CN110071640A - 一种三倍流整流llc三相全桥直流变换器 - Google Patents

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Abstract

一种三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，包括依次连接的可控开关网络、LLC谐振网络、变压器组、整流滤波网络；可控开关网络包括多个桥臂，每个桥臂包括串联的两个开关管，每个开关管的漏极、源极分别并联有缓冲电容；LLC谐振网络包括多个LLC谐振变换器；变压器组包括多个变压器；整流滤波网络采用倍流整流电路，倍流整流电路使用开关管代替二极管进行整流。本发明的LLC谐振变换器使得变压器原边侧可控开关网络开关管的零电压导通，变压器副边侧整流管的零电流关断，减小了损耗，提高了工作效率，电路中开关器件的电压应力大幅降低，可选择的范围较广；与现有的全波整流电路相比，本发明采用的三倍流整流拓扑中变压器不含有中心抽头，节省成本。

Description

一种三倍流整流LLC三相全桥直流变换器
技术领域
本发明属于直流/直流变换器领域，具体涉及一种三倍流整流LLC三相全桥直流变换器。
背景技术
在通常的输出整流电路中，整流二极管的导通管压降幅值远小于交流输入电压的幅值，所以可将整流管的管压降忽略不计。但是在输出低压大电流DC/DC电源中，由于输出电流较大，而电压又较小，所以二极管的导通压降相对低压输出电而言所占比例较大，故其所产生的导通损耗也较大，会严重削减电源的效率。
在功率开关管过程中，功率管上的电压和电流发生变化有一个过渡过程，开通时，其电流由零逐步上升，电压逐步下降，电流上升和电压下降有一个交叠过程，使开通过程中有功率损耗(称为开通损耗)。同理，关断时，电流下降和电压上升也有一个交叠过程，使关断过程中开关管也有功率损耗(称为关断损耗)。显然开关频率越高，开关损耗越大，因此应用硬开关技术的PWM功率变换器，其开关频率不宜太高，否则开关损耗太大，变换器效率大大降低。
为使开关电源在高频下高效的工作，“软开关”技术应用越来越广泛，所谓“软开关”技术是指零电压开关(ZVS)、零电流开关(ZCS)，运用谐振原理，使开关变换器的开关器件中的电流或电压按照正弦或者准正弦规律变化，当电流自然过零时使器件关断；电压过零时使器件开通，实现开关损耗为零。现今全桥拓扑的软开关技术已经非常成熟，通过移相控制可以轻松实现全桥开关管的ZVS软开关，但还不能实现同步整流管的ZCS软开关，难以满足在飞机、轮船、轨道车辆等大功率场合用电的保障要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中变换器中能量转换率低，开关损耗较大的问题，提供一种三倍流整流的零电压开关的三相全桥直流变换器，其电路拓扑采用三倍流整流电路，电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)特性好，采用软开关辅助电路实现开关管零电压关断、整流管零点流开通，大幅降低开关管、整流管损耗，采用MOSFET代替二极管进行同步整流，提高变换器工作效率。
本发明的技术方案是一种三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，包括依次连接的可控开关网络、LLC谐振网络、变压器组、整流滤波网络；可控开关网络包括多个桥臂，每个桥臂包括串联的两个开关管，每个开关管的漏极、源极分别并联有缓冲电容；LLC谐振网络包括多个LLC谐振变换器；变压器组包括多个变压器；整流滤波网络采用倍流整流电路，倍流整流电路使用开关管代替二极管进行整流。
可控开关网络包括并联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；变压器组包括第一变压器、第二变压器、第三变压器，第一变压器的原边绕组的异名端、第二变压器的原边绕组的异名端、第三变压器的原边绕组的异名端相互连接；第一变压器的副边绕组的异名端、第二变压器的副边绕组的异名端、第三变压器的副边绕组的异名端相互连接。
