CN111835207A - Llc变换器及电源 - Google Patents

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CN111835207A CN202010802484.7A CN202010802484A CN111835207A CN 111835207 A CN111835207 A CN 111835207A CN 202010802484 A CN202010802484 A CN 202010802484A CN 111835207 A CN111835207 A CN 111835207A
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徐艳超
李金洁
赵耀峰
吴飞飞
张现民
史哲
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Abstract

本发明适用于电力电子技术领域，提供了一种LLC变换器及电源，LLC变换器，包括第一分压电容、第二分压电容、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元、逆变单元、三相整流单元及控制器；逆变单元包括六个桥臂，各桥臂均由串联的两个开关管组成。第一变压器的原边绕组的第一端通过第一谐振单元与第一上桥臂中的两个开关管的连接点连接，原边绕组的第二端与对应的下桥臂的两个开关管的连接点连接；各变压器连接关系均相同。本发明通过控制各个开关管的通断，使得两个开关管承受母线电压，降低了开关管的电压，方便选型，器件成本低，且该变换器效率高、输出电压纹波小。

Description

LLC变换器及电源
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种LLC变换器及电源。
背景技术
LLC变换器由于效率高、开关噪声及EMI低，被广泛应用于开关电源中。
现有技术中，LLC变换器多采用三交错LLC电路，但三交错LLC电路应用于大功率场合时功率开关管需承受全部母线电压，给器件的选型带来的极大的难度，器件成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种LLC变换器及电源，以解决现有技术中三交错LLC电路应用于大功率场合时器件选型难度大的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种LLC变换器，包括：第一分压电容、第二分压电容、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元、逆变单元、三相整流单元及控制器；
第一分压电容，第一端与正母线端连接，第二端与第二分压电容的第一端连接；第二分压电容的第二端与负母线端连接；
逆变单元包括：三个上桥臂和三个下桥臂；
三个上桥臂和三个下桥臂均包括：两个串联连接的开关管；
三个上桥臂均连接在正母线端和第一分压电容的第二端之间，三个下桥臂均连接在第一分压电容的第二端和负母线端之间；
第一变压器，原边绕组的第一端与第一谐振单元的第一端连接，原边绕组的第二端与第一个下桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；第二变压器，原边绕组的第一端与第二谐振单元的第一端连接，原边绕组的第二端与第二个下桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；第三变压器，原边绕组的第一端与第三谐振单元的第一端连接，原边绕组的第二端与第三个下桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；
第一变压器的副边绕组、第二变压器的副边绕组及第三变压器的副边绕组均与三相整流单元连接；
第一谐振单元的第二端与第一个上桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；第二谐振单元的第二端与第二个上桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；第三谐振单元的第二端与第三个上桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；
控制器分别与各个开关管连接，用于控制各个开关管的通断。
可选的，第一谐振单元包括：第一电容及第一电感；
第一电容，第一端与第一谐振单元的第一端连接，第二端通过第一电感与第一谐振单元的第二端连接。
可选的，第一变压器的副边绕组的第一端与三相整流单元的第一输入端连接，第二变压器的副边绕组的第一端与三相整流单元的第二输入端连接，第三变压器的副边绕组的第一端与三相整流单元的第三输入端连接；
第一变压器的副边绕组的第二端及第二变压器的副边绕组的第二端均与第三变压器的副边绕组的第二端连接。
