宽电压输出的LLC谐振变换电路的制作方法

本申请涉及电力电子，特别是一种宽电压输出的llc谐振变换电路。

背景技术：

1、在现有充电设施中，由于不同车型的动力电池电压等级差异较大，作为充电桩核心部件的充电模块，必须具备在宽输出电压范围内保持高效率工作的能力，而llc谐振变换器因其能够实现原边开关管的零电压开通和副边整流二极管的零电流关断，具有开关损耗小、电磁干扰低、功率密度高等优点，已成为目前大功率充电模块的主流拓扑架构。然而，传统的llc谐振变换器在固定输入电压和开关频率范围内，其电压增益调节能力有限，难以直接通过变频控制覆盖如此宽的输出电压范围。

2、为了解决上述问题，现有的现有技术中通常采用变压器副边切换方案，该方案通常采用一个具有两个独立副边绕组的变压器，并配合三个磁保持继电器和两套全桥整流电路共八个二极管，其工作原理是通过控制三个继电器的通断组合，改变两个副边绕组的连接方式：当需要高压输出时，将两个副边绕组串联；当需要低压输出时，将两个副边绕组并联。

3、尽管该现有技术方案实现了宽电压输出，但在实际应用和工程化过程中暴露出了明显的缺陷：

4、首先，该方案必须使用三个高压直流继电器以及两套完整的全桥整流电路，但继电器单体体积大、占用宝贵的pcb板空间，对于追求小型化、高功率密度的中小功率充电模块而言，过多的继电器严重限制了功率密度的提升。

5、其次，由于变压器的两个副边绕组在制造工艺上难以做到参数完全一致，例如漏感、直流电阻、匝数误差等，且两路整流回路中的二极管压降及pcb走线阻抗也存在离散性。当电路工作在并联模式，即大电流输出的工况下，上述参数的微小差异会导致两路副边绕组承担的电流严重不均，这种均流不平衡现象会导致电流大的一路整流二极管或绕组过热，不仅降低了转换效率，长期运行更可能导致器件热击穿，严重影响电源模块的可靠性和使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供了一种有效降低成本体积的宽电压输出的llc谐振变换电路。

2、为了达到上述目的，本申请设计的宽电压输出的llc谐振变换电路，包括：变压器、副边整流单元、第一开关单元以及第二开关单元；所述变压器的副边绕组具有第一端、第二端以及位于所述第一端和所述第二端之间的中心抽头；所述副边整流单元为全桥整流电路，其具有两个交流输入端、一个正输出端和一个负输出端；所述副边整流单元的两个交流输入端分别连接至所述变压器副边绕组的第一端和第二端；所述副边整流单元的负输出端连接至电路的直流输出负极；所述变压器副边绕组的中心抽头通过所述第一开关单元连接至电路的直流输出正极；所述副边整流单元的正输出端通过所述第二开关单元连接至电路的直流输出正极。

3、优选地，所述第一开关单元和所述第二开关单元均为磁保持继电器。

4、优选地，所述副边整流单元包括第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件和第四整流元件；所述第一整流元件的阳极与所述第三整流元件的阴极相连，并共同连接至所述变压器副边绕组的第一端；所述第二整流元件的阳极与所述第四整流元件的阴极相连，并共同连接至所述变压器副边绕组的第二端；所述第一整流元件的阴极与所述第二整流元件的阴极相连，构成所述副边整流单元的正输出端；所述第三整流元件的阳极与所述第四整流元件的阳极相连，构成所述副边整流单元的负输出端。

5、优选地，所述第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件和第四整流元件均为二极管。

6、优选地，还包括原边开关单元和llc谐振腔；所述原边开关单元连接输入电源，用于将直流输入转换为高频交流电；所述llc谐振腔连接在所述原边开关单元与所述变压器的原边绕组之间。

7、优选地，所述原边开关单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管和第二开关管的输入端连接电源正极，所述第三开关管和第四开关管的输出端连接电源负极；所述第一开关管的输出端与所述第三开关管的输入端相连形成第一桥臂中点；所述第二开关管的输出端与所述第四开关管的输入端相连形成第二桥臂中点。

