一種諧振變換器的製作方法

2023-06-16 05:12:26

專利名稱：一種諧振變換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源變換領域，具體涉及一種諧振變換器。
背景技術：
隨著電力電子技術的迅速發展，大功率、高效率、高功率密度己經成
為開關電源的一種發展趨勢。作為開關電源的一種，LLC諧振變換器以其 高效率、高功率密度等優勢，在業界得到了廣泛的應用。
如圖1所示，傳統的LLC諧振變換器由以下部分組成逆變器(方波 產生電路)，LLC諧振腔，主變壓器和整流器。輸入直流電壓(input)經 過一個逆變器逆變成一系列方波，方波信號加在由諧振電感Lr、諧振電容 Cr和主變壓器原邊繞組的勵磁電感Lm組成的LLC諧振腔上，然後經過 主變壓器隔離和副邊電路的整流濾波，得到最終輸出(output)。
LLC諧振變換器通過改變逆變器的工作頻率，來實現對變換器增益的 調節，最終實現LLC諧振變換器輸出電壓的穩定。按照工作狀態的不同， 一般可以將LLC諧振變換器劃分為兩個工作區間l.fs<fr; 2.fs〉fr(fs為 逆變器工作頻率，fr為Lr和Cr諧振頻率)。在fs〉fr的工作區間內， 一旦 進入死區時間，原邊逆變器開關管關斷，輸入直流電壓input不再對LLC 諧振變換器輸入能量，主變壓器勵磁電感Lm不參與原邊諧振，副邊整流 二極體Dl、 D2、 D3、 D4迅速換向，負載開始抽取原邊諧振腔存儲的能量， 導致原邊諧振電流的值迅速下降。
尤其是當fs遠高於fr，逆變器開關管在諧振電流峰值附近關斷時，諧 振電流中很大的電流變化率(di/dt)在諧振電感中感應出很高的電感電壓。 LLC諧振變換器輸出功率越大，di/dt也越大，在電感上感應出的電壓也就 越高。而且該問題無法通過控制方法或器件參數的改變來解決，只要輸出 功率增大，相同的工作狀態下電感電壓就會隨之升高。
圖2所示為 一個三電平全橋LLC諧振變換器的諧振電流和電感電壓的 仿真波形，圖中橫坐標代表時間、縱坐標代表電流或電壓，其中ip代表諧 振電流、Vl代表諧振電感的電壓。諧振電流峰值只有20A左右時，諧振電感上的電壓峰峰值可接近4000V。在一個變換器中，幅值如此高的高頻交 變電壓是一個很強的噪聲源，對系統的結構布局，PCB布線和地線的處理 等造成了很大影響。
如圖3所示的三電平全橋LLC諧振變換器中，主變壓器耦合電容等元 器件分布參數為噪聲提供了耦合通路，諧振電感電壓作為一個噪聲的激勵 源，在變換器中形成了複雜的噪聲迴路，噪聲電流流過MOS管S2的驅動 變壓器，導致驅動變壓器繞組過熱，絕緣層溶化，最終引起驅動變壓器失 效。
該問題是LLC拓撲在大功率應用場合出現的特殊現象，驅動變壓器熱 溶只是實驗過程中暴露出的一個問題。隨著變換器功率的進一步增大或者 應用場合的不同，諧振電感上高頻交變的電壓和LLC拓撲結構上的不對 稱，可能引起更多的新問題，成為LLC拓撲在更大功率場合應用的瓶頸。

發明內容
本發明所要解決的技術問題就是為了克服以上的不足，提出了一種可 以方便在大功率場合應用諧振變換器。
本發明的技術問題通過以下的技術方案予以解決
一種諧振變換器，包括逆變器、諧振單元、變壓器和整流器，所述變 壓器副邊繞組輸出連接至整流器輸入，所述諧振單元包括第一電感、第一 電容、第二電感，所述第一電感、第一電容串聯後連接在所述逆變器第一 輸出端與變壓器原邊繞組的第一輸入端之間，所述第二電感連接在所述逆 變器第二輸出端與變壓器原邊繞組的第二輸入端之間。
所述第一電感和所述第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端 與所述變壓器原邊繞組的第一輸入端之間具體包括所述逆變器第一輸出 端依次經第一電感、第一電容與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連。
所述第一電感和所述第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端 與所述變壓器原邊繞組的第一輸入端之間具體包括所述逆變器第一輸出 端依次經第一電容、第一電感與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連。
所述諧振單元還包括第二電容，所述第二電感和第二電容串聯後連接 在所述逆變器第二輸出端與所述變壓器原邊繞組的第二輸入端之間。
所述第一電感和所述第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端 與所述變壓器原邊繞組的第一輸入端之間具體包括所述逆變器第一輸出端依次經第一電感、第一電容與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連，所述 第二電感和第二電容串聯後連接在所述逆變器第二輸出端與所述變壓器原 邊繞組的第二輸入端之間是指所述逆變器第二輸出端依次經第二電感、 第二電容與變壓器原邊繞組的第二輸入端相連。
