[发明专利]一种宽范围LLC谐振变换器拓扑及其控制方法

说明书

本发明提出了一种宽范围LLC谐振变换器拓扑及其控制方法，本发明设计的变换器拓扑结构，主要的是在原边电路输出端连接第一电感，第一电感依次连接第一电容和第二电感，第二电感远离电能变换腔的一端连接原边电路输入端；第一电容上并联有有源变感模块，有源变感模块包括两个串联对顶连接的第一开关管和第二开关管，以及与第二开关管串联的第三电感，第一开关管和第二开关管上分别设置有第一开关管和第二开关管，该拓扑为单级级结构，该拓扑能够广泛应用于宽范围电压输入、负载大小发生改变、宽范围电压输出的场合，该拓扑可以实现软开关技术。

技术领域

本发明属于变换器技术领域，尤其涉及一种宽范围LLC谐振变换器拓扑及其控制方法。

背景技术

大型数据中心、航空航天系统、新能源发电、LED照明和电动汽车充电等领域都对DC/DC变换器的容量、效率和功率密度提出越来越高的要求，发展高效率、高功率密度、高可靠性的DC/DC变换器是工业节能和应用需要。LLC谐振变换器相比于其他DC/DC变换器，谐振变换器具有更高效率和更高功率密度，因此，谐振变换器获得更快速的发展和具有更广阔的应用前景。

然而LLC谐振变换器难以在实现较宽输入的同时保持高的可靠性，同时当遇到其负载发生变化、输出要求宽范围的情况，LLC谐振变换器显然不具备较大的优势。故对于宽输入的谐振变换器的研究变得尤为重要。

发明人发现，现有技术中，针对宽范围输入输出的DC/DC变换器的几种实现方式中：作为单级拓扑的Buck-Boost电路具有良好的效率和动态响应性能，能够在较宽的电压输入范围内进行工作，然而其不具备隔离性，此外开关损耗较大，效率低；采用两级隔离拓扑方案，前级为不隔离的两电平/三电平BuckBoost电路拓扑，后级为隔离的LLC谐振电路，前级用于调节电压，而后级用于隔离，该方案的效率高，技术成熟，然而采用多级转换电路的成本大，电路结构复杂；采用LLC级联式拓扑的方法，由于开关管和无源器件增多会带来的功率密度降低、效率降低的问题；通过采用结合PFM和PWM的控制策略，使得谐振变换器能够工作在较宽输入电压的场合，然而变频控制导致LLC谐振变换器在高频条件下其工作频率特性变差，此外严重地影响了变换器的转换效率。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种宽范围LLC谐振变换器拓扑及其控制方法，发明提出了一种新型的单级LLC谐振变换器拓扑，该拓扑能够广泛应用于宽范围电压输入、负载大小发生改变以及宽范围电压输出的场合，该拓扑能够满足软开关技术。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种宽范围LLC谐振变换器拓扑，采用如下技术方案：

一种宽范围LLC谐振变换器拓扑，包括依次连接的直流电压源、原边电路、电能变换腔、变压器、副边电路和负载；

所述电能变换腔包括与原边电路输出端连接的第一电感，以及与所述第一电感依次连接的第一电容和第二电感，所述第二电感远离所述电能变换腔的一端连接原边电路输入端；所述第一电容上并联有有源变感模块，所述有源变感模块包括两个串联对顶连接的第一开关管和第二开关管，以及与所述第二开关管串联的第三电感。

进一步的，所述直流电压源上并联有第二电容。

进一步的，所述原边电路包括直流电压源，以及与所述直流电源连接的桥臂电路；所述桥臂电路为全桥电路或半桥电路。

进一步的，所述第一电感远离所述第一电容的一端，连接到所述第三开关管和所述第四开关管之间；所述二电感远离所述第一电容的一端，连接到所述第五开关管和所述第六开关管之间。

进一步的，所述负载上并联有第三电容。

进一步的，所述副边电路包括负载，以及与负载连接的桥臂电路；所述桥臂电路为全桥电路或半桥电路。

进一步的，所述变压器的一端连接到所述第七开关管和所述第八开关管之间，另一端连接到所述第九开关管和所述第十开关管之间。