CN110481362B - 一种液冷llc谐振网络电路结构 - Google Patents

一种液冷llc谐振网络电路结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种液冷LLC谐振网络电路结构，包括拓扑电路和散热器，所述的拓扑电路包括至少两个拓扑单元，所述拓扑单元包括电源逆变、谐振网络和高频整流，所述谐振网络包括谐振电感、谐振电容、励磁电极及变压器，所述散热器上设置有与拓扑单元数量相同的多组安装空间，多组安装空间对应多个拓扑单元的谐振网络器件放置使用；每组安装空间至少包括有相邻设置的第一空间和第二空间，第一空间和第二空间之间通过散热隔板隔开，所述谐振网络的谐振电感、谐振电容分别放置于对应安装空间的第一空间、第二空间内。

Description

一种液冷LLC谐振网络电路结构
技术领域
本发明主要涉及车新能源汽车车载电源相关技术领域，具体是一种液冷LLC谐振网络电路结构。
背景技术
近年来，环境保护和能源危机的意识得到不断加强，电动汽车逐渐展现出取代内燃机汽车的趋势，多国已经出台电动汽车取代内燃机汽车的能源规划，以达到保护环境的目的。车载充电机作为一个电力电子系统，主要由功率电路和控制电路组成，其中：功率电路是由交流整压、变压器和功率管组成的，DC/DC变换器是其重要组成部分；控制电路实现与电源管理的串行通信，并根据需求来控制功率驱动电路输出一定的电压和电流。车载充电机可为电动汽车提供便利的充电方式，其充电过程可再家庭、办公场所和商场等场所进行。
随着电力电子技术的发展，车载充电机也得到了快速的发展，车载充电机的单台功率需求越来越大，但受限于车载空间，车载充电机应具有较小的体积和重量，随之而来的就是功率的提升及器件的散热。功率的提升有两种方案，一种为功率元器件的并联技术，一种为模块拓扑单元的并联技术，两者技术的结合可以使得功率得到最大化的利用。同时，根据输入电压电流和输出电压电流的不同需求，其DC/DC变换器的主要拓扑结构如图1所示，可以将两个相同拓扑结构的输入串联或者并联，输出串联或者并联，满足高电压或者大电流的不同需求，可以将四种输入输出模式进行组合，在实际应用中进行使用。因此，LLC谐振变换器、三相维也纳等拓扑电路结构和交错并联技术得到了广泛应用。
器件的散热一般通过自冷、液冷和风冷等方式实施，自冷要求的散热器体积较大，风冷可以降低散热器的体积，增加了风机器件，若风机故障其器件温度迅速上升，可能使充电机保护；同时由于电动汽车自身具有水循环系统，于是可以利用其液冷循环系统对车载充电机进行散热。因此车载充电机一般采用液冷技术进行散热。但由于运行过程中谐振电感和谐振电容的温度不一致，若采用一般散热器具有：寄生参数对谐振网络参数的影响、不同器件散热面积相同引起的温差对流和高频正弦信号对周边控制信号干扰的问题。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种液冷LLC谐振网络电路结构，本电路结构采用对称布局、山字型散热结构和器件隔离措施，解决了布局寄生参数对谐振网络参数的影响、不同器件散热面积相同引起的温差对流和高频正弦信号对周边控制信号干扰的问题。
本发明的技术方案如下：
一种液冷LLC谐振网络电路结构，包括拓扑电路和散热器，所述的拓扑电路包括至少两个拓扑单元，所述拓扑单元包括电源逆变、谐振网络和高频整流，所述谐振网络包括谐振电感、谐振电容、励磁电极及变压器，所述散热器上设置有与拓扑单元数量相同的多组安装空间，多组安装空间对应多个拓扑单元的谐振网络器件放置使用；每组安装空间至少包括有相邻设置的第一空间和第二空间，第一空间和第二空间之间通过散热隔板隔开，所述谐振网络的谐振电感、谐振电容分别放置于对应安装空间的第一空间、第二空间内。
进一步的，所述散热器的每组安装空间还包括有第三空间，所述第三空间设置在第一空间、第二空间一侧，所述谐振网络的励磁电极及变压器放置于对应安装空间的第三空间内。
进一步的，所述散热器的多组安装空间对称设置。
进一步的，所述散热器的安装空间为两组时，两组安装空间并列对称设置，所述散热器的散装空间为三组时，三组安装空间呈Y字形对称设置。
进一步的，所述谐振网络器件通过PCB及四角端子与其它电路进行连接。
进一步的，所述拓扑单元的输入可以串联或者并联，输出也可以串联或并联。
进一步的，所述的电源逆变可以是全桥拓扑或半桥拓扑或三电平拓扑结构，所述的高频整流可以是全桥整流或全波整流或可控同步整流拓扑结构。
进一步的，所述散热器与电动汽车车体相连接。
本发明的有益效果：
本发明针对谐振参数差异、器件温度对流影响和谐振网络高频干扰的问题，采用对称布局、山字型散热结构和器件隔离措施，解决了布局寄生参数对谐振网络参数的影响、不同器件散热面积相同引起的温差对流和高频正弦信号对周边控制信号干扰的问题。
附图说明
图1为本发明的DC/DC变换器原理图；
图2为本发明的LLC谐振网络原理图；
图3为本发明的一种散热器结构；
图4为本发明的一种液冷LLC谐振网络布局。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1所示为本发明的一种DC/C变换器的拓扑电路，其中包括100、200、……、X00多个拓扑单元，以标号为100和200两个单元进行介绍。拓扑单元100包括直流输入1、功率逆变101、谐振网络102、高频整流电路103和直流输出1，其中：功率逆变101可以是半桥拓扑、全桥拓扑和三电平拓扑等，高频整流电路103可以是全桥整流、全波整流和可控同步整流拓扑等。拓扑单元200包括直流输入2、功率逆变201、谐振网络202、高频整流电路203和直流输出2，其中：功率逆变201可以是半桥拓扑、全桥拓扑和三电平拓扑等，高频整流电路203可以是全桥整流、全波整流和同步可控同步整流拓扑等。直流输入1和直流输入2可以通过串联或者并联的方式与直流输入相连接，直流输出1和直流输出2可以通过串联或者并联的方式与直流输出相连接。
LLC谐振网络原理图如图2所示，其中：谐振网络102由谐振电感301、谐振电容302、励磁电感及变压器303组成，谐振网络202由谐振电感401、谐振电容402、励磁电感及变压器403组成。
图3为本发明的一种散热器结构，该散热器设置有相应的多组安装空间，安装空间中放置谐振电感301、谐振电容302、励磁电感及变压器303、谐振电感401、谐振电容402、励磁电感及变压器403。由于运行过程中谐振电感和谐振电容的温度不一致，若采用一般散热器，谐振电容的温度会过高。为了降低谐振电容的温度，可以将散热器更改为T字型散热器结构，将谐振电容放在T上。此时谐振电容的温度下降了，而谐振电感的温度高于谐振电容温度很多，谐振电感的温度通过接触将热量传输给热量较低的谐振电容上。为了降低谐振电感对谐振电容热量的对流干扰，本发明将散热器的部分安装空间设计成如图所示类似山字型结构。即第一空间501、第二空间502形成类似山字形结构，第一空间601、第二空间602形成类似山字形结构。第一空间501、第二空间502之间，第一空间601、第二空间602均通过散热隔板进行隔开，第一空间501内放置谐振电感301，第二空间502内放置谐振电容，第一空间601内放置谐振电感401，第二空间602内放置谐振电容402。采用该布局结构，较高温度的谐振电感的热量向温度较低的谐振电容传输热量的过程中，由于中间散热隔板的存在，热量经过散热隔板转移到冷液中被带走，降低了谐振电感与谐振电容两者之间的温度差引起的热量相互干扰，进而降低本身温度与容值、感值的对应曲线中的值变化。进一步，本发明的散热器的每组安装空间还包括有第三空间503、第三空间603，第三空间503设置在第一空间501、第二空间502一侧，第三空间603设置在第一空间601、第二空间602一侧，励磁电极及变压器303放置于第三空间503内，励磁电极及变压器403放置于第三空间603内。
此外，该散热器将谐振网络所包围，散热器本身为一个与电动汽车车体相结合的“大地”，对其具有干扰屏蔽作用，降低了谐振网络的高频正弦信号对周围控制信号的干扰，同时降低了对电磁干扰的设计难度。因此，该散热器降低了器件温差引起的对流散热和谐振网络高频正弦信号的干扰。上述图示中的山散热器可以进行相对应的扩展，达到三个及三个以上拓扑结构的的对称布局，三个的可以为Y型分布等，因此散热结构具有扩展性。
图4所示为本发明的一种液冷LLC谐振网络布局，多个安装空间呈对称布置，多个谐振电容和谐振电感的的引脚通过PCB相连接，并且其引出脚为四角端子，共有四个，其中两个通过铜排与功率逆变相连接，另两个通过与变压器的引出线相连接。由于布局是对称的，避免了不对称布局中的寄生参数(寄生电感、寄生电容等)对谐振电容容值和谐振电感感量的影响，引起谐振参数点的理论与实际值较大的偏差，偏差达到一定程度时，引起两个拓扑之间控制的不稳定。

