CN110138242A - 一种串联整流拓扑结构和一种llc谐振电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联整流拓扑结构和一种LLC谐振电路。该串联整流拓扑结构包括：多个整流电路，每个整流电路均包括相互连接的一个变压器和一个整流桥，各整流电路的整流桥串联连接，并且，相邻的两个整流桥共用两个二极管；各整流电路的变压器通过切换至同步反相工作或同步同相工作，控制各整流电路串联输出或并联输出。本申请将各整流电路的整流桥串联连接，使相邻的两个整流桥共用两个二极管，并通过切换整流电路的变压器同步同相工作或同步反相工作，来控制各整流电路串联输出或并联输出，减少了器件数量，降低了器件成本和功率损耗，并且切换控制简单，不需要中断充电过程。

Description

一种串联整流拓扑结构和一种LLC谐振电路
技术领域
本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种串联整流拓扑结构和一种LLC谐振电路。
背景技术
随着电动汽车的出现与发展，其保有量已十分可观，因此电动汽车的充电市场也变得十分巨大，需要配套的充电设备进行支持。由于电动汽车对大功率充电机的需求，要求充电设备能够在较宽的输出范围内运行，并提供尽可能高的充电效率和可靠性。现存的一些充电方案中，使用LLC谐振电路构成充电电路，LLC谐振电路采用包括两个电感和一个电容的谐振网络，以零电压开关条件工作，从而降低开关损耗和开关噪声，提高电源转换效率。
但是，现有用于LLC谐振电路的整流拓扑结构中，通常使用继电器或二极管与半导体开关组合的方式切换整流电路的串并联关系，存在成本较高、功率损耗较大的问题。参考图1所示，为一种现有的使用继电器切串并联关系的整流拓扑结构，包括两个独立的整流电路，上方图示为并联模式，两只继电器的触点在NO位置，下方图示为串联模式，两只继电器的触点在NC位置。但是，如图1所示的方案中，继电器的使用会增加整流拓扑结构的器件成本，同时也会产生功率损耗和散热问题，而且继电器的触点切换过程需要停止充电，因此会中断充电电流，影响充电效率，并且其可靠性也受继电器触点寿命的影响。
发明内容
鉴于现有技术整流拓扑结构串并联切换方式不佳，存在成本较高和功率损耗较大的问题，提出了本发明的一种串联整流拓扑结构和一种LLC谐振电路，以便克服上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
依据本发明的一个方面，提供了一种串联整流拓扑结构，包括：多个整流电路，每个所述整流电路均包括相互连接的一个变压器和一个整流桥，各所述整流电路的整流桥串联连接，并且，相邻的两个所述整流桥共用两个二极管；各所述整流电路的变压器同步工作，并通过切换至同步反相工作或同步同相工作，控制各所述整流电路串联输出或并联输出。
可选地，各所述整流电路中，所述变压器能够切换至逐个交替地同步反相工作，以控制各所述整流电路共同串联输出。
可选地，各所述整流电路中，所述变压器能够切换至全部同步同相工作，以控制各所述整流电路共同并联输出。
可选地，各所述整流电路中，所述变压器能够切换至每N个相邻的变压器为一组，每组内的变压器同步同相工作，相邻组之间的变压器同步反相工作，以控制每N个相邻的所述整流电路并联，并与相邻的其他N个所述整流电路串联。
可选地，该串联整流拓扑结构还包括：滤波电路，所述滤波电路连接在所述串联整流拓扑结构的输出端之间。
可选地，所述滤波电路包括一个或多个滤波电容。
可选地，该串联整流拓扑结构还包括：切换控制电路，所述切换控制电路连接各所述整流电路的变压器，输出控制信号控制所述变压器切换至同步同相工作或同步反相工作。
可选地，所述切换控制电路包括：单片机和功率放大电路，所述单片机通过不同I/O口输出多个同步控制信号，经所述功率放大电路分别连接控制各所述整流电路的变压器。
