一種諧振變換器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種諧振變換器及其控制方法，屬于電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域。所述一種諧振變換器及其控制方法由輸入源、原邊LLC諧振電路、變壓器、副邊有源Boost整流電路和輸出負(fù)載構(gòu)成。本發(fā)明在傳統(tǒng)LLC諧振變換器的基礎(chǔ)上將其副邊整流電路替換成有源Boost整流電路，這既可以實現(xiàn)變換器的定頻移相控制，也可以實現(xiàn)變換器的變頻控制，還可以實現(xiàn)變換器的變頻和定頻移相聯(lián)合控制，便于磁性元件的設(shè)計，降低原邊開關(guān)管和副邊整流管的電壓應(yīng)力，實現(xiàn)各功率半導(dǎo)體器件的軟開關(guān)，提升變換器的電壓增益范圍、效率和功率密度，滿足寬電壓增益范圍變換場合的需求。
【專利說明】
一種諧振變換器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種諧振變換器及其控制方法，屬于電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，尤其屬于隔離型直流-直流電能變換技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隔離型直流寬電壓增益范圍變換器適用于要求輸入輸出電氣隔離且輸入電壓或輸出電壓范圍較寬的場合，這類變換器在新能源發(fā)電、工業(yè)、民用、航空航天等各個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。如何提高這類變換器的電壓增益范圍、效率和功率密度一直是該技術(shù)領(lǐng)域所關(guān)注的重點問題。
[0003]LLC諧振變換器是近年來獲得廣泛關(guān)注的寬電壓增益范圍隔離變換器，如圖1所示。它在電壓增益大于I的時候，能夠?qū)崿F(xiàn)所有開關(guān)管的軟開關(guān)，特別適合高頻、高功率密度場合的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的LLC諧振變換器需要通過改變開關(guān)頻率實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載或輸入電壓波動時，開關(guān)頻率需要在很寬范圍內(nèi)變化，這給變換器的設(shè)計、分析、控制和實現(xiàn)都帶來了極大困難。因此，當(dāng)電壓增益范圍較寬時，傳統(tǒng)LLC諧振變換器效率明顯下降。
[0004]在寬電壓增益范圍場合，學(xué)者們經(jīng)常將LLC變換器和三電平或多電平技術(shù)結(jié)合起來，這類變換器通常采用定頻控制，但需要很多功率半導(dǎo)體器件，增加了成本和復(fù)雜度，降低了可靠性。文獻(xiàn)“Haibing Hu, Xiang Fang, Frank Chen, Z.John Shen, IssaBatarseh.A Modified High-Efficiency LLC Converter With Two Transformers for WideInput-Voltage Range Applicat1ns[J].1EEE Transact1ns on Power Electronics,2013,28(4):1946-1960.”提出了一種雙變壓器結(jié)構(gòu)，該變換器可以明顯增加電壓增益范圍，但同樣需要很多功率半導(dǎo)體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為寬電壓增益范圍變換場合提供一種諧振變換器及其控制方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]所述一種諧振變換器由輸入源(Uin)、原邊LLC諧振電路(10)、變壓器(T)、副邊有源Boost整流電路(20)和輸出負(fù)載(R。)