CN113556040A - 多路llc谐振变换器、谐振变换器电路和充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多路LLC谐振变换器、谐振变换器电路和充电桩。该多路LLC谐振变换器包括：N个谐振模块、N个开关模块和N个整流模块；N个开关模块中相邻的开关模块之间并联连接，N个整流模块中任意两个整流模块之间串联或并联连接；谐振模块的第一输入端与对应的开关模块的第一输出端连接，谐振模块的第二输入端与对应的开关模块的第二输出端连接，谐振模块的第一输出端与对应的整流模块的第一输入端连接，谐振模块的第二输出端与对应的整流模块的第二输入端连接；相邻的谐振模块之间相互连接，进行多路LLC间的均流或均压。本发明能够提高整体多路LLC谐振变换器的可靠性，实现更大的输出功率。

Description

多路LLC谐振变换器、谐振变换器电路和充电桩
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种多路LLC谐振变换器、谐振变换器电路和充电桩。
背景技术
LLC谐振变换器由于具有结构简单、损耗小、功率密度高等优点，特别适合输入高压、输出高压以及大功率的应用场合。
然而，在输入输出高压及大功率应用领域，对产品的功率密度要求越来越高，输出功率要求越来越大，输出电压范围要求越来越宽。但是受限于当前半导体器件和磁性元器件的输出功率能力，单路LLC谐振变换器越来越难以满足要求，通常需要多路LLC并联工作。
然而在实际多路并联系统中，由于制作工艺的偏差、元器件的参数差异以及环境变化引起的参数变化等原因，导致多路LLC谐振变换器之间存在均流问题或均压问题，严重影响整个多路并联系统的可靠性。进而使常规LLC谐振变换器在可靠性和大的输出功率之间难以做出很好的平衡。
发明内容
本发明实施例提供了一种多路LLC谐振变换器、谐振变换器电路和充电桩，以解决常规LLC谐振变换器在可靠性和大输出功率之间难以做出很好的平衡的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种多路LLC谐振变换器，包括：
N个谐振模块、N个开关模块和N个整流模块；其中，所述N≥2；
一个开关模块、一个谐振模块和一个整流模块间一一对应，构成一路LLC，N个开关模块中相邻的开关模块之间并联连接，N个整流模块中任意两个整流模块之间串联或并联连接；
谐振模块的第一输入端与对应的开关模块的第一输出端连接，谐振模块的第二输入端与对应的开关模块的第二输出端连接，谐振模块的第一输出端与对应的整流模块的第一输入端连接，谐振模块的第二输出端与对应的整流模块的第二输入端连接；
相邻的谐振模块之间相互连接，进行多路LLC间的均流或均压。
在一种可能的实现方式中，所述谐N个振模块的结构均相同，每一谐振模块包括：均流处理单元和谐振单元；
所述均流处理单元的第一端作为所述谐振模块的第一输入端，所述谐振单元的第一端作为所述谐振模块的第二输入端，所述谐振单元的第二端作为所述谐振模块的第一输出端，所述谐振单元的第三端作为所述谐振模块的第二输出端；
首个谐振模块中的均流处理单元的第二端连接对应的谐振单元的第四端，其他谐振模块中的均流处理单元的第二端连接上一谐振模块中谐振单元的第五端，其他谐振模块中的谐振单元的第四端连接上一谐振模块中均流处理单元的第三端，最后一个谐振模块中的均流处理单元的第三端连接对应的谐振单元的第五端。
在一种可能的实现方式中，所述均流处理单元包括均流变压器；
所述均流变压器的同名端连接后作为所述均流处理单元的第一端，所述均流变压器次级的另一端作为所述均流处理单元的第二端，所述均流变压器初级的另一端作为所述均流处理单元的第三端。
在一种可能的实现方式中，所述谐振单元包括谐振电感L1、谐振电感L2、谐振电容C1、谐振电容C2、变压器T1和变压器T2；
