CN206775392U - 一种双变压器并联结构谐振软开关直流变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型创造提供一种双变压器并联结构谐振软开关直流变换器，包括依次连接的半桥逆变电路、双变压器并联结构谐振电路和整流电路。半桥逆变电路将直流信号变换为一系列方波信号，接着双变压器并联结构谐振电路将方波信号的高次谐波滤除，同时确保逆变电路的功率开关器件均实现零电压开通软开关，最后整流电路将谐振信号输出的交流基波信号转换为直流信号，并提供给负载。本实用新型创造具有谐振零点，可以实现在较窄的开关频率变换范围内快速调整直流电压增益，以及在过电流条件下对电路进行保护，参数设计合理，可显著提高工作效率。

Description

一种双变压器并联结构谐振软开关直流变换器
技术领域
本发明创造属于一种谐振软开关型直流变换器，尤其是一种高效率、宽电压范围的双变压器并联结构谐振软开关直流变换器。
背景技术
谐振软开关变换器是一种性能卓越、结构简单、成本低廉的直流变换器，具有较高的研究价值和应用价值，因此是相关学术界研究的热点和重点之一。谐振软开关电路通常包括三部分，即逆变结构、谐振结构和整流结构。逆变结构通常采用半桥或是全桥结构，将输入直流电压变换为不同形式的电压方波；谐振结构则是将该方波的高次谐波滤除，仅保留与开关频率相同的基波信号通过；整流结构则是将谐振结构输出的交流电再次整流为直流形式的电能，供负载使用。谐振结构的存在使得电路在合理的开关频率范围内可以实现逆变结构中的开关管零电压开通、以及整流结构中开关器件的零电流关断使得变换器整体的开关损耗大幅下降，实现高效率、低电磁干扰变换。
LLC型谐振软开关变换器是一种较为先进的直流变换器，它克服了传统串联、并联谐振变换器低功率下效率偏低、低功率下调压能力差的问题，具有高效率、宽电压调节范围等优势，但LLC行谐振软开关变换器受自身拓扑结构的限制，其效率和电压范围的矛盾仍然存在。一些学者采用多谐振元件变换器来解决这一问题，提出了诸如LCCL、CLCL、CLLC、LCLC等拓扑结构并获得了性能上的显著提高，但与此同时，输出电压的范围仍然较为狭窄，不能满足各种负载的需要。
综上所述，研究一种具备宽范围、高效率的谐振软开关直流变换器对本领域的技术发展具有重要意义。
发明内容
本发明创造解决的问题是，提供一种双变压器并联结构谐振软开关直流变换器，解决现有技术中存在的输出电压的范围狭窄，不能满足各种负载的需要等问题。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：
提供一种双变压器并联结构谐振软开关直流变换器，包括依次连接的逆变电路、谐振电路和整流电路，其特征在于：所述的谐振电路为双变压器并联结构谐振电路，包括变压器T1、变压器T2、电容C1、电容C2、电感L1和电感L2；
电容C1一端与逆变电路的中点连接，另一端与电感L1连接；电感L1一端与电容C1连接，另一端与变压器T1的原边连接；变压器T1的原边一端与电感L1连接，原边另一端与电容C2和电感L2分别连接，副边一端与整流电路的一个中点连接，副边另一端与变压器T2的副边一端连接；电容C2一端与变压器T1原边一端和电感L2分别连接，另一端与逆变电路中开关管S2的源极和变压器T2的原边一端分别连接；电感L2一端与变压器T1原边一端和电容C2分别连接，另一端与变压器T2原边一端连接；变压器T2原边一端与电感L2连接，原边另一端与电容C2和逆变电路中开关管S2的源极分别连接。
进一步的，所述逆变电路为半桥逆变电路。
进一步的，所述整流电路为二极管整流电路。
本发明创造的有益效果是：
1）可以实现半桥逆变电路开关管的软开关和整流电路中二极管的软开关，有效降低了变换器的开关损耗。
2）具有谐振零点，可以实现变换器在较窄的开关频率变换范围内快速、灵活地调整变换器的直流电压增益，以及实现过电流条件下对电路进行保护。
3）具有两个变压器，可以实现拓宽功率应用范围。
