CN108683337A - 带有多个半桥llc谐振变换器的变换系统及均流方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统及均流方法，系统包括：N个LLC半桥电路，N≥2，各LLC半桥电路的输入端串并联组合连接，输出端串并联组合连接；N个控制信号单元，分别与对应的LLC半桥电路连接，用于控制开关管通断；N个整流单元，各整流单元的输入端分别通过对应的变压器与对应的LLC半桥电路输出端连接。与现有技术相比，本发明不需要添加额外器件，仅需微调占空比就能实现均流，开关管的不对称性极小，因此对LLC半桥的影响很小，保留了LLC变换器的优异性能。本发明能够实现两个以上(含两个)以相同开关频率工作，减小系统纹波及干扰，具有较好的应用前景。

Description

带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统及均流方法
技术领域
本发明涉及一种LLC谐振功率变换器，尤其是涉及一种带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统及均流方法。
背景技术
LLC谐振变换器可以实现在全负载范围内实现主开关管的零电压导通(ZVS)和零电流关断(ZCS)，副边整流二极管也可实现ZCS，具有其它变换器无可比拟的优势。但多个LLC谐振变换器同时工作时，由于各变换器的参数不完全一致，导致各变换器输出电流无法均衡，引起单个或数个变换器过热无法正常工作甚至损坏的恶劣影响。
现有的方式是通过调节各路的开关频率以实现LLC谐振功率变换器的均流，但是开关频率的大范围变化会显著增大磁性元件和同步整流驱动的设计难度，不利于效率提升。同时，各变换器的工作频率不相同会产生较大的纹波。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统及均流方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统，包括：
N个LLC半桥电路，N≥2，各LLC半桥电路的输入端串并联组合连接，输出端串并联组合连接；
N个控制信号单元，分别与对应的LLC半桥电路连接，用于控制开关管通断；
N个整流单元，各整流单元的输入端分别通过对应的变压器与对应的LLC半桥电路输出端连接。
所述的系统还包括非谐振功率变换电路，所述的非谐振功率变换电路的输入端与所述的N个LLC半桥电路的输入端串并联组合连接，非谐振功率变换电路的输出端与所述的N个LLC半桥电路的输出端串并联组合连接。
所述的变压器的原边与LLC半桥电路连接，副边与整流单元连接。
一种利用所述的带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统进行均流控制的方法，通过微调各控制信号单元的占空比以改变电路的电压增益，从而实现各电路输出电流均衡。
所述的变换系统中，一路LLC半桥电路的上下两个开关管的占空比对称，以其中一路谐振参数为基准，其他半桥电路的谐振参数偏离越大，占空比调节幅度越大。谐振参数设计时是相同的，但由于工艺的误差会有偏离，所以不能完全一致，这里是以一路的实际参数作为基准，其他几路相对于此路的参数偏离越大，则需要调节的就越多。
占空比微调的程度以不破坏LLC电路的原有波形为前提。
所述的谐振参数包括电感参数和电容参数。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)不需要添加额外器件，仅需微调占空比就能实现均流，开关管的不对称性极小，因此对LLC半桥的影响很小，保留了LLC变换器的优异性能。
(2)本发明能够实现两个以上(含两个)以相同开关频率工作，减小系统纹波及干扰，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明变换系统的结构图；
图2为本实施例变换系统的原理图；
图3为本实施例变换系统均流前波形图；
图4为本实施例变换系统均流后波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统，包括：
N个LLC半桥电路1，N≥2，各LLC半桥电路1的输入端串并联组合连接，输出端串并联组合连接；
N个控制信号单元2，分别与对应的LLC半桥电路1连接，用于控制开关管通断；
N个整流单元3，各整流单元3的输入端分别通过对应的变压器4与对应的LLC半桥电路输出端连接。
通过多个变压器4把能量传递到副边，经过各个整流单元3后提供给负载，N个LLC半桥电路1之间输入和输出分别进行串并联组合。通过微调N路控制信号的占空比以改变电路的电压增益，可实现各路LLC半桥输出电流均衡(不对称控制可改变N个电路或功率单元的电流分配比例)。图中的N个电路或功率变换单元也可与其他非谐振(或谐振但无耦合)的功率变换电路或单元一起组合使用。
本实施例由两个LLC半桥构成，采用交错并联的形式，含有Q1和Q2的LLC半桥为LLC半桥1，含有Q3和Q4的LLC半桥为LLC半桥2。图2是实施例的原理图，其中Q1～Q4是开关管，L1和L2是谐振电感，C1和C2是谐振电容，T1和T2是变压器，匝比分别为N1:N2:N2和N3:N4:N4，LM1和LM2分别是T1和T2的励磁电感，D1～D4是整流二极管，Cin是输入滤波电容，Co是输出滤波电容。
本实施例输入250V，输出24V。表1是本实施例的Saber仿真主要参数，可看出两个谐振电感不相等，相差大约10％。图3是均流前的波形图，从上至下依次是Q1和Q2的驱动波形vGS1和vGS2、Q3和Q4的驱动波形vGS3和vGS4，L1和L2的电流波形iL1和iL2以及副边电流波形is1和is2。两路LLC驱动信号相位相差90度，有利于输出纹波的减小，但是由于谐振电感不相等，导致两路的功率不平衡，LLC半桥1谐振电感上电流的有效值为0.68A，LLC半桥2谐振电感上电流的有效值为0.86A，相差大约20％，两路的输出电流有效值分别为5.75A和4.34A，存在电流不平衡的现象。
表1本实施例主要参数
本实施例将LLC半桥1驱动信号的占空比进行微调，得到图4的波形图，可以看出两路LLC谐振电感电流的有效值均为0.76A左右，两路输出电流的有效值均为5.05A左右，实现了均流的效果。
相比传统的调频均流方式，本例采用的微调占空比可以让两路LLC工作在相同的频率下，有利于减小输出电流纹波。由于占空比改变极小，LLC近似工作在对称状态，不影响LLC变换器本身的优异性能。

Claims (7)

1.一种带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统，其特征在于，包括：
N个LLC半桥电路，N≥2，各LLC半桥电路的输入端串并联组合连接，输出端串并联组合连接；
N个控制信号单元，分别与对应的LLC半桥电路连接，用于控制开关管通断；
N个整流单元，各整流单元的输入端分别通过对应的变压器与对应的LLC半桥电路输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统，其特征在于，所述的系统还包括非谐振功率变换电路，所述的非谐振功率变换电路的输入端与所述的N个LLC半桥电路的输入端串并联组合连接，非谐振功率变换电路的输出端与所述的N个LLC半桥电路的输出端串并联组合连接。
3.根据权利要求1所述的一种带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统，其特征在于，所述的变压器的原边与LLC半桥电路连接，副边与整流单元连接。
4.一种利用如权利要求1～3任一所述的带有多个半桥LLC谐振变换器的变换系统进行均流控制的方法，其特征在于，通过微调各控制信号单元的占空比以改变电路的电压增益，从而实现各电路输出电流均衡。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的变换系统中，一路LLC半桥电路的上下两个开关管的占空比对称，以其中一路谐振参数为基准，其他半桥电路的谐振参数偏离越大，占空比调节幅度越大。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，占空比微调的程度以不破坏LLC电路的原有波形为前提。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的谐振参数包括电感参数和电容参数。
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