CN211630085U - Llc谐振变换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提出一种LLC谐振变换电路，包括第一变换单元、第二变换单元、谐振单元、第一变压器和第二变压器；第一变换单元的输入端连接到直流母线，且第一变换单元的输出端连接到谐振单元的输入端；第一变压器和第二变压器的副边串联连接后连接到第二变换单元的输入端，第一变压器的原边连接到谐振单元的输出端，第二变压器的原边经由开关单元连接到谐振单元的输出端，且开关单元在直流母线电压小于预设值时断开第二变压器的原边与谐振单元之间的连接。上述电路在第一变压器的原边与谐振单元之间的连接断开或闭合时切换输出功率等级，兼容输入三相电或单相电的情况，以增大或减小满足输出功率，满足不同输入电流下对输出功率的要求。

Description

LLC谐振变换电路

技术领域

本实用新型涉及电子电力领域，尤其涉及一种LLC谐振变换电路。

背景技术

LLC谐振变换器具有良好软开关特性，效率高，使其应用广泛。随着电力电子技术的不断发展，高频化、低成本、高效率成为了其不断发展的方向。

传统的LLC谐振变换器如图1所示，采用变频控制方式可以实现宽电压范围。在输出电压等级较高时，考虑到现有二极管的电压等级与成本，往往会在副边整流侧采用串联结构以降低二极管电压应力。然而，LLC谐振变换器作为PFC电路后级时，由于PFC电路存在三相电和单相电两种工作模式，LLC谐振变换器需兼容前级在两种工作模式下输出的不同功率。当这两种功率等级差别较大时，传统的LLC谐振变换器无法保证两种工作模式下的效率达标。

实用新型内容

本实用新型实施例针对上述LLC谐振变换器在兼容三相电和单相电两种工作模式时存在的输出功率不达标的问题，提供一种LLC谐振变换电路。

本实用新型实施例解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种一种LLC谐振变换电路，包括第一变换单元、第二变换单元、谐振单元、第一变压器和第二变压器；所述第一变换单元的输入端连接到直流母线，且所述第一变换单元的输出端连接到所述谐振单元的输入端；

所述第一变压器和第二变压器的副边串联连接后连接到所述第二变换单元的输入端，所述第一变压器的原边连接到所述谐振单元的输出端，所述第二变压器的原边经由开关单元连接到所述谐振单元的输出端，并通过调整所述开关单元的开关状态改变所述谐振单元与所述第二变压器之间的连接状态。

优选地，所述第二变换单元包括串联连接在所述第二变换单元的正输出端和负输出端之间的第一滤波电容和第二滤波电容，且所述第一滤波电容和第二滤波电容的连接点构成中间电位点；所述第一变压器的副边的尾端和第二变压器的副边的首端分别连接到所述中间电位点。

优选地，所述第二变换单元还包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂、第一钳位单元、第二钳位单元、第三钳位单元以及第四钳位单元，且所述第一桥臂和第二桥臂并联连接在所述第二变换单元的正输出端和所述中间电位点中间，所述第三桥臂和第四桥臂并联连接在所述中间电位点和第二变换单元的负输出端之间；

所述第一变压器的副边的首端经由所述第一钳位单元连接到所述第一桥臂的中点，所述第二变压器的尾端经由第二钳位单元连接到所述第二桥臂的中点，所述第一变压器的副边的首端经由第三钳位单元连接到所述第三桥臂的中点，所述第二变压器的尾端经由所述第四钳位单元连接到所述第四桥臂的中点。

优选地，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂分别由两个串联连接的二极管构成，且所述两个二极管的连接点构成桥臂的中点。

优选地，所述第一钳位单元、第二钳位单元、第三钳位单元以及第四钳位单元分别包括钳位电容。

优选地，所述开关单元包括继电器或开关管，且所述继电器或开关管串联连接在所述谐振单元的正输出端和所述第二变压器的原边的首端之间；所述继电器或开关管的控制端连接前端控制单元，并根据前端控制单元的控制信号改变开关状态。

优选地，所述第一变换单元包括第五桥臂和第六桥臂，且所述第五桥臂和第六桥臂并联连接在正直流母线和负直流母线之间；所述第五桥臂的中点连接到所述谐振单元的输入端，所述第六桥臂的中点分别连接到所述第一变压器和第二变压器的原边的尾端。

优选地，所述谐振单元包括依次串联连接的谐振电容和谐振电感，且所述谐振电容的首端与所述第五桥臂的中点连接，所述谐振电感的尾端与所述第一变压器的原边的首端连接，且所述谐振电感的尾端经由所述开关单元与所述第二变压器的原边的首端连接。

