CN214256138U - 一种cllc改进型谐振变换器拓扑结构 - Google Patents

一种cllc改进型谐振变换器拓扑结构 Download PDF

Info

Publication number
CN214256138U
CN214256138U CN202022354201.5U CN202022354201U CN214256138U CN 214256138 U CN214256138 U CN 214256138U CN 202022354201 U CN202022354201 U CN 202022354201U CN 214256138 U CN214256138 U CN 214256138U
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
voltage side
channel mos
low
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202022354201.5U
Other languages
English (en)
Inventor
白辛雨
杨国朝
刘仲英
刘建军
冯玮
张新民
杨朝雯
冯郁竹
赵学明
侯仰栋
李野
赵长伟
刘伟
杨赫
范须露
王炎彬
赵晨阳
郭雪颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN202022354201.5U priority Critical patent/CN214256138U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN214256138U publication Critical patent/CN214256138U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本实用新型属于变换器用技术领域，涉及一种变换器用托普结构，尤其是一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构。包括高压侧半桥、低压侧半桥和谐振腔，所述低压侧半桥包括N个单元、低压侧端口电压和低压侧输出滤波电容CL，每个单元包括变压器高压侧励磁电感Lmn、变压器线圈T1和低压侧谐振电容Crn，每个单元变压器线圈的副线圈一端串联每个单元的低压侧谐振电容Crn后分别连接低压侧半桥对应每个单元电容CLan的另一端和电容CLbn的一端，每个单元变压器线圈的副线圈另一端分别连接低压侧半桥对应每个单元N沟道MOS管Qan的源极和N沟道MOS管Qbn的漏极。

