一种宽增益软开关变换器的制作方法

1.本发明涉及增益变换电路技术领域，尤其是一种宽增益软开关变换器。


背景技术：

2.随着工业的发展，大量的宽输入宽输出电源需求越来越大，常用拓扑包括移相全桥、硬开关全桥拓扑或者llc和buck/boost两级级联的结构，前两者虽然可以实现宽范围的输入和宽范围的输出，但是效率低，开关频率低，难以实现高功率密度，限制了其应用范围；而后者采用两级级联的结构，llc工作在准谐振点，具有较高效率，buck/boost调压达到宽范围的输入和宽范围的输出，但是成本增加了，控制也变复杂。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供一种宽增益软开关变换器，本发明通过匹配不同的电容c1和c2电压，达到宽范围增益，同时第一控制电路每个开关管都实现软开关，效率更高，再者第一控制电路的功率大小远小于传统的buck/boost，体积和成本也大幅降低。
4.本发明的技术方案为：一种宽增益软开关变换器，包括第一控制电路和第二控制电路、第三控制电路，以及第一lc网络、第二lc网络、变比为n的变压器，所述的第一控制电路通过第二控制电路与第一lc网络连接，所述的第一lc网络通过变比为n的变压器与第二lc网络连接，所述的第二lc网络与第三控制电路电路连接，所述的第三控制电路连接有负载。
5.作为优选的，所述的第一控制电路包括输入电源dc、开关管k1、开关管k2、开关管k3、开关管k4、电感l1、电容c1和电容c2，所述的输入电源dc的正极和负极分别与开关管k1、开关管k2连接，所述的开关管k1、开关管k2的另一端经电感l1后分别与开关管k3、开关管k4连接，所述的输入电源dc的正极和负极还分别与电容c1和电容c2，所述的电容c1和电容c2的负极分别与开关管k3、开关管k4连接。
6.作为优选的，所述的第二控制电路包括并联连接的第一整流半桥和第二整流半桥。所述的第一整流半桥和第二整流半桥并联连接在输入电源dc的正极与电容c1的负极之间；所述的第一lc网络分别与第一整流半桥和第二整流半桥的中节点连接。
7.作为优选的，所述的第一整流半桥包括串联连接的开关管q1和开关管q2；所述的第二整流半桥包括开关管q3、开关管q4，所述的开关管q3、开关管q4串联连接。
8.作为优选的，所述的第一整流半桥包括串联连接的开关管q1和开关管q2；所述的第二整流半桥包括串联连接的电容c
q1
、电容c
q2
。
9.作为优选的，所述的第一整流半桥包括串联连接的开关管q1和开关管q2；所述的第二整流半桥包括电容c
q1
，所述的电容c
q1
连接在开关管q1和开关管q2的中节点上或连接在开关管q2的一端上。
10.作为优选的，所述的第一lc网络、第二lc网络均为lc谐振网络，其包括电容cr、一个电感lr，所述的电容cr与电感lr可以为串联连接。
11.作为优选的，所述的第一lc网络、第二lc网络均为lc谐振网络，均包括两个电感lr和一个电容cr，且所述的第一lc网络的电容cr与第一lc网络的其中一个电感lr串连连接，第一lc网络的另一个电感lr与第一lc网络输入并联连接；
12.所述的第二lc网络的电容cr与第二lc网络的其中一个电感lr串连连接，第二lc网络的另一个电感lr与第二lc网络输出并联连接。
13.作为优选的，所述的第三控制电路包括第一逆变半桥、第二逆变半桥、电容c3，所述的第一逆变半桥、第二逆变半桥并联连接，所述的第二lc网络分别与第一逆变半桥、第二逆变半桥的中节点连接。
14.作为优选的，所述的第一逆变半桥包括串联连接的开关管q5、开关管q6，所述的第二逆变半桥包括串联连接的开关管q7、开关管q8。
15.作为优选的，所述的第一逆变半桥包括串联连接的开关管q5、开关管q6，所述的第二逆变半桥包括串联连接的电容c
q7
、电容c
q7
。
16.作为优选的，所述的第一逆变半桥包括串联连接的二极管q5、二极管q7，所述的第二逆变半桥包括串联连接的电容c
q7
、电容c
q7
。
17.作为优选的，所述的开关管k1和开关管k2不同时导通，开关管k3和开关管k4不同时导通，开关管k1、开关管k2、开关管k3和开关管k4的占空比范围为0％～100％。
18.工作原理：
19.1)、开关管k3和开关管k2导通，开关管k1和开关管k4关断时，电容c2给一电感l1充电；
