[发明专利]一种谐振直流/直流变换器

说明书

本发明公开了一种谐振直流/直流变换器，包括直流源单元、功率变换单元、控制单元和输出整流单元。其中功率变换单元包括谐振电路和至少一路移相电路，移相电路包括至少一对第一开关元件S1、S2和至少一颗移相电感L_a，移相电感一端与第一开关元件S1、S2的桥节点相连，另一端则耦接至谐振电路；控制单元驱动功率变换单元每一开关元件，根据输出整流单元反馈信号计算开关频率和第一开关元件的移相角。另外，该谐振直流/直流变换器适用于串联方案，也可扩展为两路或多路并联，实现交错。本发明在谐振电路基础上增加了移相电路，通过调整移相角使得输出电压下降，实现谐振电路宽输出电压范围的调节。

技术领域

本发明涉及直流电源变换技术，并且更具体地，涉及一种谐振直流/直流变换器。

背景技术：

谐振变换器由于其简单的电路拓扑，以及能够在全负载范围实现软开关的特性，被广泛应用于电源等产品。谐振变换器虽然有诸多优点，但仍存在些许不足，比如输出电压范围较窄，尤其是轻载或空载时，输出电压受限于电压增益而无法继续下调。

以LLC谐振直流/直流变换器为例，图1为全桥LLC谐振电路的基本形式，本电路采用变频调制控制，在不考虑死区的理想情况下，开关管S1、S4与S2、S3互补对称驱动，占空比设为50%。那么输出电压增益M可表示为：

（1）

式中V_o、V_in分别为输出、输入电压，f_s为开关频率，L_r为谐振电感，L_m为励磁电感，C_r为谐振电容，，，，f_r为谐振频率，f_n为归一化频率，k为电感系数。

当谐振变换器工作在轻载或空载时，对应的开关频率f_s大于谐振频率f_r。分析式1可知，上述状态下电压增益M反比于开关频率f_s、正比于电感系数k。理论上，增大开关频率能够获取较小的电压增益，但在实际应用中由于变压器和开关元件分布电容的影响，使得输出电压增益曲线新增一个谐振点，导致LLC谐振电路工作在高频状态时，M反而随f_s的增大而增大；至于通过减小电感系数k使电压增益曲线变陡，从而获取较小高频增益的方法，将增大磁芯损耗和导通损耗导致效率下降。

目前，针对谐振变换器输出电压范围窄的问题，比较常用的处理方法是采用间歇式控制模式，也就是俗称的打嗝模式。该方法在期望电压受限于电压增益下限无法输出时，驱动开启间歇式工作模式，即以固定开关频率（比如最大开关频率）驱动开关管，一段时间后停止驱动，随后又开启，不断重复。间歇式控制模式能够有效拓宽输出电压下限，但缺点同样明显，输出电压纹波较大，并且封波后管子首次导通为硬开通增加了开关损耗，因此必须升级包括输出电容和开关元件在内的器件应力。

可见，以上三种方法对扩展全桥LLC谐振变换器输出电压范围都存在不同缺陷。同样的，理论上分析，上述方法在其他谐振变换器应用中都存在类似不足。

发明内容：

本发明目的在于提供一种谐振直流/直流变换器，以解决现有谐振直流/直流变换器输出电压范围窄的问题，尤其是针对变换器工作在轻载或空载时，输出电压受限于电压增益无法下调的问题。为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种谐振直流/直流变换器，包括直流源单元、功率变换单元、控制单元和输出整流单元，直流源单元与功率变换单元连接以便为该功率变换单元提供能量；其特征在于所述功率变换单元包括谐振电路和至少一路移相电路，移相电路包括至少一对第一开关元件S1、S2和至少一颗移相电感La，移相电感一端与第一开关元件S1、S2的桥节点相连，另一端则耦接至谐振电路；控制单元驱动功率变换单元每一开关元件，根据输出整流单元反馈信号计算开关频率和第一开关元件的移相角。