第一桥臂包括开关管Q1、开关管Q2、寄生二极管D1、寄生二极管D2、电容C1、电容C2，开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接；寄生二极管D1的阳极与开关管Q1的源极连接，寄生二极管D1的阴极与开关管Q1的漏极连接；电容C1的两端分别与开关管Q1的源极、漏极连接；寄生二极管D2的阳极与开关管Q2的源极连接，寄生二极管D2的阴极与开关管Q2的漏极连接；电容C2的两端分别与开关管Q2的源极、漏极连接。
第二桥臂包括开关管Q3、开关管Q4、寄生二极管D3、寄生二极管D4、电容C3、电容C4，第二桥臂结构与第一桥臂结构相同。
第三桥臂包括开关管Q5、开关管Q6、寄生二极管D5、寄生二极管D6、电容C5、电容C6，第三桥臂结构与第一桥臂结构相同；开关管Q3的漏极、开关管Q5的漏极分别与开关管Q1的漏极连接；开关管Q4的源极、开关管Q6的源极分别与开关管Q2的源极连接。
LLC谐振网络包括第一LLC谐振变换器、第二LLC谐振变换器、第三LLC谐振变换器；第一LLC谐振变换器包括谐振电容Cr1、谐振电感Lr1、励磁电感Lm1，谐振电容Cr1的一端与开关管Q1的源极连接，谐振电容Cr1另一端连接谐振电感Lr1，谐振电感Lr1另一端与励磁电感Lm1连接；励磁电感Lm1与第一变压器的原边绕组并联。
第二LLC谐振变换器包括谐振电容Cr2、谐振电感Lr2、励磁电感Lm2，谐振电容Cr2的一端与开关管Q3的源极连接，谐振电容Cr2另一端连接谐振电感Lr2，谐振电感Lr2另一端与励磁电感Lm2连接；励磁电感Lm2与第二变压器的原边绕组并联。
第三LLC谐振变换器包括谐振电容Cr3、谐振电感Lr3、励磁电感Lm3，谐振电容Cr3的一端与开关管Q5的源极连接，谐振电容Cr3另一端连接谐振电感Lr3，谐振电感Lr3另一端与励磁电感Lm3连接；励磁电感Lm3与第三变压器的原边绕组并联。
第一桥臂、第一LLC谐振变换器、第一变压器构成三倍流整流LLC三相全桥直流变换器的第一模块；第二桥臂、第二LLC谐振变换器、第二变压器构成三倍流整流LLC三相全桥直流变换器的第二模块；第三桥臂、第三LLC谐振变换器、第三变压器构成三倍流整流LLC三相全桥直流变换器的第三模块。
整流滤波网络包括滤波电容C0、倍流电感L1、倍流电感L2、倍流电感L3、开关管Q7、开关管Q8、开关管Q9、寄生二极管D7、寄生二极管D8、寄生二极管D9、缓冲电容C7、缓冲电容C8、缓冲电容C9；开关管Q7的源极连接滤波电容C0，开关管Q7的漏极分别与倍流电感L1一端、第一变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L1另一端与滤波电容C0另一端连接；开关管Q8的源极连接滤波电容C0，开关管Q8的漏极分别与倍流电感L2一端、第二变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L2另一端与滤波电容C0另一端连接；开关管Q9的源极连接滤波电容C0，开关管Q9的漏极分别与倍流电感L3一端、第三变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L3另一端与滤波电容C0另一端连接；寄生二极管D7与开关管Q7反并联；寄生二极管D8与开关管Q8反并联；寄生二极管D9与开关管Q9反并联。
进一步地，LLC谐振网络构成可控开关网络的开关管的零电压软开关。
进一步地，LLC谐振网络构成整流滤波网络的开关管的零电流软开关。
进一步地，整流滤波网络的开关管分别为金氧半场效晶体管MOSFET。
进一步地，整流滤波网络的开关管整流时分别采用同步整流。
本发明一种三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，具有以下有益效果：
1)LLC谐振变换器使得变压器原边侧可控开关网络开关管的零电压导通，变压器副边侧整流管的零电流关断，减小了损耗，提高了工作效率，电路中开关器件的电压应力大幅降低，可选择的范围较广；
2)与现有的全波整流电路相比，本发明采用的三倍流整流拓扑中变压器不含有中心抽头，并且采用三个滤波电感，节省成本；
3)与现有的倍流整流相比，本发明采用MOSFET代替二极管进行同步整流，在高性能、高功率的变换器中使用同步整流能获得更高的效率、更低的功耗、更佳的热性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器的电路拓扑结构示意图。
图2为三相变压器连接方式。
