CN108429466A - 一种基于三相llc谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出dc-dc变换器 - Google Patents

一种基于三相llc谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出dc-dc变换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC‑DC变换器，包括：输入电源；三相LLC谐振电路，采用频率调制方式将直流输入电压变换为高直流输出电压，副边为全波整流电路结构；移相全桥电路，包括第一支路和第二支路，所述第一支路连接于所述并联全桥LLC谐振电路的第一桥臂与第二桥臂之间，采用调节该两个桥臂间的相位方式将直流输入电压变换为第一低直流输出电压；所述第二支路连接于所述并联全桥LLC谐振电路的第二桥臂与第三桥臂之间，采用调节该两个桥臂间的相位方式将直流输入电压变换为第二低直流输出电压；副边为全波整流电路结构。该变换器具有电气隔离、低成本、高效率等优点。

Description

一种基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制 三路输出DC-DC变换器
技术领域
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器。
背景技术
随着现代科技的发展，许多新型用电设备对供电的要求越来越高，许多用电设备在运行时需要多路直流电压进行供电，为保证供电的可靠性与独立性，需要各路直流电压之间相互隔离。例如，在电动汽车中，在对动力电池进行充电的同时，需要同时对车上的其他设备进行供电。在传统的变换器中，采用多个变换器对用电设备进行供电，这样会增加系统的成本与体积，不利于设备的集成化。有些研究者提出了若干个集成式多路输出DC/DC变换器，但是这些变换器存在诸如多路输出相互之间不隔离，难以满足对各路输出隔离的要求；几路输出电压之间具有交叉调整率等问题。
公开号为CN1870408A的专利申请公开了一种多路输出直流-直流变换器，包括隔离变压器、主整流电路和辅路整流电路、PWM控制电路，隔离变压器副边绕组输出端与主整流电路、辅路整流电路输入端相连；还设有第一、二开关管串联组成的斩波器，PWM控制电路分别输出占空比为D和1-D的脉冲至第一、二开关管的控制端，使第一、第二开关管截止的时间固定，还设有由谐振电容、第一谐振电感、并联于隔离变压器原边绕组的第二谐振电感串联组成的谐振回路，谐振回路的输入端与斩波器的输出端相连，第一谐振电感与谐振电容谐振实现第一、二开关管准零电流关断，第二谐振电感，第一谐振电感Lr和谐振电容谐振实现第一、二开关管零电压开通。该技术内容能够较易实现软开关，提高效率，但是没有实现各路输出之间的相互独立与隔离。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提出一种基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器。该变换器通过两种不同的电路拓扑实现三路相互隔离的电压输出，且三路输出相互隔离，独立调压；该变换器通过控制输出电压，实现稳定的直流电压输出；同时该变换器具有高频隔离变压器，可以实现电气隔离功能。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，包括：
输入电源；
三相LLC谐振电路，采用频率调制方式将直流输入电压变换为高直流输出电压，副边为全波整流电路结构；
移相全桥电路，包括第一支路和第二支路，所述第一支路连接于所述并联全桥LLC谐振电路的第一桥臂与第二桥臂之间，采用调节该两个桥臂间的相位方式将直流输入电压变换为第一低直流输出电压；所述第二支路连接于所述并联全桥LLC谐振电路的第二桥臂与第三桥臂之间，采用调节该两个桥臂间的相位方式将直流输入电压变换为第二低直流输出电压；副边为全波整流电路结构。
本发明的DC-DC变换器具有电气隔离、低成本、高效率、高功率密度、不同输出电压间相互独立等优点。
优选地，所述三相LLC谐振电路的原边包括：
第一桥臂，与所述输入电源并联，由串联的第一功率开关管和第二功率开关管组成，第一功率开关管的漏极与所述输入电源的正极相连，第二功率开关管的源极与所述输入电源的负极相连；
