[发明专利]可重构H5逆变桥及基于该逆变桥的单双向谐振变换器

说明书

本发明提供了一种可重构H5逆变桥，直流侧输入电源一端连接电容一端、开关S_p1一端及开关S_p2一端，直流侧输入电源另一端连接电容另一端、开关S_p3一端及开关S_p4一端；开关S_p1另一端连接a相输出端及开关S_p5一端，开关S_p5另一端连接c相输出端及开关S_p3另一端，开关S_p2另一端连接b相输出端及开关S_p4另一端。本发明还提供基于可重构H5逆变桥的单、双向谐振变换器。本发明在取得超宽的电压调节范围的同时，保证了很窄的开关频率调节范围，避免了开关频率过高或过低引起的软开关特性丢失、调压能力下降、功率密度下降和效率降低等不良效果。能适应单双向的高功率传输，并保持良好的软开关性能。

技术领域

本发明涉及一种可重构H5逆变桥，及基于可重构H5逆变桥的超宽增益单、双向谐振变换器，属于隔离谐振变换器技术领域。

背景技术

隔离谐振变换器以其软开关、电气隔离、电磁干扰小等优点而在近些年得到了广泛关注。其中，LLC型谐振隔离变换器又以其结构简单和效率高等优势而最为流行，被广泛地用于电动汽车、通信电源等具有调压需求的场景。

传统的LLC型隔离变换器谐振变换器普遍基于H4型逆变桥，其电压增益受H4型逆变桥输出的两电平方波频率调制。以基于H4桥变换器为例，为了取得较宽调压范围，其开关频率也需工作在一个很宽的范围内。然而，极端的宽频率调节范围将会导致：

1)软开关特性丢失。在低于谐振频率区域，降低频率可以提升电压增益；然而，当谐振腔工作在容性区时，原边开关管的零电压开通(ZVS)特性将丢失；在高于谐振频率区域，提高频率可以降低电压增益；然而副边二极管的零电流关断(ZCS)特性将会丢失。

2)调压能力下降。为获得小于1的归一化电压增益，开关频率需大于谐振频率，但在该区域下，开关频率变化对电压增益的影响将会随着频率的升高而减小。

3)设计复杂度增加。较小的励磁电感与谐振电感比有助于提高变换器的调压能力，但会导致循环电流的增大和转换效率的降低，因此电路参数设计将变得更加复杂。

4)磁性元件体积增加。降低开关频率可以获得更高的电压增益，但最低开关频率的下降将导致磁性元件体积的增加。

5)转换效率下降。开关频率偏离越远，LLC谐振变换器向副边传递能量的效率就越低。

因为以上这些问题的存在，很有必要对传统频率调制的谐振电路进行改进，在保留其优点的前提下，增大调压能力并减小调频范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何在保留传统隔离谐振变换器的软开关、电气隔离、电磁干扰小、结构简单以及效率高等优点的同时，增大其调压能力，并减小其调频范围。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种可重构H5逆变桥，其特征在于：包括直流侧输入电源，直流侧输入电源一端连接电容C_A一端、开关S_p1一端及开关S_p2一端，直流侧输入电源另一端连接电容C_A另一端、开关S_p3一端及开关S_p4一端；开关S_p1另一端连接a相输出端及开关S_p5一端，开关S_p5另一端连接c相输出端及开关S_p3另一端，开关S_p2另一端连接b相输出端及开关S_p4另一端。

优选地，所述开关S_p1、开关S_p2、开关S_p3、开关S_p4、开关S_p5均为有体二极管的MOSFET。