图3为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器的开关管电压波形图。
图4为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态1的工作状态示意图。
图5为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态2的工作状态示意图。
图6为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态3的工作状态示意图。
图7为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态4的工作状态示意图。
图8为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态5的工作状态示意图。
图9为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态6的工作状态示意图。
图10为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态7的工作状态示意图。
图11为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态8的工作状态示意图。
图12为三倍流整流LLC三相全桥直流变换器模态9的工作状态示意图。
图13为开关管Q1零电压软导通的电压波形图。
图14为开关管Q1零电压软导通的电压波形放大图。
图15为开关管Q7的同步整流驱动信号示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，本实施例中简称为三相全桥直流变换器，包括依次连接的可控开关网络、LLC谐振网络、变压器组、整流滤波网络。
可控开关网络包括并联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；变压器组包括第一变压器、第二变压器、第三变压器，第一变压器的原边绕组的异名端、第二变压器的原边绕组的异名端、第三变压器的原边绕组的异名端相互连接；第一变压器的副边绕组的异名端、第二变压器的副边绕组的异名端、第三变压器的副边绕组的异名端相互连接。
第一桥臂包括开关管Q1、开关管Q2、寄生二极管D1、寄生二极管D2、电容C1、电容C2，开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接；寄生二极管D1的阳极与开关管Q1的源极连接，寄生二极管D1的阴极与开关管Q1的漏极连接；电容C1的两端分别与开关管Q1的源极、漏极连接；寄生二极管D2的阳极与开关管Q2的源极连接，寄生二极管D2的阴极与开关管Q2的漏极连接；电容C2的两端分别与开关管Q2的源极、漏极连接。
第二桥臂包括开关管Q3、开关管Q4、寄生二极管D3、寄生二极管D4、电容C3、电容C4，第二桥臂结构与第一桥臂结构相同。
第三桥臂包括开关管Q5、开关管Q6、寄生二极管D5、寄生二极管D6、电容C5、电容C6，第三桥臂结构与第一桥臂结构相同。
开关管Q3的漏极、开关管Q5的漏极分别与开关管Q1的漏极连接。
开关管Q4的源极、开关管Q6的源极分别与开关管Q2的源极连接。
LLC谐振网络包括第一LLC谐振变换器、第二LLC谐振变换器、第三LLC谐振变换器；第一LLC谐振变换器包括谐振电容Cr1、谐振电感Lr1、励磁电感Lm1，谐振电容Cr1的一端与开关管Q1的源极连接，谐振电容Cr1另一端连接谐振电感Lr1，谐振电感Lr1另一端与励磁电感Lm1连接；励磁电感Lm1与第一变压器的原边绕组并联。
第二LLC谐振变换器包括谐振电容Cr2、谐振电感Lr2、励磁电感Lm2，谐振电容Cr2的一端与开关管Q3的源极连接，谐振电容Cr2另一端连接谐振电感Lr2，谐振电感Lr2另一端与励磁电感Lm2连接；励磁电感Lm2与第二变压器的原边绕组并联。
第三LLC谐振变换器包括谐振电容Cr3、谐振电感Lr3、励磁电感Lm3，谐振电容Cr3的一端与开关管Q5的源极连接，谐振电容Cr3另一端连接谐振电感Lr3，谐振电感Lr3另一端与励磁电感Lm3连接；励磁电感Lm3与第三变压器的原边绕组并联。