第二桥臂，与所述输入电源并联，由串联的第三功率开关管和第四功率开关管组成，第三功率开关管的漏极与所述输入电源的正极相连，第四功率开关管的源极与所述输入电源的负极相连；
第三桥臂，与所述输入电源并联，由串联的第五功率开关管和第六功率开关管组成，第五功率开关管的漏极与所述输入电源的正极相连，第六功率开关管的源极与所述输入电源的负极相连；
第一谐振腔，由依次连接的第一谐振电容、第一谐振电感以及第一隔离变压器原边绕组组成，其中，第一谐振电容的正极与所述第一功率开关管的源极相连，第一隔离变压器原边绕组的异名端与所述第二功率开关管的源极相连；
第二谐振腔，由依次连接的第二谐振电容、第二谐振电感以及第二隔离变压器原边绕组组成，其中，第二谐振电容的正极与所述第三功率开关管的源极相连，第二隔离变压器原边绕组的异名端与所述第四功率开关管的源极相连；
第三谐振腔，由依次连接的第三谐振电容、第三谐振电感以及第三隔离变压器原边绕组组成，其中，第三谐振电容的正极与所述第五功率开关管的源极相连，第三隔离变压器原边绕组的异名端与所述第六功率开关管的源极相连；
所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管、第五功率开关管和第六率开关管带有反并二极管。
优选地，所述三相LLC谐振电路的副边包括：
第一隔离变压器副边绕组、第二隔离变压器副边绕组、第三隔离变压器副边绕组，第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管、第四功率二极管、第五功率二极管、第六功率二极管以及第一输出滤波电容，
其中，第一隔离变压器副边绕组的同名端与第一功率二极管阳极和第二功率二极管阴极相连，第一功率二极管阴极连接到第一输出滤波电容阳极，第二功率二极管阳极连接到第一输出滤波电容阴极；
第二隔离变压器副边绕组的同名端与第三功率二极管阳极和第四功率二极管阴极相连，第三功率二极管阴极连接到第一输出滤波电容阳极，第四功率二极管阳极连接到第一输出滤波电容阴极；
第三隔离变压器副边绕组的同名端与第五功率二极管阳极和第六功率二极管阴极相连，第五功率二极管阴极连接到第一输出滤波电容阳极，第六功率二极管阳极连接到第一输出滤波电容阴极；
第一隔离变压器副边绕组、第二隔离变压器副边绕组、第三隔离变压器副边绕组三者的异名端相连；
所述第一滤波电容的正极与所述第二滤波电容的负极作为DC-DC变换器的高直流电压输出端。
优选地，所述移相全桥电路的原边包括：
第一支路原边，由依次连接的第一隔直电容、第四隔离变压器原边绕组组成，第一隔直电容的正极与所述第一功率开关管的源极相连，第四隔离变压器原边绕组的异名端与所述第三功率开关管的源极相连；
第二支路原边，由依次连接的第二隔直电容、第五隔离变压器原边绕组组成，第二隔直电容的正极与所述第三功率开关管的源极相连，第五隔离变压器原边绕组的异名端与所述第五功率开关管的源极相连。
优选地，所述移相全桥电路的副边包括：
第四隔离变压器的第一副边绕组、第四隔离变压器的第二副边绕组，所述第一副边绕组的异名端与第二副边绕组的同名端相连；
第七功率二极管，阳极与所述第一副边绕组的同名端相连，
第八功率二极管，阳极与所述第二副边绕组的异名端相连，阴极与所述第七功率二极管的阴极相连；
第一滤波电感，正极与所述第七功率二极管的阴极相连，负极与第二滤波电容的正极相连；
第二滤波电容，正极与所述第一滤波电感的负极相连，负极与所述第一副边绕组的异名端相连；
所述第二滤波电容的正极与负极作为DC-DC变换器的第一低直流电压输出端。
优选地，所述移相全桥电路的副边包括：
第五隔离变压器的第三副边绕组、第五隔离变压器的第四副边绕组，所述第三副边绕组的异名端与第四副边绕组的同名端相连；
第九功率二极管，阳极与所述第三副边绕组的同名端相连，
第十功率二极管，阳极与所述第四副边绕组的异名端相连，阴极与所述第九功率二极管的阴极相连；
第二滤波电感，正极与所述第九功率二极管的阴极相连，负极与第三滤波电容的正极相连；
第三滤波电容，正极与所述第二滤波电感的负极相连，负极与所述第三副边绕组的异名端相连；
所述第三滤波电容的正极与负极作为DC-DC变换器的第二低直流电压输出端。
其中，所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管和第六功率开关管均为功率金属-氧化物半导体场效应晶体管。