所述第一電感和所述第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端 與所述變壓器原邊繞組的第一輸入端之間具體包括所述逆變器第一輸出 端依次經第一電容、第一電感與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連，所述 第二電感和第二電容串聯後連接在所述逆變器第二輸出端與所述變壓器原 邊繞組的第二輸入端之間是指所述逆變器第二輸出端依次經第二電容、 第二電感與變壓器原邊繞組的第二輸入端相連。
所述第一電感和第二電感的感值相同。
所述第一電感和第二電感的感值相同，所述第一電容與第二電容的容 值相同。
所述諧振變換器是兩電平半橋拓撲或兩電平全橋拓撲或三電平半橋 拓撲或三電平全橋拓撲。
所述諧振變換器的整流器為全橋整流拓撲或全波整流拓撲或倍流整 流拓撲或同步整流拓撲。
本發明與現有技術對比的有益效果是本發明一方面將現有電感Lf 上的電壓一分為二，削弱了噪聲源；另一方面使諧振變換器從結構上完全 對稱，減小了系統中的差模噪聲成分。實驗結果表明，本發明可以有效地 減小變換器中的噪聲電流，解決變換器驅動變壓器熱溶問題。而且可以有 效優化原邊諧振過程，改善諧振電流波形，避免諧振過程中的高頻震蕩現 象。本發明可以有效解決LLC拓撲在大功率應用場合中所遇到的問題。本 發明的諧振變換器可以方便在大功率場合應用。


圖1是現有的LLC諧振變換器的結構示意圖2是現有的三電平全橋LLC諧振變換器的諧振電流和電感電壓的仿 真波形示意圖3是現有的三電平全橋LLC諧振變換器的結構示意圖； 圖4是本發明實施例1的結構示意圖； 圖5是本發明實施例2的結構示意圖6是本發明實施例3的結構示意圖；圖7是本發明實施例4的結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體的實施方式並結合附圖對本發明做進一步詳細說明。 實施例l
如圖4所示， 一種諧振變換器，包括逆變器、諧振單元、變壓器和整 流器，變壓器的副邊繞組輸出端連接至整流器輸入端。諧振單元包括第一 電感Lrl、第一電容Cr、第二電感Lr2。第一電感Lrl、第一電容Cr串聯 後連接在逆變器第一輸出端與變壓器原邊繞組的第一輸入端之間。第二電 感Lr2連接在逆變器第二輸出端與變壓器原邊繞組的第二輸入端之間。
如圖4所示，具體來說，逆變器第一輸出端依次經第一電感Lrl、第 一電容Cr與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連。
優選地，第一電感Lrl和第二電感Lr2的感值相同，但這並不是本發 明必需的。本發明中第一電感Lrl和第二電感Lr2的參數即使不相同，也 可以很方便地在大功率場合應用。
實施例2
如圖5所示，本實施例與實施例1的不同之處在於逆變器第一輸出 端依次經第一電容Cr、第一電感Lrl與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連。 實施例3
如圖6所示，本實施例與實施例1的不同之處在於本實施例中諧振
單元還包括第二電容Cr2。
如圖6所示， 一種諧振變換器，包括逆變器、諧振單元、變壓器和整 流器，變壓器的副邊繞組輸出端連接至整流器輸入端，諧振單元包括第一 電感Lrl、第一電容Crl、第二電感Lr2和第二電容Cr2，第一電感Lrl、 第一電容Crl串聯後連接在逆變器第一輸出端與變壓器原邊繞組的第一輸 入端之間，第二電感Lr2和第二電容Cr2串聯後連接在逆變器第二輸出端 與變壓器原邊繞組的第二輸入端之間。
如圖6所示，具體來說，逆變器第一輸出端依次經第一電感Lrl、第 一電容Crl與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連，逆變器第二輸出端依次 經第二電感Lr2、第二電容Cr2與變壓器原邊繞組的第二輸入端相連。
優選地，第一電感Lrl和第二電感Lr2的感值相同，第一電容Crl與 第二電容Cr2的容值相同。但這並不是本發明必需的。本發明中第一電感 Lrl和第二電感Lr2的參數、第一電容Crl與第二電容Cr2的參數即使不相同，也可以很方便地在大功率場合應用。其中第一電感Lrl和第二電感 Lr2分別可以由若干個獨立電感串聯或並聯組合而成，第一電容Crl和第 二電容Cr2分別可以由若干個獨立電容串聯、並聯組合而成。 實施例4
如圖7所示，本實施例與實施例3的不同之處在於逆變器第一輸出
端依次經第一電容Crl、第一電感Lrl與變壓器原邊繞組的第一輸入端相 連，逆變器第二輸出端依次經第二電容Cr2、第二電感Lr2與變壓器原邊 繞組的第二輸入端相連。
其中第一電感Lrl和第二電感Lr2分別可以由若干個獨立電感串聯或 並聯組合而成，第一電容Crl和第二電容Cr2分別可以由若干個獨立電容 串聯、並聯組合而成。