第一桥臂、第一LLC谐振变换器、第一变压器构成三倍流整流LLC三相全桥直流变换器的第一模块；第二桥臂、第二LLC谐振变换器、第二变压器构成三倍流整流LLC三相全桥直流变换器的第二模块；第三桥臂、第三LLC谐振变换器、第三变压器构成三倍流整流LLC三相全桥直流变换器的第三模块。
整流滤波网络包括滤波电容C0、倍流电感L1、倍流电感L2、倍流电感L3、开关管Q7、开关管Q8、开关管Q9、寄生二极管D7、寄生二极管D8、寄生二极管D9、缓冲电容C7、缓冲电容C8、缓冲电容C9。
开关管Q7的源极连接滤波电容C0，开关管Q7的漏极分别与倍流电感L1一端、第一变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L1另一端与滤波电容C0另一端连接。
开关管Q8的源极连接滤波电容C0，开关管Q8的漏极分别与倍流电感L2一端、第二变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L2另一端与滤波电容C0另一端连接。
开关管Q9的源极连接滤波电容C0，开关管Q9的漏极分别与倍流电感L3一端、第三变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L3另一端与滤波电容C0另一端连接。
寄生二极管D7与开关管Q7反并联；寄生二极管D8与开关管Q8反并联；寄生二极管D9与开关管Q9反并联。
LLC谐振网络构成可控开关网络的开关管的零电压软开关。
LLC谐振网络构成整流滤波网络的开关管的零电流软开关。
整流滤波网络的开关管分别为MOSFET。
整流滤波网络的开关管整流时分别采用同步整流。
三相变压器，可分为Y-Y(星形—星形)，Δ-Δ(三角形—三角形)，Y-Δ(星形—三角形)，Δ-Y(三角形—星形)4种连接方式，具体连接方式如图2所示，本发明采用Y-Y的连接方式，构成三相双全桥直流变换器。
LLC谐振网络可实现变压器原边开关管侧零电压开通、副边侧整流开关管零电流关断，本实施例中谐振电感Lr1＝Lr2＝Lr3＝Lr，励磁电感Lm1＝Lm2＝Lm3＝Lm，谐振电容Cr1＝Cr2＝Cr3＝Cr；第一谐振变换器、第二谐振变换器、第三谐振变换器分别具有两个谐振频率，第一个谐振频率为谐振电感Lr和谐振电容Cr发生谐振产生的频率f1；第二个谐振频率为励磁电感Lm、谐振电感Lr和谐振电容Cr一起谐振产生的频率f2，计算公式如下：
第一LLC谐振变换器、第二LLC谐振变换器、第三LLC谐振变换器的开关频率f可工作在多种模式：f2＜f＜f1，f＝f1，f＞f1。本实施例分析f2＜f＜f1模式，在此模式下，电路处于感性状态，电压相位超前电流，开关管的寄生二极管在驱动信号来之前就已导通，为开关管零电压开通做铺垫。电流ir1、ir2、ir3分别为流经谐振电感Lr1、Lr2、Lr3的电流，电流im1、im2、im3分别为流经励磁电感Lm1、Lm2、Lm3的电流，ir1＞0时以及开关管Q1的驱动信号uQ1gs为高电平时，三相全桥直流变换器的前半周期可分为9个模态，如图3所示，其具体工作状态如下：
模态1[t0-t1]：在t0时刻，寄生二极管D1、开关管Q4、Q5导通，此时开关管Q1漏极与源极两端电压uQ1ds被钳位在0V，为开关管Q1的零电压导通创造条件。此时，驱动信号uQ1gs被施加给开关管Q1。流过谐振电感Lr1电流继续反向减小，流过励磁电感Lm1电流同样反向减小；谐振电感Lr2中的电流反向增大，流过励磁电感Lm2中的电流正向线性减小；谐振电感Lr3中的电流正向减小，励磁电感Lm3中的电流正向线性增大。此时LLC谐振网络中谐振电感Lr1与谐振电容Cr1、谐振电感Lr2与谐振电容Cr2、谐振电感Lr3与谐振电容Cr3参与谐振。电流流经寄生二极管D1、谐振电容Cr1、谐振电感Lr1和开关管Q5、谐振电容Cr3、谐振电感Lr3后，汇合到谐振电感Lr2、谐振电容Cr2、开关管Q4的支路，变压器副边整流管Q8导通。模态1的三相全桥直流变换器的工作状态如图4所示。
模态2[t1-t2]：t1时刻寄生二极管D1完全关断，开关管Q1零电压完全导通，导通开关管为开关管Q1、Q4、Q5。谐振电感Lr1的电流继续正向谐振增大，励磁电感Lm1的电流反向线性减小；谐振电感Lr2、励磁电感Lm2、谐振电感Lr3、励磁电感Lm3中的电流保持原来变化趋势，直到t2时刻，im3＝ir3，此模态结束，各相励磁电感两端的电压始终被寄生二极管钳位在nU0，n为变压器匝数比，n＝15:4。模态2的三相全桥直流变换器的工作状态如图5所示。
