谐振变换器的制作方法

1.本发明涉及电能变换技术领域，具体涉及具有超宽电压调节率的谐振变换器。


背景技术：

2.llc谐振变换器具有一系列优良性能：实现一次侧开关管零电压开通和二次侧整流桥二极管的零电流关断；实现一次侧和二次侧电气隔离；实现升压，也能实现降压。在轨道交通牵引电力电子变压器、新能源汽车充电装置、服务器电源及其他工业电源等场合得到广泛应用。
3.llc谐振变换器常规采用可变频率调制技术，即占空比固定为0.5的脉冲宽度调制信号对称驱动上下臂开关管，用调节开关频率的方法控制功率流到输出侧。当输入电压在较大范围内变化时，为了使谐振槽电压增益发生变化，获得稳定的输出电压，需调节开关频率偏离谐振点，这将导致llc谐振变换器性能和效率降低。所以llc谐振变换的电压调整率收到了限制。


技术实现要素：

4.本发明提供了谐振变换器，在保证llc谐振变换器性能和效率的同时，具有足够电压调整率。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：谐振变换器，包括，半桥单元，谐振单元，所述谐振单元的输入端与所述半桥单元的输出端并联，所述谐振单元包括第一电容、第一电感和变压器，所述第一电容、第一电感和所述变压器的原边绕组串联，所述变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组，第一输出整流滤波单元，包括第一二极管和第一开关，所述第一二极管和第一开关与所述第一副边绕组串联，第二输出整流滤波单元，包括第二二极管，所述第二二极管与所述第二副边绕组串联，所述第二输出整流滤波单元的输出端与所述第一输出整流滤波单元的输出端与第二整流滤波单元的输出端并联后输出直流电。
6.上述半桥单元包括第二开关和第三开关，所述第二开关和所述第三开关串联，所述谐振单元的输入端与所述第三开关并联。
7.本发明还提供一种单级式交流直流变换装置，包括上述谐振变换器，还包括整流单元，所述整流单元的输入端连接交流电，所述整流单元的输出与所述半桥单元的输入端并联。
8.上述交流电小于第一设定值时，所述第一开关闭合，所述交流电大于第二设定值时，所述第一开关断开，所述交流电介于第一设定值和第二设定值之间时，所述第一开关保持开关状态不变。
9.上述第一开关闭合时，所述第二开关和第三开关互补导通，并调节所述第三开关的开关频率；所述第一开关断开时，所述第二开关和第三开关互补导通，并调节所述第三开关的开关占空比。
10.本发明还提供一种多级式交流直流变换装置，包括上述的谐振变换器，还包括整流单元和功率因数校正单元，所述整流单元的输入端连接交流电，所述整流单元的输出与所述功率因数校正单元并联，所述功率因数校正单元的输出端与所述半桥单元的输入端并联。
11.上述多级式交流直流变换装置输出的直流电小于第三设定值时，所述第一开关断开，所述直流电大于第三设定值时，所述第一开关闭合。
12.上述第一开关闭合时，所述第二开关和第三开关互补导通，并调节所述第三开关的开关频率；所述第一开关断开时，所述第二开关和第三开关互补导通，并调节所述第三开关的开关占空比。
13.本发明还提供谐振变换器的控制方法，包括，步骤s1检测所述谐振变换器的输入电压；步骤s2所述输入电压大于第四设定值时，所述第一开关关断；所述输入电压小于所述第四设定值时，所述第一开关闭合；步骤s3所述第一开关关断时，所述第二开关和第三开关互补导通，调节所述开第二开关的占空比，实现调节输出电压或电流的调节；步骤s4所述第一开关闭合时，所述第二开关和第三开关互补导通，调节所述开第三开关的开关频率，实现调节输出电压或电流的调节。
14.本发明的谐振变换器具有很宽的电压调节率，应用在单级式交流直流变换装置中可以适应不同电网电压条件，应用在多级式交流直流变换装置中，能够提供宽的直流电电压范围。
附图说明
15.图1为本发明谐振变换器的具体实施例示意图。
16.图2应用于图1所示谐振变换器的控制方法流程图。
17.图3为图1所示谐振变换器应用于单级式交流直流变换装置的具体实施例示意图。
18.图4为应用于图3所示单级式单级式交流直流变换装置的控制器。
19.图5为应用于图3所示单级式单级式交流直流变换装置的控制方法流程图。
20.图6为图1所示谐振变换器应用于多级式交流直流变换装置的具体实施例示意图。
21.图7为应用于图6所示多级式交流直流变换装置的控制器。
22.图8为应用于图6所示多级式交流直流变换装置的控制方法流程图。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等( 如果存在) 用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。另外，凡可能之处，在图示及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