所述高直流电压输出端输出200V～400V的直流电压。所述第一低直流电压输出端输出48V的直流电压。所述第一低直流电压输出端输出48V的直流电压。
其中，所述三相LLC谐振电路的副边也可以是全桥整流电路结构。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
(1)与传统LLC谐振电路相比，三相LLC谐振电路减小了每个谐振腔的电流，降低了各支路上器件的电流应力，进而减小了磁元件的体积与损耗；
(2)高压输出与低压输出采用不同的控制方法，实现了三路输出的独立控制与调节，减小了三路输出间的相互影响，降低输出之间的交叉调整率；
(3)移相全桥电路的原边电感可以做到尽量小，可以忽略占空比丢失的问题；原边开关管可以实现零电压软开关，降低了系统的损耗。
附图说明
图1为本发明提供的基于并联全桥LLC谐振电路和全桥移相电路的混合调制三路输出DC-DC变换器的结构示意图；
图2为本发明提供的基于并联全桥LLC谐振电路和全桥移相电路的混合调制三路输出DC-DC变换器的工作波形图；
图3为图1所示的DC-DC变换器处于工作模态1时的等效电路图；
图4为图1所示的DC-DC变换器处于工作模态2时的等效电路图；
图5为图1所示的DC-DC变换器处于工作模态3时的等效电路图；
图6为图1所示的DC-DC变换器处于工作模态4时的等效电路图；
图7为图1所示的DC-DC变换器处于工作模态5时的等效电路图；
图8为图1所示的DC-DC变换器处于工作模态6时的等效电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
一种基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的混合调制三路输出DC-DC变换器，包括一个三相LLC谐振电路和两个移相全桥电路；三相LLC谐振电路的原边为半桥结构，副边为三相全桥整流电路结构；移相全桥电路的原边为全桥电路，副边为全波整流结构。采用的二极管均为功率二极管。
如图1所示，原边电路包括：
1)与输入电源相连的第一原边支路，由第一功率开关管S1、第二功率开关管S2组成；与输入电源相连的第二原边支路，由第三功率开关管S3、第四功率开关管S4组成；与输入电源相连的第三原边支路，由第五功率开关管S5、第六功率开关管S6组成。其中，第一功率开关管S1的漏极与输入电源正极相连，第二功率开关管S2的漏极与第一功率开关管S1的源极相连，第二功率开关管S2的源极与输入电源负极相连。第三功率开关管S3的漏极与输入电源正极相连，第四功率开关管S4的漏极与第三功率开关管S3的源极相连，第四功率开关管S4的源极与输入电源负极相连。第五功率开关管S5的漏极与输入电源正极相连，第六功率开关管S6的漏极与第五功率开关管S5的源极相连，第六功率开关管S6的源极与输入电源负极相连。所述第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5和第六功率开关管S6为功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
2)谐振电容Cr1、谐振电感Lr1和隔离变压器T1(隔离变压器T1等效成由励磁电感Lm1和理想隔离变压器组成)与第一原边支路相连，谐振电容Cr2、谐振电感Lr2和隔离变压器T2(隔离变压器T2等效成由励磁电感Lm2和理想隔离变压器组成)与第二原边支路相连，谐振电容Cr3、谐振电感Lr3和隔离变压器T3(隔离变压器T3等效成由励磁电感Lm3和理想隔离变压器组成)与第三原边支路相连。隔直电容CB1、隔离变压器T4(隔离变压器T4等效成由作为谐振电感的漏感Lr4和理想隔离变压器组成)与第一原边支路中点和第二原边支路中点相连，隔直电容CB2、隔离变压器T5(隔离变压器T5等效成由作为谐振电感的漏感Lr5和理想隔离变压器组成)与第二原边支路中点和第三原边支路中点相连。
谐振电容Cr1和谐振电感Lr1串联，谐振电容Cr1一端与第一原边支路上的第一功率开关管S1的源极相连，谐振电感Lr1的一端与隔离变压器T1原边绕组的同名端相连，隔离变压器T1原边绕组的异名端与第一原边支路上第二功率开关管S2的源极相连。
谐振电容Cr2和谐振电感Lr2串联，谐振电容Cr2一端与第二原边支路上的第三功率开关管S3的源极相连，谐振电感Lr2的一端与隔离变压器T2原边绕组的同名端相连，隔离变压器T2原边绕组的异名端与第二原边支路上第四功率开关管S4的源极相连。