8、优选地，所述llc谐振腔包括串联连接的谐振电容和谐振电感；所述谐振电容的一端连接至所述第一桥臂中点或第二桥臂中点，另一端连接至所述谐振电感；所述谐振电感的另一端连接至所述变压器原边绕组的一端。

9、优选地，还包括控制器；所述控制器分别与所述第一开关单元和所述第二开关单元的控制端信号连接；所述控制器被配置为：在低电压输出模式下，控制所述第一开关单元闭合且所述第二开关单元断开；在高电压输出模式下，控制所述第一开关单元断开且所述第二开关单元闭合。

10、本申请所设计的宽电压输出的llc谐振变换电路，通过变压器副边中心抽头配合两个开关单元的切换，复用单套全桥整流电路实现了全波与全桥整流模式的转换以适配宽电压输出。该电路相较于传统双绕组方案减少了一个继电器和四个整流器件，降低了硬件成本与体积；同时利用单绕组结构避免了双绕组并联因参数差异导致的电流不平衡问题，保证了功率器件的运行安全与系统可靠性。

1.一种宽电压输出的llc谐振变换电路，其特征在于，包括：变压器、副边整流单元、第一开关单元以及第二开关单元；所述变压器的副边绕组具有第一端、第二端以及位于所述第一端和所述第二端之间的中心抽头；所述副边整流单元为全桥整流电路，其具有两个交流输入端、一个正输出端和一个负输出端；所述副边整流单元的两个交流输入端分别连接至所述变压器副边绕组的第一端和第二端；所述副边整流单元的负输出端连接至电路的直流输出负极；所述变压器副边绕组的中心抽头通过所述第一开关单元连接至电路的直流输出正极；所述副边整流单元的正输出端通过所述第二开关单元连接至电路的直流输出正极。

2.根据权利要求1所述的宽电压输出的llc谐振变换电路，其特征在于，所述第一开关单元和所述第二开关单元均为磁保持继电器。

3.根据权利要求1所述的宽电压输出的llc谐振变换电路，其特征在于，所述副边整流单元包括第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件和第四整流元件；所述第一整流元件的阳极与所述第三整流元件的阴极相连，并共同连接至所述变压器副边绕组的第一端；所述第二整流元件的阳极与所述第四整流元件的阴极相连，并共同连接至所述变压器副边绕组的第二端；所述第一整流元件的阴极与所述第二整流元件的阴极相连，构成所述副边整流单元的正输出端；所述第三整流元件的阳极与所述第四整流元件的阳极相连，构成所述副边整流单元的负输出端。

4.根据权利要求3所述的宽电压输出的llc谐振变换电路，其特征在于，所述第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件和第四整流元件均为二极管。

5.根据权利要求1所述的宽电压输出的llc谐振变换电路，其特征在于，还包括原边开关单元和llc谐振腔；所述原边开关单元连接输入电源，用于将直流输入转换为高频交流电；所述llc谐振腔连接在所述原边开关单元与所述变压器的原边绕组之间。

6.根据权利要求5所述的宽电压输出的llc谐振变换电路，其特征在于，所述原边开关单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管和第二开关管的输入端连接电源正极，所述第三开关管和第四开关管的输出端连接电源负极；所述第一开关管的输出端与所述第三开关管的输入端相连形成第一桥臂中点；所述第二开关管的输出端与所述第四开关管的输入端相连形成第二桥臂中点。

7.根据权利要求6所述的宽电压输出的llc谐振变换电路，其特征在于，所述llc谐振腔包括串联连接的谐振电容和谐振电感；所述谐振电容的一端连接至所述第一桥臂中点或第二桥臂中点，另一端连接至所述谐振电感；所述谐振电感的另一端连接至所述变压器原边绕组的一端。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的宽电压输出的llc谐振变换电路，其特征在于，还包括控制器；所述控制器分别与所述第一开关单元和所述第二开关单元的控制端信号连接；所述控制器被配置为：在低电压输出模式下，控制所述第一开关单元闭合且所述第二开关单元断开；在高电压输出模式下，控制所述第一开关单元断开且所述第二开关单元闭合。