[發(fā)明專利]一類輕載性能提升的LLC諧振變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110365380.9
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113114041B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 束冬冬;王浩宇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海科技大學(xué)
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/088
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;柏子雵

本發(fā)明提供了一類輕載性能提升的LLC諧振變換器，所述輕載性能提升技術(shù)所基于拓撲的原邊包括由四個開關(guān)管S₁至S₄，副邊包括四個二極管D₁至D₄，副邊經(jīng)由輸出電容連接負載R，其中，二極管D₁及二極管D₃位于同一橋臂，二極管D₂與二極管D₄位于另一橋臂，其特征在于，副邊還包括一個四象限開關(guān)S₅。為提升LLC諧振變換器輕載性能技術(shù)，本發(fā)明在傳統(tǒng)LLC電路的基礎(chǔ)上通過電路重構(gòu)的方法增加一種適合輕載狀況的工作模態(tài)，以解決電路輕載狀況下調(diào)壓能力問題和低效率問題，實現(xiàn)在不同負載情況下的高效率功率傳輸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LLC諧振變換器，尤其涉及一種輕載性能提升的LLC諧振變換器。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用場景的多樣化，高效率小體積的便攜式設(shè)備在生活中越來越多。對于開關(guān)電源的效率和體積要求也越來越高。提高變換器的效率是解決能源問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。LLC諧振電路由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)軟開關(guān)，高效率等特點而被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)LLC電路拓撲中，原邊是由四個MOSFET組成的全橋逆變結(jié)構(gòu)，副邊是由四個二極管組成的全波整流電路。原邊和副邊通過由變壓器、諧振電容和諧振電感串聯(lián)的諧振網(wǎng)絡(luò)連接。該拓撲在中、大功率傳輸應(yīng)用場景中被廣泛使用。

而在一些應(yīng)用場景中，時常會有輕載工作狀況。在輕載狀況下，副邊二極管和變壓器的寄生電容對電路增益的影響變得明顯，當開關(guān)頻率大于諧振頻率時，LLC電路會出現(xiàn)喪失調(diào)壓能力的問題。此外，輕載狀況下的主要損耗是磁性元件損耗和導(dǎo)通損耗。而導(dǎo)通損耗主要由勵磁電感中環(huán)流主導(dǎo)。磁性元件鐵損主要由磁性元件的伏秒積決定。因而輕載下的損耗主要是由變換器的參數(shù)決定而與負載無關(guān)。因此，在傳統(tǒng)的工作模式下輕載效率會明顯降低。

綜上，在輕載狀況下系統(tǒng)的調(diào)壓能力受寄生參數(shù)影響，系統(tǒng)效率受變換器的參數(shù)限制，這嚴重影響了變換器的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提高LLC諧振電路在輕載狀態(tài)下的調(diào)壓能力和傳輸效率

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一類輕載性能提升的LLC諧振變換器，所述輕載性能提升技術(shù)所基于的電路拓撲的原邊包括四個開關(guān)管S₁至S₄，副邊包括四個二極管D₁至D₄，副邊經(jīng)由輸出電容連接負載R，其中，二極管D₁及二極管D₃位于同一橋臂，二極管D₂與二極管D₄位于另一橋臂，其特征在于，副邊還包括一個四象限開關(guān)S₅；

對所述諧振變換器的輸出電流進行檢測，若輸出電流大于閾值電流I_th，則判斷變換器工作在重載狀態(tài)，控制四象限開關(guān)S₅斷開使得所述諧振變換器切換至重載模態(tài)，此時，原邊工作于全橋模式，四個二極管D₁至D₄交替導(dǎo)通，使得副邊工作在全波整流模式；若輸出電流小于閾值電流I_th，則判斷所述諧振變換器工作在輕載狀況，控制四象限開關(guān)S₅導(dǎo)通，此時，原邊工作于半橋模式，二極管D₁及二極管D₂交替導(dǎo)通，二極管D₃及二極管D₄相當于與輸出電容并聯(lián)的電容，副邊工作在倍壓模式。

優(yōu)選地，所述四象限開關(guān)S₅由兩個MOSFET背靠背組成。

優(yōu)選地，兩個所述MOSFET由同一個驅(qū)動電路驅(qū)動。

為提升LLC諧振變換器輕載性能，本發(fā)明在傳統(tǒng)LLC電路的基礎(chǔ)上通過電路重構(gòu)的方法增加一種適合輕載狀況的工作模態(tài)，以解決電路輕載狀況下調(diào)壓能力問題和低效率問題，實現(xiàn)在不同負載情況下的高效率功率傳輸。