優選的，上述諧振變換器中的逆變器可以是兩電平半橋拓撲或兩電平 全橋拓撲或三電平半橋拓撲或三電平全橋拓撲。
優選的，上述諧振變換器的整流器為全橋整流拓撲或全波整流拓撲或 倍流整流拓撲或同步整流拓撲。
優選的，上述諧振變換器還可包括輸出濾波器，所述輸出濾波器輸入 接所述整流器輸出。輸出濾波器可以濾掉輸出信號的紋波。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若 幹簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
8
權利要求
1.一種諧振變換器，包括逆變器、諧振單元、變壓器和整流器，所述變壓器副邊繞組輸出連接至整流器輸入，其特徵在於所述諧振單元包括第一電感、第一電容、第二電感，所述第一電感和所述第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端與所述變壓器原邊繞組的第一輸入端之間，所述第二電感連接在所述逆變器第二輸出端與所述變壓器原邊繞組的第二輸入端之間。
2. 根據權利要求1所述的諧振變換器，其特徵在於所述第一電感和所述 第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端與所述變壓器原邊繞組的 第一輸入端之間具體包括所述逆變器第一輸出端依次經第一電感、第一 電容與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連。
3. 根據權利要求1所述的諧振變換器，其特徵在於所述第一電感和所述 第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端與所述變壓器原邊繞組的 第一輸入端之間具體包括所述逆變器第一輸出端依次經第一電容、第一 電感與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連。
4. 根據權利要求1所述的諧振變換器，其特徵在於所述諧振單元還包括 第二電容，所述第二電感和第二電容串聯後連接在所述逆變器第二輸出端 與所述變壓器原邊繞組的第二輸入端之間。
5. 根據權利要求4所述的諧振變換器，其特徵在於所述第一電感和所述 第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端與所述變壓器原邊繞組的 第一輸入端之間具體包括所述逆變器第一輸出端依次經第一電感、第一 電容與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連，所述第二電感和第二電容串聯 後連接在所述逆變器第二輸出端與所述變壓器原邊繞組的第二輸入端之 間是指所述逆變器第二輸出端依次經第二電感、第二電容與變壓器原邊繞 組的第二輸入端相連。
6. 根據權利要求4所述的諧振變換器，其特徵在於所述第一電感和所述 第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端與所述變壓器原邊繞組的 第一輸入端之間具體包括所述逆變器第一輸出端依次經第一電容、第一 電感與變壓器原邊繞組的第一輸入端相連，所述第二電感和第二電容串聯 後連接在所述逆變器第二輸出端與所述變壓器原邊繞組的第二輸入端之 間是指所述逆變器第二輸出端依次經第二電容、第二電感與變壓器原邊繞組的第二輸入端相連。
7. 根據權利要求l-6任一所述的諧振變換器，其特徵在於所述第一電感 和第二電感的感值相同。
8. 根據權利要求4-6任一所述的諧振變換器，其特徵在於所述第一電感和第二電感的感值相同，所述第一電容與第二龜容的容值相同。
9. 根據權利要求7所述的諧振變換器，其特徵在於所逆變器是兩電平半橋拓撲或兩電平全橋拓撲或三電平半橋拓撲或三電平全橋拓撲。
10. 根據權利要求7所述的諧振變換器，其特徵在於所述整流器為全橋整 流拓撲或全波整流拓撲或倍流整流拓撲或同步整流拓撲。
全文摘要
本發明公開了一種諧振變換器，包括逆變器、諧振單元、變壓器和整流器，所述變壓器副邊繞組輸出連接至整流器輸入，所述諧振單元包括第一電感、第一電容、第二電感，所述第一電感、第一電容串聯後連接在所述逆變器第一輸出端與變壓器原邊繞組的第一輸入端之間，所述第二電感連接在所述逆變器第二輸出端與變壓器原邊繞組的第二輸入端之間。本發明可以有效解決LLC拓撲在大功率應用場合中所遇到的問題。本發明的諧振變換器可以方便在大功率場合應用。
文檔編號H02M3/24GK101630913SQ200910109338
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月14日 優先權日2009年8月14日
發明者佩 詹, 峰 許, 趙敬輝, 靳廣超, 馬超群 申請人:艾默生網絡能源有限公司