所述谐振电感L1与所述谐振电容C1串联后的一端作为所述谐振单元的第四端，所述谐振电感L1与所述谐振电容C1串联后的另一端与所述变压器T1初级的一端连接；
所述变压器T1初级的另一端与所述变压器T2初级的一端连接后作为所述谐振单元的第一端，所述变压器T1次级的一端作为所述谐振单元的第二端，所述变压器T1次级的另一端与所述变压器T2次级的一端连接；
所述谐振电容C2与所述谐振电感L2串联后的一端与所述变压器T2初级的另一端连接，所述变压器T2次级的另一端作为所述谐振单元的第三端；
所述谐振电容C2与所述谐振电感L2串联后的另一端作为所述谐振单元的第五端。
在一种可能的实现方式中，所述谐振单元包括谐振电感L3、谐振电感L4、谐振电容C3、谐振电容C4和抽头变压器T11；
所述谐振电感L3与所述谐振电容C3串联后的一端作为所述谐振单元的第四端，所述谐振电感L3与所述谐振电容C3串联后的另一端与所述抽头变压器T11初级的一端连接；
所述抽头变压器T11初级的抽头作为所述谐振单元的第一端，所述抽头变压器T11次级的一端作为所述谐振单元的第二端，所述抽头变压器T11次级的另一端作为所述谐振单元的第三端；
所述谐振电感L4与所述谐振电容C4串联后的一端与所述抽头变压器T11初级的另一端连接，所述谐振电感L4与所述谐振电容C4串联后的另一端作为所述谐振单元的第五端。
在一种可能的实现方式中，所述N个开关模块的结构均相同，每一开关模块均为全桥结构；
所述全桥结构的前桥臂中点作为所述开关模块的第一输出端，所述全桥结构的后桥臂中点作为所述开关模块的第二输出端；
或者，每一开关模块均为对称半桥结构；所述对称半桥结构包括开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接构成的第一桥臂和电容串联连接构成的第二桥臂；
所述对称半桥结构的第一桥臂中点作为所述开关模块的第一输出端，所述对称半桥结构的第二桥臂中点作为所述开关模块的第二输出端；所述第一桥臂为开关管构成的桥臂，所述第二桥臂为电容构成的桥臂；
或者，每一开关模块均为不对称半桥结构；所述不对称半桥结构包括开关管Q3的源极与开关管Q4的漏极连接构成的桥臂；
所述不对称半桥结构的桥臂中点作为所述开关模块的第一输出端，所述不对称半桥结构的接地端作为所述开关模块的第二输出端。
在一种可能的实现方式中，所述N个整流模块的结构均相同，每一整流模块均为全桥整流结构；
所述全桥整流结构的前桥臂中点作为所述整流模块的第一输入端，所述全桥整流结构的后桥臂中点作为所述整流模块的第二输入端；
或者，每一整流模块均为全波整流结构；
所述全波整流结构中二极管D1的正极作为所述整流模块的第一输入端，所述全波整流结构中二极管D2的正极作为所述整流模块的第二输入端。
在一种可能的实现方式中，所述的多路LLC谐振变换器，还包括输入电容和输出电容；
所述输入电容与所述开关模块并联连接；
所述输出电容与所述整流模块并联连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种谐振变换器电路，包括至少一个上面所述任一项的多路LLC谐振变换器。
第三方面，本发明实施例提供了一种充电站，包括上面所述的谐振变换器电路。
本发明实施例提供一种多路LLC谐振变换器，包括N个谐振模块、N个开关模块和N个整流模块；一个开关模块、一个谐振模块和一个整流模块间一一对应，构成一路LLC，通过N个开关模块中相邻的开关模块之间并联连接，N个整流模块中任意两个整流模块之间串联或并联连接，谐振模块的第一输入端与对应的开关模块的第一输出端连接，谐振模块的第二输入端与对应的开关模块的第二输出端连接，谐振模块的第一输出端与对应的整流模块的第一输入端连接，谐振模块的第二输出端与对应的整流模块的第二输入端连接；相邻的谐振模块之间相互连接，进行多路LLC间的均流或均压。由于相邻的谐振模块之间相互连接，可以在多路LLC之间建立联系，从而抵消多路LLC由于器件差异性导致的不均流或不均压，进而提高整体多路LLC谐振变换器的可靠性，进而能够在保证高可靠性的前提下，通过多路LLC谐振变换器实现更大的输出功率。
