[发明专利]两相交错四开关升降压集成LLC的DCDC隔离变换器

说明书

本发明公开了两相交错四开关升降压集成LLC的DCDC隔离变换器，包括主功率电路和控制电路，其中控制电路包括输入电压采样电路、输出电压隔离采样电路、母线电压采样电路、输入电流采样电路、辅助电源电路、隔离驱动电路和单片机。因为变换器后面集成LLC谐振腔，所以后桥臂的占空比固定为位为0.5，通过控制前桥臂占空比来稳定输出电压，通过采样这些信号生成前桥臂和后桥臂的移相角信号，实现电感电流波形的调制，从而实现所有开关管的软开关，同时采样两相输入电流，通过电流内环实现两相电流的均流。本发明可以在宽输入电压、输出电压和功率范围内实现所有开关管的软开关，使峰值效率达到96％，同时有助于开关频率的提升。

技术领域

本发明涉及电能变换装置的直流-直流变换器技术，特别是一种两相交错四开关升降压集成LLC的DCDC隔离变换器。

背景技术

近年来，随着新能源汽车、光伏、储能、绿色数据中心、下一代站点、超算等产业的兴起，强力驱动着系统供电方案朝着宽输入、宽输出、超高密、超高效的方向不断突破创新。LLC谐振变换器全桥LLC谐振变换器能够在全负载范围内实现开关管的ZVS，且当开关频率小于谐振频率时，可以实现副边同步整流管的零电流开关。目前LLC谐振变换器普遍采用变频控制，通过控制变换器的开关频率实现电压增益的调节。但是当增益变化范围较宽时，开关频率变化范围较宽，给磁性元件的设计带来困难，甚至不能满足调压要求。论文《OptimalDesign of Planar Magnetic Components for a Two-Stage GaN-Based DC–DCConverter》和《Interleaved Boost-Integrated LLC Resonant Converter With Fixed-Frequency PWM Control for Renewable Energy Generation Applications》分别提出一种两级式结构，前者前级为两相交错的Buck，而后者前级为两相交错的Boost，后级LLC谐振变换器工作在开环定频模式，实现电气隔离和电压匹配；这两种方案均可适当提高输入电压范围，然而针对输出电压范围较宽时，由于后级LLC工作在开环定频模式，导致母线电压过高或过低，降低了变换器的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两相交错四开关升降压集成LLC的DCDC隔离变换器，使变换器既能满足宽输入宽输出(输入200-400V，输出10-14V)的要求，效率尽可能高，功率密度尽可能大。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种两相交错四开关升降压集成LLC的DCDC隔离变换器，包括主功率电路、控制电路和辅助电源电路，其中控制电路包括单片机模块，输入电压、两相输入电流、两相负电流和母线电压采样电路，输出电压隔离采样电路，以及隔离驱动电路；主功率电路分别与辅助电源电路、输入电压、两相输入电流、两相负电流和母线电压采样电路、输出电压隔离采样电路以及隔离驱动电路连接，单片机模块分别与辅助电源电路、输入电压、两相输入电流、两相负电流和母线电压采样电路、输出电压隔离采样电路，以及隔离驱动电路连接，辅助电源电路分别与功率电路、单片机模块、输入电压、两相输入电流、两相负电流和母线电压采样电路、输出电压隔离采样电路、以及隔离驱动电路连接。

单片机模块采集输入电压、两相输入电流、两相电感负电流、母线电压和输出电压，并进行处理后输出前桥臂和后桥臂的移相角信号，固定后桥臂占空比为0.5，通过控制前桥臂占空比即可达到稳压的目的，结合移相角信号再通过ePWM模块输出前后桥臂的占空比即可以控制两相电感电流的形状，进而可以实现所有开关管的软开关，最后通过采样两相输入电流并通过电流内环实现两相的均流。