CN207442701U - 一种基于变压器组合拓扑的电源电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于变压器组合拓扑的电源电路，输入电容Cin1和Cin2将母线分成两部分串联，输入电容Cin1通过第一谐振回路和第二谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2；输入电容Cin2通过第三谐振回路和第四谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2，第一谐振回路和第三谐振回路与输出电容Co1之间分别连接有整流网络，第二谐振回路和第四谐振回路与输出电容Co2之间分别连接有整流网络，通过合理的电路结构设计，解决了因为制作工艺限制无法保证变压器参数一致性带来的输入串联电容和输出电容不均压问题，进一步避免变压器原副边绕组的不均流问题，起到保护开关器件的作用。
Description
技术领域
本实用新型属于电源电路技术领域，具体涉及一种基于变压器组合拓扑的电源电路。
背景技术
当今电源技术的发展趋势之一是高功率密度。提高功率密度的最有效方法是提高电源机箱的空间利用率。在大功率电源中，磁性元器件往往高度比较高，严重影响电源模块功率密度提高。为了降低高度，通常采用的方案是对电源模块的电感，变压器分裂成若干个串并联使用。
对于高压大功率电源，在降低高度的要求下，兼顾分散热点，变压器分裂方式一般有以下两种方式，(1)变压器原边串联，副边并联；(2)变压器原边并联，副边串联。
另外，一般来说通信电源、充电桩用电源模块均由PFC与DC/DC两级组成。三相市电经过PFC整流之后，母线电压可达800V左右，这样后级DC/DC电源斩波管需要采用1200V器件或者是采用650V器件(三电平拓扑)。另外一种解决方案是母线采用正负两组全桥串联方案，其优点是单边母线电压为400V，可以采用650VMOSFET斩波。LLC拓扑由于其原边开关管工作在ZVS区，副边整流二极管工作在ZCS区，副边不需要大滤波电感等优点，在通信电源与充电桩电源中应用广泛。
当采用LLC全桥拓扑串联时，由于变压器的制作工艺限制，励磁电感和漏感无法严格相等，从而带来以下问题：(1)输入串联电容不均压，(2)输出串联电容不均压；当严重不均压时会导致开关管、电容过压损坏。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于变压器组合拓扑的电源电路，能有效解决因为制作工艺限制无法保证变压器参数一致性带来的输入串联电容和输出电容不均压问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于变压器组合拓扑的电源电路，输入电容Cin1和Cin2将母线分成两部分串联，输入电容Cin1通过第一谐振回路和第二谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2；输入电容Cin2通过第三谐振回路和第四谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2，第一谐振回路和第三谐振回路与输出电容Co1之间分别连接有整流网络，第二谐振回路和第四谐振回路与输出电容Co2之间分别连接有整流网络，输入电容Cin1与第一谐振回路和第二谐振回路之间连接有第一斩波电路，输入电容Cin2与第三谐振回路和第四谐振回路之间连接有第二斩波电路。
所有谐振回路均包括变压器以及串联在变压器原边第一端的谐振电容和谐振电感，其中，第一谐振回路与第二谐振回路共用谐振电容和谐振电感，第三谐振回路与第四谐振回路共用谐振电容和谐振电感。
各谐振回路的变压器副边分别连接有全桥整流网络，副边第一端连接至全桥整流网络的第一桥臂，副边第二端连接至全桥整流网络的第二桥臂。
第一斩波电路和第二斩波电路为全桥斩波电路，其中：
第一斩波电路输入端与输入电容Cin1两端连接，谐振电感Lr11一端连接在第一斩波电路的第一桥臂，另一端通过谐振电容Cr11连接至变压器T11和T12原边第一端，变压器T11和T12原边第二端均连接至第一斩波电路的第二桥臂，变压器T11的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm11，变压器T12的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm12；
第二斩波电路输入端与输入电容Cin2两端连接，谐振电感Lr21一端连接在第二斩波电路的第一桥臂，另一端通过谐振电容Cr21连接至变压器T21和T22原边第一端，变压器T11和T12原边第二端均连接至第二斩波电路的第二桥臂，变压器T21的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm21，变压器T22的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm22。
第一斩波电路和第二斩波电路为半桥斩波电路，其中，开关管Q11与Q12组成第一斩波电路，谐振电容Cr11和Cr12串联后并联在第一斩波电路上，开关管Q21与Q22组成第二斩波电路，谐振电容Cr21和Cr22串联后并联在第二斩波电路上：
第一斩波电路输入端与输入电容Cin1两端连接，谐振电感Lr11一端连接在第一斩波电路的输出端，另一端连接至变压器T11和T12原边第一端，变压器T11和T12原边第二端均连接至谐振电容Cr11和Cr12之间，变压器T11的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm11，变压器T12的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm12；