構(gòu)成，其中原邊LLC諧振電路(10)由原邊第一開關(guān)管⑶)、原邊第二開關(guān)管(S2)、原邊第三開關(guān)管(S3)、原邊第四開關(guān)管(S4)、諧振電容(C；)、諧振電感(U和激磁電感(Lni)組成，副邊有源Boost整流電路(20)由副邊第五開關(guān)管(S5)、副邊第六開關(guān)管(S6)、副邊第一整流二極管(D1)、副邊第二整流二極管(D2)、副邊第一輸出濾波電容(Ccil)和副邊第二輸出濾波電容(Cci2)組成；所述原邊電路(10)的原邊第一開關(guān)管(S1)的漏極連于原邊第三開關(guān)管(S3)的漏極和輸入源(Uin)的正端，原邊第一開關(guān)管(S1)的源極連于原邊第二開關(guān)管(S2)的漏極和諧振電容((；)的一端，諧振電容((；)的另一端連于諧振電感(U的一端，諧振電感(U的另一端連于激磁電感(Lni)的一端和變壓器⑴原邊繞組(Np)的同名端，變壓器⑴原邊繞組(Np)的非同名端連于激磁電感(Lni)的另一端、原邊第三開關(guān)管(S3)的源極和原邊第四開關(guān)管(S4)的漏極，原邊第四開關(guān)管(S4)的源極連于原邊第二開關(guān)管(S2)的源極和輸入源(Uin)的負(fù)端；所述變壓器(T)副邊繞組(Ns)的同名端連于副邊有源Boost整流電路(20)的副邊第五開關(guān)管(S5)的漏極、副邊第一整流二極管(D1)的陽極和副邊第二整流二極管(D2)的陰極，副邊第一整流二極管(D1)的陰極連于副邊第一輸出濾波電容(Ccil)的一端和輸出負(fù)載(R。)的一端，輸出負(fù)載(R。)的另一端連于副邊第二輸出濾波電容(Cci2)的一端和副邊第二整流二極管(D2)的陽極，副邊第二輸出濾波電容(Cci2)的另一端連于副邊第一輸出濾波電容(Ccil)的另一端、變壓器(T)副邊繞組(Ns)的非同名端和副邊第六開關(guān)管(S6)的漏極，副邊第六開關(guān)管(S6)的源極連于副邊第五開關(guān)管(S5)的源極。
[0008]所述一種諧振變換器可以采取如下定頻移相控制方法:所述第一至第六開關(guān)管(S1-S6)的開關(guān)頻率相等且固定，第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)互補導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)互補導(dǎo)通，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)互補導(dǎo)通，第一開關(guān)管(Si)、第二開關(guān)管(S2)、第三開關(guān)管(S3)、第四開關(guān)管(S4)、第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)的占空比相等，第一開關(guān)管(S1)和第四開關(guān)管(S4)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第二開關(guān)管(S2)和第三開關(guān)管(S3)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第一開關(guān)管(S1)的開通時刻不晚于第六開關(guān)管(S6)的開通時刻，第三開關(guān)管(S3)的開通時刻不晚于第五開關(guān)管(S5)的開通時刻，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(S1)和第六開關(guān)管(S6)導(dǎo)通時刻之間的移相角實現(xiàn)輸出電壓的控制，移相角越大，輸出電壓增益越大。
[0009]所述一種諧振變換器可以采取與傳統(tǒng)LLC類似的如下變頻控制方法:所述第一至第四開關(guān)管(Si?S4)的開關(guān)頻率相等，第五至第六開關(guān)管(s5?s6)整個周期完全關(guān)斷，第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)互補導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)互補導(dǎo)通，第一開關(guān)管(Si)、第二開關(guān)管(S2)、第三開關(guān)管(S3)、第四開關(guān)管(S4)占空比相等，第一開關(guān)管(S1)和第四開關(guān)管(S4)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第二開關(guān)管(S2)和第三開關(guān)管(S3)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，通過調(diào)節(jié)第一至第四開關(guān)管(Si?S4)的開關(guān)頻率實現(xiàn)輸出電壓的控制，開關(guān)頻率越低輸出電壓增益越大，最低開關(guān)頻率輸時輸出電壓增益最高。