可选的，三相整流单元包括：第一单向导通元件、第二单向导通元件、第三单向导通元件、第四单向导通元件、第五单向导通元件及第六单向导通元件；
第一单向导通元件的阴极、第二单向导通元件的阴极及第三单向导通元件的阴极均与三相整流单元的输出端连接，第四单向导通元件的阳极、第五单向导通元件的阳极及第六单向导通元件的阳极均接地；
第一单向导通元件的阳极和第四单向导通元件的阴极均与三相整流单元的第一输入端连接；
第二单向导通元件的阳极和第五单向导通元件的阴极均与三相整流单元的第二输入端连接；
第三单向导通元件的阳极和第六单向导通元件的阴极均与三相整流单元的第三输入端连接。
可选的，第一单向导通元件、第二单向导通元件、第三单向导通元件、第四单向导通元件、第五单向导通元件及第六单向导通元件均为二极管。
可选的，LLC变换器还包括：滤波电容；
滤波电容，第一端与三相整流单元的输出端连接，第二端接地。
可选的，两个串联连接的开关管均为MOSFET、IGBT或可控硅。
可选的，第一分压电容和第二分压电容均为极性电容；
第一分压电容，正极与正母线端连接，负极与第二分压电容的正极连接；
第二分压电容的负极与负母线端连接。
可选的，控制各个开关管的通断，包括：
控制各个桥臂中的两个串联的开关管的时序均相差180°；
控制第一个上桥臂中与正母线端连接的开关管的时序与第一个下桥臂中与负母线端连接的开关管的时序相同；
控制第二个上桥臂中与正母线端连接的开关管的时序与第二个下桥臂中与负母线端连接的开关管的时序相同；
控制第三个上桥臂中与正母线端连接的开关管的时序与第三个下桥臂中与负母线端连接的开关管的时序相同；
控制第一个上桥臂中与正母线端连接的开关管的时序、第二个上桥臂中与正母线端连接的开关管的时序及第三个上桥臂中与正母线端连接的开关管的时序各相差120°。
本发明实施例的第二方面提供了一种电源，包括本发明实施例第一方面提供的任意一种LLC变换器。
本发明实施例提供了一种LLC变换器，包括第一分压电容、第二分压电容、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元、逆变单元、三相整流单元及控制器；逆变单元包括六个桥臂，各桥臂均由串联的两个开关管组成。第一变压器的原边绕组的一端通过第一谐振单元与第一上桥臂中的两个开关管的连接点连接，原边绕组的第二端与对应的下桥臂的两个开光的连接点连接；各变压器连接关系均相同。本发明实施例通过控制各个开关管的通断，使得两个开关管承受母线电压，降低了开关管的电压，方便选型，器件成本低。且该LLC变换器效率高，输出电压纹波小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的LLC变换电路的电路原理图；
图2是本发明实施例提供的开关管控制信号波形图；
图3是本发明实施例提供的各变压器原边绕组的电流波形图；
图4是本发明实施例提供的各变压器副边绕组及输出的电流波形图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1，本发明实施例提供了一种LLC变换器，包括：第一分压电容CD2、第二分压电容CD3、第一变压器T1、第二变压器T2、第三变压器T3、第一谐振单元11、第二谐振单元12、第三谐振单元13、逆变单元20、三相整流单元30及控制器40；
第一分压电容CD2，第一端与正母线端连接，第二端与第二分压电容CD3 的第一端连接；第二分压电容CD3的第二端与负母线端连接；
逆变单元20包括：三个上桥臂21和三个下桥臂22；
三个上桥臂21和三个下桥臂22均包括：两个串联连接的开关管；
三个上桥臂21均连接在正母线端和第一分压电容CD2的第二端之间，三个下桥臂22均连接在第一分压电容CD2的第二端和负母线端之间；
第一变压器T1，原边绕组的第一端与第一谐振单元11的第一端连接，原边绕组的第二端与第一个下桥臂22中的两个串联连接的开关管(V7和V10) 的连接点连接；第二变压器T2，原边绕组的第一端与第二谐振单元12的第一端连接，原边绕组的第二端与第二个下桥臂22中的两个串联连接的开关管(V8 和V11)的连接点连接；第三变压器T3，原边绕组的第一端与第三谐振单元 13的第一端连接，原边绕组的第二端与第三个下桥臂22中的两个串联连接的开关管(V9和V12)的连接点连接；
第一变压器T1的副边绕组、第二变压器T2的副边绕组及第三变压器T3 的副边绕组均与三相整流单元30连接；
第一谐振单元11的第二端与第一个上桥臂21中的两个串联连接的开关管 (V1和V4)的连接点连接；第二谐振单元12的第二端与第二个上桥臂21中的两个串联连接的开关管(V2和V5)的连接点连接；第三谐振单元13的第二端与第三个上桥臂21中的两个串联连接的开关管(V3和V6)的连接点连接；
控制器40分别与各个开关管连接，用于控制各个开关管的通断。
本发明实施例中结合了三交错LLC技术和半桥钳位技术的优点，效率高，输出纹波小，开关管承受的电压仅为母线电压的一半，降低了开关管的电压，适用于较大功率场合，降低了开关管的选型难度及电路成本，提高了变换器的性能。