Claims (7)

1.一种液冷LLC谐振网络电路结构，包括拓扑电路和散热器，其特征在于：所述的拓扑电路包括至少两个拓扑单元，所述拓扑单元包括电源逆变、谐振网络和高频整流，所述谐振网络包括谐振电感、谐振电容、励磁电极及变压器，所述散热器上设置有与拓扑单元数量相同的多组安装空间，多组安装空间对应多个拓扑单元的谐振网络器件放置使用；每组安装空间至少包括有相邻设置的第一空间和第二空间，第一空间和第二空间之间通过散热隔板隔开，所述谐振网络的谐振电感、谐振电容分别放置于对应安装空间的第一空间、第二空间内；
所述散热器的每组安装空间还包括有第三空间，所述第三空间设置在第一空间、第二空间一侧，所述谐振网络的励磁电极及变压器放置于对应安装空间的第三空间内。
2.如权利要求1所述的一种液冷LLC谐振网络电路结构，其特征在于：所述散热器的多组安装空间对称设置。
3.如权利要求2所述的一种液冷LLC谐振网络电路结构，其特征在于：所述散热器的安装空间为两组时，两组安装空间并列对称设置，所述散热器的散装空间为三组时，三组安装空间呈Y字形对称设置。
4.如权利要求1所述的一种液冷LLC谐振网络电路结构，其特征在于：所述谐振网络器件通过PCB及四角端子与其它电路进行连接。
5.如权利要求1所述的一种液冷LLC谐振网络电路结构，其特征在于：所述拓扑单元的输入可以串联或者并联，输出也可以串联或并联。
6.如权利要求1所述的一种液冷LLC谐振网络电路结构，其特征在于：所述的电源逆变可以是全桥拓扑或半桥拓扑或三电平拓扑结构，所述的高频整流可以是全桥整流或全波整流或可控同步整流拓扑结构。
7.如权利要求1所述的一种液冷LLC谐振网络电路结构，其特征在于：所述散热器与电动汽车车体相连接。
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