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多路LLC谐振变换器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的N＝3时谐振模块之间的连接示意图；
图3是本发明实施例提供的谐振单元的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的开关模块为对称半桥结构的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的开关模块为不对称半桥结构的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的整流模块为全波整流结构的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
实施例一
如图1所示，本发明所述的多路LLC谐振变换器，可以包括10N个谐振模块20、N个开关模块和N个整流模块30；其中，N≥2。
其中，一个开关模块10、一个谐振模块20和一个整流模块30间一一对应，构成一路LLC，N个开关模块10中相邻的开关模块10之间并联连接，N个整流模块30中任意两个整流模块30之间可以串联或并联连接。
其中，谐振模块20的第一输入端与对应的开关模块10的第一输出端连接，谐振模块20的第二输入端与对应的开关模块10的第二输出端连接，谐振模块20的第一输出端与对应额整流模块30的第一输入端连接，谐振模块20的第二输出端与对应的整流模块30的第二输入端连接；相邻的谐振模块之间相互连接，进行多路LLC间的均流或均压。
示例性的，本实施例中N个整流模块30之间可以均串联连接(即图1中3所示)，也可以均并联连接(即图1中4所示)，或者还可以在每个整流模块和每个整流模块之间设置继电器或半导体器件，以实现整流模块和整流模块之间串联或并联的切换。本实施例中，整流模块之间并联可以使整个多路LLC谐振变换器在低压大电流下工作，整流模块之间串联可以拓宽整个多路LLC谐振变换器的输出电压。具体整流模块之间设置为串联还是并联，可以根据实际需要确定。
本发明实施例的多路LLC谐振变换器，由于相邻的谐振模块之间相互连接，可以在多路LLC之间建立联系，从而抵消多路LLC由于器件差异性导致的不均流或不均压，进而提高整体多路LLC谐振变换器的可靠性，进而能够在保证高可靠性的前提下，通过多路LLC谐振变换器实现更大的输出功率。
可选的，参见图1，N个谐振模块20的结构均相同，每一谐振模块20可以包括：均流处理单元21和谐振单元22。
其中，均流处理单元21的第一端作为谐振模块20的第一输入端，谐振单元22的第一端作为谐振模块20的第二输入端，谐振单元22的第二端作为谐振模块20的第一输出端，谐振单元22的第三端作为谐振模块20的第二输出端。
其中，当多路LLC谐振变换器包括N个谐振模块且N≥2时，首个谐振模块20中的均流处理单元21的第二端连接对应的谐振单元22的第四端，其他谐振模块20中的均流处理单元21的第二端连接上一谐振模块20中谐振单元22的第五端，其他谐振模块20中的谐振单元22的第四端连接上一谐振模块20中均流处理单元21的第三端，最后一个谐振模块20中的均流处理单元21的第三端连接对应的谐振单元22的第五端。