第二斩波电路输入端与输入电容Cin2两端连接，谐振电感Lr21一端连接在第二斩波电路的输出端，另一端连接至变压器T21和T22原边第一端，变压器T11和T12原边第二端均连接至谐振电容Cr21和Cr22之间，变压器T21的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm21，变压器T22的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm22。
各谐振回路的变压器副边分别连接有全桥整流网络，副边第一端连接至全桥整流网络的第一桥臂，副边第二端连接至全桥整流网络的第二桥臂。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：输入电容Cin1通过第一谐振回路和第二谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2；输入电容Cin2通过第三谐振回路和第四谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2，实现了谐振回路中变压器原边并联均流，副边串联均压的目的；本实用新型中，变压器T11和T21、T12和T22的副边并联，达到原边均压的目的，通过以上连接方式，有效解决了因为制作工艺限制无法保证变压器参数一致性带来的输入串联电容和输出电容不均压问题，进一步避免变压器原副边绕组的不均流问题，起到保护开关器件的作用。
附图说明
图1为本实用新型某一实施例的电路结构示意图。
图2为本实用新型另一实施例的电路结构示意图。
附图中，Cin1和Cin2为输入端电容，Co1和Co2为输出端电容，T11、T12、T21和T22为变压器，Q11～Q14和Q21～Q24为开关管，D11～D18和D21～D28为二极管，Lm11、Lm12、Lm21和Lm22为励磁电感，Lr11和Lr21为谐振电感，Cr11和Cr21为谐振电容。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型的一种基于变压器组合拓扑的电源电路，输入电容Cin1和Cin2将母线分成两部分串联，输出电容Co1和Co2串联，输入电容Cin1通过第一谐振回路和第二谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2；输入电容Cin2通过第三谐振回路和第四谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2，第一谐振回路和第三谐振回路与输出电容Co1之间分别连接有整流网络，第二谐振回路和第四谐振回路与输出电容Co2之间分别连接有整流网络，输入电容Cin1与第一谐振回路和第二谐振回路之间连接有第一斩波电路，输入电容Cin2与第三谐振回路和第四谐振回路之间连接有第二斩波电路。
在本实用新型的某一实施例中，如图1所示，由谐振电感Lr11、谐振电容Cr11、励磁电感Lm11和变压器T11组成的谐振网络为第一谐振回路，由二极管D11～D14组成的整流网络为第一整流网络；由谐振电感Lr11、谐振电容Cr11、励磁电感Lm12和变压器T12组成的谐振网络为第二谐振回路，把由二极管D15～D18组成的整流网络为第二整流网络；由谐振电感Lr21、谐振电容Cr21、励磁电感Lm21和变压器T21组成的谐振网络为第三谐振回路，由二极管D21～D24组成的整流网络为第三整流网络；由谐振电感Lr21、谐振电容Cr21、励磁电感Lm22和变压器T22组成的谐振网络为第四谐振回路，由二极管D25～D28组成的整流网络为第四整流网络；各谐振回路的变压器副边分别连接有全桥整流网络，副边第一端连接至全桥整流网络的第一桥臂，副边第二端连接至全桥整流网络的第二桥臂；
第一斩波电路和第二斩波电路为全桥斩波电路，开关管Q11～Q14组成的全桥斩波电路为第一斩波电路，开关管Q21～Q24组成的全桥斩波电路为第二斩波电路，其中：第一斩波电路输入端与输入电容Cin1两端连接，谐振电感Lr11一端连接在第一斩波电路的第一桥臂，另一端通过谐振电容Cr11连接至变压器T11和T12原边第一端，变压器T11和T12原边第二端均连接至第一斩波电路的第二桥臂，变压器T11的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm11，变压器T12的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm12；
第二斩波电路输入端与输入电容Cin2两端连接，谐振电感Lr21一端连接在第二斩波电路的第一桥臂，另一端通过谐振电容Cr21连接至变压器T21和T22原边第一端，变压器T21和T22原边第二端均连接至第二斩波电路的第二桥臂，变压器T21的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm21，变压器T22的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm22。
在本实用新型的另一实施例中，如图2所示，第一斩波电路和第二斩波电路为半桥斩波电路，其中，开关管Q11与Q12组成的半桥斩波电路为第一斩波电路，谐振电容Cr11和Cr12串联后并联在第一斩波电路上，开关管Q21与Q22组成的半桥斩波电路为第二斩波电路，谐振电容Cr21和Cr22串联后并联在第二斩波电路上：
第一斩波电路输入端与输入电容Cin1两端连接，谐振电感Lr11一端连接在第一斩波电路的输出端，另一端连接至变压器T11和T12原边第一端，变压器T11和T12原边第二端均连接至谐振电容Cr11和Cr12之间，变压器T11的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm11，变压器T12的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm12；