[0010]所述一種諧振變換器在具體實施時可以采取如下變頻和定頻移相聯(lián)合控制方法:所述諧振變換器在開關(guān)頻率高于最低開關(guān)頻率時，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)保持關(guān)斷，變換器采用權(quán)利要求2所述的變頻控制方法；而所述諧振變換器在開關(guān)頻率等于最低開關(guān)頻率時，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)開始工作，變換器采用權(quán)利要求3所述的定頻移相控制方法。
[0011]本發(fā)明技術(shù)方案與既有技術(shù)方案的本質(zhì)區(qū)別在于，控制方案既可以采用定頻移相控制方法，也可以采用變頻控制方法，還可以采用變頻和定頻移相聯(lián)合控制方法，可以實現(xiàn)對輸出的升降壓調(diào)節(jié)，這種方案便于磁性元件的設(shè)計，同時還能降低原邊開關(guān)管和副邊整流管的電壓應(yīng)力，實現(xiàn)各功率半導(dǎo)體器件的軟開關(guān)，提升變換器的電壓增益范圍、效率和功率密度，滿足寬電壓增益范圍變換場合的需求。
[0012]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0013](I)控制方式既可以采用定頻移相控制方法，也可以采用變頻控制方法，還可以采用變頻和定頻移相聯(lián)合控制方法；
[0014](2)全工作范圍或部分工作范圍采用定頻移相控制，可以優(yōu)化變換器的設(shè)計；
[0015](3)電壓增益范圍寬，適合寬電壓增益范圍變換場合；
[0016](4)所有開關(guān)器件的電壓能夠自然實現(xiàn)電壓箝位，開關(guān)器件電壓應(yīng)力低；
[0017](5)所有開關(guān)器件能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)軟開關(guān)，變換效率高；
[0018](6)該變換器可以高頻開關(guān)工作，從而有效減小電感和變壓器的體積重量，實現(xiàn)高功率密度；
【附圖說明】
[0019]附圖1是傳統(tǒng)的LLC諧振變換器原理圖；
[0020]附圖2是本發(fā)明的一種諧振變換器原理圖；
[0021]附圖3是本發(fā)明的一種諧振變換器采用定頻移相控制時的主要工作波形；
[0022]附圖4?8是本發(fā)明的一種諧振變換器采用定頻移相控制時在各開關(guān)模態(tài)的等效電路圖；
[0023]以上附圖中的符號名稱:10為原邊LLC諧振電路；20為副邊有源Boost整流電路；T為變壓器；NP和Ns分別為變壓器(T)的原邊繞組和副邊繞組；Sp S2、S3和S4分別為原邊第一、第二、第三和第四開關(guān)管；SjPS6為副邊第五、第六開關(guān)管；DJPD2為副邊第一和第二整流二極管心為諧振電感山?為變壓器⑴激磁電感；(；為諧振電容‘和Cci2為輸出濾波電容；R。為輸出負(fù)載；Uin為輸入源；U。為輸出電壓山n為輸入源的輸出電流；1。為負(fù)載電流為流過諧振電感(Lr)的電流Jbll為流過激磁電感(Lni)的電流；u&為諧振電容((；)兩端的電壓；isl、iS2、iS3和L分別為流入原邊開關(guān)管S:、S2> S3和S4的漏極電流；iS5S6為流入副邊開關(guān)管S5的漏極電流和S6的源極電流；i_為流出變壓器⑴副邊繞組Ns同名端的電流；iDP1和iDP2分別為流入原邊續(xù)流二極管Dpi和Dp2陽極的電流；iD1和iD2分別為流入副邊整流二極管D1和D2陽極的電流;
uGSl、UGS3 ?Π UGS4A UGS5 和Ugs6分別為開關(guān)管S1、S2、S3、s4、s5和S6的驅(qū)動電壓；uDS1、uDS4和uDS6分別為開關(guān)管S:、S4、和S6的漏源極電壓t3、t4和t5為時間；TS是開關(guān)周期；D是副邊開關(guān)管S5和S6相對于原邊開關(guān)管S1?S4的移相占空比。
【具體實施方式】
[0024]結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]如附圖2所示，所述一種諧振變換器由輸入源(Uin)、原邊LLC諧振電路(10)、變壓器(T)、副邊有源Boost整流電路(20)和輸出負(fù)載(R。)