[發明專利]一種基于工作模式切換的混合LLC諧振變換器拓撲結構和控制方法

在審

• 申請號: 202110761483.7
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113452260A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 方煒;王偉;齊楠;劉曉東;劉宿城
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;B60L53/20
• 代理公司: 合肥順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 李潔

本發明開了隔離型開關電源技術領域的一種基于工作模式切換的混合LLC諧振變換器拓撲結構，包括主電路和控制電路，主電路包括輸入側逆變網絡、LLC諧振網絡、高頻變壓器T₁和T₂、二次側整流濾波網絡和分壓采樣電路，控制電路包括輸出電流電壓采樣電路、數字控制器和驅動電路；本發明通過控制PWM調制信號改變混合LLC諧振變換器的四個開關管的開通和關斷，即可實現全橋LLC諧振變換器和半橋LLC諧振變換器的拓撲結構變換，且無需增加額外的開關器件，通過混合LLC諧振變換器工作模式的切換，減小了LLC諧振變換器在輕載情況下的損耗，提高了變換器的效率，充電過程后期通過單個變壓器和兩個開關管輸出電能，解決了輕載時效率低的問題。

技術領域

本發明涉及隔離型開關電源技術領域，具體涉及一種基于工作模式切換的混合LLC諧振變換器拓撲結構和控制方法。

背景技術

隨著電力電子技術的快速發展，開關電源功率變換器得到了廣泛的應用。其中LLC諧振變換器結構簡單，轉換效率高，在大功率充電電路設計方面有很大的優勢。但LLC諧振變換器存在輕載效率較低和大功率變壓器設計困難等問題，因此改進型LLC諧振變換器越來越受到人們的關注。

針對LLC諧振變換器存在的問題，已公開的文獻《Full-bridge LLC resonantconverter with series-parallel connected transformers for electric vehicleon-board charger》提出了一種全橋LLC諧振變換器，該變換器采用變壓器原邊串聯副邊經過整流后直接并聯的結構。在相同功率水平下，與傳統的LLC諧振變換器的單變壓器結構相比，所改進的變換器可以降低二次繞組的電流應力、整流二極管的導通損耗小、低剖面鐵芯可以減少變壓器的損耗、改善散熱等優點。但該文獻重點在于全橋LLC諧振變換器拓撲結構的改進，輕載效率低的問題沒有得到很好的解決。又比如《A five-switch bridge basedreconfigurable LLC converter for deeply depleted PEV charging applications》研究了改變開關模式對雙LLC諧振腔的重構。通過在變壓器一次側前橋臂增加一個額外的開關管，以產生各種交流輸入電壓或改變諧振腔的結構，從而在預定的頻率跨度中產生不同的電壓增益。盡管調節范圍有所改善，但電流在開關之間分布不均勻，且多加了個開關管，增加了開關損耗。

因此，亟需設計一種基于工作模式切換的混合LLC諧振變換器拓撲結構和控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于工作模式切換的混合LLC諧振變換器拓撲結構和控制方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于工作模式切換的混合LLC諧振變換器拓撲結構，包括主電路和控制電路，其特征在于：所述主電路包括輸入側逆變網絡、LLC諧振網絡、高頻變壓器T₁和T₂、二次側整流濾波網絡和分壓采樣電路，所述控制電路包括輸出電流電壓采樣電路、數字控制器和驅動電路。

進一步的，上述基于工作模式切換的混合LLC諧振變換器拓撲結構中，所述高頻變壓器T₁和T₂原邊串聯、中點連接供電電源負端、副邊經整流電路并聯連接負載。

一種基于工作模式切換的混合LLC諧振變換器拓撲結構的控制方法，通過檢測負載電流判斷實施負荷分區控制，輸出PWM調制信號控制輸入側逆變網絡中開關器件Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的導通與關斷，實現全橋和半橋不同工作模式之間進行切換。