谐振电容Cr3和谐振电感Lr3串联，谐振电容Cr3一端与第三原边支路上的第五功率开关管S5的源极相连，谐振电感Lr3的一端与隔离变压器T3原边绕组的同名端相连，隔离变压器T3原边绕组的异名端与第三原边支路上第六功率开关管S6的源极相连。
隔直电容CB1和隔离变压器T4串联，隔直电容CB1一端与第一原边支路上的第一功率开关管S1的源极相连，隔直电容CB1另一端与隔离变压器T4原边绕组的同名端相连，隔离变压器T4原边绕组的异名端与第二原边支路上第三功率开关管S3的源极相连。
隔直电容CB2和隔离变压器T5串联，隔直电容CB2一端与第二原边支路上的第三功率开关管S3的源极相连，隔直电容CB2另一端与隔离变压器T5原边绕组的同名端相连，隔离变压器T5原边绕组的异名端与第三原边支路上第五功率开关管S5的源极相连。
不考虑隔离变压器的漏感，通过调节第一桥臂上第一功率开关管S1、第二功率开关管S2，第二桥臂上第三功率开关管S3、第四功率开关管S4以及第三桥臂上第五功率开关管S5、第六功率开关管S6的开通和关断来调节开关网络的频率，进而改变谐振网络增益，以此调节输出电压以便获得需要的电压值。
3)移相全桥电路的第一隔离变压器支路由隔直电容CB1与隔离变压器T4(隔离变压器T4等效成由作为谐振电感的漏感Lr4和理想隔离变压器组成)组成，隔离变压器T4的原边绕组的同名端与隔直电容CB1相连，隔离变压器T4的异名端与第二原边支路的第三功率开关管S3的源极一端相连。
移相全桥电路的第二隔离变压器支路由隔直电容CB2与隔离变压器T5(隔离变压器T5等效成由作为谐振电感的漏感Lr5和理想隔离变压器组成)组成，隔离变压器T5的原边绕组的同名端与隔直电容CB2相连，隔离变压器T5的异名端与第三原边支路的第五功率开关管S5的源极一端相连。
通过调节第一原边支路与第二原边支路之间的相位调节两桥臂中点输出电压的相位差以及第二原边支路与第三原边支路之间的相位调节两桥臂中点输出电压的相位差，进而改变三个桥臂中点间波形的占空比，以此调节两路输出电压Vout2和Vout3，以便获得需要的电压值。
副边电路包括：
1)与第一输出负载并联的第一副边支路，由隔离变压器T1副边绕组、隔离变压器T2副边绕组、隔离变压器T3副边绕组、第一功率二极管Do1、第二功率二极管Do2、第三功率二极管Do3、第四功率二极管Do4、第五功率二极管Do5、第六功率二极管Do6以及第一输出滤波电容Co1组成。其中，隔离变压器T1副边绕组的同名端与第一功率二极管Do1阳极和第二功率二极管Do2阴极相连，第一功率二极管Do1阴极连接到第一输出滤波电容Co1阳极，第二功率二极管Do2阳极连接到第一输出滤波电容Co1阴极；隔离变压器T2副边绕组的同名端与第三功率二极管Do3阳极和第四功率二极管Do4阴极相连，第三功率二极管Do3阴极连接到第一输出滤波电容Co1阳极，第四功率二极管Do4阳极连接到第一输出滤波电容Co1阴极；隔离变压器T3副边绕组的同名端与第五功率二极管Do5阳极和第六功率二极管Do6阴极相连，第五功率二极管Do5阴极连接到第一输出滤波电容Co1阳极，第六功率二极管Do6阳极连接到第一输出滤波电容Co1阴极；隔离变压器T1副边绕组的异名端、隔离变压器T2副边绕组的异名端与隔离变压器T3副边绕组的异名端相连。第一输出滤波电容Co1的阳极连接到第一输出负载阳极端，阴极连接到第一输出负载阴极端。
2)与第二输出负载RL2并联的第二副边支路，由隔离变压器T4的第一副边绕组和第二副边绕组、第七功率二极管Do7、第八功率二极管Do8、第一输出滤波电感Lf1和第二输出滤波电容Co2组成。其中，隔离变压器T4的第一副边绕组同名端与第七功率二极管Do7阳极相连，隔离变压器T4的第一副边绕组异名端与隔离变压器T4的第二副边绕组同名端相连，并连接到第二输出滤波电容Co2的阴极；隔离变压器T4的第二副边绕组异名端与第八功率二极管Do8阳极相连；第七功率二极管Do7的阴极与第八功率二极管Do8的阴极相连，并连接到第一输出滤波电感Lf1的一端，第一输出滤波电感Lf1的另一端与第二输出滤波电容Co2的阳极相连；第二输出滤波电容Co2的阳极与输出负载RL2的阳极端相连，第二输出滤波电容Co2的阴极与输出负载RL2的阴极端相连。
