[发明专利]一种LLC谐振变换器

说明书

本发明公开了一种LLC谐振变换器，包括从输入到输出依次连接的逆变电路、LLC谐振腔、变压器、整流网络和滤波输出电路；LLC谐振腔包括谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr、开关管S5、开关管S6和钳位谐振电容Cs；谐振电容Cr的一端与逆变电路连接，谐振电容Cr的另一端连于谐振电感Lr的一端和开关管S5的漏极，谐振电感Lr的另一端连于励磁电感Lm的一端和变压器T原边绕组Np的一端，励磁电感Lm的另一端连于变压器T原边绕组Np的另一端、开关管S6的漏极和逆变电路，开关管S6的源极连于电容Cs的一端，电容Cs的另一端连于开关管S5的源极。本发明解决了PWM模态下钳位过程中，由谐振电感Lr与变压器寄生电容谐振带来的输出电压增益不单调问题。

技术领域

本发明涉及开关变换器技术领域，具体涉及一种LLC谐振变换器。

背景技术

随着电力电子领域迅猛发展，开关变换器应用越来越广泛，人们对开关变换器提出更多要求：高功率密度、高可靠性和小体积。LLC谐振变换器作为一种谐振变换器，具有诸多优点，比如低噪声、低应力、开关损耗低等。然而传统LLC谐振变换器一般需要通过改变开关频率实现输出电压的调节，当负载或输入电压波动时，开关频率需要在很宽的范围内变化，这给变换器的设计、分析、控制都带来了极大的困难。当需求的电压增益较宽时，传统变频控制LLC谐振变换器的效率下降明显。

对于定频控制的LLC谐振变换器，传统的控制方法是采用移相控制，但由于其原边的超前桥臂和滞后桥臂上的开关管开通的时候流过的电流不一样，使得滞后桥臂较难实现软开关，这是传统移相控制的固有缺点。在这种控制方式下，就需要考虑最大移相角下滞后桥臂仍能实现软开关。移相角越大，增益范围越宽，由于有前述顾虑，所以移相角受到限制，因此，传统定频移相控制的LLC谐振变换器的增益范围无法做宽。

申请号为201911006674.1，名为《一种变拓扑LLC谐振变换器的宽增益控制方法》的发明申请，下简称背景文献1，示出了一种LLC谐振变换器，如图1所示，其通过在原边谐振腔内增加双向开关，构成一个降压电路，根据输入电压等级划分三种工作模态，在输入电压低压段，采用FBLLC结构的变频控制，通过改变开关频率来改变输出电压增益；在输入电压中压段，采用FBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管S1的占空比来改变输出电压增益；在输入电压高压段，采用HBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管S1的占空比来改变输出电压增益。但由于电路变压器寄生电容等寄生参数的存在，PWM控制过程中在钳位管开通期间谐振电容与变压器寄生电容存在谐振，该谐振过程会导致钳位管关断期间会向副边传递能量，且钳位阶段结束对应主管开通时由于谐振状态的不确定性，会导致输出电压的增益存在不单调性，这给变换器的设计带来不利影响。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术中至少一种缺陷，提供一种宽增益范围的LLC谐振变换器，解决现有LLC谐振变换器存在的增益不单调性问题。

本发明采取的技术方案为：

第一方面，提供一种LLC谐振变换器，包括从输入到输出依次连接的逆变电路、LLC谐振腔、变压器、整流网络和滤波输出电路；所述LLC谐振腔包括谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr、开关管S5、开关管S6和钳位谐振电容Cs；

谐振电容Cr的一端与所述逆变电路连接，谐振电容Cr的另一端连于谐振电感Lr的一端和开关管S5的漏极，谐振电感Lr的另一端连于励磁电感Lm的一端和变压器T原边绕组Np的一端，励磁电感Lm的另一端连于变压器T原边绕组Np的另一端、开关管S6的漏极和所述逆变电路，开关管S6的源极连于钳位谐振电容Cs的一端，钳位谐振电容Cs的另一端连于开关管S5的源极；

所述LLC谐振变换器在输入电压低压段采用FBLLC结构的变频PFM控制，通过改变开关频率来改变输出电压增益；

所述LLC谐振变换器在输入电压高压段采用FBLLC结构的定频PWM控制，通过改变逆变电路开关管的占空比来改变输出电压增益。