本实用新型实施例所提供LLC谐振变换电路在第一变压器的原边与谐振单元之间的连接断开或闭合时切换输出功率等级，兼容输入三相电或单相电的情况，以增大或减小满足输出功率，满足不同输入电流下对输出功率的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的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实用新型的一些实施例，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是传统的LLC谐振变换器的拓扑图；

图2是本实用新型一实施例中LLC谐振变换电路的电路结构图；

图3是本实用新型另一实施例中LLC谐振变换电路的电路图；

图4是本实用新型另一实施例中LLC谐振变换电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图2是本实用新型所提出的LLC谐振变换电路，如图1所示，该电路包括第一变换单元10、谐振单元20、第二变换单元30、第一变压器T1和第二变压器T2；第一变换单元10的输入端连接到直流母线，且第一变换单元10的输出端连接到谐振单元20的输入端；第一变压器T1和第二变压器T2的副边串联连接后连接到第二变换单元30的输入端，第一变压器T1的原边连接到谐振单元20的输出端，第二变压器T2的原边经由开关单元连接到谐振单元20的输出端，并通过调整开关单元的开关状态改变谐振单元20与第二变压器T2之间的连接状态。上述第二变压器T2的原边与谐振单元20连接时，电路的输出功率增大，第二变压器T2的原边与谐振单元20断开时，电路的输出功率减小。

上述电路中，第一变换单元10可以通过直流母线和PFC（power factorCorrection，功率因数校正）电路连接，并通过PFC电路和第一变换单元10来输入三相电或者单相电；上述开关单元主要用于进行功率等级的切换，其工作逻辑为：接收来自前端控制单元的控制信号，上述前端控制单元在输入功率小于预设值时，向开关单元发出断开信号，开关单元断开第二变压器T2的原边与谐振单元20之间的连接。当第二变压器T2的原边与谐振单元20之间的连接闭合时，电路中的原边激励电感由第一变压器T1和第二变压器T2的原边提供，此时谐振参数发生改变，电路的输出功率发生改变；当第二变压器T2的原边与谐振单元20之间的连接断开时，电路中的原边激励电感仅由第一变压器T1的原边提供，此时谐振参数发生改变，电路的输出功率发生改变。

上述电路在第二变压器T2的原边与谐振单元20之间的连接断开或闭合时切换输出功率等级，从而兼容输入三相电或单相电的情况，以增大或减小满足输出功率，满足不同输入电流下对输出功率的要求，并保证不同输出功率下的效率。

另外，本实用新型实施例也可通过合理地设计谐振单元20的谐振参数来调节电路的输出功率。

具体地，上述开关单元可以包括用于采样直流母线功率，并将采样得到的功率与预设值进行比较的检测子单元，以及用于控制第二变压器T2的原边与谐振单元20之间导通和断开的继电器或开关管，且该继电器或开关管可以串联连接在所述谐振单元20的正输出端和所述第二变压器T2的原边的首端之间；所述检测子单元的输入端连接到正直流母线和负直流母线，且检测子单元的输出端连接到继电器或开关管的控制端，并在正直流母线和负直流母线的输入功率小于预设值时控制继电器或开关管断开。上述开关管可以是N-MOS（N-metal-oxide-semiconductor ，N型金属-氧化物-半导体），也可以是P-MOS（N型金属-氧化物-半导体）。

如图4所示，上述电路中，第二变换单元30包括串联连接在第二变换单元30的正输出端和负输出端之间的第一滤波电容Cbus1和第二滤波电容Cbus2，且第一滤波电容Cbus1和第二滤波电容Cbus2的连接点构成中间电位点；第一变压器T1的副边的尾端和第二变压器T2的副边的首端分别连接到中间电位点，并通过上述第一滤波电容Cbus1和第二滤波电容Cbus2对LLC谐振变换电路进行滤波。

如图4所示，上述第二变换单元30还可以包括第一桥臂311、第二桥臂312、第三桥臂313、第四桥臂314、第一钳位单元321、第二钳位单元322、第三钳位单元323以及第四钳位单元324，且第一桥臂311和第二桥臂312并联连接在正输出端和中间电位点中间，第三桥臂313和第四桥臂314并联连接在中间电位点和负输出端之间；第一变压器T1的副边的首端经由第一钳位单元321连接到第一桥臂311的中点，第二变压器T2的尾端经由第二钳位单元322连接到第二桥臂312的中点，第一变压器T1的副边的首端经由第三钳位单元连接到第三桥臂313的中点，第二变压器T2的尾端经由第四钳位单元324连接到第四桥臂314的中点。上述电路中，第一钳位单元321、第二钳位单元322、第三钳位单元以及第四钳位单元324主要用于降低第二变换单元30中的各个桥臂的电压应力。