3)与第三输出负载RL3并联的第三副边支路，由隔离变压器T5的第三副边绕组和第四副边绕组、第九功率二极管Do9、第十功率二极管Do10、第二输出滤波电感Lf2和第三输出滤波电容Co3组成。其中，隔离变压器T5的第一副边绕组同名端与第九功率二极管Do9阳极相连，隔离变压器T5的第三副边绕组异名端与隔离变压器T5的第四副边绕组同名端相连，并连接到第三输出滤波电容Co3的阴极；隔离变压器T5的第四副边绕组异名端与第十功率二极管Do10阳极相连；第九功率二极管Do9的阴极与第十功率二极管Do10的阴极相连，并连接到第二输出滤波电感Lf2的一端，第二输出滤波电感Lf2的另一端与第三输出滤波电容Co3的阳极相连；第三输出滤波电容Co3的阳极与输出负载RL3的阳极端相连，第三输出滤波电容Co3的阴极与输出负载RL3的阴极端相连。
4)输出负载：输出负载为负载RL1、RL2与RL3，负载RL1、RL2与RL3分别跨接在三路输出端口的正负两端。
本实施例提供的DC-DC变换器中，三相LLC谐振电路采用调节频率的方式进行调压，设计输出200V～400V的直流电压，称为高压侧；移相全桥电路采用调节相位的方式进行调压，设计输出48V与输出24V的直流电压，称为低压侧。可以实现三路输出间的相互隔离与独立控制。
为叙述工作模态换流过程，作假设条件如下：
(1)为简化分析，三相LLC谐振电路中的谐振电感Lr1＝Lr2＝Lr3，谐振电容Cr1＝Cr2＝Cr3，励磁电感Lm1＝Lm2＝Lm3；
(2)为简化分析，在分析中，忽略同一个桥臂上的两个开关管的死区时间；
(3)第一原边支路的功率开关管S1、S2互补工作在谐振频率上；第二原边支路的功率开关管S3、S4互补工作在谐振频率上；第三原边支路的功率开关管S5、S6互补工作在谐振频率上；
(4)两桥臂开关信号之间的相移大于0°，小于180°。
换流过程分析(忽略死区时间)：
1)模态1：[t0～t1]
如图3所示，功率开关管S1导通，S2关断，S3关断，S4导通，S5导通，S6关断，谐振电容Cr1与谐振电感Lr1发生谐振，谐振电流iLr1滞后输入电压，功率开关管S1零电压软开通，谐振电流呈正弦形式变化，谐振电流iLr1与励磁电感电流iLm1之差传递到副边；谐振电容Cr2与谐振电感Lr2发生谐振，谐振电流iLr2呈正弦形式变化，励磁电感iLm2与谐振电流iLr2之差传递到副边；谐振电容Cr3与谐振电感Lr3发生谐振，谐振电流iLr3呈正弦形式变化，谐振电流iLr3与励磁电感电流iLm3之差传递到副边；第一隔离变压器支路的输入电压vAB为+Vin，电流iLr4呈线性上升；第二隔离变压器支路的输入电压vBC为-Vin，电流iLr5呈线性下降。
2)模态2：[t1～t2]
如图4所示，开关管S1导通，S2关断，S3关断，S4导通，S5关断，S6导通，谐振电容Cr1与谐振电感Lr1谐振，谐振电流呈正弦形式变化，谐振电流iLr1与励磁电感电流iLm1之差传递到副边；谐振电容Cr2与谐振电感Lr2发生谐振，谐振电流iLr2呈正弦形式变化，励磁电感iLm2与谐振电流iLr2之差传递到副边；谐振电容Cr3与谐振电感Lr3发生谐振，谐振电流iLr3呈正弦形式变化，由于谐振腔呈感性，谐振电流iLr3滞后谐振腔的输入电压，开关管S6零电压软开通，励磁电感电流iLm3与谐振电流iLr3之差传递到副边；第一隔离变压器支路的输入电压vAB为+Vin，电流iLr4呈线性上升；第二隔离变压器支路的输入电压vBC为零，此时副边的二极管Do9和Do10同时导通，使得隔离变压器T5的副边绕组电压为零，原边绕组电压也相应为零，隔离变压器T5的漏感Lr5与隔直电容CB2工作在谐振状态下。
3)模态3：[t2～t3]
如图5所示，开关管S1导通，S2关断，S3导通，S4关断，S5关断，S6导通，谐振电容Cr1与谐振电感Lr1发生谐振，谐振电流呈正弦形式变化，谐振电流iLr1与励磁电感电流iLm1之差传递到副边；谐振电容Cr2与谐振电感Lr2发生谐振，谐振电流iLr2呈正弦形式变化，由于谐振腔呈现感性，谐振电流iLr2滞后谐振腔的输入电压，开关管S3零电压软开通，谐振电流iLr2与励磁电感电流iLm2之差传递到副边；谐振电容Cr3与谐振电感Lr3发生谐振，谐振电流iLr3呈正弦形式变化，励磁电感电流iLm3与谐振电流iLr3与之差传递到副边；第一隔离变压器支路的输入电压vAB为零，此时副边的二极管Do7与Do8同时导通，使得隔离变压器T4的副边绕组电压为零，原边绕组电压也相应为零，隔离变压器T4的漏感Lr4与隔直电容CB1工作在谐振状态下；第二隔离变压器支路的输入电压vBC为+Vin，电流iLr5呈线性上升。
