CN106655788A - 一种谐振变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种谐振变换器，包括：整流滤波模块和逆变控制模块，还包括至少两个逆变模块和变压器；变压器包括至少两个一次侧绕组和一个二次侧绕组，至少两个一次侧绕组分别和至少两个逆变模块的输出端连接；至少两个逆变模块，其输入端并联连接直流电源，用于将输入的直流电经逆变桥逆变为方波交流电后，经谐振腔输出；整流滤波模块的输入端和变压器的二次绕组连接，用于将变压器的二次绕组输出的交流电转换为直流电输出至负载；逆变控制模块和至少两个逆变模块连接，用于将驱动信号发送至至少两个逆变模块，控制逆变桥生成的方波交流电。本发明实施例的技术方案，使变换器的谐振腔无功功率在全范围内均趋于零，且系统响应快。

Description

一种谐振变换器
技术领域
本发明实施例涉及电力电子技术，尤其涉及一种谐振变换器。
背景技术
在传统的DC-DC、DC-AC开关型换流器中增加一个LC谐振电路，使开关管两端电压和流过的电流周期性振荡变化，为开关管零电流和/或零电压切换提供了条件，这种变换器被称为谐振变换器。
如图1所示，现有技术典型的谐振变换器结构包括整流滤波模块110、逆变模块120、变压器130和逆变控制模块140。逆变模块的典型结构是可以包括逆变桥121和LC谐振腔122。该谐振变换器连接在输入的直流电源和负载之间。逆变桥121将输入的直流电，转换为方波交流电压；根据负载对电压的需求，逆变控制模块140可以控制逆变桥121中的开关规律，从而控制方波交流电压波形的频率、占空比和相位；方波交流电压经谐振腔122后，输出正弦交流电信号；正弦交流电经过整理滤波模块110，输出直流电信号。
对于谐振变换器而言，当逆变桥的工作频率fs等于谐振频率fr时，一方面，此时谐振腔无功功率趋于零，而在输出相同功率的情形下，谐振腔无功功率越小则逆变桥中的开关管通态电流越小即通态损耗越小；另一方面，此时开关管近似工作在零电流开关状态，其开关损耗很小。所以从开关管的电流应力、热应力等角度考虑，fs＝fr是一种很理想的工作状态。
但fs＝fr时传统谐振变换器的逆变桥只能采用固定的工作频率，相应也只能对输入直流电压进行固定增益的调整。如果需要满足不同负载要求而调节输出电压，则只能调频或者调脉宽或调幅，而调频或者调脉宽后变换器无法达到谐振腔无功功率趋于零的理想工作状态。调幅需要增加一级调幅电源，降低电源整体效率。
发明内容
本发明实施例提供一种谐振变换器，以实现变换器的谐振腔无功功率在全范围内均趋于零，且系统响应快。
本发明实施例提供了一种谐振变换器，包括：整流滤波模块和逆变控制模块，其特征在于，还包括至少两个逆变模块和变压器；
所述变压器包括至少两个一次侧绕组和一个二次侧绕组，至少两个所述一次侧绕组分别和所述至少两个逆变模块的输出端连接；
所述至少两个逆变模块，其输入端并联连接直流电源，用于将输入的直流电经逆变桥逆变为方波交流电后，经谐振腔输出；
所述整流滤波模块的输入端和所述变压器的二次绕组连接，用于将所述变压器的二次绕组输出的交流电转换为直流电输出至负载；
所述逆变控制模块和所述至少两个逆变模块连接，用于将驱动信号发送至所述至少两个逆变模块，控制所述逆变桥生成的所述方波交流电。
进一步的，所述至少两个逆变模块的规格相同。
进一步的，所述逆变控制模块具体用于通过输出至所述至少两个逆变模块的驱动信号，控制所述至少两个逆变模块中的逆变桥输出频率和占空比相等的方波交流电。
进一步的，所述逆变控制模块具体用于通过输出至所述至少两个逆变模块的驱动信号，控制所述至少两个逆变模块中的逆变桥输出的方波交流电的频率为所述谐振腔的谐振频率，方波交流电的占空比为50％。
进一步的，所述逆变控制模块还具体用于通过输出至所述至少两个逆变模块的驱动信号，控制所述至少两个逆变模块中的逆变桥输出的方波交流电的相位差，实现对所述谐振变换器输出电压的调节。
本发明通过多路逆变模块输出的交流电经磁通叠加，解决多个逆变桥直接并联存在的跨逆变桥直通问题，实现提高谐振变换器工作安全性的效果。
附图说明
图1为现有技术的谐振变换器结构示意图；
图2是本发明实施例一中的一种谐振变换器的结构示意图；
图3是本发明实施例二中的电压波形示意图；
图4是本发明实施例二中的电压波形示意图；
图5是本发明实施例二中的电压波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图2为本发明实施例一提供的一种谐振变换器的结构示意图，如图2所示，谐振变换器，包括：整流滤波模块210和逆变控制模块220，还包括至少两个逆变模块230和变压器240；
变压器240包括至少两个一次侧绕组和一个二次侧绕组，至少两个一次侧绕组分别和至少两个逆变模块230的输出端连接；
至少两个逆变模块230，其输入端并联连接直流电源，用于将输入的直流电经逆变桥231逆变为方波交流电后，经谐振腔232输出；
整流滤波模块210的输入端和变压器240的二次绕组连接，用于将变压器240的二次绕组输出的交流电转换为直流电输出至负载；
逆变控制模块220和至少两个逆变模块230连接，用于将驱动信号发送至至少两个逆变模块230，控制逆变桥231生成的方波交流电。