Description

一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构
技术领域
本实用新型属于变换器用技术领域，涉及一种变换器用托普结构，尤其是一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构。
背景技术
谐振软开关直流变换器因其具有结构简单、较高变换效率、良好的EMI特性和较宽的输入输出电压调节范围等优势，在直流配用电系统、LED驱动、分布式发电等领域具有广泛的应用。
目前，对于如LLC、CLLC等谐振软开关直流拓扑单体而言，虽然已经具有一定的应用技术和参数设计方法，但这些拓扑仍然存在一些问题尚未解决，比如高增益场景下，低压侧开关管需要承受较大的电流应力，而较大的电流也会带来较大的导通损耗从而影响变换器的运行效率。
因此，为了实现高增益场景下更高的效率，本发明提出了一种具有简单直观CLLC改进型谐振软开关拓扑结构，可以有效降低低压侧开关管的电流应力，从而提高变换器的运行效率。
实用新型内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型采用多个变压器结构并且变压器高压侧依次串联而低压侧分别连接整流全桥之后并联于输出侧的原理，提供了一种可以实现逆变侧开关管ZVS软开关和整流侧开关管ZCS软开关的CLLC改进型谐振变换器拓扑结构。
一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构，其特征在于：包括高压侧半桥、低压侧半桥和谐振腔，所述低压侧半桥包括N个单元、低压侧端口电压和低压侧输出滤波电容CL，其中的N个单元采用多通道并联的方式连接，每个单元包括电容CLa1、电容CLb1、N沟道MOS管Qa1、N沟道MOS管Qb1、输出滤波电容CL1；所述谐振腔包括高压侧谐振电容Cr、谐振电感Lr和N个单元，每个单元包括变压器高压侧励磁电感Lmn、变压器线圈T1和低压侧谐振电容Crn，每个单元变压器线圈的副线圈一端串联每个单元的低压侧谐振电容Crn后分别连接低压侧半桥对应每个单元电容CLan的另一端和电容CLbn的一端，每个单元变压器线圈的副线圈另一端分别连接低压侧半桥对应每个单元N沟道MOS管Qan的源极和N沟道MOS管Qbn的漏极。
进一步的，所述高压侧半桥包括：高压侧端口电压、高压侧滤波电容CH、N沟道MOS管Q1、N沟道MOS管Q2、电容CH1、电容CH2，其中高压侧端口电压正极分别连接高压侧滤波电容CH的一端、N沟道MOS管Q1的漏极和电容C1的一端，N沟道MOS管Q1的源极连接N沟道MOS管Q2的漏极，电容C1的另一端连接电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接高压侧端口电压负极、高压侧滤波电容CH的另一端和N沟道MOS管Q2的源极。
进一步的，所述低压侧半桥中，每个单元的电容CLan的一端分别连接N沟道MOS管Qan的漏极、输出滤波电容CLn的一端、低压侧输出滤波电容CL和低压侧端口电压正极，N沟道MOS管Qan的源极连接N沟道MOS管Qbn的漏极，电容CLan的另一端连接电容CLbn的一端，电容CLbn的另一端分别连接N沟道MOS管Qbn的源极、输出滤波电容CL1的另一端、低压侧输出滤波电容CL的另一端和低压侧端口电压的负极。
进一步的，所述谐振腔中，高压侧谐振电容Cr的一端分别连接N沟道MOS管Q1的源极和N沟道MOS管Q2的漏极，高压侧谐振电容Cr的另一端连接谐振电感Lr的一端，谐振电感Lr的另一端依次串联N个单元的变压器高压侧绕组后分别连接电容CHn的另一端电容CHn的一端，每个单元变压器单元可以视为高压侧绕组线圈的原线圈分别并联每个单元变压器等效高压侧励磁电感Lmn，每个单元变压器线圈的副线圈一端串联每个单元的低压侧谐振电容Crn后分别连接低压侧半桥对应每个单元电容CLan的另一端和电容CLbn的一端，每个单元变压器线圈的副线圈另一端分别连接低压侧半桥对应每个单元N沟道MOS管Qan的源极和N沟道MOS管Qbn的漏极。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
本实用新型中，区别于现有的CLLC结构。在高增益应用场景下，低压侧会产生极大的电流，采用传统的CLLC结构会给低压侧开关管的选型带来了极大的压力。因此本实用新型以CLLC为基础进行改进，在低压侧采用多个通道并联的方式以减小单路开关管的电流应力。同时，多通道并联对输出电流分流也有助于变换器效率的提升。
附图说明
图1是本实用新型的拓扑结构图；
图2是本实用新型拓扑的电流断续模式和电流连续模式的典型波形图；
图3是本实用新型t0-t1阶段的等效电路模型；
图4为本实用新型t1-t2阶段的等效电路模型；
图5为本实用新型t2-t3阶段的等效电路模型；
图6为本实用新型t3-t4阶段的等效电路模型；
图7是以本实用新型为例，分流模块为3的拓扑结构图；
图8是以本实用新型为例，分流模块为3的700kHz和1MHz的波形图。
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，所描述的实施例仅仅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做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。
