[發明專利]一種高降壓比雙諧振三電平LLC諧振變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 202110058301.X
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112865538A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 馬紅波;盧松;徐帥東;易俊宏
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/088;H02M1/32
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

本發明公開了一種高降壓比雙諧振三電平LLC諧振變換器及其控制方法。變換器包括飛跨電容C_FLY、三電平橋臂、飛跨電容C_MID、第一諧振網絡、第一隔離變壓器、第二諧振網絡、第二隔離變壓器和整流電路。其中，三電平橋臂是將第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管依次串聯后接在輸入的正負兩端，飛跨電容C_FLY跨接第一開關管的源極和第三開關管的源極，飛跨電容C_MID跨接第二開關管的源極和第四開關管的源極。本發明具有更高的降壓能力，體現在三電平橋臂逆變出的諧振腔輸入電壓峰峰值為輸入電壓V_IN的一半，還有利于減小變壓器匝數，從而降低單個變壓器損耗，尤其是在變壓器原邊電流大且匝數多的情況下，能夠大大提高變換器整體的效率和功率密度。

技術領域

本發明涉及雙諧振變換器技術領域，特別是一種高降壓比雙諧振三電平LLC諧振變換器及其控制方法。

背景技術

LLC諧振變換器因拓撲簡單、軟開關特性優越等優點，在學術界和產業界受到廣泛關注。其中雙諧振類型的LLC變換器因擁有兩個諧振腔和隔離變壓器，具有效率高，散熱特性良好，易于實現雙路輸出等特性得到廣泛應用。

工業界和產業界的廣泛使用的半橋雙諧振LLC諧振變換器如圖1a、圖1b所示。其中，圖1a所示結構為兩路輸出場景下結構，圖1b所示結構為單路輸出場景下結構。圖1a、圖1b所示的半橋雙諧振LLC諧振變換器均由開關逆變橋臂電路、諧振電路、變壓器和整流電路等部分組成，開關逆變橋臂電路由兩個開關管Q₁、Q₂串聯而成，用于將直流電壓逆變為一個方波；諧振電路幫助實現開關管的軟開關特性；變壓器和整流電路用于將能量傳輸到負載端。圖1a、圖1b所示的半橋雙諧振LLC諧振變換器的控制策略如圖2所示，拓撲中的開關管Q₁由一個的50％占空比的控制信號驅動，而開關管Q₂由另一個互補的50％占空比控制信號驅動，故其橋臂逆變出的兩個諧振腔輸入電壓峰峰值等于輸入電壓V_IN。在實際應用時，兩個管子的驅動信號之間應有死區時間，用于防止管子直通和實現開關管的零電壓導通。

隨著現代工業系統的發展，圖1a、圖1b所示兩種半橋LLC雙諧振變換器拓撲的缺點也逐漸顯現出來。在高壓輸入場合或者高降壓比場景下，現有的雙諧振半橋LLC變換器存在降壓能力不足問題，這會導致變壓器原邊匝數的增加，進而導致兩個變壓器均增加了額外的損耗和體積，不利于提高變換器的效率和功率密度。

發明內容

本發明的目的是提供一種高降壓比雙諧振三電平LLC諧振變換器及其控制方法。

實現本發明目的的技術方案如下：

一種高降壓比雙諧振三電平LLC諧振變換器，包括三電平橋臂；所述三電平橋臂包括依次串聯的第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管，還包括跨接在第一開關管源極和第三開關管源極的第一飛跨電容以及跨接在第二開關管源極和第四開關管源極的第二飛跨電容，第一開關管漏極連接到電源正極，第四開關管源極連接到電源負極；還包括依次連接的第一諧振網絡、第一隔離變壓器和第一整流電路；第一諧振網絡的正輸入端連接到第一開關管漏極，負輸入端連接到第一開關管源極；還包括依次連接的第二諧振網絡、第二隔離變壓器和第二整流電路；第二諧振網絡的正輸入端連接到第三開關管源極，負輸入端連接到第四開關管源極。

進一步的技術方案為：第一整流電路的輸出端用于連接第一負載，第二整流電路的輸出端用于連接第二負載。或者，第一隔離變壓器和第二隔離變壓器匝數相等，第一整流電路的輸出端與第二整流電路的輸出端并聯后用于連接負載。

上述高降壓比雙諧振三電平LLC諧振變換器的控制方法，對第一開關管和第三開關管同時施加第一組50％占空比的驅動信號，對第二開關管和第四開關管同時施加第二組50％占空比的驅動信號；第一組驅動信號和第二組驅動信號互補；第一組驅動信號與第二組驅動信號之間設置有死區時間。