[发明专利]一种激磁电感可变LLC谐振变压器

说明书

本发明公开了一种激磁电感可变LLC谐振变压器。一种激磁电感可变LLC谐振变压器，包括初级绕组1，主次级绕组2，辅助次级绕组3，功率磁芯4，开关5，有气隙的交流电感6和7；所述有气隙的交流电感6的两个端子与辅助次级绕组3的两个端子分别相连接；所述有气隙的交流电感7的一个端子通过开关5之后和所述有气隙的交流电感6并联。本发明相对于传统LLC变压器可以实现重载时LLC谐振变换器增益调节范围宽，轻载时初级环流小，有效提高LLC谐振变换器的输出特性和轻载效率。

技术领域

本发明涉及一种LLC谐振变压器，尤其适用于负载变化范围较宽的LLC谐振变换器，可以实现轻载效率的提升，特别适用于电动车辆蓄电池的充电。

背景技术

LLC谐振变换器是目前开关电源中最常用的一种电路拓扑之一，因其主功率开关器件可以实现零电压(ZVS)开通，次级整流二极管能实现零电流关断(ZCS)，不需要输出滤波电感，谐振腔电流波形接近正弦波等特点使其具：电磁干扰小，峰值效率高，功率密度大等优点。但是LLC谐振变换器也存在其固有的缺陷：输出电压调节范围窄，轻载效率低，这在电动车辆蓄电池充电应用中是一个必须解决的难题。

为了解决LLC谐振变换器的上述难题，学术界进行了大量研究。文献《LLCresonant converter for electric vehicle battery chargers》给出的解决方案是采用双变压器结构，重载时两个变压器并联工作，轻载时通过双向可控开关断开其中一个变压器。但是双变压器结构使得成本增加，两个变压器负荷水平不同造成使用寿命有差异。文献《Pulse-width modulation control strategy for high efficiency LLC resonantconverter with light load applications》通过选择一个较大的激磁电感值，并在轻载时采用PWM控制方式来降低开关频率，以此来提高轻载条件下的效率，但这样会损失高电压增益，并且轻载时EMI增大。文献《Optimal trajectory control of burst mode for LLCresonant converter》和文献《Light Load Efficiency Improvement for HighFrequency LLC Converters with Simplified Optimal Trajectory Control(SOTC)》在轻载时采用Burst(打嗝式)控制，使得控制复杂增加，充电时电流噪音增加，导致电池寿命减小。文献《Design considerations and experimental evaluation for LLC resonantconverter with wide battery voltage range》利用蓄电池的V-I特性曲线中的两个重要充电点来合理设计谐振腔参数，给出了针对蓄电池充电的宽输出电压范围的LLC谐振变换器的设计方案，但LLC谐振变换器仍存在轻载时效率较低的问题。文献《Light-LoadEfficiency Improvement Strategy for LLC Resonant Converter Utilizing a Step-Gap Transformer》给出了一种步进气隙(step-Gap)变压器的方案来改善LLC谐振变换器在轻载时的损耗，但磁芯加工难度大，成本增加。发明专利《LLC变压器及开关电源》(专利号：201611048791.0)通过特殊的绕线结构实现漏感可调，但是激磁电感不可调。实用新型专利《一种LLC变压器》(专利号：201620955772.5)给出了一种减小趋肤效应和邻近效应的变压器绕制方法，但无法实现轻载效率的提升。