[发明专利]一种半桥LLC恒功率宽范围变换器拓扑和电路

说明书

本发明公开了一种半桥LLC恒功率宽范围变换器拓扑和电路，包括开关单元、半桥LLC变换器单元，半桥LLC变换器单元的全桥整流电路的输出连接滤波电路，将二个变换器变压器初级的LLC半桥变换器进行并联或串联，将相邻二个变压器次级通过可控开关连接在一起，在控制开关断开时，变压器次级输出整流部分工作于并联模式，满足低电压大电流输出的需求；在控制开关闭合时，变压器次级输出整流部分工作于串联模式，从而满足高电压输出的需求，实现宽输出电压目的。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种半桥LLC恒功率宽范围变换器拓扑和电路。

背景技术

DC-DC变换器是实现电气系统电能变换和传输的重要电气设备，广泛应用于电力电子技术领域、通信电源领域、LED照明电源领域和一些实验电源等领域。DC-DC变换器能够实现将输入直流电变换为另一固定或可调的直流电，包括直流-直流的直接变换，直流-交流-直流的间接变换；直接变换一般为不带变压器隔离的直接变换，而间接变换在变换器中间加入了交流环节，通常在输入输出间用变压器进行隔离，因此也被称为直流隔离变换器。

在各领域中，需要DC-DC变换器具有宽范围的输出电压，同时转换器效率要求越来越高。LLC半桥谐振变换器以其高效率、高功率密度、开关数量少、控制简单等优点成为现今倍受青睐的热门拓扑， 但其一般用于恒压输出场合，若用于宽范围输出电压的应用，则开关频率范围比较宽，而在低电压输出时往往开关频率较高，有较大的开关损耗，因此传统LLC 半桥谐振变换器被认为不适合应用于宽范围输出。

为了满足宽输出电压范围和恒功率的要求，采用的DC-DC变换器拓扑基本都为通过电子开关（继电器、半导体开关管等）以及逻辑控制电路，通过不同组合的开关切换实现输出电压的宽范围，有通过开关切换改变多绕组变压器初级或次级绕组的串并联，也有通过开关切换改变多路输出的串并联、还有通过开关切换利用二极管倍压整流原理实现输出电压的宽范围；这些技术虽然能够实现恒功率宽范围的电压输出，但是增加了额外成本，同时增加了设备的体积，比如通过切换变压器匝比的方案，变压器往往绕组涉及复杂且体积较大，另外切换复杂、切换时间长，需要停机较长时间实现切换，而且在并联段串联段的过载保护还需要考虑这些器件应力，切换过电压浪涌抑制，特别是在更大功率需求时该类问题更为突出，严重影响实际使用。

因此，如何拓展LLC 半桥谐振变换器的输出电压范围，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种半桥LLC恒功率宽范围变换器拓扑和电路，通过将二个变换器变压器初级的LLC半桥变换器进行并联或串联，将二个变压器次级通过可控开关连接在一起，在控制开关断开时，变压器次级输出整流部分工作于并联模式，满足低电压大电流输出的需求；在控制开关闭合时，变压器次级输出整流部分工作于串联模式，从而满足高电压输出的需求，实现宽输出电压目的。

第一方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种半桥LLC恒功率宽范围变换器拓扑，包括一个开关单元、一个半桥LLC变换器单元Ⅰ，半桥LLC变换器单元Ⅰ包括二个结构相同的半桥LLC变换器，半桥LLC变换器中的变压器初级连接半桥LLC单元，次级连接全桥整流电路；第一半桥LLC变换器中的第一变压器次级异名端连接开关单元的一端，开关单元的另一端连接第二半桥LLC变换器中的第二变压器的次级同名端；第一半桥LLC单元与第二半桥LLC单元并联连接，第一全桥整流电路的输出与第二全桥整流电路的输出并联连接。

本发明进一步设置为：在开关单元导通时，二个半桥LLC变换器的输出串联连接，在开关单元断开时，二个半桥LLC变换器的输出并联连接。

第二方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种半桥LLC恒功率宽范围变换器电路，包括滤波单元、至少一个如第一方面所述半桥LLC恒功率宽范围变换器拓扑，所有半桥LLC恒功率宽范围变换器拓扑并联连接；所有半桥LLC单元输入端并联连接；所有半桥LLC变换器中的全桥整流电路输出端并联连接，并与滤波单元连接。