一种混频斩波谐振变换器

1.本实用新型涉及变换器技术领域，尤其涉及一种混频斩波谐振变换器。


背景技术：

2.llc谐振变换器因其结构简单，能实现全负载范围内mosfet的zvs 和整流器的zcs，利于高频化和磁集成，具有转换效率高、传导辐射干扰小、开关管电压应力低、有效利用器件寄生参数等众多优点得到市场上的广泛应用。同时，市场上不乏见到以脉冲频率调制技术(pfm)来实现llc谐振电路，虽然其能提高llc电路的轻负载效率，同时具有较快的响应速度，但是由于脉冲频率调制技术(pfm)常常因为输出谐波频谱太宽，导致滤波困难。
3.相较于脉冲宽度调制技术(pwm)，脉冲频率调制技术(pfm)的频率低于脉冲宽度调制(pwm)的频率时，会造成输出纹波比脉冲宽度调制(pwm)偏大且同等情况下控制集成电路的成本更高。但是，脉冲宽度调制技术(pwm)的轻负载效率和响应电路响应速度，都较于脉冲频率调制技术(pfm)处于劣势。因此，研制能提高llc谐振变换器的效率和运行速度的脉冲宽度调制技术(pwm)成为变换器领域的重要课题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种混频斩波谐振变换器，解决背景技术中提到的技术问题。以单片机输出的幅度可调的中频方波信号与可调占空比的高频pwm波进行混合调制，再经级联功率电路、以及llc谐振电路和整流电路提出一种适用于llc谐振变换器的高效率、高速率的脉冲宽度调制技术 (pwm)。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种混频斩波谐振变换器，包括级联功率电路、控制处理电路、llc谐振电路和整流电路，控制处理电路与级联功率电路连接，级联功率电路的输入端与高压电网，级联功率电路的输出端与llc谐振电路连接，整流电路与 llc谐振电路的输出端连接。
7.进一步地，控制处理电路包括单片机最小系统、中频方波发生器、高频 pwm波发生器、混频电路以及调制电路，中频方波发生器包括电阻r1-r4、电容c2、稳压管r12和集成运放a1，电阻r1的一端与单片机输出的三角波形参考信号量端相连，另一端与集成运放a1的同相端相连，电容c2的一端与单片机输出的直流参考信号端相连，另一端与集成运放a1的反向端相连，电阻r4的一端与电容c2的相连，另一端作为输出端，电阻r3一端与集成运放a1的输出端相连，另一端设置为中频方波发生器出端，电阻r2一端与r1相连，另端与稳压管r12相连，稳压管r12另一端与接地，所述高频pwm波发生器包括电阻r5-r8、电容c1、稳压管r13和集成运放a2，所述电阻r5的一端与单片机输出的三角波形参考信号量端相连，另一端与集成运放a2的同相端相连，所述电容c1的一端与单片机输出的直流参考信号端相连，另一端与集成运放a2的反向端相连，所述电阻r8的一端与电容c1 的相连，另一端与高频pwm波发生器输出端相连，所述电阻r7一端与集成电路a2的输出端相连，另一端设置为高频pwm波发生器的输出端，所述电阻r6一端与r5相连，另一端与稳压管r13相连，所述稳压管r13一
端与 r2相连，另一端与接地，所述混频电路包括电阻r9，r10，r1，集成运放 a3和反馈电阻rf，所述电阻r9一端与中频方波发生器输出端相连，另一端与集成运放a3的同相端相连，所述电阻r10一端与高频pwm波发生器输出端相连，另一端与集成运放a3同相端相连，所述反馈电阻rf一端与集成运放a3反向端相连，一端与混频电路的输出端相连，所述电阻r11一端与反馈电阻rf相连，另一端与接地。
8.进一步地，llc谐振电路包括励磁电感lm、谐振电感lr和谐振电容cr，所述谐振电感lr一端与级联功率电路输出端相连，另一端与励磁电感lm相连，所述励磁电感lm一端与谐振电感lr相连，另一端与谐振电容cr相连，设置变压器tr的原边并联在励磁电感的两端，所述谐振电容cr一端与励磁电感lm相连，另一端与级联功率电路另一输出端相连相连。
9.进一步地，整流电路包括四个相同的场效应管q1-q4、滤波电容cf和输出电阻ro，所述整流电路与设置的变压器tr副边作为输入，场效应管q1-q4 构成桥式整流电路，所述输出电阻ro与滤波电容cf并联设置，并设置在桥式整流电路的输出端。
10.本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
11.本实用新型实现了全功率的双向调节、高压电路到低压电路的隔离、谐振软开关等功能，电路确保了工作频率始终与谐振频率相同、同时采用混频斩波形式下的脉宽调制，能实现长时间内电路的高效且稳定的输出，同时减小能耗，提高电路的运行速率，为提高电网的电能质量提供一种可行方案。
附图说明
12.图1是本实用新型电路原理图；
13.图2是本实用新型谐振波形图；
14.图3是本实用新型稳定的输出波形u
lvdc
图；
15.图4是本实用新型混频波形图。
具体实施方式
16.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
