[发明专利]一种多模式三桥臂直流-直流变换器

权利要求书

1.一种多模式三桥臂直流-直流变换器，包括直流电源U_i、变压器T、与变压器原边绕组相连的原边电路、与变压器副边绕组相连的副边电路，其特征在于，所述变换器通过不同的调制方法，拥有三种工作模式：boost+全桥LLC、全桥LLC、半桥LLC；

所述与变压器原边绕组相连的原边电路包括输入电容C_in，六个功率开关管，四个反并联二极管，四个电容，谐振电容C_r和谐振电感L_r；所述六个功率开关管包括第一功率开关管S₁、第二功率开关管S₂、第三功率开关管S₃、第四功率开关管S₄、第五功率开关管S₅和第六功率开关管S₆；所述四个二极管包括第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃和第四二极管D₄；所述四个电容包括第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄；

所述直流电源U_i的正极连接输入电容C_in的上端、第一功率开关管S_l和第二功率开关管S₂的漏极、第五功率开关管S₅的集电极；第一功率开关管S₁的源极与第三功率开关管S₃的漏极串联,并与谐振电感L_r的左端0接点相连；第五功率开关管S₅的发射极与第六功率开关管S₆的集电极串联,并与谐振电感L_r的右端A接点相连；第二功率开关管S₂的漏极与第四功率开关管S₄的源极串联,并与谐振电容C_r的左端A接点相连；谐振电容C_r的右端与变压器T原边绕组的同名端相连，变压器T原边绕组的异名端与A接点连接；直流电源的负极连接输入电容C_in的下端、第三功率开关管S₃和第四功率开关管S₄的源极、第六功率开关管S₆的发射极；

所述与变压器副边绕组相连的副边电路包括整流电路和输出电路；所述输出电路包括输出电容C_o和负载电阻R_o，输出电容C_o和负载电阻R_o并联连接至整流电路的输出端；

所述整流电路由第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管构成全桥整流电路；第五二极管D₅的阳极和第七二极管D₇的阴极连接变压器T副边绕组的同名端；第六二极管D₆的阳极和第八二极管D₈的阴极连接变压器T副边绕组的异名端；第五二极管D₅和第六二极管D₆的阴极接输出电容C_o的上端,即输出电压U_o的正极；第七二极管D₇和第八二极管D₈的阴极接输出电容C_o的下端,即输出电压U_o的负极；

所述变换器的第一功率开关管～第四功率开关管的栅源极，第五功率开关管～第六功率开关管的栅极发射极分别接收外部电路提供的开关信号U_g1～U_g6；所述的开关信号U_g为高电平时，对应的功率开关管导通；开关信号U_g为低电平时，对应的功率开关管关断；

boost+全桥LLC工作模式下，所述变换器的第一功率开关管S₁～第六功率开关管S₆采用固定开关频率f_s控制，开关频率f_s=串联谐振频率f_r，在一个开关周期T_s内分为t_o～t₈八个阶段，动作顺序如下：

[t₀～t₁]阶段：U_g3、U_g5输出高电平，U_g1、U_g2、U_g4、U_g6输出低电平，此阶段持续时间为t_b；

[t₁～t₂]阶段：U_g2、U_g3输出高电平，U_g1、U_g4、U_g5、U_g6输出低电平，此阶段持续时间为t_R1；

[t₂～t₃]阶段：U_g2、U_g3输出高电平，U_g1、U_g4、U_g5、U_g6输出低电平，此阶段持续时间为t_R2；

[t₃～t₄]阶段：U_g1、U_g2、U_g3、U_g4、U_g5、U_g6输出低电平，此阶段持续时间为t_d；

[t₄～t₅]阶段：U_g1、U_g6输出高电平，U_g2、U_g3、U_g4、U_g5输出低电平，此阶段持续时间为t_b；

[t₅～t₆]阶段：U_g1、U_g4输出高电平，U_g2、U_g3、U_g5、U_g6输出低电平，此阶段持续时间为t_R1；

[t₆～t₇]阶段：U_g1、U_g4输出高电平，U_g2、U_g3、U_g5、U_g6输出低电平，此阶段持续时间为t_R2；

[t₇～t₈]阶段：U_g1、U_g2、U_g3、U_g4、U_g5、U_g6输出低电平，此阶段持续时间为t_d；

开关时序中，t₀～t₄和t₄～t₈各为开关周期T_s的一半；

全桥LLC工作模式下，所述变换器的第五功率开关管S₅和第六功率开关管S₆一直关断，第一功率开关管S₁～第四功率开关管S₄采用固定开关频率f_s控制，开关频率f_s=串联谐振频率f_r，在一个开关周期T_s内分为t_o～t₈八个阶段，动作顺序如下：

（1）[t₀～t₁]阶段：U_g2、U_g3输出高电平，U_g1、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_R1；

（2）[t₁～t₂]阶段：U_g3输出高电平，U_g1、U_g2、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_R2；

（3）[t₂～t₃]阶段：U_g3输出高电平，U_g1、U_g2、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_R3；

（4）[t₃～t₄]阶段：U_g1、U_g2、U_g3、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_d；

（5）[t₄～t₅]阶段：U_g1、U_g4输出高电平，U_g2、U_g3输出低电平，此阶段持续时间为t_R1；

（6）[t₅～t₆]阶段：U_g4输出高电平，U_g1、U_g2、U_g3输出低电平，此阶段持续时间为t_R2；

（7）[t₆～t₇]阶段：U_g4输出高电平，U_g1、U_g2、U_g3输出低电平，此阶段持续时间为t_R3；

（8）[t₇～t₈]阶段：U_g1、U_g2、U_g3、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_d；

开关时序中，t₀～t₄和t₄～t₈各为开关周期T_s的一半；

半桥LLC工作模式下，所述变换器的第一功率开关管S₁、第五功率开关管S₅和第六功率开关管S₆一直关断；第三功率开关管S₃一直开通；第二功率开关管S₂和第四功率开关管S₄采用调频控制，在一个开关周期T_s内分为t_o～t₆六个阶段，动作顺序如下：

（1）[t₀～t₁]阶段：U_g2输出高电平，U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_R；

（2）[t₁～t₂]阶段：U_g2、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_d1；

（3）[t₂～t₃]阶段：U_g2、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_d2；

（4）[t₃～t₄]阶段：U_g4输出高电平，U_g2输出低电平，此阶段持续时间为t_R；

（5）[t₄～t₅]阶段：U_g2、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_d1；

（6）[t₅～t₆]阶段：U_g2、U_g4输出低电平，此阶段持续时间为t_d2；

开关时序中，t₀～t₃和t₃～t₆各为开关周期T_s的一半。