一些实施例中，第一谐振单元11可以包括：第一电容ZC1及第一电感L1；
第一电容ZC1，第一端与第一谐振单元11的第一端连接，第二端通过第一电感L1与第一谐振单元11的第二端连接。
一些实施例中，第二谐振单元12和第三谐振单元13的电路结构与第一谐振单元11可以相同。
一些实施例中，第一变压器T1的副边绕组的第一端与三相整流单元30的第一输入端连接，第二变压器T2的副边绕组的第一端与三相整流单元30的第二输入端连接，第三变压器T3的副边绕组的第一端与三相整流单元30的第三输入端连接；
第一变压器T1的副边绕组的第二端及第二变压器T2的副边绕组的第二端均与第三变压器T3的副边绕组的第二端连接。
本发明实施例中各个变压器的副边绕组的第二端互连，形成星型连接结构，各变压器次级互为回路，可以很好的实现均流。
一些实施例中，三相整流单元30可以包括：第一单向导通元件D1、第二单向导通元件D2、第三单向导通元件D3、第四单向导通元件D4、第五单向导通元件D5及第六单向导通元件D6；
第一单向导通元件D1的阴极、第二单向导通元件D2的阴极及第三单向导通元件D3的阴极均与三相整流单元30的输出端连接，第四单向导通元件D4 的阳极、第五单向导通元件D5的阳极及第六单向导通元件D6的阳极均接地；
第一单向导通元件D1的阳极和第四单向导通元件D4的阴极均与三相整流单元30的第一输入端连接；
第二单向导通元件D2的阳极和第五单向导通元件D5的阴极均与三相整流单元30的第二输入端连接；
第三单向导通元件D3的阳极和第六单向导通元件D6的阴极均与三相整流单元30的第三输入端连接。
一些实施例中，第一单向导通元件D1、第二单向导通元件D2、第三单向导通元件D3、第四单向导通元件D4、第五单向导通元件D5及第六单向导通元件D6均可以为二极管。
一些实施例中，LLC变换器还可以包括：滤波电容CD1；
滤波电容CD1，第一端与三相整流单元30的输出端连接，第二端接地。
一些实施例中，滤波电容CD1可以为极性电容；
滤波电容CD1，正极与三相整流单元30的输出端连接，负极接地。
一些实施例中，两个串联连接的开关管均可以为MOSFET、IGBT或可控硅。
一些实施例中，第一分压电容CD2和第二分压电容CD3均可以为极性电容；
第一分压电容CD2，正极与正母线端连接，负极与第二分压电容CD3的正极连接；
第二分压电容CD3的负极与负母线端连接。
一些实施例中，控制各个开关管的通断，可以包括：
控制各个桥臂中的两个串联的开关管(V1和V4、V2和V5、V3和V6、 V7和V10、V8和V11、V9和V12)的时序均相差180°；
控制第一个上桥臂21中与正母线端连接的开关管(V1)的时序与第一个下桥臂22中与负母线端连接的开关管(V10)的时序相同；
控制第二个上桥臂21中与正母线端连接的开关管(V2)的时序与第二个下桥臂22中与负母线端连接的开关管(V11)的时序相同；
控制第三个上桥臂21中与正母线端连接的开关管(V3)的时序与第三个下桥臂22中与负母线端连接的开关管(V12)的时序相同；
控制第一个上桥臂21中与正母线端连接的开关管(V1)的时序、第二个上桥臂21中与正母线端连接的开关管(V2)的时序及第三个上桥臂21中与正母线端连接的开关管(V3)的时序各相差120°。
下面结合具体实施例对LLC变换器的工作原理进行说明：
参考图1第一个上桥臂21中的开关管V1和第一个下桥臂22中的开关管 V10时序相同，同时导通或同时关闭；第一个上桥臂21中的开关管V4和第一个下桥臂22中的开关管V7的控制时序与第一个上桥臂21中的开关管V1的时序相差180°，正好相反。例如，开关管V1和开关管V10导通时，开关管V4 和开关管V7断开；开关管V1和开关管V10断开时，开关管V4和开关管V7 导通；各个开关管的时序图参考图2；各个开关管的压降为母线电压的一半，工作原理与单相LLC相同。
第二个上桥臂21、第二个下桥臂22、第三个上桥臂21及第三个下桥臂22 的时序同上。
同时，各上桥臂21的时序相差120°，形成交错的三相。各变压器副边绕组采用星型连接，输出互为回路，可自主完成均流。同时输出电流相互叠加，输出电流平坦，纹波电流显著减小，参考图3和图4；同时由于采用了交错并联技术，纹波电流的频率较大，使得滤波电容CD1更容易滤除纹波电流，可以有效减小滤波电容CD1的体积。
对应于上述任一种LLC变换器，本发明实施例还提供了一种电源，该电源包括上述任一种LLC变换器，且具有上述LLC变换器所具有的优点，在此不再赘述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LLC变换器，其特征在于，包括：第一分压电容、第二分压电容、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元、逆变单元、三相整流单元及控制器；