構(gòu)成，其中原邊LLC諧振電路(10)由原邊第一開關(guān)管(S1)、原邊第二開關(guān)管(S2)、原邊第三開關(guān)管(S3)、原邊第四開關(guān)管(S4)、諧振電容(C；)、諧振電感(Lr)和激磁電感(Ln)組成，副邊有源Boost整流電路(20)由副邊第五開關(guān)管(S5)、副邊第六開關(guān)管(S6)、副邊第一整流二極管(D1)、副邊第二整流二極管(D2)、副邊第一輸出濾波電容(Ccil)和副邊第二輸出濾波電容(Cci2)組成；所述原邊電路(10)的原邊第一開關(guān)管(S1)的漏極連于原邊第三開關(guān)管(S3)的漏極和輸入源(Uin)的正端，原邊第一開關(guān)管(S1)的源極連于原邊第二開關(guān)管(S2)的漏極和諧振電容((；)的一端，諧振電容(Cr)的另一端連于諧振電感(Lr)的一端，諧振電感(Lr)的另一端連于激磁電感(Lni)的一端和變壓器⑴原邊繞組(Np)的同名端，變壓器⑴原邊繞組(Np)的非同名端連于激磁電感(Lni)的另一端、原邊第三開關(guān)管(S3)的源極和原邊第四開關(guān)管(S4)的漏極，原邊第四開關(guān)管(S4)的源極連于原邊第二開關(guān)管(S2)的源極和輸入源(Uin)的負(fù)端；所述變壓器(T)副邊繞組(Ns)的同名端連于副邊有源Boost整流電路(20)的副邊第五開關(guān)管(S5)的漏極、副邊第一整流二極管(D1)的陽極和副邊第二整流二極管(D2)的陰極，副邊第一整流二極管(D1)的陰極連于副邊第一輸出濾波電容(Ccil)的一端和輸出負(fù)載(R。)的一端，輸出負(fù)載(R。)的另一端連于副邊第二輸出濾波電容(Cci2)的一端和副邊第二整流二極管(D2)的陽極，副邊第二輸出濾波電容(Cci2)的另一端連于副邊第一輸出濾波電容(Ccil)的另一端、變壓器(T)副邊繞組(Ns)的非同名端和副邊第六開關(guān)管(S6)的漏極，副邊第六開關(guān)管(S6)的源極連于副邊第五開關(guān)管(S5)的源極。
[0026]本發(fā)明所述一種諧振變換器在具體實施時采取如下定頻移相控制方法，所述第一至第六開關(guān)管(S1?S6)的開關(guān)頻率相等且固定，第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)互補導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)互補導(dǎo)通，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)互補導(dǎo)通，第一開關(guān)管(Si)、第二開關(guān)管(S2)、第三開關(guān)管(S3)、第四開關(guān)管(S4)、第五開關(guān)管
(55)和第六開關(guān)管(S6)的占空比相等，第一開關(guān)管(S1)和第四開關(guān)管(S4)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第二開關(guān)管(S2)和第三開關(guān)管(S3)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第一開關(guān)管(S1)的開通時刻不晚于第六開關(guān)管(S6)的開通時刻，第三開關(guān)管(S3)的開通時刻不晚于第五開關(guān)管(S5)的開通時刻，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(S1)和第六開關(guān)管(S6)導(dǎo)通時刻之間的移相角實現(xiàn)輸出電壓的控制，移相角越大，輸出電壓增益越大。
[0027]本發(fā)明所述一種諧振變換器在具體實施時可以采取與傳統(tǒng)LLC類似的如下變頻控制方法，所述第一至第四開關(guān)管(Si?S4)的開關(guān)頻率相等，第五至第六開關(guān)管(S5?S6)整個周期完全關(guān)斷，第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)互補導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)互補導(dǎo)通，第一開關(guān)管(Si)、第二開關(guān)管(S2)、第三開關(guān)管(S3)、第四開關(guān)管(S4)占空比相等，第一開關(guān)管(S1)和第四開關(guān)管(S4)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第二開關(guān)管(S2)和第三開關(guān)管(S3)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，通過調(diào)節(jié)第一至第四開關(guān)管(Si?S4)的開關(guān)頻率實現(xiàn)輸出電壓的控制，開關(guān)頻率越低輸出電壓增益越大，最低開關(guān)頻率輸時輸出電壓增益最高。
[0028]本發(fā)明所述一種諧振變換器在具體實施時可以采取如下變頻和定頻移相聯(lián)合控制方法，所述諧振變換器在開關(guān)頻率高于最低開關(guān)頻率時，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管