具体地，第一桥臂311、第二桥臂312、第三桥臂313和第四桥臂314分别由两个串联连接的二极管构成，且两个二极管的连接点构成桥臂的中点。

在上述第二变换单元30中，当第二桥臂312的二极管D3关断时，其电压应力一旦等于第一滤波电容的电压，则第一桥臂311的二极管D2导通，二极管D3的电压被钳位在输出电压的一半；同时，第二桥臂312的二极管D4的电压应力也被二极管D3钳位在输出电压的一半。二极管D1、D2、第一钳位单元321、第四钳位单元324、第一滤波电容的电压，二极管D1、D2电压应力为输出电压的一半，第一钳位单元321与第四钳位单元324的电压之和恒等于第一滤波电容的电压。另外，由于上述LLC谐振变换电路具有对称性，因此所有二极管的电压应力均为输出电压的一半，四个钳位单元分担另一半的输出电压。

上述第一钳位单元321、第二钳位单元322、第三钳位单元323以及第四钳位单元324分别可以包括钳位电容，并通过各个对应的桥臂来对钳位电容进行充电和钳位。

另外，上述第一变换单元10可以包括第五桥臂和第六桥臂，且第五桥臂和第六桥臂并联连接在正直流母线和负直流母线之间；第五桥臂的中点连接到谐振单元20的输入端，第六桥臂的中点分别连接到第一变压器T1和第二变压器T2的原边的尾端。

上述谐振单元20可以包括依次串联连接的谐振电容C和谐振电感L，且谐振电容C的首端与第五桥臂的中点连接，谐振电感L的尾端与第一变压器T1的原边的首端连接，且谐振电感L的尾端经由开关单元与第二变压器T2的原边的首端连接，并可以采用不同电容值和电感值的谐振电容C和谐振电感L来调整谐振参数。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种LLC谐振变换电路，其特征在于，包括第一变换单元、第二变换单元、谐振单元、第一变压器和第二变压器；所述第一变换单元的输入端连接到直流母线，且所述第一变换单元的输出端连接到所述谐振单元的输入端；

所述第一变压器和第二变压器的副边串联连接后连接到所述第二变换单元的输入端，所述第一变压器的原边连接到所述谐振单元的输出端，所述第二变压器的原边经由开关单元连接到所述谐振单元的输出端，并通过调整所述开关单元的开关状态改变所述谐振单元与所述第二变压器之间的连接状态。

2.如权利要求1所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，所述第二变换单元包括串联连接在所述第二变换单元的正输出端和负输出端之间的第一滤波电容和第二滤波电容，且所述第一滤波电容和第二滤波电容的连接点构成中间电位点；所述第一变压器的副边的尾端和第二变压器的副边的首端分别连接到所述中间电位点。

3.如权利要求2所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，所述第二变换单元还包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂、第一钳位单元、第二钳位单元、第三钳位单元以及第四钳位单元，且所述第一桥臂和第二桥臂并联连接在所述第二变换单元的正输出端和所述中间电位点中间，所述第三桥臂和第四桥臂并联连接在所述中间电位点和第二变换单元的负输出端之间；

所述第一变压器的副边的首端经由所述第一钳位单元连接到所述第一桥臂的中点，所述第二变压器的尾端经由第二钳位单元连接到所述第二桥臂的中点，所述第一变压器的副边的首端经由第三钳位单元连接到所述第三桥臂的中点，所述第二变压器的尾端经由所述第四钳位单元连接到所述第四桥臂的中点。

4.如权利要求3所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂分别由两个串联连接的二极管构成，且所述两个二极管的连接点构成桥臂的中点。

5.如权利要求3所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，所述第一钳位单元、第二钳位单元、第三钳位单元以及第四钳位单元分别包括钳位电容。

6.如权利要求1-5中任一项所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，所述开关单元包括继电器或开关管，且所述继电器或开关管串联连接在所述谐振单元的正输出端和所述第二变压器的原边的首端之间；所述继电器或开关管的控制端连接前端控制单元，并根据前端控制单元的控制信号改变开关状态。

7.如权利要求1-5中任一项所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，所述第一变换单元包括第五桥臂和第六桥臂，且所述第五桥臂和第六桥臂并联连接在正直流母线和负直流母线之间；所述第五桥臂的中点连接到所述谐振单元的输入端，所述第六桥臂的中点分别连接到所述第一变压器和第二变压器的原边的尾端。

8.如权利要求7所述的LLC谐振变换电路，其特征在于，所述谐振单元包括依次串联连接的谐振电容和谐振电感，且所述谐振电容的首端与所述第五桥臂的中点连接，所述谐振电感的尾端与所述第一变压器的原边的首端连接，且所述谐振电感的尾端经由所述开关单元与所述第二变压器的原边的首端连接。

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