如图2所示，为N＝3时谐振模块之间的连接示意图，当谐振模块为4个、5个甚至更多个时，谐振模块之间的连接结构可参考图2。本实施例中，可以形成N个谐振模块交错连接，N个开关模块并联连接，N个整流模块串联或并联连接的多路LLC谐振变换器，由于N个谐振模块交错连接，可以在多路LLC之间建立联系，从而抵消多路LLC由于器件差异性导致的不均流或不均压，进而在保证可靠性的前提下，方便扩大整体多路LLC谐振变换器的输出功率。
可选的，参见图1或图2，均流处理单元21可以为均流变压器。
其中，均流变压器的同名端(即图1所示的1,4端)连接后可以作为均流处理单元21的第一端，均流变压器次级的另一端(即图1所示的3端)可以作为均流处理单元21的第二端，均流变压器初级的另一端(即图1所示的2端)可以作为均流处理单元21的第三端。
本实施例中，采用均流变压器作为均流处理单元，并通过均流变压器将N个谐振模块交错连接，可以在原理上实现N个谐振单元的初级绕组并联，同时N个谐振单元的次级绕组串联工作，由于变压器的特性，均流变压器会将自身初级或次级多余的能量耦合至另一侧，因此可以抵消多路LLC由于器件差异性导致的不均流或不均压，实现多路LLC谐振变换器的均流或均压。从而保证多路LLC谐振变换器的可靠性。进而可以极大的拓宽整体多路LLC谐振变换器的输出电压范围和输出功率，在保证高可靠性的前提下，实现更大的输出功率。
作为本发明的一实施例，参见图2，谐振单元22可以包括谐振电感L1、谐振电感L2、谐振电容C1、谐振电容C2、变压器T1和变压器T2。
其中，谐振电感L1与谐振电容C1串联后的一端作为谐振单元22的第四端，谐振电感L1与谐振电容C1串联后的另一端与变压器T1初级的一端连接；变压器T1初级的另一端与变压器T2初级的一端连接后作为谐振单元22的第一端，变压器T1次级的一端作为谐振单元的第二端，变压器T1次级的另一端与变压器T2次级的一端连接；谐振电容C2与谐振电感L2串联后的一端与变压器T2初级的另一端连接，变压器T2次级的另一端作为谐振单元的第三端；谐振电容C2与谐振电感L2串联后的另一端作为谐振单元的第五端。
作为发明的又一实施例，参见图3，谐振单元22可以包括谐振电感L3、谐振电感L4、谐振电容C3、谐振电容C4和抽头变压器T11。
其中，谐振电感L3与谐振电容C3串联后的一端作为谐振单元22的第四端，谐振电感L3与谐振电容C3串联后的另一端与抽头变压器T11初级的一端连接；抽头变压器T11初级的抽头作为谐振单元的第一端，抽头变压器T11次级的一端作为谐振单元的第二端，抽头变压器T11次级的另一端作为谐振单元的第三端；谐振电感L4与谐振电容C4串联后的一端与抽头变压器T11初级的另一端连接，谐振电感L4与谐振电容C4串联后的另一端作为谐振单元的第五端。
上述实施例中，可以根据实际需要选择采用抽头变压器或两个变压器构成谐振单元，本发明实施例对具体采用何种形式的变压器构成谐振单元不做限定。
可选的，还可以如图1所示，将均流变压器的漏感、或变压器T1和变压器T2的漏感、或抽头变压器T11的漏感作为谐振电感，而不再单独引出谐振电感。具体是否单独引出谐振电感可以根据实际情况选择，本发明实施例对此不做限定。
可选的，N个开关模块10的结构均相同，每一开关模块10可以均为如图1所示的全桥结构。
其中，全桥结构的前桥臂中点作为开关模块10的第一输出端，全桥结构的后桥臂中点作为开关模块10的第二输出端。
或者，每一开关模块10可以均为图4所示的对称半桥结构。对称半桥结构包括开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接构成的第一桥臂和电容串联连接构成的第二桥臂。
其中，对称半桥结构的第一桥臂中点作为开关模块10的第一输出端，对称半桥结构的第二桥臂中点作为开关模块的第二输出端；其中，第一桥臂为开关管构成的桥臂，第二桥臂为电容构成的桥臂。