(56)保持關(guān)斷，變換器采用權(quán)利要求2所述的變頻控制方法；而所述諧振變換器在開關(guān)頻率等于最低開關(guān)頻率時，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)開始工作，變換器采用權(quán)利要求3所述的定頻移相控制方法。
[0029]在具體實施時，第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)的開關(guān)信號之間必須設(shè)置合理的死區(qū)時間以實現(xiàn)第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)的軟開關(guān)，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)的開關(guān)信號之間必須設(shè)置合理的死區(qū)時間以實現(xiàn)第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)的軟開關(guān)；在所述變頻控制方法中，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)在整個周期完全關(guān)斷；在所述定頻移相控制方法中，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)的開關(guān)信號之間則不需要設(shè)置任何的死區(qū)時間。
[0030]在具體實施時，所有的開關(guān)管應(yīng)選用帶有寄生體二極管的半導(dǎo)體開關(guān)器件，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管等。如果所選用的開關(guān)管不帶有寄生體二極管，則應(yīng)該在其漏極和源極兩端反并聯(lián)二極管。
[0031]本發(fā)明的目的是實現(xiàn)寬電壓增益范圍的隔離直流變換，為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明在傳統(tǒng)LLC變換器的基礎(chǔ)上將其副邊整流電路替換成有源Boost整流電路，控制方案既可以采用定頻移相控制方法，也可以采用變頻控制方法，還可以采用變頻和定頻移相聯(lián)合控制方法，可以實現(xiàn)對輸出的升降壓調(diào)節(jié)，這種方案便于磁性元件的設(shè)計，同時還能降低原邊開關(guān)管和副邊整流管的電壓應(yīng)力，實現(xiàn)各功率開關(guān)器件的軟開關(guān)，提升變換器的電壓增益范圍、效率和功率密度，滿足寬電壓增益范圍變換場合的需求。
[0032]從附圖2所示的本發(fā)明一種諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)可以直觀地看出，該變換器原邊的開關(guān)器件都直接被輸入電壓鉗位，即其電壓應(yīng)力就等于輸入電壓，而變換器副邊的開關(guān)器件都直接被輸出濾波電容電壓鉗位，也即其電壓應(yīng)力就不超過輸出電壓的一半，原邊和副邊的所有開關(guān)器件都不存在電壓尖峰問題，具有開關(guān)器件電壓應(yīng)力低的優(yōu)點。
[0033]假設(shè)所有電感、電容、開關(guān)管和二極管都為理想器件，忽略第一輸出濾波電容Ccil和第二輸出濾波電容Cci2上的電壓紋波,則第一輸出濾波電容Ccil和第二輸出濾波電容Cci2上的電壓等于輸出電壓0.5U。。
[0034]下面以附圖2所示的一種諧振變換器為例，說明本發(fā)明采用定頻移相控制時的工作原理。附圖3給出了這種諧振變換器采用定頻移相控制時的主要工作波形。本發(fā)明一種諧振變換器(以下簡稱變換器)在半個開關(guān)周期內(nèi)共有五種開關(guān)模態(tài)。
[0035]開關(guān)模態(tài)Utt^t1]:t。時刻之前,原邊第二開關(guān)管(S2)、原邊第三開關(guān)管(S3)和副邊第五開關(guān)管(S5)導(dǎo)通，諧振電流為負(fù)值，副邊第六開關(guān)管(S6)體二極管導(dǎo)通，副邊第五開關(guān)管(S5)和副邊第六開關(guān)管(S6)構(gòu)成的支路流過正向電流，諧振電容((；)和諧振電感(L1O諧振，輸入源形成反電壓加在諧振電容(C；)、諧振電感(U和激磁電感(Lni)構(gòu)成的諧振腔輸入端，變壓器⑴副邊繞組(Ns)兩端電壓為零，激磁電感(Lni)電流大小保持不變；t。時亥IJ，關(guān)斷原邊第二開關(guān)管(S2)和原邊第三開關(guān)管(S3)，諧振電流從原邊第一開關(guān)管(S1)體二極管和原邊第四開關(guān)管(S4)體二極管續(xù)流，原邊第一開關(guān)管(S1)和原邊第四開關(guān)管(S4)漏源極電壓為0，該模態(tài)對應(yīng)的等效電路如圖4所示。