20.2)、接着开关管k2关断，电感l1的电流给开关管k1的寄生电容放电，给开关管k2的寄生电容充电，直到开关管k1的二极管导通；
21.3)、开通开关管k1，关管k1零电压开通；
22.4)、关断开关管k3，电感l1的电流给开关管k4的寄生电容放电，给开关管k3的寄生电容充电，直到开关管k4的二极管导通；
23.5)、开通开关管k4，开关管k4零电压开通；
24.6)、检测电感l1的电流，当电流方向变反向，关断开关管k1，电感l1的电流给开关管k2的寄生电容放电，给开关管k1的寄生电容充电，直到开关管k2的二极管导通；
25.7)、开通开关管k2，开关管k2零电压开通；
26.8)、关断开关管k4，电感l1的电流给开关管k3的寄生电容放电，给开关管k4的寄生电容充电，直到开关管k3的二极管导通；
27.9)、开通开关管k3，开关管k3零电压开通。
28.所述的第一整流半桥、第二整流半桥、第一逆变半桥、第二逆变半桥的上下开关管不同时导通，在不考虑死区时间，导通和关断占空比为50％。
29.本发明的有益效果为：
30.1、本发明通过匹配不同的c1和c2电压，达到宽范围增益，同时第一控制电路电路的开关管都实现软开关，实现高频化，整体功率密度提升30％，效率提高了13-23％；
31.2、本发明的每一半桥的上下开关管不同时导通，在不考虑死区时间，导通和关断占空比为50％；每一半桥在变频或者变占空比或者移相工作，改变输入电源到负载端的增益；
32.3、本发明通过控制开关管k1-开关管k4的占空比，达到控制电容c1和电容c2的电压，改变输入电源到负载端的增益；本发明的效率提高了20-30％；
33.4、与现有技术的两级llc和buck/boost相比，本发明的第一控制电路的功率远小于buck/boost电路，器件成本减小50％以上，体积也减小50％以上。
附图说明
34.图1为本发明的结构框架图；
35.图2为本发明第二控制电路的另一电路图一；
36.图3为本发明第二控制电路的另一电路图二；
37.图4为本发明lc谐振网络的电路图一；
38.图5为本发明lc谐振网络的电路图二；
39.图6为本发明变压器的结构示意图；
40.图7为本发明第三控制电路的另一电路图一；
41.图8为本发明第三控制电路的另一电路图一；
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
43.实施例1
44.如图1、6所示，本实施例提供一种宽增益软开关变换器，包括第一控制电路和第二控制电路、第三控制电路，以及第一lc网络、第二lc网络、变比为n的变压器，所述的第一控制电路通过第二控制电路与第一lc网络连接，所述的第一lc网络通过变比为n的变压器与第二lc网络连接，所述的第二lc网络与第三控制电路电路连接，所述的第三控制电路连接有负载。
45.作为本实施例优选的，如图1所示，所述的第一控制电路包括输入电源dc、开关管k1、开关管k2、开关管k3、开关管k4、电感l1、电容c1和电容c2，所述的输入电源dc的正极和负极分别与开关管k1、开关管k2连接，所述的开关管k1、开关管k2的另一端经电感l1后分别与开关管k3、开关管k4连接，所述的输入电源dc的正极和负极还分别与电容c1和电容c2，所述的电容c1和电容c2的负极分别与开关管k3、开关管k4连接。
46.本实施例中，所述的开关管k1和开关管k2不同时导通，开关管k3和开关管k4不同时导通，开关管k1、开关管k2、开关管k3和开关管k4的占空比范围为0％～100％。
47.作为本实施例优选的，如图1所示，所述的第二控制电路包括并联连接的第一整流半桥和第二整流半桥。本实施例中，所述的第一整流半桥包括串联连接的开关管q1和开关管q2；所述的第二整流半桥包括开关管q3、开关管q4，所述的开关管q3、开关管q4串联连接。
48.作为本实施例优选的，如4所示，所述的第一lc网络、第二lc网络均为lc谐振网络，其包括电容cr、一个电感lr，所述的电容cr与电感lr可以为串联连接。
49.作为本实施例优选的，如图1所示，所述的第三控制电路包括第一逆变半桥、第二逆变半桥电容c3，所述的第一逆变半桥、第二逆变半桥并联连接，所述的第一逆变半桥和第二逆变半桥分别与第二lc网络的两端连接。所述的第一逆变半桥包括串联连接的开关管q5、开关管q6，所述的第二逆变半桥包括串联连接的开关管q7、开关管q8。
