CN205212708U - Llc谐振变换器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LLC谐振变换器电路，其包括：整流桥；多个谐振变换器单元，所述多个谐振变换器单元共用一个直流源，所述多个谐振变换器单元的输出端串联连接后与所述整流桥的输入端相连以使每个谐振变换器单元的输出实现均流。该LLC谐振变换器电路能够解决LLC并联谐振变换器电路的不均流问题，并且无需增加过多的半导体元器件，还可以减少磁性元器件的体积、高度，提高变换器的功率密度。

Description

LLC谐振变换器电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种LLC谐振变换器电路。

背景技术

LLC谐振变换器由于可以实现软开关技术，提高电路的转换效率，得到了越来越多的应用，典型的LLC谐振变换器非对称半桥电路如图1所示，其包括开关器件Q1’和Q2’、谐振电感Lr’、谐振电容Cr’、变压器Tr’、整流管D1’和D2’、滤波电容C’以及负载R’组成。

虽然LLC谐振变换器可以获得较高的转换效率，但是在大功率应用场合，单级的LLC谐振变换器已经不足以满足日益小型化、高功率密度的变换器需求。其主要原因就是磁性元器件的体积很大，使得变换器的整体布局不再紧凑，散热布局也十分困难，这就更加导致了进一步加大散热装置和空间要求，使得设计出来的变换器体积笨重，功率密度极低。

相关技术中，可通过LLC谐振变换器电路的扩展来解决这些问题，例如图2所示，LLC谐振变换器电路可扩展成两个谐振单元，每个谐振单元的开关频率相同，功率分摊，这样谐振电感、变压器等磁性器件的体积相比较于单LLC谐振变换器，会减少很多，可以减少磁性元器件的体积，但是，这种LLC并联谐振变换器电路由于器件的离散性，如谐振电感、变压器、谐振电容不可能完全一致，必然导致两个谐振单元的增益不一致，所以，就会出现谐振单元电流值大小不一，增益大的谐振单元贡献的电流大，增益小的贡献的电流小，在电路中可能出现严重的不均流现象而使过电流大的器件烧毁。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种LLC谐振变换器电路，能够解决LLC并联谐振变换器电路的不均流问题。

为达到上述目的，本实用新型提出的一种LLC谐振变换器电路，包括：整流桥；多个谐振变换器单元，所述多个谐振变换器单元共用一个直流源，所述多个谐振变换器单元的输出端串联连接后与所述整流桥的输入端相连以使每个谐振变换器单元的输出实现均流。

根据本实用新型提出的LLC谐振变换器电路，通过多个谐振变换器单元的输出端串联连接后与整流桥的输入端相连以使每个谐振变换器单元的输出实现均流，从而解决LLC并联谐振变换器电路的不均流问题，避免因每个谐振变换器单元的电流不均而造成电路严重不均流现象，防止电路中过电流大的器件烧毁，并且无需增加过多的半导体元器件，还可以减少磁性元器件的体积、高度，提高变换器的功率密度。

进一步地，所述多个谐振变换器单元包括第一谐振变换器单元和第二谐振变换器单元，所述第一谐振变换器单元的输入端和所述第二谐振变换器单元的输入端分别连接到一个直流源以共用一个直流源，所述第一谐振变换器单元包括第一开关器件、第二开关器件、第一谐振电感、第一谐振电容和第一变压器，所述第二谐振变换器单元包括第三开关器件、第四开关器件、第二谐振电感、第二谐振电容和第二变压器，所述第一变压器的次级有同名端记号的输出引脚与所述整流桥的第一输入端相连，所述第一变压器的次级无同名端记号的输出引脚与所述第二变压器的次级有同名端记号的输出引脚相连，所述第二变压器的次级无同名端记号的输出引脚与所述整流桥的第二输入端相连。

