[发明专利]一种输出电压可调的高频混合型直流变换器

说明书

本发明公开了一种输出电压可调的高频混合型直流变换器。该变换器包括LLC谐振变换器电路、非隔离型Buck电路、辅变压器电路；LLC谐振变换器电路用于零电压开通和零电流关断，负责能量传输；辅变压器电路设置于LLC谐振变换器电路上，LLC谐振变换器电路中的变压器与辅变压器电路中的辅变压器原边绕组串联、副边绕组相互独立；辅变压器副边绕组经整流桥后连接非隔离型Buck电路，非隔离型Buck电路的输出与LLC谐振变换器电路的输出并联，通过控制非隔离型Buck电路的占空比实现对输出电压的调节。本发明不仅可实现输出电压可调和宽负载运行，还能实现零电压开通和零电流关断，减少了开关损耗，提高了整体效率和功率密度。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种输出电压可调的高频混合型直流变换器。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，在中大功率直流领域，如在航空电源、通信电源、服务器电源、电动汽车充电和照明电源以及新能源发电领域等应用中，变换器效率及功率密度的需求变得越来越高，因此相关的直流变换器提出以小型化、高效率、低纹波、低电磁干扰的性能要求。为了降低变换器的开关损耗，提高工作效率，基于高频软开关技术的LLC谐振型变换器开始被人们广泛接受并应用。其可以实现原边开关管的零电压开通(ZVS)和副边整流管的零电流关断(ZCS)，同时保持无功环流较小的特性，因此被越来越广泛得应用在各种领域。同时，以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体器件的快速发展，使变换器工作频率极大的提高到MHz。进而提高了开关电源的功率密度，达到其小型化、轻量化的需求，推动着功率电力电子装置向着高频高效高功率密度的方向发展。

然而，随着LLC谐振变换器应用领域的不断发展，对变换器的输入、输出电压电流范围的要求也越来越高。比如，在新能源发电等领域要求变换器工作在宽广的范围(输入、输出电压/负载变化)，电动汽车也有不同车型电池电压等级不同等问题，因此对于电力电子变换器具有宽电压宽负载范围的要求。而传统的LLC谐振变换器结构和控制方法在实现这些目标时，常会出现体积效率等方面的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽负载范围的输出电压可调的高频混合型直流变换器，并实现零电压开通和零电流关断，减少开关损耗，提高整体效率和功率密度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种输出电压可调的高频混合型直流变换器，包括LLC谐振变换器电路、非隔离型Buck电路、辅变压器电路，其中：

所述LLC谐振变换器电路用于零电压开通和零电流关断，负责能量传输；所述辅变压器电路设置于LLC谐振变换器电路上，LLC谐振变换器电路中的变压器与辅变压器电路中的辅变压器原边绕组串联、副边绕组相互独立；同时，辅变压器副边绕组经整流桥后连接非隔离型Buck电路，非隔离型Buck电路的输出与LLC谐振变换器电路的输出并联，通过控制非隔离型Buck电路的占空比实现对LLC谐振变换器电路输出电压的调节。

进一步地，所述LLC谐振变换器电路包括第一直流输入电压源、第一GaN HEMTs管、第二GaN HEMTs管、第三GaN HEMTs管、第四GaN HEMTs管、第五GaN HEMTs管、第一谐振电容、第一谐振电感、第一变压器、第一激励电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一输出电容、第一输出电压源；

所述第一直流输入电压源的正极同时与第一GaN HEMTs管、第二GaN HEMTs管的漏极相连；第一直流输入电压源的负极同时与第三GaN HEMTs管、第四GaNHEMTs管源极相连；第一GaN HEMTs管源极与第四GaN HEMTs管漏极相连，组成同一桥臂电路；第二GaN HEMTs管源极与第三GaN HEMTs管漏极相连，组成同一桥臂电路；第一谐振电容正极连接到第一GaNHEMTs管和第四GaN HEMTs管组成的桥臂上；第一谐振电感负极与第一谐振电容一端相连，第一谐振电容另一端与第一变压器原边相连；第一激励电感与第一变压器原边并联；