17.如图1-4所示，一种混频斩波谐振变换器，包括控制处理电路、级联功率电路、llc谐振电路以及整流电路。所述控制处理电路以单片机作为主控板，由单片机输出的两组三角波形参考信号与直流参考信号作为信号处理电路的输入，mcu及功率信号电路的输出作为一端连接着高压电网u
hvdc
的级联功率电路的输入，级联功率电路的输出作为llc谐振电路的输入，llc谐振电路的输出连接着变压器的整流电路相连，最终在输出负载上得到低压直流电压u
lvdc
。通过混频电路可以输出如图3所示的具有上下小幅度斩波波动的方波信号，在将其输入到级联功率电路中，可在级联功率电路中输出可调电压 ua。同时，通过对单片机输出的控制，可以实现中频方波幅值与高频pwm 波的占空比的改变，从而实现ua的等值改变，实现如图3的输出电压u
lvdc
的控制。级联功率电路为现有的电路，可以直接使用，然后单片机最小系统的程序均为现有的控制程序，经过更改数值即可实现控制。
相连。所述输出电阻与滤波电容并联。通过本整流电路，能提高整体电路的效率,同时实现全功率的双向调节，加快电路的运行速率。输出电阻ro旁接一个电容cf，使两者构成一个良好的滤波装置，避免输出波形受到大幅度的信号干扰，确保在uo处得到如图2所示稳定的输出波形u
lvdc
。
22.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种混频斩波谐振变换器，包括级联功率电路，其特征在于：还包括控制处理电路、llc谐振电路和整流电路，控制处理电路与级联功率电路连接，级联功率电路的输入端与高压电网，级联功率电路的输出端与llc谐振电路连接，整流电路与llc谐振电路的输出端连接。2.根据权利要求1所述的一种混频斩波谐振变换器，其特征在于：控制处理电路包括单片机最小系统、中频方波发生器、高频pwm波发生器、混频电路以及调制电路，中频方波发生器包括电阻r1-r4、电容c2、稳压管r12和集成运放a1，电阻r1的一端与单片机输出的三角波形参考信号量端相连，另一端与集成运放a1的同相端相连，电容c2的一端与单片机输出的直流参考信号端相连，另一端与集成运放a1的反向端相连，电阻r4的一端与电容c2的相连，另一端作为输出端，电阻r3一端与集成运放a1的输出端相连，另一端设置为中频方波发生器出端，电阻r2一端与r1相连，另端与稳压管r12相连，稳压管r12另一端与接地，所述高频pwm波发生器包括电阻r5-r8、电容c1、稳压管r13和集成运放a2，所述电阻r5的一端与单片机输出的三角波形参考信号量端相连，另一端与集成运放a2的同相端相连，所述电容c1的一端与单片机输出的直流参考信号端相连，另一端与集成运放a2的反向端相连，所述电阻r8的一端与电容c1的相连，另一端与高频pwm波发生器输出端相连，所述电阻r7一端与集成电路a2的输出端相连，另一端设置为高频pwm波发生器的输出端，所述电阻r6一端与r5相连，另一端与稳压管r13相连，所述稳压管r13一端与r2相连，另一端与接地，所述混频电路包括电阻r9，r10，r1，集成运放a3和反馈电阻rf，所述电阻r9一端与中频方波发生器输出端相连，另一端与集成运放a3的同相端相连，所述电阻r10一端与高频pwm波发生器输出端相连，另一端与集成运放a3同相端相连，所述反馈电阻rf一端与集成运放a3反向端相连，一端与混频电路的输出端相连，所述电阻r11一端与反馈电阻rf相连，另一端与接地。3.根据权利要求1所述的一种混频斩波谐振变换器，其特征在于：llc谐振电路包括励磁电感lm、谐振电感lr和谐振电容cr，所述谐振电感lr一端与级联功率电路输出端相连，另一端与励磁电感lm相连，所述励磁电感lm一端与谐振电感lr相连，另一端与谐振电容cr相连，设置变压器tr的原边并联在励磁电感的两端，所述谐振电容cr一端与励磁电感lm相连，另一端与级联功率电路另一输出端相连。4.根据权利要求1所述的一种混频斩波谐振变换器，其特征在于：整流电路包括四个相同的场效应管q1-q4、滤波电容cf和输出电阻ro，所述整流电路与设置的变压器tr副边作为输入，场效应管q1-q4构成桥式整流电路，所述输出电阻ro与滤波电容cf并联设置，并设置在桥式整流电路的输出端。

技术总结
本实用新型公开了一种混频斩波谐振变换器，属于变换器技术领域，包括级联功率电路、控制处理电路、LLC谐振电路和整流电路，控制处理电路与级联功率电路连接，级联功率电路的输入端与高压电网，级联功率电路的输出端与LLC谐振电路连接，整流电路与LLC谐振电路的输出端连接。本实用新型实现了全功率的双向调节、高压电路到低压电路的隔离、谐振软开关等功能，电路确保了工作频率始终与谐振频率相同、同时采用混频斩波形式下的脉宽调制，能实现长时间内电路的高效且稳定的输出，同时减小能耗，提高电路的运行速率，为提高电网的电能质量提供一种可行方案。一种可行方案。一种可行方案。


技术研发人员：张文钟 廖志贤 黄国现 范嘉晨 何东源 曾小柳 伍观福 黄永华 黄飞杰 黎思璐 刘庚其 侯勇
受保护的技术使用者：广西师范大学
技术研发日：2021.08.27
技术公布日：2022/6/13