可选地，所述整流电路设置有两个，两个所述整流电路的变压器通过切换至同步同相工作，控制两个所述整流电路并联输出，两个所述整流电路的变压器通过切换至同步反相工作，控制两个所述整流电路串联输出。
依据本发明的另一个方面，提供了一种LLC谐振电路，该LLC谐振电路包括如上任一项所述的串联整流拓扑结构。
综上所述，本发明的有益效果是：
将各整流电路的整流桥串联连接，使相连的两个整流桥共用两个二极管，并通过切换整流电路的变压器同步同相工作或同步反相工作，来控制各整流电路串联输出或并联输出，相比于使用继电器或二极管与半导体开关组合的现有切换方案，减少了器件数量，降低了成本，而且也避免了继电器或半导体开关器件造成的功率损耗，并且切换控制简单，不需要中断充电过程。
附图说明
图1为现有技术使用继电器切换整流电路串并联关系的整流拓扑结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种串联整流拓扑结构的示意图；
图3为本发明一个实施例提供的一种具有两个整流电路的串联整流拓扑结构的示意图；
图4为图3所示实施例的串联整流拓扑结构中，两个整流电路串联时电流流向示意图；
图5为图3所示实施例的串联整流拓扑结构中，两个整流电路并联时电流流向示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的技术构思是：将各整流电路的整流桥串联连接，使相邻的两个整流桥共用两个二极管，并通过切换整流电路的变压器同步同相工作或同步反相工作，来控制各整流电路串联输出或并联输出，相比于使用继电器或二极管与半导体开关组合的现有切换方案，减少了器件数量，降低了成本，而且也避免了继电器或半导体开关器件造成的功率损耗，并且切换控制简单，不需要中断充电过程。
图2示出了本申请串联整流拓扑结构的一个实施例，如图2所示，该串联整流拓扑结构，包括：多个整流电路，每个整流电路均包括相互连接的一个变压器和一个整流桥，各整流电路的整流桥串联连接，并且，相邻的两个整流桥共用两个二极管(即并联连接的一对二极管)；各整流电路的变压器同步工作，并通过切换至同步反相工作或同步同相工作，控制各整流电路串联输出或并联输出，该拓扑结构的输出正负端分别为UoP和UoN。
以两个整流电路的串并联切换为例进行说明，参考图3-图5所示，为本申请包括2个整流电路的串联整流拓扑结构实施例，两个整流电路的变压器与整流桥连接方式相同(变压器同名端均朝左侧)。
两个变压器T1、T2同步反相工作时，其电流流向如图4所示，在图示半周内，二极管D1、D3和D6导通(另一半周内，二极管D2、D4和D5导通)，从而两个变压器T1、T2串联，具有相同的电流，变压器T1、T2的电压相加即为负载电压。
两个变压器T1、T2同步同相工作时，其电流流向如图5所示，在图示半周内，二极管D1、D4、D5和D6导通(另一半周内，二极管D2、D3、D5和D6导通)，从而两个变压器T1、T2并联，具有各自独立的电流和相同的电压，这个相同的电压即为负载电压。
与图1所示现有技术相比：在串联模式下，本拓扑结构仅有3个PN结功率损耗，而图1所示的现有技术具有4个PN结损耗以及继电器功率损耗，并且，本拓扑结构中，被共用的2个二极管D5和D6承受完整输出电压，而未被共用的4个二极管D1、D2、D3和D4分别承受输出电压的一半，因而可以选用成本更低的低耐压二极管；在并联模式下，被共用的二极管D5和D6的峰值电流是工作电流的一半，因而这两个二极管可以选择额定电流小的型号，节省成本。由此可知，本申请的串联整流拓扑结构，具有更少的器件，降低了器件成本和功率损耗，并且，本申请通过切换变压器线圈相位的方式，实现整流电路的串联和并联切换，切换方式更加简单灵活易控，不需要中断充电，因而整体充电效率更高。
与上述工作方式类似的，当本申请的串联整流拓扑结构包括更多数量的整流电路时，仍具有上述优点，而且具有更大的输出变化范围，在此不再赘述。
