[发明专利]一种宽输入电压范围的LLC谐振变换器

说明书

本发明公开了一种宽输入电压范围的LLC谐振变换器。本发明的目的是为了解决现有技术中的LLC谐振变换器输入电压窄，以及负载是轻载或空载时，电压增益小，输出电压漂高的问题。本发明所述LLC谐振变换器包括依次连接的电源输入端、开关回路、LLC谐振网络和输出整流电路，本发明所述的复合式全桥三电平结构通过两电平桥臂和三电平桥臂的拓扑结构，增大了输入电压的范围，通过对谐振电容的分体配置，改变LLC谐振变换器的增益曲线，获得稳定的输出电压，没有额外的损耗产生。

技术领域

本发明涉及一种开关电源，特别是涉及一种开关电源的LLC变换器。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高和对生活物质条件的要求逐渐增高，地铁车辆的发达为人们的日常出行带来了很大的便利。随着对地铁车辆在运营可靠性、舒适性、节能降噪和可维护性等方面要求的进一步提高，人们对地铁辅助变流器的效率、功率密度、噪声振动等指标的要求也更加严格。谐振变换器因其可满足开关电源高开关频率、高功率密度和变换效率的发展趋势，近年来得到了广泛的关注。由于LLC谐振变换器可实现全负载范围内的零电压开通，且二次侧整流二极管可实现零电流关断。同时，该变换器的主电路中的磁性元件容易集成，有限的利用了变压器的漏感，使得LLC谐振变换器广泛应用于中大功率场合。

传统的LLC变换器拓扑结构，当它的输入电压范围增大时，开关频率调节的范围也要随之增大，此时可能会出现的高压输入会引起过高的开关频率，激化电路的寄生参数等对系统带来的影响。同时，为了适应较宽范围的输入电压，励磁电感需要设计的很小，从而引起变换器谐振电流的增加，以致系统导通损耗和磁滞损耗随之增加，大大降低变换器效率。有学者提出适用于高压大功率场合的三电平变换器，实现了高压输入时通过三电平工作模式，降低了功率器件的电压应力，从而缩小了开关频率的调节范围。但是，三电平变换器在低压输入时为实现稳定的输出电压，需要较大的电压增益，而且在低压输入时的效率较低，谐振元件应力较大，因此只能在较小范围内解决输入电压波动的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的LLC谐振变换电路在输入电压较高时，功率二极管所承受的电压应力过大的缺陷，以及负载是轻载或空载时，输出电压漂高的情况。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种非常适合于宽输入电压范围的复合式全桥三电平变换器，包括直流供电电源Vin、逆变电路、LLC谐振网络和输出整流电路，其中，所述的LLC谐振变换器还包括一副边谐振电容。直流供电电源Vin与逆变电路连接，逆变电路上并联有谐振网络，输出整流滤波通过变压器和谐振网络相连，所述副边谐振电容的一端与所述变压器的副边连接，所述副边谐振电容的另一端与所述整流电路连接。

结合本发明所采用的技术方案，本发明所采用的技术方案的第一种实现方式中，所述逆变电路采用复合式全桥三电平逆变器，开关管采用IGBT，IGBT的集电极和发射极之间并联体二极管和寄生电容。

所述复合式全桥三电平逆变器采用三电平桥臂和两电平桥臂并联连接。。

所述三电平桥臂包括开关IGBT管Q1、开关IGBT管Q2、开关IGBT管Q3、开关IGBT管Q4、体二极管D1、体二极管D2、体二极管D3、体二极管D4、寄生电容C1、寄生电容C2、寄生电容C3、寄生电容C4，两个串联连接的分压电容Cin1和Cin2、续流二极管D7和D8以及飞跨电容Css。