一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构，本实用新型的创新在于，包括高压侧半桥、低压侧半桥和谐振腔，所述低压侧半桥包括N个单元、低压侧端口电压和低压侧输出滤波电容CL，其中的N个单元采用多通道并联的方式连接，每个单元包括电容CLan、电容CLbn、N沟道MOS管Qan、N沟道MOS管Qbn、输出滤波电容CLn；所述谐振腔包括高压侧谐振电容Cr、谐振电感Lr和N个单元，每个单元包括变压器高压侧励磁电感Lmn、变压器线圈T1和低压侧谐振电容Crn，每个单元变压器线圈的副线圈一端串联每个单元的低压侧谐振电容Cr1后分别连接低压侧半桥对应每个单元电容CLan的另一端和电容CLbn的一端，每个单元变压器线圈的副线圈另一端分别连接低压侧半桥对应每个单元N沟道MOS管Qan的源极和N沟道MOS管Qbn的漏极。
本实施例中，所述高压侧半桥包括：高压侧端口电压、高压侧滤波电容CH、N沟道MOS管Q1、N沟道MOS管Q2、电容CH1、电容CH2，其中高压侧端口电压正极分别连接高压侧滤波电容CH的一端、N沟道MOS管Q1的漏极和电容C1的一端，N沟道MOS管Q1的源极连接N沟道MOS管Q2的漏极，电容C1的另一端连接电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接高压侧端口电压负极、高压侧滤波电容CH的另一端和N沟道MOS管Q2的源极。
本实施例中，所述低压侧半桥中，每个单元的电容CLan的一端分别连接N沟道MOS管Qan的漏极、输出滤波电容CLn的一端、低压侧输出滤波电容CL和低压侧端口电压正极，N沟道MOS管Qan的源极连接N沟道MOS管Qbn的漏极，电容CLan的另一端连接电容CLbn的一端，电容CLbn的另一端分别连接N沟道MOS管Qbn的源极、输出滤波电容CLn的另一端、低压侧输出滤波电容CL的另一端和低压侧端口电压的负极。
本实施例中，所述谐振腔中，高压侧谐振电容Cr的一端分别连接N沟道MOS管Q1的源极和N沟道MOS管Q2的漏极，高压侧谐振电容Cr的另一端连接谐振电感Lr的一端，谐振电感Lr的另一端依次串联N个单元的变压器高压侧绕组后分别连接电容CH1的另一端电容CH2的一端，每个单元变压器单元可以视为高压侧绕组线圈的原线圈分别并联每个单元变压器等效高压侧励磁电感Lmn，每个单元变压器线圈的副线圈一端串联每个单元的低压侧谐振电容Cr1后分别连接低压侧半桥对应每个单元电容CLa1的另一端和电容CLb1的一端，每个单元变压器线圈的副线圈另一端分别连接低压侧半桥对应每个单元N沟道MOS管Qa1的源极和N沟道MOS管Qb1的漏极。
本实用新型的使用方法为：
本实用新型使用时，如图3-6所示。
图中vL表示低压侧输出电压；vQ1，vQ2表示高压侧开关管Q1，Q2的漏源极电压；ir表示高压侧经过谐振电感的谐振电流波形，iQax，iQbx表示低压侧x单元内半桥开关管的流经电流。vQ1_G，和vQ2_G表示Q1，Q2的驱动电压。从具体波形上看，变换器的工作周期具有对称性，并且在断续模式中半周期分为4个不同的工作阶段，而在连续模式中对应半周期只包含3个工作阶段。
首先，在t0-t1阶段内，变换器处于在工作的死区时间，开关管Q1的输出电容与对称半桥电容C2对应进行放电，对应Q2的输出电容和C1进行充电，其等效电路如图3所示。
在t1-t2阶段内，电容充放电完毕，电流通过Q1反向导通，直到t2时刻Q1接收到驱动信号，等效电路如图4所示。
在t2-t3阶段内，由于t2时刻Q1接收到开通信号，功率流通过开关管和谐振腔从高压侧传输到低压侧。其中谐振腔由Lr、Cr和Crn构成，其谐振频率定义为主谐振频率，相对应等效电路如图5所示。该阶段直至t3时刻，在断续模式中，变换器继而进入工作模态4。而在连续模式中变换器继而进入负半工作周期。
在t3-t4阶段内，该阶段仅存在于断续模式中，当t3时刻，ir被激励电流iLmx钳位时，谐振腔发生改变由Lr、Cr和Lmx构成(x为1至n)。虽然Q1仍然开通，但此时没有功率通过变压器传输到低压侧，等效电路如图6所示。
本实用新型是一种简单直观的CLLC改进型谐振软开关拓扑结构，这里以分流模块数取3为例进行说明，其结构图如图7所示，其具体参数如表1所示。
表1实用新型拓扑结构参数示例
Figure BDA0002735346360000051
以400W，高压侧400V低压侧24V-21V变频调节为例进行分析，其额定工作频率为1MHz其具体工作仿真波形如图8所示。从图中可以看出，所提出实用新型拓扑结构在不同的工作频率下均可以很好地保证逆变侧开关管的ZVS以及整流侧开关管的ZCS。同时与CLLC相比，采用3变压器模块分流可以有效地将低压侧开关管电流峰值从54-69A有效降低为18-23A,将高压侧电流变比从18:1有效降为6:1。极大的拓宽了低压侧开关管的选取空间，同时有效较低开关管的导通损耗，提升变换器的运行效率。
本实用新型中，区别于现有的CLLC结构。在高增益应用场景下，低压侧会产生极大的电流，采用传统的CLLC结构会给低压侧开关管的选型带来了极大的压力。因此本实用新型以CLLC为基础进行改进，在低压侧采用多个通道并联的方式以减小单路开关管的电流应力。同时，多通道并联对输出电流分流也有助于变换器效率的提升。