所述第一分压电容，第一端与正母线端连接，第二端与所述第二分压电容的第一端连接；所述第二分压电容的第二端与负母线端连接；
所述逆变单元包括：三个上桥臂和三个下桥臂；
所述三个上桥臂和所述三个下桥臂均包括：两个串联连接的开关管；
所述三个上桥臂均连接在所述正母线端和所述第一分压电容的第二端之间，所述三个下桥臂均连接在所述第一分压电容的第二端和所述负母线端之间；
所述第一变压器，原边绕组的第一端与所述第一谐振单元的第一端连接，原边绕组的第二端与第一个下桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；所述第二变压器，原边绕组的第一端与所述第二谐振单元的第一端连接，原边绕组的第二端与第二个下桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；所述第三变压器，原边绕组的第一端与所述第三谐振单元的第一端连接，原边绕组的第二端与第三个下桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；
所述第一变压器的副边绕组、所述第二变压器的副边绕组及所述第三变压器的副边绕组均与所述三相整流单元连接；
所述第一谐振单元的第二端与第一个上桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；所述第二谐振单元的第二端与第二个上桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；所述第三谐振单元的第二端与第三个上桥臂中的两个串联连接的开关管的连接点连接；
所述控制器分别与各个开关管连接，用于控制各个开关管的通断。
2.如权利要求1所述的LLC变换器，其特征在于，所述第一谐振单元包括：第一电容及第一电感；
所述第一电容，第一端与所述第一谐振单元的第一端连接，第二端通过所述第一电感与所述第一谐振单元的第二端连接。
3.如权利要求1所述的LLC变换器，其特征在于，所述第一变压器的副边绕组的第一端与所述三相整流单元的第一输入端连接，所述第二变压器的副边绕组的第一端与所述三相整流单元的第二输入端连接，所述第三变压器的副边绕组的第一端与所述三相整流单元的第三输入端连接；
所述第一变压器的副边绕组的第二端及所述第二变压器的副边绕组的第二端均与所述第三变压器的副边绕组的第二端连接。
4.如权利要求3所述的LLC变换器，其特征在于，所述三相整流单元包括：第一单向导通元件、第二单向导通元件、第三单向导通元件、第四单向导通元件、第五单向导通元件及第六单向导通元件；
所述第一单向导通元件的阴极、所述第二单向导通元件的阴极及所述第三单向导通元件的阴极均与所述三相整流单元的输出端连接，所述第四单向导通元件的阳极、第五单向导通元件的阳极及第六单向导通元件的阳极均接地；
所述第一单向导通元件的阳极和所述第四单向导通元件的阴极均与所述三相整流单元的第一输入端连接；
所述第二单向导通元件的阳极和所述第五单向导通元件的阴极均与所述三相整流单元的第二输入端连接；
所述第三单向导通元件的阳极和所述第六单向导通元件的阴极均与所述三相整流单元的第三输入端连接。
5.如权利要求4所述的LLC变换器，其特征在于，所述第一单向导通元件、所述第二单向导通元件、所述第三单向导通元件、所述第四单向导通元件、所述第五单向导通元件及所述第六单向导通元件均为二极管。
6.如权利要求4所述的LLC变换器，其特征在于，所述LLC变换器还包括：滤波电容；
所述滤波电容，第一端与所述三相整流单元的输出端连接，第二端接地。
7.如权利要求1至6任一项所述的LLC变换器，其特征在于，所述两个串联连接的开关管均为MOSFET、IGBT或可控硅。
8.如权利要求1至6任一项所述的LLC变换器，其特征在于，所述第一分压电容和所述第二分压电容均为极性电容；
所述第一分压电容，正极与所述正母线端连接，负极与所述第二分压电容的正极连接；
所述第二分压电容的负极与所述负母线端连接。
9.如权利要求1至6任一项所述的LLC变换器，其特征在于，所述控制所述各个开关管的通断，包括：
控制各个桥臂中的两个串联的开关管的时序均相差180°；
控制所述第一个上桥臂中与所述正母线端连接的开关管的时序与所述第一个下桥臂中与所述负母线端连接的开关管的时序相同；
控制所述第二个上桥臂中与所述正母线端连接的开关管的时序与所述第二个下桥臂中与所述负母线端连接的开关管的时序相同；
控制所述第三个上桥臂中与所述正母线端连接的开关管的时序与所述第三个下桥臂中与所述负母线端连接的开关管的时序相同；
控制所述第一个上桥臂中与所述正母线端连接的开关管的时序、所述第二个上桥臂中与所述正母线端连接的开关管的时序及所述第三个上桥臂中与所述正母线端连接的开关管的时序各相差120°。
10.一种电源，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的LLC变换器。
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