本發(fā)明創(chuàng)造屬于一種諧振軟開關(guān)型直流變換器，尤其是一種高效率、寬電壓范圍的雙變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振軟開關(guān)直流變換器。

背景技術(shù)：

諧振軟開關(guān)變換器是一種性能卓越、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的直流變換器，具有較高的研究價值和應(yīng)用價值，因此是相關(guān)學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。諧振軟開關(guān)電路通常包括三部分，即逆變結(jié)構(gòu)、諧振結(jié)構(gòu)和整流結(jié)構(gòu)。逆變結(jié)構(gòu)通常采用半橋或是全橋結(jié)構(gòu)，將輸入直流電壓變換為不同形式的電壓方波；諧振結(jié)構(gòu)則是將該方波的高次諧波濾除，僅保留與開關(guān)頻率相同的基波信號通過；整流結(jié)構(gòu)則是將諧振結(jié)構(gòu)輸出的交流電再次整流為直流形式的電能，供負(fù)載使用。諧振結(jié)構(gòu)的存在使得電路在合理的開關(guān)頻率范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)逆變結(jié)構(gòu)中的開關(guān)管零電壓開通、以及整流結(jié)構(gòu)中開關(guān)器件的零電流關(guān)斷使得變換器整體的開關(guān)損耗大幅下降，實(shí)現(xiàn)高效率、低電磁干擾變換。

llc型諧振軟開關(guān)變換器是一種較為先進(jìn)的直流變換器，它克服了傳統(tǒng)串聯(lián)、并聯(lián)諧振變換器低功率下效率偏低、低功率下調(diào)壓能力差的問題，具有高效率、寬電壓調(diào)節(jié)范圍等優(yōu)勢，但llc行諧振軟開關(guān)變換器受自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，其效率和電壓范圍的矛盾仍然存在。一些學(xué)者采用多諧振元件變換器來解決這一問題，提出了諸如lccl、clcl、cllc、lclc等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并獲得了性能上的顯著提高，但與此同時，輸出電壓的范圍仍然較為狹窄，不能滿足各種負(fù)載的需要。

綜上所述，研究一種具備寬范圍、高效率的諧振軟開關(guān)直流變換器對本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明創(chuàng)造解決的問題是，提供一種雙變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振軟開關(guān)直流變換器，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的輸出電壓的范圍狹窄，不能滿足各種負(fù)載的需要等問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是：

提供一種雙變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振軟開關(guān)直流變換器，包括依次連接的逆變電路、諧振電路和整流電路，其特征在于：所述的諧振電路為雙變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振電路，包括變壓器t1、變壓器t2、電容c1、電容c2、電感l(wèi)1和電感l(wèi)2；

電容c1一端與逆變電路的中點(diǎn)連接，另一端與電感l(wèi)1連接；電感l(wèi)1一端與電容c1連接，另一端與變壓器t1的原邊連接；變壓器t1的原邊一端與電感l(wèi)1連接，原邊另一端與電容c2和電感l(wèi)2分別連接，副邊一端與整流電路的一個中點(diǎn)連接，副邊另一端與變壓器t2的副邊一端連接；電容c2一端與變壓器t1原邊一端和電感l(wèi)2分別連接，另一端與逆變電路中開關(guān)管s2的源極和變壓器t2的原邊一端分別連接；電感l(wèi)2一端與變壓器t1原邊一端和電容c2分別連接，另一端與變壓器t2原邊一端連接；變壓器t2原邊一端與電感l(wèi)2連接，原邊另一端與電容c2和逆變電路中開關(guān)管s2的源極分別連接。

進(jìn)一步的，所述逆變電路為半橋逆變電路。

進(jìn)一步的，所述整流電路為二極管整流電路。

本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果是：

1）可以實(shí)現(xiàn)半橋逆變電路開關(guān)管的軟開關(guān)和整流電路中二極管的軟開關(guān)，有效降低了變換器的開關(guān)損耗。

2）具有諧振零點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)變換器在較窄的開關(guān)頻率變換范圍內(nèi)快速、靈活地調(diào)整變換器的直流電壓增益，以及實(shí)現(xiàn)過電流條件下對電路進(jìn)行保護(hù)。

3）具有兩個變壓器，可以實(shí)現(xiàn)拓寬功率應(yīng)用范圍。

4）通過合理的參數(shù)設(shè)計(jì)，提高了變換器的功率密度，提高了工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明創(chuàng)造拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明創(chuàng)造的電壓增益曲線；