模态3[t2-t3]：在此模态下，开关管Q1、Q4、Q5导通，尽管此时开关管Q5仍导通，但C相(开关管Q5、Q6关断)并不向负载提供能量，谐振电感Lr3、励磁电感Lm3与谐振电容Cr3共同谐振，由于励磁电感Lm3远大于谐振电感Lr3，流过谐振电感Lr3与励磁电感Lm3的电流相等且近似保持不变，需要注意的是此阶段非常短，且励磁电感Lm3两端的电压值为零。流过谐振电感Lr1与励磁电感Lm1的电流保持原有趋势。谐振电感Lr2中的电流反向增至电流峰值后，开始减小，励磁电感Lm2中的电流继续反向增大，此时，电流流经开关管Q1、谐振电容Cr1、谐振电感Lr1和开关管Q5、谐振电容Cr3、励磁电感Lm3后，汇合到谐振电感Lr2、谐振电容Cr2、开关管Q4的支路返回电压负极，开关管Q8保持开通，保持功率输出，A相和B相励磁电感两端电压为nU0。模态3的三相全桥直流变换器的工作状态如图6所示。
模态4[t3-t4]：在t3时刻开关管Q6触发脉冲产生，开关管Q5完全关断，变压器原边开关管Q1、Q4、Q6导通。励磁电感Lm3退出谐振过程，A相中工作状态不变，流过谐振电感Lr2的电流反向减小，而流过励磁电感Lm2的励磁电流反向增大，而谐振电感Lr3的谐振电流与励磁电感Lm3的励磁电流均正向减小。电流从开关管Q1、谐振电容Cr1、谐振电感Lr1流入，分成两路分别流入谐振电感Lr2、谐振电容Cr2、开关管Q4和谐振电感Lr3、谐振电容Cr3、寄生二极管D6后回到负极。变压器副边开关管Q9承受正电压开始导通，开关管Q8保持导通状态。模态4的三相全桥直流变换器的工作状态如图7所示。
模态5[t4-t5]：在t4时刻寄生二极管D6关断，开关管Q1、Q4、Q6导通。谐振电感Lr1的电流ir1保持原有变化趋势，励磁电感Lm1的电流im1保持原有变化趋势直至电流im1改变方向，由负变为正；流过谐振电感Lr2的谐振电流反向减小，而流过Lm2的励磁电流继续反向增大，直到iLm2＝iLr2；谐振电感Lr3的电流谐振过零点后反向增大，励磁电感Lm3的电流继续正向减少。电流从开关管Q1、谐振电容Cr1、谐振电感Lr1流入，分成两路分别流入谐振电感Lr2、谐振电容Cr2、开关管Q4和谐振电感Lr3、谐振电容Cr3、开关管Q6后回到负极，变压器副边维持模态4的导通模式，向负载供电。模态5的三相全桥直流变换器的工作状态如图8所示。
模态6[t5-t6]：在t5时刻，开关管Q1、Q4、Q6维持导通，但是由于im2＝ir2，励磁电感Lm2参与谐振电感Lr2、谐振电容Cr2的谐振过程，但B相谐振模块(励磁电感Lm2、谐振电感Lr2、谐振电容Cr2)不向负载供能，此时励磁电感Lm2两端的电压为零，流过第B相中电流都被励磁电流占用。此时谐振电感Lr1中的电流增到正向峰值后开始减小，励磁电感Lm2的电流仍正向线性增加；谐振电感Lr3的电流和励磁电感Lm3中的电流保持原有变化趋势，LLC谐振网络中谐振电容Cr1与谐振电感Lr1，谐振电感Lr2与谐振电容Cr2，谐振电感Lr3与谐振电容Cr3参与谐振。变压器副边开关管Q8电流自然降为零，实现零电流关断。负载由倍流电感L1、开关管Q9提供能量，且滤波电容C0提供部分能量，弥补开关管Q8关断供能不足的部分。模态6的三相全桥直流变换器的工作状态如图9所示。
模态7[t6-t7]：在t6时刻，开关管Q3驱动脉冲产生，开关管Q4完全关断，开关管Q1、寄生二极管D3、开关管Q6维持导通状态，谐振电感Lr1中的电流正向降低，励磁电感Lm1的电流继续正向线性增加；流过谐振电感Lr2的谐振电流和励磁电感Lm2中的励磁电流由模态6反向増大变为反向减小，直到谐振电感Lr2的谐振电流iLr2谐振过零前，寄生二极管D3一直导通，将开关管Q3两端漏极与源极两端电压uQ3ds钳位为零伏，为开关管Q3的零电压导通提供条件；谐振电感Lr3和励磁电感Lm3中的电流保持原有变化趋势，LLC谐振网络中谐振电容Cr1与谐振电感Lr1，谐振电感Lr2与谐振电容Cr2，谐振电感Lr3与谐振电容Cr3参与谐振。此时电流分别从开关管Q1、谐振电容Cr1、谐振电感Lr1和寄生二极管D3、谐振电感Lr2、谐振电容Cr2流入，经过谐振电感Lr3、谐振电容Cr3、开关管Q6后流回。变压器副边倍流电感L1、倍流电感L2此时承受正向电压，变压器副边开关管Q9导通，向负载供能。模态7的三相全桥直流变换器的工作状态如图10所示。