Claims (4)

1.一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构，其特征在于：包括高压侧半桥、低压侧半桥和谐振腔，所述低压侧半桥包括N个单元、低压侧端口电压和低压侧输出滤波电容CL，其中的N个单元采用多通道并联的方式连接，每个单元包括电容CLa1、电容CLb1、N沟道MOS管Qa1、N沟道MOS管Qb1、输出滤波电容CL1；所述谐振腔包括高压侧谐振电容Cr、谐振电感Lr和N个单元，每个单元包括变压器高压侧励磁电感Lmn、变压器线圈T1和低压侧谐振电容Crn，每个单元变压器线圈的副线圈一端串联每个单元的低压侧谐振电容Crn后分别连接低压侧半桥对应每个单元电容CLan的另一端和电容CLbn的一端，每个单元变压器线圈的副线圈另一端分别连接低压侧半桥对应每个单元N沟道MOS管Qan的源极和N沟道MOS管Qbn的漏极。
2.根据权利要求1所述的一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构，其特征在于：所述高压侧半桥包括：高压侧端口电压、高压侧滤波电容CH、N沟道MOS管Q1、N沟道MOS管Q2、电容CH1、电容CH2，其中高压侧端口电压正极分别连接高压侧滤波电容CH的一端、N沟道MOS管Q1的漏极和电容C1的一端，N沟道MOS管Q1的源极连接N沟道MOS管Q2的漏极，电容C1的另一端连接电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接高压侧端口电压负极、高压侧滤波电容CH的另一端和N沟道MOS管Q2的源极。
3.根据权利要求1所述的一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构，其特征在于：所述低压侧半桥中，每个单元的电容CLa1的一端分别连接N沟道MOS管Qa1的漏极、输出滤波电容CL1的一端、低压侧输出滤波电容CL和低压侧端口电压正极，N沟道MOS管Qa1的源极连接N沟道MOS管Qb1的漏极，电容CLa1的另一端连接电容CLb1的一端，电容CLb1的另一端分别连接N沟道MOS管Qb1的源极、输出滤波电容CL1的另一端、低压侧输出滤波电容CL的另一端和低压侧端口电压的负极。
4.根据权利要求1所述的一种CLLC改进型谐振变换器拓扑结构，其特征在于：所述谐振腔中，高压侧谐振电容Cr的一端分别连接N沟道MOS管Q1的源极和N沟道MOS管Q2的漏极，高压侧谐振电容Cr的另一端连接谐振电感Lr的一端，谐振电感Lr的另一端依次串联N个单元的变压器高压侧绕组后分别连接电容CH1的另一端电容CH2的一端，每个单元变压器单元可以视为高压侧绕组线圈的原线圈分别并联每个单元变压器等效高压侧励磁电感Lmn。
CN202022354201.5U 2020-10-21 2020-10-21 一种cllc改进型谐振变换器拓扑结构 Active CN214256138U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202022354201.5U CN214256138U (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种cllc改进型谐振变换器拓扑结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202022354201.5U CN214256138U (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种cllc改进型谐振变换器拓扑结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN214256138U true CN214256138U (zh) 2021-09-21

Family

ID=77729796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202022354201.5U Active CN214256138U (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种cllc改进型谐振变换器拓扑结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN214256138U (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109217681B (zh) 一种双向谐振变换器
WO2021237503A1 (zh) 三相cllc双向直流变换器及其控制方法
CN105141138B (zh) 一种倍压式软开关型推挽直流变换器
CN108900100B (zh) 一种单相高效高频隔离型整流器
EP2677650A1 (en) Interleaving three-level dc/dc converter and ac/dc converter
CN112087147B (zh) 一种变换器宽增益控制方法及其应用
CN105450030B (zh) 双变压器变绕组隔离变换器及其控制方法
CN111525809B (zh) 一种输出电压可调的高频混合型直流变换器
CN207218541U (zh) 一种准谐振软开关双管反激dc/dc变换器
CN109586567A (zh) 一种宽输入电压范围多路高压输出的拓扑结构
CN108631604B (zh) 一种环保用双变压器型零电流谐振三电平直流变换器
CN201345614Y (zh) 一种大功率音频功率放大器开关电源电路
CN110233575A (zh) 一种五元件谐振网络及变换器
CN112928919A (zh) 宽输出电压范围的隔离型高频谐振式直流-直流变换器及方法
CN114665700B (zh) 正反激-谐振式单级无桥隔离型pfc变换器
CN112994499B (zh) 一种三电平半桥软开关变流电路、控制系统及其控制方法
CN110620515A (zh) 一种副边llc谐振电源变换电路
CN106787756B (zh) 一种cl-ft-cl谐振直流变换器
CN111987923A (zh) 一种采用矩阵变压器的大功率高升压比直流变换器
CN114759803B (zh) 一种不对称多模式变频宽输出llc变换器及设计方法
CN214256138U (zh) 一种cllc改进型谐振变换器拓扑结构
CN110061523B (zh) 一种新型拓扑结构的多功能单相并网逆变系统及方法
CN111555624B (zh) 双输出软开关电路
CN107528477A (zh) 一种准谐振软开关双管反激dc/dc变换器
CN209105058U (zh) 一种隔离型双向交直流变换电路

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant