[发明专利]一种谐振型DC-DC变换器

说明书

本发明涉及一种谐振型DC‑DC变换器，包括第一逆变电路、第二逆变电路、第一谐振电路、第二谐振电路、第一高频变压器、第二高频变压器、第一整流电路、第二整流电路；输入端分别连接第一逆变电路、第二逆变电路的直流输入端；第一整流电路、第二整流电路输出端并联后连接输出端；第一逆变电路输出端连接第一谐振电路输入端，第一谐振电路输出端连接第一高频变压器原边绕组，第一高频变压器副边绕组连接第一整流电路；第二逆变电路输出端连接第二谐振电路输入端，第二谐振电路输出端连接第二高频变压器原边绕组，第二高频变压器副边绕组连接第二整流电路。本发明的变换器由两个谐振变换器交错并联构成，互为冗余备份，提高了变换器的可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种谐振型DC-DC变换器，同时该装置也可用做新能源汽车中的车载DC-DC变换器。

背景技术

近年来，电力电子技术飞速发展，开关电源技术作为电力电子的重要领域逐渐成为应用和研究的热点。开关变换器以其高效率、高功率密度逐渐确立了其在开关电源领域的主流地位。随着业界标准的不断发展和提高，高频化、模块化、数字化成为开关电源的主要发展趋势。为适应发展趋势的需要，对开关电源装置体积、重量的要求不断提高。

目前DC-DC变换器是当代变换器的主流，被人们广泛关注，其效率问题一直是一个热门话题，谐振变换器因其高功率密度、高工作效率、低EMI干扰与零电流/零电压开关特性等得到了广泛的重视和应用。直流-直流变换器，简称DC-DC变换器或DCDC变换器，是一种将直流基础电源转变为另一种直流电压(升压或降压)的直流变换装置，广泛应用于太阳能发电、不间断电源等领域，其工作原理是将直流电变换成另一种直流电压。目前，DCDC变换器的应用越来越广泛，不同的DCDC变换器，经过简化变换，均可以等效为升压型变换器或降压型变换器，传统的DCDC变换器控制在单工作模式只能实现能量单向流动，系统转换效率低，能量利用率低。高压DC/DC变换器因工作电压高，导致开关损耗很大，制约效率的提升。同时，在高压应用场合，需要实现软开关工作，降低开通和关断损耗，提升工作频率，降低体积和重量。

谐振技术在DC/DC中的应用受到人们的广泛关注，优化了软开关的实现方式。以谐振网络作为传递能量的桥梁，其中的电感和电容会发生谐振使得开关管的端电压和流经的电流相位错开，实现开关管的零电压开通或零电流关断，降低了变换器的开关损耗。其局限性在于，将谐振技术应用到双向DC/DC变换器时，反向工作的效果不佳。谐振变换器主要分为串联谐振变换器、并联谐振变换器和串并联谐振变换器三种，其中串联谐振变换器空载时输出电压不易稳定，并联谐振变换器轻载效率低。

而LLC型串并联谐振变换器利用谐振腔发生谐振，使原副边实现软开关的特性，提高了效率，成为了DC-DC变换器的佼佼者。LLC谐振的DC-DC变换器作为三元件串并联谐振变换器的一种在综合以上两者优点的同时克服相应的缺点，是一种具有良好前景的DC-DC变换器。LLC谐振型DC-DC变换器可分为变频调制与定频调制两类。变频调制通过改变开关管的工作频率达到调整输出电压的目的。变频LLC谐振型DC-DC变换器具有较宽的软开关范围，但变换器中磁性元件利用率较低；定频调制通过调节移相角实现输出电压稳定。定频LLC谐振型DC-DC变换器能够提高磁性元件的利用率，但存在电流电压应力大、软开关范围窄的问题。一般考虑控制电路的实现复杂度，LLC谐振型DC-DC变换器广泛采用变频调制。

LLC谐振变换器作为一种优秀的DC/DC变换器拓扑已经被业界所广泛接受和使用，相比于其他变换器来说，谐振技术的加入使得变换器的一些明显的缺点被弥补，比如开关管应力的问题，LLC谐振型变换器一般都采用半桥或者全桥结构，这样开关管应力高的问题解决了。其次就是软开关的问题，谐振技术的加入主要解决了开关网络硬开关导致的开关管的导通损耗问题，同时也解决了整流侧二极管的电流恢复，使得二极管可以实现在电流为0时关断以达到二极管的损耗最小。所以LLC谐振变换器可以在大功率场合，频率变化较大的场合实现稳定运行。