或者，每一开关模块10可以均为图5所示的不对称半桥结构。不对称半桥结构包括开关管Q3的源极与开关管Q4的漏极连接构成的桥臂。
其中，不对称半桥结构的桥臂中点作为开关模块10的第一输出端，不对称半桥结构的接地端作为开关模块10的第二输出端。
可选的，N个整流模块的结构均相同，每一整流模块30可以均为图1所示的全桥整流结构。
其中，全桥整流结构的前桥臂中点作为整流模块30的第一输入端，全桥整流结构的后桥臂中点作为整流模块30的第二输入端。
或者，每一整流模块30可以均为图6所示的全波整流结构。
其中，全波整流结构中二极管D1的正极作为整流模块30的第一输入端，全波整流结构中二极管D2的正极作为整流模块30的第二输入端。
如图6所示，当整流模块30采用全波整流结构时，对应的谐振单元22需要采用次级为多绕组的变压器(即图6中变压器T12)，且变压器次级多绕组的两端连接后与输出电容C12的一端连接。
本实施例中，可以根据实际需要选择合适的开关模块的结构和整流模块的结构，同时，选定整流模块的结构后，需要根据整流模块的结构调整对应谐振单元中变压器的结构。除此之外，当多个开关模块均采用全桥结构时，每个开关模块的前桥臂可以采用相同的发波控制逻辑，每个开关模块的后桥臂可以采用相同的发波控制逻辑，以实现整体多路LLC谐振变换器的更好的控制效果。
可选的，多路LLC谐振变换器，还可以包括输入电容和输出电容；如图1所示，输入电容C11与开关模块并联连接；输出电容C12与整流模块并联连接。
实施例二
本发明还包括一种谐振变换器电路，包括至少一个上面所述任一实施例的多路LLC谐振变换器，且与上述任一实施例所述的多路LLC谐振变换器具有相同的有益效果。
示例性的，谐振变换器电路可以包括两个、三个甚至更多个上面所述任一实施例的多路LLC谐振变换器，此时每个多路LLC谐振变换器的N个开关模块构成的开关网络可以跟相邻的多路LLC谐振变换器的N个开关模块构成的开关网络串联，以便于谐振变换器电路可以在同样的输入电压下，采用更低耐压的开关管，以降低整个谐振变换器电路的成本。
实施例三
本发明还包括一种充电桩，包括上面所述实施例的谐振变换器电路，且与上述实施例所述的谐振变换器电路具有相同的有益效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多路LLC谐振变换器，其特征在于，包括N个谐振模块、N个开关模块和N个整流模块；其中，所述N≥2；
一个开关模块、一个谐振模块和一个整流模块间一一对应，构成一路LLC，N个开关模块中相邻的开关模块之间并联连接，N个整流模块中任意两个整流模块之间串联或并联连接；
谐振模块的第一输入端与对应的开关模块的第一输出端连接，谐振模块的第二输入端与对应的一个开关模块的第二输出端连接，谐振模块的第一输出端与对应的整流模块的第一输入端连接，谐振模块的第二输出端与对应的整流模块的第二输入端连接；
相邻的谐振模块之间相互连接，进行多路LLC间的均流或均压。
2.如权利要求1所述的多路LLC谐振变换器，其特征在于，所述N个谐振模块的结构均相同，每一谐振模块包括：均流处理单元和谐振单元；
所述均流处理单元的第一端作为所述谐振模块的第一输入端，所述谐振单元的第一端作为所述谐振模块的第二输入端，所述谐振单元的第二端作为所述谐振模块的第一输出端，所述谐振单元的第三端作为所述谐振模块的第二输出端；
首个谐振模块中的均流处理单元的第二端连接对应的谐振单元的第四端，其他谐振模块中的均流处理单元的第二端连接上一谐振模块中谐振单元的第五端，其他谐振模块中的谐振单元的第四端连接上一谐振模块中均流处理单元的第三端，最后一个谐振模块中的均流处理单元的第三端连接对应的谐振单元的第五端。
