[發明專利]一種基于自適應混合整流多開關諧振LLC變換器的控制方法

在審

• 申請號: 202210019894.3
• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114337344A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 潘健;郭泓展;邵冰;張恢鑒;石迪;宋豪杰;李子修;易深華
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H02M7/521
• 分類號: H02M7/521;H02M1/08;H02M7/162;H02M1/12;H02M1/14
• 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: 薛玲

本發明提出一種基于自適應混合整流多開關諧振LLC變換器的控制方法。其特征在于結構簡單，在實現相同寬輸出電壓范圍的情況下所需元器件數量少，包括：電容單元、逆變網絡、諧振網絡、高頻變壓器、整流網絡、脈沖信號發生單元。本發明控制方法采用定頻不對稱脈沖寬度(APWM)調制，開關頻率固定且等于諧振頻率，僅通過脈沖信號發生單元來改變開關管的導通占空比，實現全橋和半橋逆變電路以及全橋和倍壓整流電路的平滑切換，進而實現超寬輸出電壓調節。同時，電路中循環電流小，控制簡單且有利于變壓器體積小型化。

技術領域

本發明屬于電力電子領域，尤其涉及一種基于自適應混合整流多開關諧振LLC變換器的控制方法。

背景技術

近年來，隨著能源危機、環境污染等問題日益凸顯，新能源汽車、風力發電、光伏等清潔型能源應用迎來了大發展時期，其中，具有電氣隔離的DC-DC變換器在上述領域發揮著不可或缺的作用。當前，高轉換效率、高功率密度是DC-DC變換器的主流發展方向，如何滿足其在不同應用場合的電壓調節需求、高頻和高效運行、體積小型化是其主要研究熱點。

在一系列直流-直流變換器中，LLC諧振變換器以其結構簡單、優良的軟開關性能、高開關頻率和高功率密度等優點，近年來成為了電力電子領域研究熱點。然而，在需要寬輸出電壓應用場合(如：電動汽車充電機、照明電源、分布式配電等)，脈沖頻率調制的LLC諧振變換器因其電壓增益受開關頻率限制，難以實現寬電壓調節范圍。并且，采用頻率調制使得變換器設計變得復雜。特別的，當開關頻率遠離諧振頻率時，電路中會存在較大的循環電流，且開關管不能實現零電壓關斷(ZVS)，整流側二極管不能實現零電流導通(ZCS)，無疑增大了變換器的導通損耗的開關損耗，能量轉換效率很低。此外，工作在寬開關頻率時，低開關頻率對應著大的變壓器的體積的重量，違背了變換器的體積小型化設計，阻礙了開關電源往高功率密度方向上的發展。

發明內容

本發明的目的主要是針對現有技術存在的不足，為寬輸出電壓應用場合提出了一種帶自適應混合整流結構的五開關雙諧振LLC諧振變換器電路及其控制方法，旨在實現變換器寬電壓增益的同時，減小開關損耗、導通損耗和變壓器體積。

第一方面本發明提供一種自適應混合整流多開關諧振LLC變換器，就能夠實現自適應切換電路整流方式，減小了元器件數量和體積的同時實現了更寬的輸出電壓增益范圍。

本發明的系統技術方案為一種自適應混合整流多開關諧振LLC變換器，其特征在于，包括：電容單元(Ⅰ)、逆變網絡(Ⅱ)、諧振網絡(Ⅲ)、高頻變壓器(Ⅳ)、整流網絡(Ⅴ)、脈沖信號發生單元(Ⅵ)。

具體組成元件如下：

所述電容單元(Ⅰ)包含直流輸入電源U_in、第一輸入電容C_in1、第二輸入電容C_in2；

所述逆變網絡(Ⅱ)包含第一開關管S₁、第二開關管S₂、第三開關管S₃、第四開關管S₄；

所述諧振網絡(Ⅲ)包含諧振電容C_r、諧振電感L_r、第一勵磁電感L_m1，第二勵磁電感L_m2。

所述高頻變壓器(Ⅳ)包含第一高頻變壓器T₁、第二高頻變壓器T₂。

所述整流網絡(Ⅴ)包含第一整流二極管D₁、第二整流二極管D₂、第三整流二極管D₃、第四整流二極管D₄，輔助第五開關管S₅，第一濾波電容C_O1、第二濾波電容C_O2，等效阻性負載R₀；