[0036]開關(guān)模態(tài)2[t1; t2] A1時刻，開通原邊第一開關(guān)管(S1)和原邊第四開關(guān)管(S4)可以實現(xiàn)零電壓開通，副邊第六開關(guān)管(S6)體二極管導(dǎo)通，副邊第五開關(guān)管(S5)和副邊第六開關(guān)管(S6)構(gòu)成的支路流過正向電流，副邊第一整流二極管(D1)和副邊第二整流二極管(D2)處于關(guān)斷狀態(tài)，諧振電容((；)和諧振電感(L1O諧振，輸入源形成正電壓加在諧振電容(C；)、諧振電感(U和激磁電感(Lni)構(gòu)成的諧振腔輸入端，變壓器⑴副邊繞組(Ns)兩端電壓為零，激磁電感(Lni)電流大小保持不變，該模態(tài)對應(yīng)的等效電路如圖5所示。
[0037]開關(guān)模態(tài)3[t2，t3] 士時刻，副邊第五開關(guān)管(S5)關(guān)斷，副邊第六開關(guān)管(S6)實現(xiàn)零電壓開通，副邊第五開關(guān)管(S5)和副邊第六開關(guān)管(S6)構(gòu)成的支路電流下降為0，副邊第一整流二極管(D1)導(dǎo)通，諧振電容(Cr)和諧振電感(Lr)諧振，激磁電感(Lni)被輸出折射電壓(nP/ns*Uj箝位，電流線性上升，輸入源通過諧振腔向輸出負(fù)載(Rci)傳遞能量，該模態(tài)對應(yīng)的等效電路如圖6所示。
[0038]開關(guān)模態(tài)4[t3，t4] 士時刻，諧振電感(Lr)電流和激磁電感(Lni)電流相等，諧振電容(C；)、諧振電感(U和激磁電感(Lni)三者共同諧振，副邊第一整流二極管(D1)電流下降到零，實現(xiàn)零電流關(guān)斷，該模態(tài)對應(yīng)的等效電路如圖7所示。
[0039]開關(guān)模態(tài)5[t4，t5]:t4時刻，變壓器⑴副邊繞組(Ns)兩端電壓下降到零，副邊第五開關(guān)管(S5)體二極管導(dǎo)通，副邊第五開關(guān)管(S5)和副邊第六開關(guān)管(S6)構(gòu)成的支路流過反向電流，諧振電容(Cr)和諧振電感(Lr)諧振，激磁電感(Lni)電流大小保持不變，該模態(tài)對應(yīng)的等效電路如圖8所示。
[0040]t5時刻后，下半個開關(guān)周期開始，工作過程類似，不再重復(fù)敘述。
[0041]根據(jù)上述工作過程的描述可知，該變換器各開關(guān)器件均可以實現(xiàn)零電壓開通，兩個整流二極管都可以實現(xiàn)零電流關(guān)斷，不存在二極管反向恢復(fù)問題，因此，所有的開關(guān)器件都是軟開關(guān)工作狀態(tài)。此外，本發(fā)明采用定頻移相控制時，便于磁性元件的設(shè)計，可以提升變換器的輸出電壓增益范圍、效率和功率密度，滿足寬電壓增益范圍變換場合的需求。
【主權(quán)項】
1.一種諧振變換器，其特征在于: 所述一種諧振變換器由輸入源(Uin)、原邊LLC諧振電路(10)、變壓器(T)、副邊有源Boost整流電路(20)和輸出負(fù)載(Rci)構(gòu)成，其中原邊LLC諧振電路(10)由原邊第一開關(guān)管(S》、原邊第二開關(guān)管(S2)、原邊第三開關(guān)管(S3)、原邊第四開關(guān)管(S4)、諧振電容(C；)、諧振電感(U和激磁電感(Lni)組成，副邊有源Boost整流電路(20)由副邊第五開關(guān)管(S5)、副邊第六開關(guān)管(S6)、副邊第一整流二極管(D1)、副邊第二整流二極管(D2)、副邊第一輸出濾波電容(Ccil)和副邊第二輸出濾波電容(Cci2)組成； 所述原邊電路(10)的原邊第一開關(guān)管(S1)的漏極連于原邊第三開關(guān)管(S3)的漏極和輸入源(Uin)的正端，原邊第一開關(guān)管(S1)的源極連于原邊第二開關(guān)管(S2)的漏極和諧振電容(Cr)的一端，諧振電容(Cr)的另一端連于諧振電感(Lr)的一端，諧振電感(Lr)的另一端連于激磁電感(Lni)的一端和變壓器(T)原邊繞組(Np)的同名端，變壓器(T)原邊繞組(Np)的非同名端連于激磁電感(Lni)的另一端、原邊第三開關(guān)管(S3)的源極和原邊第四開關(guān)管(S4)的漏極，原邊第四開關(guān)管(S4)的源極連于原邊第二開關(guān)管(S2)的源極和輸入源(Uin)的負(fù)端； 所述變壓器(T)副邊繞組(Ns)的同名端連于副邊有源Boost整流電路(20)的副邊第五開關(guān)管(S5)的漏極、副邊第一整流二極管(D1)的陽極和副邊第二整流二極管(D2)的陰極，副邊第一整流二極管(D1)的陰極連于副邊第一輸出濾波電容(Ccil)的一端和輸出負(fù)載(R0)的一端，輸出負(fù)載(R。)