3.如权利要求2所述的多路LLC谐振变换器，其特征在于，所述均流处理单元包括均流变压器；
所述均流变压器的同名端连接后作为所述均流处理单元的第一端，所述均流变压器次级的另一端作为所述均流处理单元的第二端，所述均流变压器初级的另一端作为所述均流处理单元的第三端。
4.如权利要求2所述的多路LLC谐振变换器，其特征在于，所述谐振单元包括谐振电感L1、谐振电感L2、谐振电容C1、谐振电容C2、变压器T1和变压器T2；
所述谐振电感L1与所述谐振电容C1串联后的一端作为所述谐振单元的第四端，所述谐振电感L1与所述谐振电容C1串联后的另一端与所述变压器T1初级的一端连接；
所述变压器T1初级的另一端与所述变压器T2初级的一端连接后作为所述谐振单元的第一端，所述变压器T1次级的一端作为所述谐振单元的第二端，所述变压器T1次级的另一端与所述变压器T2次级的一端连接；
所述谐振电容C2与所述谐振电感L2串联后的一端与所述变压器T2初级的另一端连接，所述变压器T2次级的另一端作为所述谐振单元的第三端；
所述谐振电容C2与所述谐振电感L2串联后的另一端作为所述谐振单元的第五端。
5.如权利要求2所述的多路LLC谐振变换器，其特征在于，所述谐振单元包括谐振电感L3、谐振电感L4、谐振电容C3、谐振电容C4和抽头变压器T11；
所述谐振电感L3与所述谐振电容C3串联后的一端作为所述谐振单元的第四端，所述谐振电感L3与所述谐振电容C3串联后的另一端与所述抽头变压器T11初级的一端连接；
所述抽头变压器T11初级的抽头作为所述谐振单元的第一端，所述抽头变压器T11次级的一端作为所述谐振单元的第二端，所述抽头变压器T11次级的另一端作为所述谐振单元的第三端；
所述谐振电感L4与所述谐振电容C4串联后的一端与所述抽头变压器T11初级的另一端连接，所述谐振电感L4与所述谐振电容C4串联后的另一端作为所述谐振单元的第五端。
6.如权利要求2-5任一项所述的多路LLC谐振变换器，其特征在于，所述N个开关模块的结构均相同，每一开关模块均为全桥结构；
所述全桥结构的前桥臂中点作为所述开关模块的第一输出端，所述全桥结构的后桥臂中点作为所述开关模块的第二输出端；
或者，每一开关模块均为对称半桥结构；所述对称半桥结构包括开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接构成的第一桥臂和电容串联连接构成的第二桥臂；
所述对称半桥结构的第一桥臂中点作为所述开关模块的第一输出端，所述对称半桥结构的第二桥臂中点作为所述开关模块的第二输出端；
或者，每一开关模块均为不对称半桥结构；所述不对称半桥结构包括开关管Q3的源极与开关管Q4的漏极连接构成的桥臂；
所述不对称半桥结构的桥臂中点作为所述开关模块的第一输出端，所述不对称半桥结构的接地端作为所述开关模块的第二输出端。
7.如权利要求2-5任一项所述的多路LLC谐振变换器，其特征在于，所述N个整流模块的结构均相同，每一整流模块均为全桥整流结构；
所述全桥整流结构的前桥臂中点作为所述整流模块的第一输入端，所述全桥整流结构的后桥臂中点作为所述整流模块的第二输入端；
或者，每一整流模块均为全波整流结构；
所述全波整流结构中二极管D1的正极作为所述整流模块的第一输入端，所述全波整流结构中二极管D2的正极作为所述整流模块的第二输入端。
8.如权利要求2-5任一项所述的多路LLC谐振变换器，其特征在于，还包括输入电容和输出电容；
所述输入电容与所述开关模块并联连接；
所述输出电容与所述整流模块并联连接。
9.一种谐振变换器电路，其特征在于，包括至少一个权利要求1-8任一项所述的多路LLC谐振变换器。
10.一种充电桩，其特征在于，包括权利要求9所述的谐振变换器电路。
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