[发明专利]一种谐振变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振变换器及其控制方法，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

隔离型变换器适用于输入输出要求电气隔离的应用场合，在新能源发电、工业、民用、航空航天等各个领域具有广泛的应用。

传统的隔离型直流变换器，例如正激变换器、反激变换器、推挽变换器、半桥变换器、全桥变换器等虽然能够实现电气隔离的功率变换，但普遍存在以下问题：开关器件的电压应力高，特别是变换器副边整流二极管的电压应力远高于输出电压；变压器漏感引起的开关器件的电压尖峰和震荡，进一步加剧了开关器件的应力、降低了可靠性和效率。此外，传统的直流变换器通常不能实现开关管的软开关，限制了变换器的效率。虽然全桥变换器通过采用移相控制可以在特定负载和输入输出电压条件下实现软开关，但是其代价是增加了变换器的导通损耗，特别是漏感引起的环流损耗，当输入电压降低时，环流损耗将急剧增加，此外，移相全桥变换器在轻载时也无法实现软开关。

谐振类变换器以其出色的软开关性能而在近年获得了广泛的关注与研究，LLC谐振变换器是其中最具代表性的一种。LLC谐振变换器能够在整个电压和负载范围内实现所有开关管和二极管的软开关，特别适合高频、高功率密度功率变换。然而，LLC谐振变换器需要通过改变开关频率来实现输出电压的调节，当负载或输入电压波动时，开关频率需要在很宽范围内变化，这给变换器的分析、设计和实现，特别是磁性器件的优化设计和实现都带来了极大困难和挑战，而变频控制的实现也较常规的定频控制复杂的多，对变换器的建模分析等也造成了很大困难。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种能够工作于固定开关频率的谐振变换器及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明通过采用改进的电路结构将两个传统的LLC谐振变换器加以组合，其中每个LLC谐振变换器都工作在固定的开关频率，且开关频率等于谐振网络的谐振频率，通过两个LLC谐振变换器之间的移相控制实现输出电压的连续调节，从而不需要改变LLC谐振变换器的开关频率，非常利于在固定频率点实现变换器的优化设计。

本发明采用以下技术方案：

所述谐振变换器由第一高频矩形波电压源(u_P1)、第二高频矩形波电压源(u_P2)、第一谐振电感(L_r1)、第二谐振电感(L_r2)、第一谐振电容(C_r1)、第二谐振电容(C_r2)、第一主电感(L_m1)、第二主电感(L_m2)、第一变压器(T₁)、第二变压器(T₂)、第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)、第四二极管(D₄)、第五二极管(D₅)、第六二极管(D₆)、输出滤波电容(C_o)和负载(R_o)构成，其中第一变压器(T₁)包括第一原边绕组(N_P1)和第一副边绕组(N_S1)，第二变压器(T₂)包括第二原边绕组(N_P2)和第二副边绕组(N_S2)；所述第一高频矩形波电压源(u_P1)的一端连接第一谐振电感(L_r1)的一端，第一谐振电感(L_r1)的另一端连接第一谐振电容(C_r1)的一端，第一谐振电容(C_r1)的另一端连接第一主电感(L_m1)的一端和第一变压器(T₁)第一原边绕组(N_P1)的同名端，第一变压器(T₁)第一原边绕组(N_P1)的非同名端连接第一主电感(L_m1)的另一端和第一高频矩形波电压源(u_P1)的另一端；所述第二高频矩形波电压源(u_P2)的一端连接第二谐振电感(L_r2)的一端，第二谐振电感(L_r2)的另一端连接第二谐振电容(C_r2)的一端，第二谐振电容(C_r2)的另一端连接第二主电感(L_m2)的一端和第二变压器(T₂)第二原边绕组(N_P2)的非同名端，第二变压器(T₂)第二原边绕组(N_P2)的同名端连接第二主电感(L_m2)的另一端和第二高频矩形波电压源(u_P2)的另一端；所述第一变压器(T₁)第一副边绕组(N_S1)的同名端连接第一二极管(D₁)的阳极和第二二极管(D₂)的阴极，第一变压器(T₁)第一副边绕组(N_S1)的非同名端连接第二变压器(T₂)第二副边绕组(N_S2)的非同名端、第三二极管(D₃)的阳极和第四二极管(D₄)的阴极，第二变压器(T₂)第二副边绕组(N_S2)的同名端连接第五二极管(D₅)的阳极和第六二极管(D₆)的阴极，第一二极管(D₁)的阴极连接第三二极管(D₃)的阴极、第五二极管(D₅)的阴极、输出滤波电容(C_o)的一端和负载(R_o)的一端，输出滤波电容(C_o)的另一端连接负载(R_o)的另一端、第二二极管(D₂)的阳极、第四二极管(D₄)的阳极和第六二极管(D₆)的阳极。