的另一端連于副邊第二輸出濾波電容(Cci2)的一端和副邊第二整流二極管(D2)的陽極，副邊第二輸出濾波電容(Cci2)的另一端連于副邊第一輸出濾波電容(Ccil)的另一端、變壓器(T)副邊繞組(Ns)的非同名端和副邊第六開關(guān)管(S6)的漏極，副邊第六開關(guān)管(S6)的源極連于副邊第五開關(guān)管(S5)的源極。2.一種基于權(quán)利要求1所述的一種諧振變換器的定頻移相控制方法，其特征在于: 所述第一至第六開關(guān)管(S1-S6)的開關(guān)頻率相等且固定，第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)互補導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)互補導(dǎo)通，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)互補導(dǎo)通，第一開關(guān)管(S》、第二開關(guān)管(S2)、第三開關(guān)管(S3)、第四開關(guān)管(S4)、第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)的占空比相等，第一開關(guān)管(S1)和第四開關(guān)管(S4)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第二開關(guān)管(S2)和第三開關(guān)管(S3)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第一開關(guān)管(S1)的開通時刻不晚于第六開關(guān)管(S6)的開通時刻，第三開關(guān)管(S3)的開通時刻不晚于第五開關(guān)管(S5)的開通時刻，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管(S1)和第六開關(guān)管(S6)導(dǎo)通時刻之間的移相角實現(xiàn)輸出電壓的控制，移相角越大，輸出電壓增益越大。3.一種基于權(quán)利要求1所述的一種諧振變換器的變頻控制方法，其特征在于: 所述第一至第四開關(guān)管(S1?S4)的開關(guān)頻率相等，第五至第六開關(guān)管(S5?S6)整個周期完全關(guān)斷，第一開關(guān)管(S1)與第二開關(guān)管(S2)互補導(dǎo)通，第三開關(guān)管(S3)與第四開關(guān)管(S4)互補導(dǎo)通，第一開關(guān)管(Si)、第二開關(guān)管(S2)、第三開關(guān)管(S3)、第四開關(guān)管(S4)占空比相等，第一開關(guān)管(S1)和第四開關(guān)管(S4)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，第二開關(guān)管(S2)和第三開關(guān)管(S3)同時導(dǎo)通、同時關(guān)斷，通過調(diào)節(jié)第一至第四開關(guān)管(Si?S4)的開關(guān)頻率實現(xiàn)輸出電壓的控制，開關(guān)頻率越低輸出電壓增益越大，最低開關(guān)頻率輸時輸出電壓增益最高。4.一種基于權(quán)利要求1、2和3所述的一種諧振變換器的變頻和定頻移相聯(lián)合控制方法，其特征在于: 所述諧振變換器在開關(guān)頻率高于最低開關(guān)頻率時，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)保持關(guān)斷，變換器采用權(quán)利要求2所述的變頻控制方法；而所述諧振變換器在開關(guān)頻率等于最低開關(guān)頻率時，第五開關(guān)管(S5)和第六開關(guān)管(S6)開始工作，變換器采用權(quán)利要求3所述的定頻移相控制方法。
【文檔編號】H02M3/335GK105896986SQ201410777221
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月11日
【發(fā)明人】吳紅飛, 孫文進(jìn), 葛紅娟, 邢巖
【申請人】南京航空航天大學(xué)