其中，逆变模块230包括逆变桥231和谐振腔232，逆变桥231的输入端作为逆变模块230的输入端，逆变桥231将输入的直流电逆变为方波交流电，然后经过谐振腔232，转换为正弦交流电输出。变压器240的至少两个一次侧绕组的匝数可以相等也可以不等。逆变控制模块220发送至至少两个逆变模块230的驱动信号用于控制逆变桥231的开关管的通断，从而控制逆变桥231逆变生成的方波交流电。
本实施例的技术方案，通过多路逆变模块输出的交流电经磁通叠加，解决多个逆变桥直接并联存在的跨逆变桥直通问题，实现提高谐振变换器工作安全性的效果。
实施例二
在上述技术方案的基础上，可选的，至少两个逆变模块230的规格相同。
进一步的，逆变控制模块220具体用于通过输出至至少两个逆变模块230的驱动信号，控制至少两个逆变模块230中的逆变桥231输出频率和占空比相等的方波交流电。
进一步的，逆变控制模块220具体用于通过输出至至少两个逆变模块230的驱动信号，控制至少两个逆变模块230中的逆变桥231输出的方波交流电的频率为谐振腔232的谐振频率，方波交流电的占空比为50％。
其中，当方波交流电的频率等于谐振腔的谐振频率时，一方面，此时谐振腔无功功率趋于零，而在输出相同功率的情形下，谐振腔无功功率越小则逆变桥中的开关管通态电流越小即通态损耗越小；另一方面，此时开关管近似工作在零电流开关状态，其开关损耗很小。所以，从开关管的电流应力、热应力等角度考虑，逆变桥输出的方波交流电的频率为谐振腔的谐振频率是一种很理想的工作状态。
进一步的，逆变控制模块220还具体用于通过输出至至少两个逆变模块230的驱动信号，控制至少两个逆变模块230中的逆变桥231输出的方波交流电的相位差，实现对谐振变换器输出电压的调节。
其中，以谐振变换器配置有两个逆变模块为例，对谐振变换器输出电压的调节进行说明。两个逆变模块的规格相同，变压器的两个一次侧绕组的匝数相等。为便于区分将两个逆变模块分别记为逆变模块1和逆变模块2，逆变模块1包括逆变桥1和谐振腔1，逆变模块2包括逆变桥2和谐振腔2，谐振腔1和谐振腔2的谐振频率记为fr，逆变桥1和逆变桥2在逆变控制模块的控制下，输出占空比为50％，频率等于fr的方波交流电。将逆变控制模块输出至逆变模块1的驱动信号和输出至逆变模块2的驱动信号的相位差记为当为0°、90°和180°时，谐振腔1和谐振腔2的输入电压，输出至变压器一次侧绕组的电压，以及变压器二次侧绕组两端电压分别如图3、4和5所示。变压器二次侧绕组两端电压为变压器的两个一次侧绕组两端电压的叠加，如图3所示，谐振腔1和谐振腔2的输入电压的相位差为0°时，变压器二次侧绕组两端电压幅值最大；如图4所示，谐振腔1和谐振腔2的输入电压的相位差为90°时，因为变压器的两个一次侧绕组两端电压的相位存在90°的相位差，变压器二次侧绕组两端电压幅值相较为0°时的变压器二次侧绕组两端电压幅值要小；如图5所示，谐振腔1和谐振腔2的输入电压的相位差为180°时，变压器二次侧绕组两端电压幅值为0。当发生变化，变压器二次侧绕组两端电压会相应变化，从而控制谐振变换器的输出的电压。可以理解的是，谐振变换器可以包括两个以上的逆变模块，通过控制各个逆变模块输出至变压器一次侧绕组的交流电的相位差，实现调节谐振变换器的输出。
本实施例的技术方案，谐振变换器工作在谐振点，保证效率最高，同时，通过控制逆变模块输出至变压器一次侧绕组的交流电的相位差，实现快速调节输出的效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种谐振变换器，包括：整流滤波模块和逆变控制模块，其特征在于，还包括至少两个逆变模块和变压器；
所述变压器包括至少两个一次侧绕组和一个二次侧绕组，至少两个所述一次侧绕组分别和所述至少两个逆变模块的输出端连接；
所述至少两个逆变模块，其输入端并联连接直流电源，用于将输入的直流电经逆变桥逆变为方波交流电后，经谐振腔输出；
所述整流滤波模块的输入端和所述变压器的二次绕组连接，用于将所述变压器的二次绕组输出的交流电转换为直流电输出至负载；
所述逆变控制模块和所述至少两个逆变模块连接，用于将驱动信号发送至所述至少两个逆变模块，控制所述逆变桥生成的所述方波交流电。
2.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，所述至少两个逆变模块的规格相同。
3.根据权利要求2所述的谐振变换器，其特征在于，所述逆变控制模块具体用于通过输出至所述至少两个逆变模块的驱动信号，控制所述至少两个逆变模块中的逆变桥输出频率和占空比相等的方波交流电。
4.根据权利要求3所述的谐振变换器，其特征在于，所述逆变控制模块具体用于通过输出至所述至少两个逆变模块的驱动信号，控制所述至少两个逆变模块中的逆变桥输出的方波交流电的频率为所述谐振腔的谐振频率，方波交流电的占空比为50％。
5.根据权利要求3所述的谐振变换器，其特征在于，所述逆变控制模块还具体用于通过输出至所述至少两个逆变模块的驱动信号，控制所述至少两个逆变模块中的逆变桥输出的方波交流电的相位差，实现对所述谐振变换器输出电压的调节。
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