应LLC谐振腔的谐振电感一端相连，谐振电感另一端连接副边半桥中点；隔离变压器的副边非同名端接分裂谐振电容串的中点；

交流开关电路由2只MOSFET管反向串联组成；

副边半桥电路和分裂谐振电容串的直流两端分别与输出直流两端相连，输出直流两端与输出电容和等值负载电阻并联连接。

所述变流器原边H桥电路和副边半桥电路由50%占空比的高频PWM信号控制，所述高频PWM信号用于控制所述原边H桥电路和副边半桥电路中MOSFET管交替导通。

当原边H桥电路施加PWM信号，副边半桥电路运行于同步整流，实现LLC功率正向模式；当副边半桥电路施加PWM信号，原边H桥电路运行于同步整流，实现LLC功率反向模式。

所述隔离变压器的变比为n:1，其中n大于0。