[发明专利]一种基于LLC谐振变换器的三模态整流拓扑结构

说明书

一种基于LLC谐振变换器的三模态整流拓扑结构，变压器一次侧包括4个MOSFET组成的全桥结构以及LLC谐振变换器，变换器包括谐振电感、谐振电容以及变压器励磁电感，在不采用高频驱动的情况下输入与输出侧在轻载与重载相互转换的同时实现半桥、全桥、负载与变压器脱离（空载）的相互转换，不使用高频驱动，减少电压纹波，全负载范围内控制母线电压，采用电流死区控制器达到电流均流的目的。变压器二次侧采用一种3模态可调节装置，变压器二次侧采用PWM控制器切换重载模式（全桥）、轻载模式（半桥）和空载模式，重载时采用全桥整流结构，轻载时采用半桥整流结构，实现重载向轻载平稳过渡、输出电压纹波最小化、同步切换一次完成、大大提高同步整流转换效率的目的。

技术领域

本发明一种基于LLC谐振变换器的三模态整流拓扑结构，涉及电能变换领域。

背景技术

LLC变换器因其独有的拓扑特性，在开关电源中得到广泛应用，相对于传统的工频变压器，减轻重量、缩小体积、降低成本，同时提高电能质量。谐振技术作为实现软开关的优化方法，受到人们的普遍关注，谐振网络是其基本变换单元，发生谐振时，电路中的电流或电压周期性的降为零，从而开关管在零电流或零电压的情况下导通或关断，降低开关损耗，达到软开关的目的。

理想的同步整流器应实现二极管整流器一样的电气功能而降低导通损耗，由于MOSFET开通后双向导电，不同于二极管，故需要精准控制门极信号，理想情况下有正向电流(源极流向漏极)时，MOSFET导通，避免工作不当对电路工作造成影响。

因LLC电路是电流型输出电路，输出仅有滤波电容变压器二次侧绕组电压被输出电压钳位，故电压极性变化在同步整流管实现，不能采用电压控制型自驱动，只能采用电流检测实现，故称为电流控制驱动方法。然而，LLC谐振变换器也存在缺点，轻载情况下电压增益会超出规定范围，传统方法解决这个问题采用提高开关管工作频率的办法，频率大幅度增加导致ZVS丢失同时造成输出电压纹波增大，降低效率，电池干扰增加。

空载工况下，LLC受寄生参数的影响，增益曲线上翘、输出电压升高、不易控制，为解决这种难题，采用定频率控制的方式，但此方法会引起LLC效率下降，通常采用burst模式提高效率。输出电压升高到限定值，关断开关管的控制信号，变换器进入空载模式，输出电压下降，当输出电压下降到限定值时，开关管的控制信号正常给出，变换器正常运行，电压升高，周而复始。此方法造成的后果为输出电压纹波过大，引起较大的电磁干扰，不利于系统稳定运行。受制于较窄的带宽，LLC动态响应速度较慢，需提出新型控制方法弥补不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有全桥/半桥整流技术进行改进，提出一种基于LLC谐振变换器的三模态整流拓扑结构，在不采用高频驱动的情况下，输入侧实现轻载与重载相互转换，输出侧实现重载、轻载、空载相互转换。从而能减小输出电压纹波，使系统稳定运行。

本发明采取的技术方案为：

一种基于LLC谐振变换器的三模态整流拓扑结构，包括：

位于变压器T0一次侧的4个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4组成的全桥结构、以及LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括谐振电感L_r、谐振电容C_r、变压器励磁电感L_m；

位于变压器T0二次侧的3模态可切换整流器，所述3模态可切换整流器包括4个开关管S1、S2、S3、S4和一个片外电容器C_O；