4)模态4：[t3～t4]
如图6所示，开关管S1关断，S2导通，S3导通，S4关断，S5关断，S6导通，谐振电容Cr1与谐振电感Lr1发生谐振，谐振电流呈正弦形式变化，谐振电流iLr1滞后于谐振腔的输入电压，开关管S2零电压软开通，励磁电感电流iLm1与谐振电流iLr1之差传递到副边；谐振电容Cr2与谐振电感Lr2发生谐振，谐振电流iLr2呈正弦形式变化，谐振电流iLr2与励磁电感电流iLm2之差传递到副边；谐振电容Cr3与谐振电感Lr3发生谐振，谐振电流iLr3呈正弦形式变化，励磁电感电流iLm3与谐振电流iLr3之差传递到副边；第一隔离变压器支路的输入电压vAB为-Vin，电流iLr4呈线性下降；第二隔离变压器支路的输入电压vBC为+Vin，电流iLr5呈线性上升。
5)模态5：[t4～t5]
如图7所示，开关管S1关断，S2导通，S3导通，S4关断，S5导通，S6关断，谐振电容Cr1与谐振电感Lr1发生谐振，谐振电流呈正弦形式变化，励磁电感电流iLm1与谐振电流iLr1之差传递到副边；谐振电容Cr2与谐振电感Lr2发生谐振，谐振电流iLr2呈正弦形式变化，谐振电流iLr2与励磁电感电流iLm2之差传递到副边；谐振电容Cr3与谐振电感Lr3发生谐振，谐振电流iLr3滞后于输入电压，开关管S5零电压软开通，谐振电流iLr3呈正弦形式变化，谐振电流iLr3与励磁电感电流iLm3之差传递到副边；第一隔离变压器支路的输入电压vAB为-Vin，电流iLr4呈线性下降；第二隔离变压器支路的输入电压vBC为零，此时副边的二极管Do9和Do10同时导通，使得隔离变压器T5的副边绕组电压为零，原边绕组电压也相应为零，隔离变压器T5的漏感Lr5与隔直电容CB2工作在谐振状态下。
5)模态6：[t5～t6]
如图8所示，开关管S1关断，S2导通，S3关断，S4导通，S5导通，S6关断，谐振电容Cr1与谐振电感Lr1发生谐振，谐振电流呈正弦形式变化，励磁电感电流iLm1与谐振电流iLr1之差传递到副边；谐振电容Cr2与谐振电感Lr2发生谐振，谐振电流iLr2滞后于谐振腔的输入电压，开关管S4零电压软开通，谐振电流iLr2呈正弦形式变化，励磁电感电流iLm2与谐振电流iLr2之差传递到副边；谐振电容Cr3与谐振电感Lr3发生谐振，谐振电流iLr3呈正弦形式变化，谐振电流iLr3与励磁电感电流iLm3之差传递到副边；第一隔离变压器支路的输入电压vAB为零，此时副边的二极管Do7与Do8同时导通，使得隔离变压器T4的副边绕组电压为零，原边绕组电压也相应为零，隔离变压器T4的漏感Lr4与隔直电容CB1工作在谐振状态下；第二隔离变压器支路的输入电压vBC为-Vin，电流iLr4呈线性下降；
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，包括：
输入电源；
三相LLC谐振电路，采用频率调制方式将直流输入电压变换为高直流输出电压，副边为全波整流电路结构；
移相全桥电路，包括第一支路和第二支路，所述第一支路连接于所述并联全桥LLC谐振电路的第一桥臂与第二桥臂之间，采用调节该两个桥臂间的相位方式将直流输入电压变换为第一低直流输出电压；所述第二支路连接于所述并联全桥LLC谐振电路的第二桥臂与第三桥臂之间，采用调节该两个桥臂间的相位方式将直流输入电压变换为第二低直流输出电压；副边为全波整流电路结构。
2.如权利要求1所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述三相LLC谐振电路的原边包括：
第一桥臂，与所述输入电源并联，由串联的第一功率开关管和第二功率开关管组成，第一功率开关管的漏极与所述输入电源的正极相连，第二功率开关管的源极与所述输入电源的负极相连；
第二桥臂，与所述输入电源并联，由串联的第三功率开关管和第四功率开关管组成，第三功率开关管的漏极与所述输入电源的正极相连，第四功率开关管的源极与所述输入电源的负极相连；
第三桥臂，与所述输入电源并联，由串联的第五功率开关管和第六功率开关管组成，第五功率开关管的漏极与所述输入电源的正极相连，第六功率开关管的源极与所述输入电源的负极相连；
第一谐振腔，由依次连接的第一谐振电容、第一谐振电感以及第一隔离变压器原边绕组组成，其中，第一谐振电容的正极与所述第一功率开关管的源极相连，第一隔离变压器原边绕组的异名端与所述第二功率开关管的源极相连；