并且，所述第一开关器件和所述第二开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第一开关器件和所述第二开关器件之间具有第一节点，所述第一节点与所述第一谐振电感的一端相连，所述第一谐振电感的另一端与所述第一谐振电容的一端相连，所述第一谐振电容的另一端与所述第一变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第一变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述直流源的负极端相连后接地。

以及，所述第三开关器件和所述第四开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第三开关器件和所述第四开关器件之间具有第二节点，所述第二节点与所述第二谐振电感的一端相连，所述第二谐振电感的另一端与所述第二谐振电容的一端相连，所述第二谐振电容的另一端与所述第二变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第二变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述直流源的负极端相连后接地。

具体地，所述第一谐振变换器单元还包括第三谐振电容，其中，所述第一开关器件和所述第二开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第一开关器件和所述第二开关器件之间具有第一节点，所述第一谐振电容和所述第三谐振电容串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第一谐振电容和所述第三谐振电容之间具有第三节点，所述第一节点与所述第一谐振电感的一端相连，所述第一谐振电感的另一端与所述第一变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第一变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述第三节点相连。

并且，所述第二谐振变换器单元还包括第四谐振电容，所述第三开关器件和所述第四开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第三开关器件和所述第四开关器件之间具有第二节点，所述第二谐振电容和所述第四谐振电容串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第二谐振电容和所述第四谐振电容之间具有第四节点，所述第二节点与所述第二谐振电感的一端相连，所述第二谐振电感的另一端与所述第二变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第二变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述第四节点相连。

具体地，所述第一谐振变换器单元还包括第五开关器件和第六开关器件，其中，所述第一开关器件和所述第二开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第一开关器件和所述第二开关器件之间具有第一节点，所述第五开关器件和所述第六开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第五开关器件和所述第六开关器件之间具有第五节点，所述第五节点与所述第一谐振电感的一端相连，所述第一谐振电感的另一端与所述第一谐振电容的一端相连，所述第一谐振电容的另一端与所述第一变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第一变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述第一节点相连。

并且，所述第二谐振变换器单元还包括第七开关器件和第八开关器件，所述第三开关器件和所述第四开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第三开关器件和所述第四开关器件之间具有第二节点，所述第七开关器件和所述第八开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第七开关器件和所述第八开关器件之间具有第六节点，所述第六节点与所述第二谐振电感的一端相连，所述第二谐振电感的另一端与所述第二谐振电容的一端相连，所述第二谐振电容的另一端与所述第二变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第二变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述第二节点相连。

其中，所述每个谐振变换器单元中变压器的初级侧开关器件的工作频率相同，且所述每个谐振变换器单元中变压器向次级侧传输能量相互独立。

附图说明

图1为典型的单LLC谐振变换器非对称半桥电路示意图；

图2为相关技术中并联谐振变换器电路的示意图；

图3为根据本实用新型一个实施例的LLC谐振变换器电路的示意图；

图4为根据本实用新型另一个实施例的LLC谐振变换器电路的示意图；

图5为根据本实用新型又一个实施例的LLC谐振变换器电路的示意图；以及

图6为根据本实用新型还一个实施例的LLC谐振变换器电路的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参照附图来描述本实用新型实施例提出的LLC谐振变换器电路。

