[發明專利]基于LLC拓撲的實現超寬輸出電壓范圍的系統及方法

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• 申請號: 201710065857.5
• 申請日: 2017-02-06
• 公開（公告）號: CN106787765A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 黃厚誠;劉愛忠;馬文超;胡勇;于波峰;唐亮;李勇
• 申請（專利權）人: 山東魯能智能技術有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種基于LLC拓撲的實現超寬輸出電壓范圍的系統及方法。

背景技術

隨著新能源電動汽車的產業化及充電站的設施建設的持續發展，對充電樁建設提出了體積小、功率密度高、效率高、輸出電壓范圍大的要求。為了適用目前市面多種汽車的充電需求，需要充電樁輸出較寬范圍的電壓，范圍可達200V～750VDC。目前充電模塊DCDC部分大都采用LLC拓撲，而LLC拓撲對輸出電壓范圍大這方面不易實現。LLC拓撲一般采用全橋和半橋方式。

然而，無論采用全橋方式還是半橋方式，LLC拓撲均采用PFM調頻控制方法，當需要實現寬電壓范圍輸出時，調頻的范圍太寬，當電壓往高調時，很容易進入ZCS狀態；當電壓往底調時，開關頻率提高，使mos、整流二極管、變壓器、諧振電感的損耗增加。

綜上，目前充電模塊DCDC部分大多采用LLC拓撲，LLC拓撲具可以實現全范圍mos軟開通、輸出整流二極管可以實現零電流關斷、輸出紋波電流小，不需要很大電容等特點。但LLC采用PFM調頻控制方法，當需要實現寬電壓范圍輸出時，調頻的范圍太寬，當電壓往高調時，很容易進入ZCS狀態；當電壓往底調時，開關頻率提高，使mos、整流二極管、變壓器、諧振電感的損耗增加。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于LLC拓撲的實現超寬輸出電壓范圍的系統及方法，本發明與單獨使用全橋LLC和半橋LLC的充電模塊相比，在不增加成本的情況下，能夠有效的擴大輸出電壓的范圍。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于LLC拓撲的實現超寬輸出電壓范圍的系統，包括全橋LLC拓撲結構，所述全橋LLC拓撲結構的開關管全橋電路的橋臂上設置有切換電路，使其能夠切換狀態，形成半橋電路。

所述全橋LLC拓撲結構，包括直流輸入電源，連接直流輸入電源的開關管全橋電路，連接在全橋電路中性點的諧振電路和連接諧振電路的變壓器初級勵磁電感，變壓器次級勵磁電感通過全橋整流電路和濾波電容后連接負載。

所述諧振電路包括串聯的諧振電容和諧振電感。

所述諧振電路和變壓器初級勵磁電感形成諧振網絡。

所述切換電路控制狀態為全橋電路時，相鄰橋臂使用互補的驅動信號，所述驅動信號占空比為50％，且兩個驅動信號之前存在死區。

所述切換電路控制狀態為半橋電路時，相鄰橋臂使用互補的驅動信號，所述驅動信號占空比為50％，且兩個驅動信號之前存在死區。

所述切換電路控制狀態為半橋電路時，將開關管全橋電路一側的上橋臂開關管開路，下橋臂開關管短路。

一種基于LLC拓撲的實現超寬輸出電壓范圍的方法，當輸出電壓的范圍差值超過設定值時，切換為全橋LLC拓撲結構，否則，切換LLC拓撲為半橋LLC拓撲結構，以保證充電模塊實現在大部分情況下工作在諧振點附近，減少開關損耗。

切換LLC拓撲為半橋LLC拓撲結構的方法為將開關管全橋電路一側的上橋臂開關管Q4驅動輸出為高，Q4的漏極、源極為導通狀態；將開關管全橋電路一側的上橋臂開關管Q3驅動輸出為低電平，Q3的漏極、源極為高阻狀態，開關管全橋電路另一側的兩個開關管使用互補波形進行輸出。

本發明的有益效果為：

(1)本發明結構簡單，能夠實現全橋LLC及半橋LLC之間的切換，實現充電模塊DC/DC部分能夠實現在大部分情況下工作在諧振點附近，以減少開關損耗；

(2)本發明與單獨使用全橋LLC和半橋LLC的充電模塊相比，在不增加成本的情況下有效的擴大輸出電壓范圍、更易與諧振網絡設計并提高低電壓下效率。

附圖說明

圖1為本發明的LLC拓撲全橋電路的結構示意圖；

圖2為本發明的LLC拓撲半橋電路的結構示意圖；

圖3為兩種LLC拓撲結構電壓與開關頻率的關系示意圖。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

全橋LLC拓撲如圖1所示，其組成可以分解為一下幾部分：

直流輸入電源Vin。

由mosQ1、Q2、Q3、Q4組成的全橋，其中D1、D2、D3、D4為mos內部寄生二極管，C1、C2、C3、C4為mos內部DS寄生電容。

諧振電容Cr。

諧振電感Lr。

初級勵磁電感為Lm的變壓器，其匝比為n。

由二極管D5、D6、D7、D8組成的全橋整流。

濾波電容Cf。

負載RL。