50.在额定输出电压500v情况下，第二控制电路到第三控制电路的输出功率为10kw，损耗为250w，效率为97.56％；第一控制电路的输出功率为：
51.10kw*u
c2
/u
c1
＝10kw*10/50＝2kw；
52.损耗为49w，效率为97.6％,总的损耗为299w，总的效率为97.1％。
53.而在输出电压为400v情况下，第二控制电路到第三控制电路的输出功率为4.166kw，损耗为124w，效率为97.0％；第一控制电路的输出功率为：
54.4.166kw*u
c2
/u
c1
＝4.166kw*2/4＝2.083kw
55.损耗为100.14w，效率为95.4％,总的损耗为224.14w，总的效率为94.89％。
56.实施例2
57.如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，采用如下的结构的第二控制电路，所述的第二控制电路包括并联连接的第一整流半桥和第二整流半桥。并且本实施例中，所述的第一整流半桥包括串联连接的开关管q1和开关管q2；所述的第二整流半桥包括串联连接的电容c
q1
、电容c
q2
。
58.实施例3
59.如图3所示，本实施例在实施例1的基础上，采用如下的结构的第二控制电路，所述的第二控制电路包括并联连接的第一整流半桥和第二整流半桥。并且本实施例中，所述的第一整流半桥包括串联连接的开关管q1和开关管q2；所述的第二整流半桥包括电容c
q1
，所述的电容c
q1
连接在开关管q1和开关管q2的中节点上或连接在开关管q2的一端上。
60.实施例4
61.如图5所示，在上述实施例的基础上，所述的第一lc网络、第二lc网络均为lc谐振网络，均包括两个电感lr和一个电容cr，且所述的第一lc网络的电容cr与第一lc网络的其中一个电感lr串连连接，第一lc网络的另一个电感lr与第一lc网络输入并联连接；
62.所述的第二lc网络的电容cr与第二lc网络的其中一个电感lr串连连接，第二lc网络的另一个电感lr与第二lc网络输出并联连接。
63.实施例5
64.如图7所示，在上述实施例的基础上，采用如下的结构的第三控制电路，所述的第三控制电路包括第一逆变半桥、第二逆变半桥电容c3，所述的第一逆变半桥、第二逆变半桥、电容c3并联连接，所述的第一逆变半桥包括串联连接的开关管q5、开关管q6，所述的第二逆变半桥包括串联连接的电容c
q7
、电容c
q7
。
65.实施例6
66.如图8所示，在上述实施例的基础上，采用如下的结构的第三控制电路，所述的第三控制电路包括第一逆变半桥、第二逆变半桥电容c3，所述的第一逆变半桥、第二逆变半桥、电容c3并联连接，所述的第一逆变半桥包括串联连接的二极管q5、二极管q7，所述的第二逆变半桥包括串联连接的电容c
q7
、电容c
q7
。
67.工作原理：
68.1)、开关管k3和开关管k2导通，开关管k1和开关管k4关断时，电容c2给一电感l1充电；
69.2)、接着开关管k2关断，电感l1的电流给开关管k1的寄生电容放电，给开关管k2的寄生电容充电，直到开关管k1的二极管导通；
70.3)、开通开关管k1，关管k1零电压开通；
71.4)、关断开关管k3，电感l1的电流给开关管k4的寄生电容放电，给开关管k3的寄生电容充电，直到开关管k4的二极管导通；
72.5)、开通开关管k4，开关管k4零电压开通；
73.6)、检测电感l1的电流，当电流方向变反向，关断开关管k1，电感l1的电流给开关管k2的寄生电容放电，给开关管k1的寄生电容充电，直到开关管k2的二极管导通；
74.7)、开通开关管k2，开关管k2零电压开通；
75.8)、关断开关管k4，电感l1的电流给开关管k3的寄生电容放电，给开关管k4的寄生电容充电，直到开关管k3的二极管导通；
76.9)、开通开关管k3，开关管k3零电压开通。
77.所述的第一整流半桥、第二整流半桥、第一逆变半桥、第二逆变半桥的上下开关管不同时导通，在不考虑死区时间，导通和关断占空比为50％。
78.上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。