模态8[t7-t8]：在t7时刻，开关管Q3完全实现零电压导通，此时开关管Q1、Q3、Q6处于导通状态。谐振电感Lr1的电流、励磁电感Lm1的电流继续保持模态7的变化趋势，直到im1＝ir1流过谐振电感Lr2的谐振电流从谐振过零点正向增大，而励磁电感Lm2中的励磁电流继续反向线性减小；谐振电感Lr3的电流在达到反向谐振峰值后开始减小，励磁电感Lm3中的电流也由负变正，线性增加。励磁电感Lm1、Lm2、Lm3两端的电压均被限制为nU0，LLC谐振网络中参与谐振的元件与模态7相同。变压器副边倍流电感L1、L2此时承受正向电压，变压器副边开关管Q9导通，向负载供能。模态8的三相全桥直流变换器的工作状态如图11所示。
模态9[t8-t9]：在t8时刻，开关管Q1、Q3、Q6维持导通，但是由于im1＝ir1，谐振电流全部用来励磁。励磁电感Lm1参与谐振电容Cr1、谐振电感Lr1的谐振过程，所以第一模块不向负载供能，此时励磁电感Lm1两端的电压为零。此时谐振电感Lr2中的电流继续谐振，正向增加，励磁电感Lm2的电流反向线性减小；谐振电感Lr3的电流i开始反向减小，励磁电感Lm3的电流
r3im3保持原有变化趋势。LLC谐振网络中励磁电感Lm1、谐振电容Cr1与谐振电感Lr1，谐振电感Lr2与谐振电容Cr2，谐振电感Lr3与谐振电容Cr3参与谐振。此时电流分别从开关管Q1、励磁电感Lm1、谐振电容Cr1和开关管Q3、谐振电感Lr2、谐振电容Cr2流入，经过谐振电容Cr3、谐振电感Lr3、开关管Q6后流回。变压器副边倍流电感L1此时承受正向电压。负载由开关管Q8、开关管Q9、滤波电容C0提供能量。此后开关管Q1的栅极、源极电压uQ1gs降为零，开关管Q2的栅极、源极电压uQ2gs触发开关管Q2导通。模态9的三相全桥直流变换器的工作状态如图12所示。
图13是开关管Q1零电压软导通的电压波形图，图14是图13的放大版本，其中VQ1ds为开关管Q1的栅极、源极电压，VQ1gs为开关管Q1的驱动电压，VQ1ds在开关管驱动电压VQ1gs到来前(即MOS管导通前)就已经降为0，表明开关管Q1实现零电压开通。
图15为开关管Q7同步整流驱动信号示意图，其中IQ7为开关管Q7的导通电流，Vgs-Q7为开关管Q7的驱动信号，驱动信号高电平时，将开关管Q7开通，电流从开关管Q7沟道流过，当开关管Q7中电流即将降为零时，驱动信号变为低电平，关断Q7，剩余电流从Q7寄生二极管D7流过，驱动信号在保证有效驱动开关管Q7的同时，为开关管Q7留下足够的死区时间，防止变压器组不同绕组开关管直通。
综上所述，本发明专利提出的一种三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，实现主开关管零电压软开关的同时，又可实现同步整流开关管的零电流软开关，通过PSIM仿真分析了输出电流、零电压开关的实现过程：本实施例中可控开关网络的输入Vin采用360V直流电源，开关频率为50kHz，变压器组采用磁芯EE42，变压器组的第一变压器匝比、第二变压器匝比、第三变压器匝比均为15:4，谐振电感Lr1＝Lr2＝Lr3＝Lr＝25uH，励磁电感Lm1＝Lm2＝Lm3＝Lm＝170uH，谐振电容Cr1＝Cr2＝Cr3＝Cr＝376nF，整流滤波网络的输出为48V/42A，特别适用于高压输入、低压大电流输出的大功率电源场合。

Claims (6)

1.一种三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，其特征在于，包括依次连接的可控开关网络、LLC谐振网络、变压器组、整流滤波网络；可控开关网络包括多个桥臂，每个桥臂包括串联的两个开关管，每个开关管的漏极、源极分别并联有缓冲电容；LLC谐振网络包括多个LLC谐振变换器；变压器组包括多个变压器；整流滤波网络采用倍流整流电路，倍流整流电路使用开关管代替二极管进行整流。