圖3為本發(fā)明創(chuàng)造器在額定條件下的仿真波形圖；

圖4為本發(fā)明創(chuàng)造在電路保護(hù)條件下的仿真波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明創(chuàng)造。

如圖1所示，本發(fā)明創(chuàng)造包括依次連接的半橋逆變電路、諧振電路和二極管整流電路，所述的諧振電路為雙變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振電路，包括變壓器t1、變壓器t2、電容c1、電容c2、電感l(wèi)1和電感l(wèi)2。電容c1一端與半橋逆變電路的中點(diǎn)連接，另一端與電感l(wèi)1連接；電感l(wèi)1一端與電容c1連接，另一端與變壓器t1的原邊連接；變壓器t1的原邊一端與電感l(wèi)1連接，原邊另一端與電容c2和電感l(wèi)2分別連接，副邊一端與整流電路的一個中點(diǎn)連接，副邊另一端與變壓器t2的副邊一端連接；電容c2一端與變壓器t1原邊一端和電感l(wèi)2分別連接，另一端與半橋逆變電路中開關(guān)管s2的源極和變壓器t2的原邊一端分別連接；電感l(wèi)2一端與變壓器t1原邊一端和電容c2分別連接，另一端與變壓器t2原邊一端連接；變壓器t2原邊一端與電感l(wèi)2連接，原邊另一端與電容c2和半橋逆變電路中開關(guān)管s2的源極分別連接。

如圖2所示，本發(fā)明創(chuàng)造具有三個諧振頻率，根據(jù)頻率的大小關(guān)系和特性可以分為第一諧振頻率fr1、第二諧振頻率fr2和諧振零點(diǎn)f0，其中fr1小于fr2，fr2小于f0。使用過程中，電路在第一諧振點(diǎn)fr1處右側(cè)取得最大值，并隨著開關(guān)頻率的升高開始下降；電路在第二諧振點(diǎn)fr2處取得第二個峰值，并隨著頻率的升高快速下降；電路在諧振零點(diǎn)f0處下降至零，此時電路的直流電壓增益恒保持為零，且與負(fù)載變化無關(guān)。因此表明本發(fā)明創(chuàng)造具有極寬的輸出電壓范圍和過電流保護(hù)能力。

圖3從上到下依次表示開關(guān)s1的控制信號，流過開關(guān)s1的電流，二極管的電流以及電流的輸出電壓。由圖3可知，工作中，流過開關(guān)s1的電流在s1開通時為負(fù)值，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)的零電壓軟開關(guān)；流過二極管的電流在關(guān)斷時候下降至零，實(shí)現(xiàn)了二極管的零電流軟開關(guān)。因此，所述變換器中的所有開關(guān)器件均實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)，開關(guān)損耗被大幅降低。

圖4從上到下依次表示開關(guān)s1的控制信號，流過開關(guān)s1的電流，二極管的電流以及電流的輸出電壓。變換器工作在其直流電壓增益曲線的諧振零點(diǎn)處，即圖2中的f0點(diǎn)，一方面變換器的輸出電壓被限制在小于1v的工作條件下，使得對變換器輸出端的過電流進(jìn)行有效保護(hù)，另一方面變換器的輸出電壓可以在1v至額定51.8v靈活變化，具有極寬的輸出電壓范圍。

以上對本發(fā)明創(chuàng)造的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明創(chuàng)造的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明創(chuàng)造申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明創(chuàng)造的專利涵蓋范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明創(chuàng)造提供一種雙變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振軟開關(guān)直流變換器，包括依次連接的半橋逆變電路、雙變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振電路和整流電路。半橋逆變電路將直流信號變換為一系列方波信號，接著雙變壓器并聯(lián)結(jié)構(gòu)諧振電路將方波信號的高次諧波濾除，同時確保逆變電路的功率開關(guān)器件均實(shí)現(xiàn)零電壓開通軟開關(guān)，最后整流電路將諧振信號輸出的交流基波信號轉(zhuǎn)換為直流信號，并提供給負(fù)載。本發(fā)明創(chuàng)造具有諧振零點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)在較窄的開關(guān)頻率變換范圍內(nèi)快速調(diào)整直流電壓增益，以及在過電流條件下對電路進(jìn)行保護(hù)，參數(shù)設(shè)計(jì)合理，可顯著提高工作效率。

技術(shù)研發(fā)人員：李雅靜;馮立營
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.12
技術(shù)公布日：2017.08.18