第二谐振腔，由依次连接的第二谐振电容、第二谐振电感以及第二隔离变压器原边绕组组成，其中，第二谐振电容的正极与所述第三功率开关管的源极相连，第二隔离变压器原边绕组的异名端与所述第四功率开关管的源极相连；
第三谐振腔，由依次连接的第三谐振电容、第三谐振电感以及第三隔离变压器原边绕组组成，其中，第三谐振电容的正极与所述第五功率开关管的源极相连，第三隔离变压器原边绕组的异名端与所述第六功率开关管的源极相连；
所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管、第五功率开关管和第六功率开关管均带有反并二极管。
3.如权利要求2所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述三相LLC谐振电路的副边包括：
第一隔离变压器副边绕组、第二隔离变压器副边绕组、第三隔离变压器副边绕组，第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管、第四功率二极管、第五功率二极管、第六功率二极管以及第一输出滤波电容，
其中，第一隔离变压器副边绕组的同名端与第一功率二极管阳极和第二功率二极管阴极相连，第一功率二极管阴极连接到第一输出滤波电容阳极，第二功率二极管阳极连接到第一输出滤波电容阴极；
第二隔离变压器副边绕组的同名端与第三功率二极管阳极和第四功率二极管阴极相连，第三功率二极管阴极连接到第一输出滤波电容阳极，第四功率二极管阳极连接到第一输出滤波电容阴极；
第三隔离变压器副边绕组的同名端与第五功率二极管阳极和第六功率二极管阴极相连，第五功率二极管阴极连接到第一输出滤波电容阳极，第六功率二极管阳极连接到第一输出滤波电容阴极；
第一隔离变压器副边绕组、第二隔离变压器副边绕组、第三隔离变压器副边绕组三者的异名端相连；
所述第一滤波电容的正极与所述第二滤波电容的负极作为DC-DC变换器的高直流电压输出端。
4.如权利要求3所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述移相全桥电路的原边包括：
第一支路原边，由依次连接的第一隔直电容、第四隔离变压器原边绕组组成，第一隔直电容的正极与所述第一功率开关管的源极相连，第四隔离变压器原边绕组的异名端与所述第三功率开关管的源极相连；
第二支路原边，由依次连接的第二隔直电容、第五隔离变压器原边绕组组成，第二隔直电容的正极与所述第三功率开关管的源极相连，第五隔离变压器原边绕组的异名端与所述第五功率开关管的源极相连。
5.如权利要求4所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述移相全桥电路的副边包括：
第四隔离变压器的第一副边绕组、第四隔离变压器的第二副边绕组，所述第一副边绕组的异名端与第二副边绕组的同名端相连；
第七功率二极管，阳极与所述第一副边绕组的同名端相连，
第八功率二极管，阳极与所述第二副边绕组的异名端相连，阴极与所述第七功率二极管的阴极相连；
第一滤波电感，正极与所述第七功率二极管的阴极相连，负极与第二滤波电容的正极相连；
第二滤波电容，正极与所述第一滤波电感的负极相连，负极与所述第一副边绕组的异名端相连；
所述第二滤波电容的正极与负极作为DC-DC变换器的第一低直流电压输出端。
6.如权利要求5所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述移相全桥电路的副边包括：
第五隔离变压器的第三副边绕组、第五隔离变压器的第四副边绕组，所述第三副边绕组的异名端与第四副边绕组的同名端相连；
第九功率二极管，阳极与所述第三副边绕组的同名端相连，
第十功率二极管，阳极与所述第四副边绕组的异名端相连，阴极与所述第九功率二极管的阴极相连；
第二滤波电感，正极与所述第九功率二极管的阴极相连，负极与第三滤波电容的正极相连；
第三滤波电容，正极与所述第二滤波电感的负极相连，负极与所述第三副边绕组的异名端相连；
所述第三滤波电容的正极与负极作为DC-DC变换器的第二低直流电压输出端。
7.如权利要求2所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管和第六功率开关管均为功率金属-氧化物半导体场效应晶体管。
8.权利要求1～7任一项所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述高直流电压输出端输出200V～400V的直流电压。