结合图3至图6所示，本实用新型实施例提出的LLC谐振变换器电路包括：整流桥10和多个谐振变换器单元21、22、23、……、2N，其中，N为大于等于2的整数。

其中，多个谐振变换器单元共用一个直流源DC，多个谐振变换器单元的输出端串联连接后与整流桥10的输入端相连以使每个谐振变换器单元的输出实现均流。

进一步地，根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，多个谐振变换器单元包括第一谐振变换器单元21和第二谐振变换器单元22，第一谐振变换器单元21的输入端和第二谐振变换器单元22的输入端分别连接到一个直流电源DC以共用一个直流源DC，第一谐振变换器单元21包括第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、第一谐振电感Lr1、第一谐振电容Cr1和第一变压器T1，第二谐振变换器单元22包括第三开关器件Q3、第四开关器件Q4、第二谐振电感Lr2、第二谐振电容Cr2和第二变压器T2，第一变压器T1的次级有同名端记号的输出引脚与整流桥10的第一输入端相连，第一变压器T1的次级无同名端记号的输出引脚与第二变压器T2的次级有同名端记号的输出引脚相连，第二变压器T2的次级无同名端记号的输出引脚与整流桥10的第二输入端相连。其中，整流桥10是由二极管D1、D2、D3和D4组成的全桥整流电路，整流桥10的输出端连接输出电容C1和负载Ro。

如图3所示，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2串联后并联连接在直流源DC的两端，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2之间具有第一节点J1，第一节点J1与第一谐振电感Lr1的一端相连，第一谐振电感Lr1的另一端与第一谐振电容Cr1的一端相连，第一谐振电容Cr1的另一端与第一变压器T1的初级有同名端记号的输出引脚相连，第一变压器T1的初级无同名端记号的输出引脚与直流源DC的负极端相连后接地。第三开关器件Q3和第四开关器件Q4串联后并联连接在直流源DC的两端，第三开关器件Q3和第四开关器件Q4之间具有第二节点J2，第二节点J2与第二谐振电感Lr2的一端相连，第二谐振电感Lr2的另一端与第二谐振电容Cr2的一端相连，第二谐振电容Cr2的另一端与第二变压器T2的初级有同名端记号的输出引脚相连，第二变压器T2的初级无同名端记号的输出引脚与直流源DC的负极端相连后接地。

在图3所示的LLC谐振变换器电路中，两个谐振变换器单元的原边开关器件的工作频率相同，并且两个谐振变换器单元的输出是串联的结构，每个谐振变换器单元中的变压器向次级传输能量是相互独立的，从而使得两个谐振变换器单元的电流值实现均流的效果。

也就是说，本实用新型实施例的LLC谐振变换器电路可包括至少两个谐振变换器单元，并且至少两个谐振变换器单元中的变压器的次级输出端是串联的结构。由于每个谐振变换器单元的变压器次级输出端是串联的结构，这样就不会存在并联谐振变换器电路中由于谐振器件的离散性而引起谐振单元的增益不一致而导致的不均流现象。因为并联谐振变换器电路的每个谐振单元的输出是并联的结构，就像两个直流源并联一样，由于增益不一样，那么两个直流源的电压大小也不一样，就会出现电压高的直流源给负载提供的电流多，电压小的直流源给负载提供的电流小，而本实用新型实施例的LLC谐振变换器电路，每个谐振变换器单元的变压器次级输出是串联的结构，就像两个直流源串联一样，虽然每个谐振变换器单元有增益的差异，但是流过每个直流源的电流是几乎相等的，这样就解决了并联谐振变换器电路不均流的问题。其中，每个谐振变换器单元中变压器的初级侧开关器件的工作频率相同，且每个谐振变换器单元中变压器向次级侧传输能量相互独立。

根据本实用新型的一个具体示例，为了验证本实用新型实施例的LLC谐振变换器电路的均流效果，将图2中的并联谐振变换器电路作为实验1、本实用新型实施例的LLC谐振变换器电路作为实验2，来仿真均流效果，具体如下表1所示。

表1

如上表1所示,实验1的模型基于图2所示的电路结构，实验2的模型基于图3所示的电路结构，测试条件是输入直流源420V，开环测试频率设置100KHz，以所示电路中谐振电感可控制的工艺为3％的误差来仿真，实验结果显示相关技术中的并联谐振变换器电路的不均流现象很大，而采用本实用新型实施例的LLC谐振变换器电路后能够极好地消除了每个谐振变换器单元的不均流现象。