在本申请的一个实施例中，各整流电路中，变压器能够切换至逐个交替地同步反相工作，以控制各整流电路共同串联输出；或者，在本申请的一个实施例中，各整流电路的变压器能够切换至全部同步同相工作，以控制各整流电路共同并联输出；又或者，在本申请的一个实施例中，各整流电路中，变压器能够切换至每N个相邻的变压器为一组，每组内变压器同步同相工作，相邻组之间变压器同步反相工作，以控制每N个相邻的整流电路并联，并与相邻的其他N个整流电路串联。
从而，本申请可实现多个整流电路的灵活串并联组合，并且切换方式简单方便，输出电源的范围更宽，适用范围更广泛。
在本申请的一个实施例中，该串联整流拓扑结构还包括：滤波电路，滤波电路连接在串联整流拓扑结构的输出端之间。如图2所示，该滤波电路包括一个或多个滤波电容CS。
在本申请的一个实施例中，该串联整流拓扑结构还包括：切换控制电路，切换控制电路连接各整流电路的变压器，输出控制信号控制变压器切换至同步同相工作或同步反相工作。
在本申请的一个实施例中，切换控制电路包括：单片机和功率放大电路，单片机通过不同的I/O口输出多个同步控制信号，经功率放大电路分别连接控制各整流电路的变压器。
本申请还提出了一种LLC谐振电路，该LLC谐振电路包括如上任一项的串联整流拓扑结构，从而可以灵活、低成本、高效率地实现整流电路的串并联控制，并且，该LLC谐振电路可以为全桥谐振电路或是半桥谐振电路。
当然，本领域技术人员可理解的，本申请的上述串联整流拓扑结构，可用于各类需要对变压器进行整流和串并联组合的电路中，不仅限于LLC谐振电路。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种串联整流拓扑结构，包括：多个整流电路，每个所述整流电路均包括相互连接的一个变压器和一个整流桥，其特征在于，
各所述整流电路的整流桥串联连接，并且，相邻的两个所述整流桥共用两个二极管；各所述整流电路的变压器同步工作，并通过切换至同步反相工作或同步同相工作，控制各所述整流电路串联输出或并联输出。
2.根据权利要求1所述的串联整流拓扑结构，其特征在于，各所述整流电路中，所述变压器能够切换至逐个交替地同步反相工作，以控制各所述整流电路共同串联输出。
3.根据权利要求1所述的串联整流拓扑结构，其特征在于，各所述整流电路中，所述变压器能够切换至全部同步同相工作，以控制各所述整流电路共同并联输出。
4.根据权利要求1所述的串联整流拓扑结构，其特征在于，各所述整流电路中，所述变压器能够切换至每N个相邻的变压器为一组，每组内的变压器同步同相工作，相邻组之间的变压器同步反相工作，以控制每N个相邻的所述整流电路并联，并与相邻的其他N个所述整流电路串联。
5.根据权利要求1-4任一项所述的串联整流拓扑结构，其特征在于，该串联整流拓扑结构还包括：滤波电路，所述滤波电路连接在所述串联整流拓扑结构的输出端之间。
6.根据权利要求5所述的串联整流拓扑结构，其特征在于，所述滤波电路包括一个或多个滤波电容。
7.根据权利要求1-4任一项所述的串联整流拓扑结构，其特征在于，该串联整流拓扑结构还包括：切换控制电路，所述切换控制电路连接各所述整流电路的变压器，输出控制信号控制所述变压器切换至同步同相工作或同步反相工作。
8.根据权利要求7所述的串联整流拓扑结构，其特征在于，所述切换控制电路包括：单片机和功率放大电路，所述单片机通过不同I/O口输出多个同步控制信号，经所述功率放大电路分别连接控制各所述整流电路的变压器。
9.根据权利要求1所述的串联整流拓扑结构，其特征在于，所述整流电路设置有两个，两个所述整流电路的变压器通过切换至同步同相工作，控制两个所述整流电路并联输出，两个所述整流电路的变压器通过切换至同步反相工作，控制两个所述整流电路串联输出。
10.一种LLC谐振电路，其特征在于，该LLC谐振电路包括如权利要求1-9任一项所述的串联整流拓扑结构。
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