第二斩波电路输入端与输入电容Cin2两端连接，谐振电感Lr21一端连接在第二斩波电路的输出端，另一端连接至变压器T21和T22原边第一端，变压器T21和T22原边第二端均连接至谐振电容Cr21和Cr22之间，变压器T21的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm21，变压器T22的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm22。
由于谐振电感和变压器的励磁电感在实际生产过程中，因为工艺限制，谐振电感量和励磁电感量都会有偏差，谐振电感量和励磁电感量会影响LLC的增益，当开关频率相同时，两个串联的LLC电路的增益是不同的，这就导致在正常工作中，输入电容Cin1和Cin2的两端电压存在偏差，严重时会导致电路中的开关器件损坏。
为了达到减小谐振参数差异导致的不均压现象，通过重新设计变压器的串并组合方式来达到目的。考虑输入电容Cin1连接的第一、二谐振回路Lm11、Cr11偏大，Cin2连接的第三、四谐振参数Lm21、Cr21偏小，那么，在相同的频率下，第一、二谐振网络的电压增益小于第三、四谐振网络。
假设输入正母线电压Uin+、输入负母线电压Uin-在初始条件下电压相等，考虑到谐振网络增益的影响，正母线电压Uin+大于负母线电压Uin-。同时，由于与正母线电压高于负母线电压，那么，对应输出第一、二整流网络的输出电压高于第三、四整流网络。考虑第一、三整流网络并联，第二、四整流网络并联，那么第一、二整流网络输出功率大，从而导致输入正母线电压Uin+电压下降，从而达到减小Uin+和Uin-不均压程度。
同时T11、T12的副边串联，通过保证变压器副边绕组电流相等的方法，保证了变压器原边均流，此外，由于变压器T11、T12原边并联，从而保证第一、二整流网络的均压。
Claims (6)
1.一种基于变压器组合拓扑的电源电路，其特征在于，输入电容Cin1和Cin2将母线分成两部分串联，输入电容Cin1通过第一谐振回路和第二谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2；输入电容Cin2通过第三谐振回路和第四谐振回路分别连接至输出电容Co1和Co2，第一谐振回路和第三谐振回路与输出电容Co1之间分别连接有整流网络，第二谐振回路和第四谐振回路与输出电容Co2之间分别连接有整流网络，输入电容Cin1与第一谐振回路和第二谐振回路之间连接有第一斩波电路，输入电容Cin2与第三谐振回路和第四谐振回路之间连接有第二斩波电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于变压器组合拓扑的电源电路，其特征在于，所有谐振回路均包括变压器以及串联在变压器原边第一端的谐振电容和谐振电感，其中，第一谐振回路与第二谐振回路共用谐振电容和谐振电感，第三谐振回路与第四谐振回路共用谐振电容和谐振电感。
3.根据权利要求2所述的一种基于变压器组合拓扑的电源电路，其特征在于，各谐振回路的变压器副边分别连接有全桥整流网络，副边第一端连接至全桥整流网络的第一桥臂，副边第二端连接至全桥整流网络的第二桥臂。
4.根据权利要求3所述的一种基于变压器组合拓扑的电源电路，其特征在于，第一斩波电路和第二斩波电路为全桥斩波电路，其中：
第一斩波电路输入端与输入电容Cin1两端连接，谐振电感Lr11一端连接在第一斩波电路的第一桥臂，另一端通过谐振电容Cr11连接至变压器T11和T12原边第一端，变压器T11和T12原边第二端均连接至第一斩波电路的第二桥臂，变压器T11的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm11，变压器T12的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm12；
第二斩波电路输入端与输入电容Cin2两端连接，谐振电感Lr21一端连接在第二斩波电路的第一桥臂，另一端通过谐振电容Cr21连接至变压器T21和T22原边第一端，变压器T21和T22原边第二端均连接至第二斩波电路的第二桥臂，变压器T21的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm21，变压器T22的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm22。
5.根据权利要求1所述的一种基于变压器组合拓扑的电源电路，其特征在于，第一斩波电路和第二斩波电路为半桥斩波电路，其中，开关管Q11与Q12组成第一斩波电路，谐振电容Cr11和Cr12串联后并联在第一斩波电路上，开关管Q21与Q22组成第二斩波电路，谐振电容Cr21和Cr22串联后并联在第二斩波电路上：
第一斩波电路输入端与输入电容Cin1两端连接，谐振电感Lr11一端连接在第一斩波电路的输出端，另一端连接至变压器T11和T12原边第一端，变压器T11和T12原边第二端均连接至谐振电容Cr11和Cr12之间，变压器T11的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm11，变压器T12的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm12；
第二斩波电路输入端与输入电容Cin2两端连接，谐振电感Lr21一端连接在第二斩波电路的输出端，另一端连接至变压器T21和T22原边第一端，变压器T21和T22原边第二端均连接至谐振电容Cr21和Cr22之间，变压器T21的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm21，变压器T22的原边第一端和原边第二端之间连接有励磁电感Lm22。
6.根据权利要求5所述的一种基于变压器组合拓扑的电源电路，其特征在于，各谐振回路的变压器副边分别连接有全桥整流网络，副边第一端连接至全桥整流网络的第一桥臂，副边第二端连接至全桥整流网络的第二桥臂。
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