[实用新型]一种LCC谐振变换器

说明书

本实用新型提供了一种拓宽LCC谐振变换器的电压增益范围的方法及应用于该方法的LCC谐振变换器。通过采样电路对输入电压或输出负载进行采样，将结果反馈给采样信号处理电路；采样信号处理电路接收到采样信号后，与设定的基准电压进行比较后输出驱动信号，用于驱动受控开关的导通与关断，并控制LCC谐振变换器总的并联谐振电容和k值的大小，从而控制LCC谐振变换器的电压增益的大小。本实用新型控制方法简单可靠、易实现，可拓宽LCC谐振变换器的电压增益范围，使LCC谐振变换器应用于更宽的输入电压或/和更宽的输出电压范围；同时，可减小LCC谐振变换器谐振腔的循环电流，提升LCC谐振变换器的效率。

技术领域

本实用新型涉及谐振类变换器，特别是LCC串并联谐振变换器。

背景技术

随着电力电子领域的迅猛发展，开关变换器的应用越来越广泛，特别是人们对高功率密度、高可靠性和小体积的开关变换器提出了更多的要求。传统硬开关变换器开关损耗大、效率低，为了使变换器可靠工作，需要使用体积更大的变压器和散热器，难以满足电子产品小型化和高功率密度的要求。谐振变换器因其软开关特性，具有效率高、电磁干扰小、器件所承受的电压和电流应力低等优点，得到了越来越广泛的应用。“软开关”是指零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)，它是利用谐振原理，使开关变换器的开关管电压(或电流)按正弦或准正弦的规律变化，当电压过零时使器件开通，或者电流自然过零时使器件关断，从而实现开关损耗为零，提高变换器的效率和开关频率，减小变压器、电感的体积。LCC串并联谐振变换器(以下简称为LCC谐振变换器或LCC变换器)作为谐振变换器的一种，同样具有效率高、功率密度高等优点，它可以利用电路中的电感和寄生电容进行谐振工作，减少电路中杂散参数引起的振荡和额外损耗。同时，通过实现开关器件的零电压开通和零电流关断，能显著降低器件的开关损耗和电应力，从而提高开关频率，减小电源体积。因此，高频率、高效率、小体积的LCC串并联谐振变换器越来越得到广泛的应用。

目前常规的LCC串并联谐振变换器的电路图如图1和图2所示，包括主开关电路、LCC谐振电路、变压器T1、负载电路；变压器T1包含原边绕组和副边绕组，其中副边是带有中心抽头的两个绕组，原边与副边之间的匝比为N:1:1，Lm为变压器T1原边绕组的激磁电感。其中，图1中上开关管QH和下开关管QL构成半桥结构的主开关电路，若上开关管QH和下开关管QL为MOS管，则它们分别包含了体二极管DH或DL以及结电容CH或CL，VgsH和VgsL分别为上开关管QH和下开关管QL的驱动电压信号；Ls为谐振电感，Cs为串联谐振电容，Cp为并联谐振电容，Ls、Cs、Cp形成谐振腔电路；负载电路包括整流二极管D1、整流二极管D2、输出滤波电容Cout和输出负载电阻Ro构成的全波整流电路。图2是在图1的基础上进行的衍生变形，电路的工作原理本质上与图1是相同的，不同之处在于，并联谐振电容Cps跨接在变压器的副边绕组之间，当图2中的Cps与图1中Cp满足时，根据电路的等效原理，图2与图1电路的工作状态完全相同。

以图1为例，定义并标注各器件的电压和电流符号，其中，v_HB(t)为半桥中点电压，i_r(t)为谐振腔电路的谐振电流，i_r(t)既是流经谐振电感Ls的电流，也是流经串联谐振电容Cs的电流；v_cp(t)为并联谐振电容Cp两端的电压，i_Cp(t)为流经并联谐振电容Cp的电流，i_Tp(t)为流经变压器原边绕组的电流，i_d1(t)和i_d2(t)分别是流经整流二极管D1和D2的电流。定义谐振电流i_r(t)从谐振电感Ls的左侧流向右侧的方向为正，并联谐振电容Cp两端的电压v_cp(t)上端电位相对于下端电位为正，流过Cp的电流i_Cp(t)为从Cs流向Cp的上端时为正，i_Tp(t)为从激磁电感Lm的上端流进时的方向为正，流经二整流二极管D1的电流i_d1(t)和流经整流二极管D2的电流i_d2(t)分别为流进D1的阳极和D2的阳极时为正，即定义图1所示电路原理图中的电压和电流的方向为正。