具体地，根据本实用新型的另一个实施例，如图4所示，第一谐振变换器单元21还包括第三谐振电容Cr3，第二谐振变换器单元22还包括第四谐振电容Cr4。其中，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2串联后并联连接在直流源DC的两端，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2之间具有第一节点J1，第一谐振电容Cr1和第三谐振电容Cr3串联后并联连接在直流源DC的两端，第一谐振电容Cr1和第三谐振电容Cr3之间具有第三节点J3，第一节点J1与第一谐振电感Lr1的一端相连，第一谐振电感Lr1的另一端与第一变压器T1的初级有同名端记号的输出引脚相连，第一变压器T1的初级无同名端记号的输出引脚与第三节点J3相连。

并且，第三开关器件Q3和第四开关器件Q4串联后并联连接在直流源DC的两端，第三开关器件Q3和第四开关器件Q4之间具有第二节点J2，第二谐振电容Cr2和第四谐振电容Cr4串联后并联连接在直流源DC的两端，第二谐振电容Cr2和第四谐振电容Cr4之间具有第四节点J4，第二节点J2与第二谐振电感Lr2的一端相连，第二谐振电感Lr2的另一端与第二变压器T2的初级有同名端记号的输出引脚相连，第二变压器T2的初级无同名端记号的输出引脚与第四节点J4相连。

结合图5和图6所示，第一谐振变换器单元21还包括第五开关器件Q5和第六开关器件Q6，第二谐振变换器单元22还包括第七开关器件Q7和第八开关器件Q8。其中，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2串联后并联连接在直流源DC的两端，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2之间具有第一节点J1，第五开关器件Q5和第六开关器件Q6串联后并联连接在直流源DC的两端，第五开关器件Q5和第六开关器件Q6之间具有第五节点J5，第五节点J5与第一谐振电感Lr1的一端相连，第一谐振电感Lr1的另一端与第一谐振电容Cr1的一端相连，第一谐振电容Cr1的另一端与第一变压器T1的初级有同名端记号的输出引脚相连，第一变压器Cr1的初级无同名端记号的输出引脚与第一节点J1相连。

并且，第三开关器件Q3和第四开关器件Q4串联后并联连接在直流源DC的两端，第三开关器件Q3和第四开关器件Q4之间具有第二节点J2，第七开关器件Q7和第八开关器件Q8串联后并联连接在直流源DC的两端，第七开关器件Q7和第八开关器件Q8之间具有第六节点J6，第六节点J6与第二谐振电感Lr2的一端相连，第二谐振电感Lr2的另一端与第二谐振电容Cr2的一端相连，第二谐振电容Cr2的另一端与第二变压器T2的初级有同名端记号的输出引脚相连，第二变压器T2的初级无同名端记号的输出引脚与第二节点J2相连。

其中，图5所示的LLC谐振变换器电路包括第一谐振变换器单元21和第二谐振变换器单元22，图6所示的LLC谐振变换器电路包括多个谐振变换器单元21、22、23、……、2N。

综上所述，根据本实用新型实施例的LLC谐振变换器电路，通过多个谐振变换器单元的输出端串联连接后与整流桥的输入端相连以使每个谐振变换器单元的输出实现均流，从而解决LLC并联谐振变换器电路的不均流问题，避免因每个谐振变换器单元的电流不均而造成电路严重不均流现象，防止电路中过电流大的器件烧毁，并且无需增加过多的半导体元器件，还可以减少磁性元器件的体积、高度，提高变换器的功率密度。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种LLC谐振变换器电路，其特征在于，包括：

