[发明专利]宽范围输入电压的高阶CL-LLC谐振变换器及参数设计方法

说明书

一种宽范围输入电压的高阶CL‑LLC谐振变换器及参数设计方法，属于谐振变换器技术领域。本发明为解决现有LLC变换器频率调节范围小的问题。CL‑LLC谐振变换器在现有半桥LLC谐振变换器的基础上，采用陷波滤波器代替LLC中的谐振电感；参数设计方法中包括谐振频率的选择：在谐振腔的阻抗为0时，设定谐振变换器的两个串联谐振频率为f_r1和f_r2；设定陷波滤波器的并联谐振点为f_rp；为利用注入的三次谐波传递能量，使f_r2＝3f_r1，f_rp＝2f_r1；所述谐振腔由谐振电容Cr和陷波滤波器组成。本发明可注入三次谐波，以减小谐振腔中的无功循环能量，提升了效率。

技术领域

本发明涉及宽范围输入电压的高阶CL-LLC谐振变换器及参数设计方法，属于谐振变换器技术领域。

背景技术

在DC/DC功率变换器研究中，谐振变换器因能够实现软开关而在高频等领域得到重视和应用。其中，LLC谐振变换器因其软开关特性好，设计简单而得到广泛使用。主要表现在：(1)可以在全负载范围内实现软开关，减少开关损耗，提高效率；(2)可以采用数字控制调整开关管的开关频率，控制方法简单；(3)变压器的励磁电感可以充当并联谐振电感L_m，变压器的漏感可以充当串联谐振电感L_r，有利于磁集成，实现高功率密度。

然而，现有LLC变换器在远离额定谐振频率点时，增益随频率的变化很缓慢，只适用于较小的频率调节范围。如果变换器的输入电压范围很宽，为了满足增益需求，变压器励磁电感L_m的值一般取得比较小，这导致很大的环流和导通损耗。因此，LLC谐振变换器难以同时实现高效率与高增益。

同时，现有LLC变换器的软启动和过流保护控制方案较为复杂，不利于减少成本，导致其使用范围有所局限。

发明内容

针对现有LLC变换器频率调节范围小的问题，本发明提供一种宽范围输入电压的高阶CL-LLC谐振变换器及参数设计方法。

本发明是一种宽范围输入电压的高阶CL-LLC谐振变换器，在现有半桥LLC谐振变换器的基础上，采用陷波滤波器代替LLC中的谐振电感。

根据本发明的宽范围输入电压的高阶CL-LLC谐振变换器，所述陷波滤波器包括陷波电容C_p、谐振电感L_r和陷波电感L_p，

陷波电容C_p和谐振电感L_r串联后再与陷波电感L_p并联形成陷波滤波器。

根据本发明的宽范围输入电压的高阶CL-LLC谐振变换器，所述CL-LLC谐振变换器包括：

直流输入电源的正极连接开关管S₁的漏极，开关管S₁的源极连接开关管S₂的漏极，开关管S₂的源极连接直流输入电源的负极；谐振电容Cr、变压器原边和陷波滤波器依次串联在开关管S₂的漏极和源极之间；变压器副边两端连接两个二极管的阳极，变压器副边中心抽头和两个二极管的阴极之间连接输出电容Co，负载电阻R_L和输出电容Co并联。

根据本发明的宽范围输入电压的高阶CL-LLC谐振变换器，所述CL-LLC谐振变换器还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路包括模数变换器ADC、数字PI控制器和PWM驱动电路，

将负载电阻R_L两端电压经模数变换器ADC转换后与电压给定值进行比较，比较结果送入数字PI控制器进行调节，调节结果经PWM驱动电路输出后，控制前级逆变器的开关频率；数字PI控制器的调节结果使直流输入电源电压发生改变时，负载电阻R_L两端电压不变；