[發明專利]一種DC?DC諧振變換器

在審

• 申請號: 201710245707.2
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106961222A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 張東華;李國棟;李小兵;楊奇;王媛
• 申請（專利權）人: 武漢中原電子集團有限公司
• 主分類號: H02M3/338
• 分類號: H02M3/338
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 李鵬,王敏鋒

技術領域

本發明涉及PFM功率變換技術領域，尤其涉及一種DC-DC諧振變換器，適用于電動汽車車載充電及其他要求高效率的功率設備供電。

背景技術

諧振變換器是利用軟開關技術發展起來的一種DC/DC變換器，通過建立諧振電路，使得開關管可以在零電壓下進行通斷切換，具有隔離性能好、損耗低、多路輸出直流電源等優點。

圖1為現有DC/DC諧振變換器的電路結構示意圖，以該DC/DC諧振變換器為半橋LLC諧振變換器為例，該半橋LLC諧振變換器包括：全橋開關電路、諧振電路、諧振電壓輸出電路、變壓器和輸出整流濾波電路，圖1所示的電路工作原理如下：當Q2關斷(此時，Q1還未導通)，C1放電，由L1、C1形成的諧振電流(流過L1、 C1的電流)對Q2兩端的結電容進行充電，同時對Q1兩端的結電容進行放電，Q1 兩端電壓降逐漸降低，當Q1兩端電壓降為零時，D1導通，實現Q1的零電壓切換； D1導通，即Q1接通輸入電壓，輸入電壓、Q1、L1、C1、L2組成電流回路，在輸入電壓作用下，諧振電流以正弦函數形式升高，并對C1進行充電，流過L2的勵磁電流線性升高，諧振電流大于勵磁電流，其電流差經變壓器原邊繞組變換至變壓器副邊繞組后經整流濾波后輸出；

由于Ql的開關頻率小于L1與諧振電容C1的諧振頻率，因而，諧振電流經過半個半諧振周期(四分之一諧振周期)的諧振后，Ql仍處于導通狀態，繼續對C1進行充電，諧振電流逐漸減小，勵磁電流仍然線性升高，當諧振電流下降到與勵磁電流相等時，電流差為零，使得變壓器原邊繞組電流為零，流過輸出整流濾波電路中 D3的電流為零，D3關斷，即D3在電流過零時自然關斷，從而實現零電流關斷；

此后，Q1繼續導通，流過變壓器原邊繞組的電流近似為零，L2不再受輸出電壓的鉗位作用而成為自由電感，這樣，L1、C1與L2組成諧振電路進行諧振，實際應用中，L2的電感量遠大于L1的電感量，也就是說，由L1、C1與L2組成的諧振電路的諧振周期遠大于由L1、C1組成的諧振電路的諧振周期，而Q1的導通周期較短，因而，可認為諧振電流在Q1的導通周期內基本保持恒定，而繼續對C1進行充電。

此后，Q1關斷，由L1、C1與L2形成的諧振電流變向，對Q1兩端的結電容進行充電，同時對Q2兩端的結電容進行放電，Q2兩端電壓降逐漸降低，當Q2兩端電壓降為零時，D2導通，實現Q2的零電壓切換，此時，C1的充電量達到最大；

Q1關斷、D2導通，C1放電，Q2、L1、C1、L2組成續流回路，諧振電流以正弦函數形式減小，流過L2的勵磁電流以線性形式降低，諧振電流減小的幅度大于勵磁電流減小的幅度，其電流差經變壓器原邊繞組變換至變壓器副邊繞組后經整流濾波后輸出；

由于Q2的開關頻率小于L1與諧振電容C1的諧振頻率，因而，諧振電流經過半個半諧振周期的諧振后，Q2仍處于導通狀態，C1繼續放電，諧振電流逐漸增大，勵磁電流仍然線性降低，當諧振電流增大到與勵磁電流相等時，電流差為零，使得變壓器原邊繞組電流為零，流過輸出整流濾波電路中D4的電流為零，D4關斷，即D4 在電流過零時自然關斷，從而實現零電流關斷；

此后，Q2繼續導通，流過變壓器原邊繞組的電流近似為零，L2不再受輸出電壓的鉗位作用而成為自由電感，這樣，L1、C1與L2組成諧振電路進行諧振，諧振電流在Q2的導通周期內基本保持恒定，C1繼續放電，

此后，Q2關斷，重復前述流程。

圖1所示的諧振變換器輸出電壓Vo與輸入電壓Vin以及電路參數的函數關系式如公式(1)所示。

公式(1)中，M為輸出電壓與輸入電壓的比值，Q_s為品質因數(諧振系數)， f為開關頻率，n為變壓器原副邊繞組比，f₁為諧振頻率，其中，

公式中，R_e是負載等效電阻值折算到變換器原邊繞組的阻值，其計算公式為：

P_o＝V_o*I_o公式(5)

公式(5)中，P_o為輸出的負載功率，

圖2為現有對稱半橋結構的諧振變換器傳遞函數曲線示意圖，該傳遞函數為開關的開關頻率與輸出電壓的特性曲線。