9.权利要求1～7所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述第一低直流电压输出端输出48V的直流电压。
10.权利要求1～7所述的基于三相LLC谐振电路和移相全桥电路的隔离混合调制三路输出DC-DC变换器，其特征在于，所述第一低直流电压输出端输出48V的直流电压。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109151351A (zh) * 2018-09-25 2019-01-04 深圳创维－Rgb电子有限公司 一种电源板以及电视
CN110071640A (zh) * 2019-04-01 2019-07-30 三峡大学 一种三倍流整流llc三相全桥直流变换器
CN111342672A (zh) * 2020-04-09 2020-06-26 深圳市华瑞新能源技术有限公司 混合开关移相控制防反灌的充电装置及其控制方法
CN111835207A (zh) * 2020-08-11 2020-10-27 石家庄通合电子科技股份有限公司 Llc变换器及电源
CN112910262A (zh) * 2021-01-21 2021-06-04 沈阳工业大学 一种集成dab和llc谐振电路的隔离dc-dc变换器
CN113067479A (zh) * 2021-03-25 2021-07-02 国文电气股份有限公司 一种充电模块dc/dc拓扑电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101951152A (zh) * 2009-06-24 2011-01-19 意法半导体股份有限公司 多相谐振转换器及控制其的方法
CN103684024A (zh) * 2013-11-21 2014-03-26 浙江大学 一种倍流式差分输出的逆变器
CN106300993A (zh) * 2016-10-14 2017-01-04 湖南大学 一种前后桥臂复用高效率全桥移相变换器
CN106452079A (zh) * 2015-08-05 2017-02-22 艾默生网络能源系统北美公司 一种n相谐振变换器和电源电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101951152A (zh) * 2009-06-24 2011-01-19 意法半导体股份有限公司 多相谐振转换器及控制其的方法
CN103684024A (zh) * 2013-11-21 2014-03-26 浙江大学 一种倍流式差分输出的逆变器
CN106452079A (zh) * 2015-08-05 2017-02-22 艾默生网络能源系统北美公司 一种n相谐振变换器和电源电路
CN106300993A (zh) * 2016-10-14 2017-01-04 湖南大学 一种前后桥臂复用高效率全桥移相变换器

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109151351A (zh) * 2018-09-25 2019-01-04 深圳创维－Rgb电子有限公司 一种电源板以及电视
CN109151351B (zh) * 2018-09-25 2021-06-01 深圳创维－Rgb电子有限公司 一种电源板以及电视
CN110071640A (zh) * 2019-04-01 2019-07-30 三峡大学 一种三倍流整流llc三相全桥直流变换器
CN111342672A (zh) * 2020-04-09 2020-06-26 深圳市华瑞新能源技术有限公司 混合开关移相控制防反灌的充电装置及其控制方法
CN111835207A (zh) * 2020-08-11 2020-10-27 石家庄通合电子科技股份有限公司 Llc变换器及电源
CN112910262A (zh) * 2021-01-21 2021-06-04 沈阳工业大学 一种集成dab和llc谐振电路的隔离dc-dc变换器
CN113067479A (zh) * 2021-03-25 2021-07-02 国文电气股份有限公司 一种充电模块dc/dc拓扑电路

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