2.根据权利要求1所述的三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，其特征在于，可控开关网络包括并联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；变压器组包括第一变压器、第二变压器、第三变压器，第一变压器的原边绕组的异名端、第二变压器的原边绕组的异名端、第三变压器的原边绕组的异名端相互连接；第一变压器的副边绕组的异名端、第二变压器的副边绕组的异名端、第三变压器的副边绕组的异名端相互连接；
第一桥臂包括开关管Q1、开关管Q2、寄生二极管D1、寄生二极管D2、电容C1、电容C2，开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接；寄生二极管D1的阳极与开关管Q1的源极连接，寄生二极管D1的阴极与开关管Q1的漏极连接；电容C1的两端分别与开关管Q1的源极、漏极连接；寄生二极管D2的阳极与开关管Q2的源极连接，寄生二极管D2的阴极与开关管Q2的漏极连接；电容C2的两端分别与开关管Q2的源极、漏极连接；
第二桥臂包括开关管Q3、开关管Q4、寄生二极管D3、寄生二极管D4、电容C3、电容C4，第二桥臂结构与第一桥臂结构相同；
第三桥臂包括开关管Q5、开关管Q6、寄生二极管D5、寄生二极管D6、电容C5、电容C6，第三桥臂结构与第一桥臂结构相同；
开关管Q3的漏极、开关管Q5的漏极分别与开关管Q1的漏极连接；
开关管Q4的源极、开关管Q6的源极分别与开关管Q2的源极连接；
LLC谐振网络包括第一LLC谐振变换器、第二LLC谐振变换器、第三LLC谐振变换器；第一LLC谐振变换器包括谐振电容Cr1、谐振电感Lr1、励磁电感Lm1，谐振电容Cr1的一端与开关管Q1的源极连接，谐振电容Cr1另一端连接谐振电感Lr1，谐振电感Lr1另一端与励磁电感Lm1连接；励磁电感Lm1与第一变压器的原边绕组并联；
第二LLC谐振变换器包括谐振电容Cr2、谐振电感Lr2、励磁电感Lm2，谐振电容Cr2的一端与开关管Q3的源极连接，谐振电容Cr2另一端连接谐振电感Lr2，谐振电感Lr2另一端与励磁电感Lm2连接；励磁电感Lm2与第二变压器的原边绕组并联；
第三LLC谐振变换器包括谐振电容Cr3、谐振电感Lr3、励磁电感Lm3，谐振电容Cr3的一端与开关管Q5的源极连接，谐振电容Cr3另一端连接谐振电感Lr3，谐振电感Lr3另一端与励磁电感Lm3连接；励磁电感Lm3与第三变压器的原边绕组并联；
整流滤波网络包括滤波电容C0、倍流电感L1、倍流电感L2、倍流电感L3、开关管Q7、开关管Q8、开关管Q9、寄生二极管D7、寄生二极管D8、寄生二极管D9、缓冲电容C7、缓冲电容C8、缓冲电容C9；
开关管Q7的源极连接滤波电容C0，开关管Q7的漏极分别与倍流电感L1一端、第一变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L1另一端与滤波电容C0另一端连接；
开关管Q8的源极连接滤波电容C0，开关管Q8的漏极分别与倍流电感L2一端、第二变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L2另一端与滤波电容C0另一端连接；
开关管Q9的源极连接滤波电容C0，开关管Q9的漏极分别与倍流电感L3一端、第三变压器副边绕组的同名端连接，倍流电感L3另一端与滤波电容C0另一端连接；
寄生二极管D7与开关管Q7反并联；寄生二极管D8与开关管Q8反并联；寄生二极管D9与开关管Q9反并联。
3.根据权利要求2所述的三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，其特征在于，LLC谐振网络构成可控开关网络的开关管的零电压软开关。
4.根据权利要求2所述的三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，其特征在于，LLC谐振网络构成整流滤波网络的开关管的零电流软开关。
5.根据权利要求2所述的三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，其特征在于，整流滤波网络的开关管为MOSFET。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的三倍流整流LLC三相全桥直流变换器，其特征在于，整流滤波网络的开关管整流时分别采用同步整流。
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