整流桥；

多个谐振变换器单元，所述多个谐振变换器单元共用一个直流源，所述多个谐振变换器单元的输出端串联连接后与所述整流桥的输入端相连以使每个谐振变换器单元的输出实现均流。

2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器电路，其特征在于，所述多个谐振变换器单元包括第一谐振变换器单元和第二谐振变换器单元，所述第一谐振变换器单元的输入端和所述第二谐振变换器单元的输入端分别连接到一个直流源以共用一个直流源，所述第一谐振变换器单元包括第一开关器件、第二开关器件、第一谐振电感、第一谐振电容和第一变压器，所述第二谐振变换器单元包括第三开关器件、第四开关器件、第二谐振电感、第二谐振电容和第二变压器，所述第一变压器的次级有同名端记号的输出引脚与所述整流桥的第一输入端相连，所述第一变压器的次级无同名端记号的输出引脚与所述第二变压器的次级有同名端记号的输出引脚相连，所述第二变压器的次级无同名端记号的输出引脚与所述整流桥的第二输入端相连。

3.根据权利要求2所述的LLC谐振变换器电路，其特征在于，所述第一开关器件和所述第二开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第一开关器件和所述第二开关器件之间具有第一节点，所述第一节点与所述第一谐振电感的一端相连，所述第一谐振电感的另一端与所述第一谐振电容的一端相连，所述第一谐振电容的另一端与所述第一变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第一变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述直流源的负极端相连后接地。

4.根据权利要求2所述的LLC谐振变换器电路，其特征在于，所述第三开关器件和所述第四开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第三开关器件和所述第四开关器件之间具有第二节点，所述第二节点与所述第二谐振电感的一端相连，所述第二谐振电感的另一端与所述第二谐振电容的一端相连，所述第二谐振电容的另一端与所述第二变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第二变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述直流源的负极端相连后接地。

5.根据权利要求2所述的LLC谐振变换器电路，其特征在于，所述第一谐振变换器单元还包括第三谐振电容，其中，

所述第一开关器件和所述第二开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第一开关器件和所述第二开关器件之间具有第一节点，所述第一谐振电容和所述第三谐振电容串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第一谐振电容和所述第三谐振电容之间具有第三节点，所述第一节点与所述第一谐振电感的一端相连，所述第一谐振电感的另一端与所述第一变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第一变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述第三节点相连。

6.根据权利要求2所述的LLC谐振变换器电路，其特征在于，所述第二谐振变换器单元还包括第四谐振电容，所述第三开关器件和所述第四开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第三开关器件和所述第四开关器件之间具有第二节点，所述第二谐振电容和所述第四谐振电容串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第二谐振电容和所述第四谐振电容之间具有第四节点，所述第二节点与所述第二谐振电感的一端相连，所述第二谐振电感的另一端与所述第二变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第二变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述第四节点相连。

7.根据权利要求2所述的LLC谐振变换器电路，其特征在于，所述第一谐振变换器单元还包括第五开关器件和第六开关器件，其中，

所述第一开关器件和所述第二开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第一开关器件和所述第二开关器件之间具有第一节点，所述第五开关器件和所述第六开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第五开关器件和所述第六开关器件之间具有第五节点，所述第五节点与所述第一谐振电感的一端相连，所述第一谐振电感的另一端与所述第一谐振电容的一端相连，所述第一谐振电容的另一端与所述第一变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第一变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述第一节点相连。

8.根据权利要求2所述的LLC谐振变换器电路，其特征在于，所述第二谐振变换器单元还包括第七开关器件和第八开关器件，所述第三开关器件和所述第四开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第三开关器件和所述第四开关器件之间具有第二节点，所述第七开关器件和所述第八开关器件串联后并联连接在所述直流源的两端，所述第七开关器件和所述第八开关器件之间具有第六节点，所述第六节点与所述第二谐振电感的一端相连，所述第二谐振电感的另一端与所述第二谐振电容的一端相连，所述第二谐振电容的另一端与所述第二变压器的初级有同名端记号的输出引脚相连，所述第二变压器的初级无同名端记号的输出引脚与所述第二节点相连。

9.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器电路，其特征在于，所述每个谐振变换器单元中变压器的初级侧开关器件的工作频率相同，且所述每个谐振变换器单元中变压器向次级侧传输能量相互独立。