[發明專利]一種基于混合整流結構的諧振變換器及控制方法

有效

• 申請號: 202010075867.9
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111181408B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 潘健;劉松林;陳慶東;呂磊;陳鳳嬌;劉孫德;張琦;陳光義;劉雨晴;熊嘉鑫;宋豪杰;石迪
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

1.一種基于混合整流結構的諧振變換器，其特征在于：由直流輸入源(V_in)、原邊半橋LLC諧振電路(10)、變壓器(T)、副邊混合整流電路(20)和輸出電阻負載(R_o)構成，副邊混合整流電路(20)的工作模式能夠在全橋整流模式和倍壓整流模式之間切換；

原邊半橋LLC諧振電路(10)由原邊第一開關管(S₁)、原邊第二開關管(S₂)、諧振電容(C_r)、諧振電感(L_r)和勵磁電感(L_m)組成；

副邊混合整流電路(20)由副邊第一整流二極管(D₁)、副邊第二整流二極管(D₂)、副邊第三整流二極管(D₃)、副邊第四整流二極管(D₄)、副邊第三開關管(S₃)、副邊第四開關管(S₄)、副邊第一輸出濾波電容(C_o1)和副邊第二輸出濾波電容(C_o2)組成；

所述原邊半橋LLC諧振電路(10)的原邊第一開關管(S₁)的漏極連于直流輸入源(V_in)的正端，原邊第一開關管(S₁)的源極連于原邊第二開關管(S₂)的漏極和諧振電容(C_r)的一端，諧振電容(C_r)的另一端連于諧振電感(L_r)的一端，諧振電感(L_r)的另一端連于勵磁電感(L_m)的一端和變壓器(T)原邊繞組(N_P)的同名端，變壓器(T)原邊繞組(N_P)的非同名端連于勵磁電感(L_m)的另一端、原邊第二開關管(S₂)的源極和直流輸入源(V_in)的負端；

所述變壓器(T)副邊繞組(N_S)的同名端連于副邊第一整流二極管(D₁)的陽極和副邊第三整流二極管(D₃)的陰極，副邊第一整流二極管(D₁)的陰極連于副邊第二整流二極管(D₂)的陰極、副邊第一輸出濾波電容(C_o1)的一端和輸出負載(R_o)的一端，輸出負載(R_o)的另一端連于副邊第二輸出濾波電容(C_o2)的一端、副邊第三整流二極管(D₃)的陽極和副邊第四整流二極管(D₄)的陽極，副邊第一輸出濾波電容(C_o1)的另一端連于副邊第二輸出濾波電容(C_o2)的另一端和副邊第四開關管(S₄)的漏極，變壓器(T)副邊繞組(N_S)的非同名端連于副邊第二整流二極管(D₂)的陽極、副邊第四整流二極管(D₄)的陰極和副邊第三開關管(S₃)的漏極，副邊第三開關管(S₃)的源極連于副邊第四開關管(S₄)的源極；

采用窄頻率范圍變頻控制方式，或定頻PWM控制方式，或變頻的脈沖寬度調制控制方式；

采用窄頻率范圍變頻控制方式時，實現如下，

所述原邊第一開關管(S₁)的開關頻率和原邊第二開關管(S₂)的開關頻率相等，原邊第一開關管(S₁)與原邊第二開關管(S₂)互補導通，副邊第三開關管(S₃)和副邊第四開關管(S₄)在整個周期完全關斷，副邊混合整流電路(20)工作于全橋整流模式；

調節原邊第一開關管(S₁)和原邊第二開關管(S₂)的開關頻率調節電壓增益，開關頻率越低，輸出電壓增益越大，當開關頻率達到最低頻率時，輸出電壓增益最高；此時，副邊第三開關管(S₃)與副邊第四開關管(S₄)互補導通，副邊第四開關管(S₄)與原邊第一開關管(S₁)同時導通，副邊第三開關管(S₃)與原邊第二開關管(S₂)同時導通，副邊混合整流電路(20)由全橋整流模式切換到倍壓整流模式；

再次調節原邊第一開關管(S₁)和原邊第二開關管(S₂)的開關頻率調節電壓增益，開關頻率越低，輸出電壓增益越大，當開關頻率最低時，輸出電壓增益最高；

采用定頻PWM控制方式時，實現如下，

所述原邊第一開關管(S₁)的開關頻率和原邊第二開關管(S₂)的開關頻率相等且等于諧振頻率，原邊第一開關管(S₁)與原邊第二開關管(S₂)互補導通，原邊半橋LLC諧振電路(10)工作在最佳效率點；

副邊第三開關管(S₃)和副邊第四開關管(S₄)采用PWM控制，副邊第三開關管(S₃)和副邊第四開關管(S₄)的占空比相等，記為D3＝D4；

原邊第一開關管(S₁)導通占空比為Da時，副邊第三開關管(S₃)和副邊第四開關管(S₄)在占空比Da時間內完全關斷，副邊混合整流電路(20)工作于全橋整流模式；占空比Da之后，副邊第四開關管(S₄)導通占空比為D4，D4＝0.5-Da，副邊混合整流電路(20)工作于倍壓整流模式；

副邊第四開關管(S₄)導通占空比D4之后，原邊第一開關管(S₁)和副邊第四開關管(S₄)關斷，原邊第二開關管(S₂)和副邊第三開關管(S₃)導通，副邊第三開關管(S₃)導通占空比為D3，D3＝D4，副邊混合整流電路(20)保持工作于倍壓整流模式；

副邊第三開關管(S₃)導通占空比D3之后，副邊第三開關管(S₃)關斷，副邊混合整流電路(20)切換為全橋整流模式；

因此，副邊混合整流電路(20)的倍壓整流模式占空比為D3+D4＝2D3＝2D4，副邊混合整流電路(20)的倍壓整流模式的占空比越大，輸出電壓增益越高。

2.根據權利要求1所述基于混合整流結構的諧振變換器，其特征在于：用于分布式電源系統。