4）通过合理的参数设计，提高了变换器的功率密度，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明创造拓扑结构示意图；
图2为本发明创造的电压增益曲线；
图3为本发明创造器在额定条件下的仿真波形图；
图4为本发明创造在电路保护条件下的仿真波形图。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明创造。
如图1所示，本发明创造包括依次连接的半桥逆变电路、谐振电路和二极管整流电路，所述的谐振电路为双变压器并联结构谐振电路，包括变压器T1、变压器T2、电容C1、电容C2、电感L1和电感L2。电容C1一端与半桥逆变电路的中点连接，另一端与电感L1连接；电感L1一端与电容C1连接，另一端与变压器T1的原边连接；变压器T1的原边一端与电感L1连接，原边另一端与电容C2和电感L2分别连接，副边一端与整流电路的一个中点连接，副边另一端与变压器T2的副边一端连接；电容C2一端与变压器T1原边一端和电感L2分别连接，另一端与半桥逆变电路中开关管S2的源极和变压器T2的原边一端分别连接；电感L2一端与变压器T1原边一端和电容C2分别连接，另一端与变压器T2原边一端连接；变压器T2原边一端与电感L2连接，原边另一端与电容C2和半桥逆变电路中开关管S2的源极分别连接。
如图2所示，本发明创造具有三个谐振频率，根据频率的大小关系和特性可以分为第一谐振频率fr1、第二谐振频率fr2和谐振零点f0，其中fr1小于fr2，fr2小于f0。使用过程中，电路在第一谐振点fr1处右侧取得最大值，并随着开关频率的升高开始下降；电路在第二谐振点fr2处取得第二个峰值，并随着频率的升高快速下降；电路在谐振零点f0处下降至零，此时电路的直流电压增益恒保持为零，且与负载变化无关。因此表明本发明创造具有极宽的输出电压范围和过电流保护能力。
图3从上到下依次表示开关S1的控制信号，流过开关S1的电流，二极管的电流以及电流的输出电压。由图3可知，工作中，流过开关S1的电流在S1开通时为负值，实现了开关的零电压软开关；流过二极管的电流在关断时候下降至零，实现了二极管的零电流软开关。因此，所述变换器中的所有开关器件均实现了零电压软开关，开关损耗被大幅降低。
图4从上到下依次表示开关S1的控制信号，流过开关S1的电流，二极管的电流以及电流的输出电压。变换器工作在其直流电压增益曲线的谐振零点处，即图2中的f0点，一方面变换器的输出电压被限制在小于1V的工作条件下，使得对变换器输出端的过电流进行有效保护，另一方面变换器的输出电压可以在1V至额定51.8V灵活变化，具有极宽的输出电压范围。
以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种双变压器并联结构谐振软开关直流变换器，包括依次连接的逆变电路、谐振电路和整流电路，其特征在于：所述的谐振电路为双变压器并联结构谐振电路，包括变压器T1、变压器T2、电容C1、电容C2、电感L1和电感L2；
电容C1一端与逆变电路的中点连接，另一端与电感L1连接；电感L1一端与电容C1连接，另一端与变压器T1的原边连接；变压器T1的原边一端与电感L1连接，原边另一端与电容C2和电感L2分别连接，副边一端与整流电路的一个中点连接，副边另一端与变压器T2的副边一端连接；电容C2一端与变压器T1原边一端和电感L2分别连接，另一端与逆变电路中开关管S2的源极和变压器T2的原边一端分别连接；电感L2一端与变压器T1原边一端和电容C2分别连接，另一端与变压器T2原边一端连接；变压器T2原边一端与电感L2连接，原边另一端与电容C2和逆变电路中开关管S2的源极分别连接。
2.根据权利要求1所述的一种双变压器并联结构谐振软开关直流变换器，其特征在于：所述逆变电路为半桥逆变电路。
3.根据权利要求1或2所述的一种双变压器并联结构谐振软开关直流变换器，其特征在于：所述整流电路为二极管整流电路。
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