CN107370363A - 一种输入宽电压范围、输出低压大电流的高效dc‑dc 变换器 - Google Patents

一种输入宽电压范围、输出低压大电流的高效dc‑dc 变换器 Download PDF

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朱洪雨
周奕龙
刘青
张博温
张东来
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Shenzhen Academy of Aerospace Technology
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Abstract

本发明提出了一种宽输入电压范围、低压大电流输出的高效DC/DC变换器，包括前级DC‑DC电路和后级谐振拓扑变换器；其中，所述前级DC‑DC电路采用PWM型控制方式，补偿器通过PWM电路对前级DC‑DC电路进行控制，通过设置合适的补偿器参数，保证后级输出电压在全范围内保持稳定；所述后级谐振拓扑变换器的开关频率f 2恒定且保证谐振拓扑在全范围内始终工作于软开关状态。本发明的高效DC/DC变换器，通过前级成熟且高效率的Buck/Boost拓扑、后级软开关模式下的高效率谐振拓扑，实现宽输入电压范围、低压大电流输出的同时，减小了变换器体积，保证整个系统高效，仅通过一级闭环实现两级级联系统的全范围稳定。

Description

一种输入宽电压范围、输出低压大电流的高效DC-DC变换器
技术领域
本发明属于电源控制器技术领域，具体涉及一种高效DC-DC系统变换器。
背景技术
为了实现输入电压和输出电压宽范围，则使得LLC谐振变换器的谐振磁元件和变压器的效率优化非常困难，很难满足宽电压增益范围的同时取得高的转换效率，因此需要采用两级结构。前级不隔离的DC-DC实现中间母线的稳压，使得后级隔离型LLC谐振DC-DC的电压范围减小，减轻谐振元件和变压器参数优化的难度。进而可以提高开关频率，并优化整体效率。前级非隔离的DC-DC可以是升压型Boost电路或者Buck型电路。但是，LLC变换器的输出电流纹波很大，尤其是在低压大电流输出时更加成为问题，需要大量输出滤波电容才能降低输出电压纹波。
为了解决上述问题，专利文献1(中国专利公开号：CN106160491A)提出了一种宽电压范围大电流输出DC/DC变换器，包括前级非隔离DC-DC电路和后级隔离型LLC谐振DC-DC电路；所述后级隔离型LLC谐振DC-DC电路具有两相相同的电路结构，且该两相LLC谐振DC-DC电路的高压输入侧为串联，其低压输出侧则为并联。后级输入串联的LLC的控制信号来自同一个控制器。控制器采样的输出电压Vo与输出电压基准Voref比较，得到误差放大器的输出Verr，再通过压频控制器得到LLC的开关频率fs。然后通过错相控制器得到两对错相90度角度的互补驱动信号，分别驱动两相LLC的原边开关桥臂的开关管。忽略互补控制信号的死区时间，每对互补控制信号的占空比为50％。从而获得交错并联的效果，抵消两相LLC输入、输出电流的纹波。但是，上述宽电压范围大电流输出DC/DC变换器的电路结构需要两个相同的LLC谐振电路，且控制策略复杂。此外，前后级分别通过各自的控制器闭环控制，可能出现级联后系统不稳定的情况。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种宽输入电压范围、低压大电流输出的高效DC/DC变换器，通过前级成熟且高效率的Buck/Boost拓扑、后级软开关模式下的高效率谐振拓扑，实现宽输入电压范围、低压大电流输出的同时，减小了变换器体积，保证整个系统高效，仅通过一级闭环实现两级级联系统的全范围稳定。
本发明具体通过如下技术方案实现：
一种宽输入电压范围、低压大电流输出的高效DC/DC变换器，包括前级DC-DC电路和后级谐振拓扑变换器；其中，所述前级DC-DC电路采用PWM型控制方式，补偿器通过PWM电路对前级DC-DC电路进行控制，通过设置合适的补偿器参数，保证后级输出电压在全范围内保持稳定；所述后级谐振拓扑变换器的开关频率f2恒定且保证谐振拓扑在全范围内始终工作于软开关状态。
进一步地，所述前级DC-DC电路可为隔离型或非隔离型Buck/Boost变换器。
进一步地，所述前级DC-DC电路与后级谐振拓扑变换器之间通过线损衰减电路相连。
进一步地，所述补偿器的第一输入端为参考电压，第二输入端为所述DC/DC变换器输入电压的Kse倍，其中Kse为补偿器参数。
进一步地，所述后级谐振拓扑变换器为LLC谐振DC-DC电路。
附图说明
图1是本发明的高效DC-DC变换器的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的宽输入电压范围、低压大电流输出的高效DC/DC变换器采样两级拓扑相连，可选地，两级拓扑之间有线损衰减电路。其中，主拓扑1采用Buck/Boost变换器(可隔离可不隔离)，主拓扑2采用谐振拓扑变换器。外界对系统的影响是前级输入电压及后级输出电流。
本发明实现宽输入电压范围、低压大电流输出的原理：设置主拓扑2的开关频率f2恒定且保证谐振拓扑在全范围(全部输入电压及输出电流的工况)内始终工作于软开关状态；主拓扑1采用PWM型控制方式，通过设置合适的补偿器参数，保证后级输出电压在全范围内保持稳定。
本发明的方案是前级PWM调制的Buck/Boost电路处于开环，后级谐振拓扑处于定频的开环状态，然后整个级联系统仅通过一个补偿器实行闭环调节，控制简单且易调节。只要级联后整个电压环路保证足够的裕度，就不存在不稳定的因素，控制简单易实现，避免了可能出现的前后两个级电压环级联不稳定的情况。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种宽输入电压范围、低压大电流输出的高效DC/DC变换器，包括前级DC-DC电路和后级谐振拓扑变换器；其特征在于，所述前级DC-DC电路采用PWM型控制方式，补偿器通过PWM电路对前级DC-DC电路进行控制，通过设置合适的补偿器参数，保证后级输出电压在全范围内保持稳定；所述后级谐振拓扑变换器的开关频率f2恒定且保证谐振拓扑在全范围内始终工作于软开关状态。
2.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于：所述前级DC-DC电路为隔离型Buck/Boost变换器。
3.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于：所述前级DC-DC电路为非隔离型Buck/Boost变换器。
4.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于：所述前级DC-DC电路与后级谐振拓扑变换器之间通过线损衰减电路相连。
5.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于：所述补偿器的第一输入端为参考电压，第二输入端为所述DC/DC变换器输入电压的Kse倍，其中Kse为补偿器参数。
6.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述后级谐振拓扑变换器为LLC谐振DC-DC电路。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106849686A (zh) * 2017-03-13 2017-06-13 合肥工业大学 基于buck‑llc两级dc/dc变换器的双环定频控制方法
CN106972750A (zh) * 2017-03-16 2017-07-21 合肥工业大学 基于buck‑llc两级dc/dc变换器的三环定频控制方法

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Non-Patent Citations (1)

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Title
孟宇飞: "Buck+LLC恒压恒流双模式变换器", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

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