25.图1所示为本发明的谐振变换器，包括，半桥单元11，输入端并联输入电vin，其包括串联连接的开关q1和开关q2，所述开关q2的两端并联谐振单元12，所述谐振单元12包括电容cr、电感lr和变压器t1，所述电容cr、电感lr和变压器t1的原边绕组n1串联，所述变压器t1包括副边绕组n2和副边绕组n3。第一输出整流滤波单元13，包括二极管d5和开关q3，二极管d5和开关q3与副边绕组n2串联。第二输出整流滤波单元14，包括二极管d6，二极管d6和副边绕组n3串联。所述第二输出整流滤波单元14的输出端与所述第一输出整流滤波单元13的输出端与电容co并联，输出直流电vout。
26.图2所示为本发明谐振变换器的控制方法，用于控制如图1所示谐振变换器。包括如下步骤，步骤s21检测所述谐振变换器的输入电vin的电压值；步骤s22所述输入电vin的电压值大于所述第四设定值时，所述开关q3关断；所述输入电vin的电压值小于所述第四设定值时，所述开关q3闭合；步骤s23所述开关q3关断时，所述开关q1和开关q2互补导通，调节所述开关q1的占空比，实现调节输出电vout的电压或电流调节；步骤s24所述开关q3闭合时，所述开关q1和开关q2互补导通，调节所述开关q1的开关频率，实现调节输出电vout的电压或电流调节。
27.图3所示为单级式交流直流变换装置，包括上述谐振变换器10，还包括整流单元34，所述整流单元34的输入端连接交流电u
in
，所述整流单元34的输出端经过电容c2后与所述谐振变换器10的输入端并联。
28.请再参考图4，所述单级式交流直流变换装置的控制器，所述单级式交流直流变换装置的控制器包括二极管d7和d8，所述二极管d7和d8的阳极输入交流电u
in
，二极管d7和d8的阴极并联后经过电阻r3和电阻r4分压后输入至数字控制单元mcu，数字控制单元mcu中集成了开关q1、q2和q3的控制方法，数字控制单元输出开关q1、q2和q3的控制信号v
gs
‑ꢀ
q1
、v
gs
‑ꢀ
q2 和v
gs
‑ꢀ
q3
，控制信号v
gs
‑ꢀ
q1
、v
gs
‑ꢀ
q2 和v
gs
‑ꢀ
q3
，用于控制开关q1、q2和q3的开通或关断。数字控制单元mcu输出的控制信号v
gs
‑ꢀ
q3
经过光耦opt隔离传输至开关q3。
29.图5所示为单级式交流直流变换装置的控制器的控制方法，集成于图4所示数字控制单元mcu中，包括：步骤s51检测所述单级式交流直流变换装置输入的交流电u
in
的电压得到采样值uin；步骤s52所述采样值uin小于第一设定值时，所述开关q3闭合，所述采样值uin大于第二设定值时，所述开关q3断开，所述采样值uin介于第一设定值和第二设定值之间时，所述开关q3保持开关状态不变；步骤s53所述开关q3闭合时，所述开关q1和开关q2互补导通，并调节所述开关q1的开关频率；
步骤s54所述开关q3断开时，所述开关q1和开关q2互补导通,，并调节所述开关q1的开关占空比。
30.图6所示，本发明还提供一种多级式交流直流变换装置，包括谐振变换器10、整流单元64和功率因数校正单元65，所述整流单元64的输入端连接交流电u
in
，所述整流单元64的输出端与所述功率因数校正单元65并联，所述功率因数校正单元65的输出端与所述谐振变换器10的输入端并联。所述整流单元64在一优选的实施例中包括二极管d1、d2、d3和d4，所述二极管d1、d2、d3和d4组成全桥整流单元。所述整流单元64还包括电容c2，所述电容c2与所述全桥整流单元的输出端并联。所述功率因数校正单元65在一优选的实施例中包括电感l1、开关q4、二极管d9和电容c3，所述电感l1、开关q4、二极管d9和电容c3组成升压变换单元。谐振变换器10的电路结构以及工作原理与图1所示实施例相同。
31.图7所示为图6所述多级式交流直流变换装置的控制器的一具体实施例，比较单元u1经过采样单元（图中未示出）采样直流电vout的电压值得到电压采样值vout’，并将所述电压采样值vout’与设定值vref进行比较，输出信号v
gs-q3
至开关q3的驱动单元，所述信号v
gs-q3
为高电平时，所述开关q3闭合；所述信号v
gs-q3
为低电平时，所述开关q3关断。信号v
gs-q3
经过电阻r1和光耦opt传输至数字控制单元mcu，信号v
gs-q3
并经过电阻r2进行电压上拉处理。数字控制单元mcu输出信号v
gs-q1
和信号信号v
gs-q2
至开关q1和开关q2的驱动单元。所述数字控制单元mcu的控制方法参见图8，包括如下步骤：步骤s81检测所述多级式交流直流变换装置输出的直流电vout的电压值得到采样值vout’；步骤s82所述采样值vout’小于第三设定值时，所述开关q3断开，所述采样值vout’大于第三设定值时，所述开关q3闭合；步骤s83所述开关q3闭合时，所述开关q1和开关q2互补导通，并调节所述开关q1的开关频率；步骤s84所述开关q3断开时，所述开关q1和开关q2互补导通,，并调节所述开关q1的开关占空比。
32.本发明的谐振变换器使用频率调节和占空比调节方法结合，具有很宽的电压调节率，应用在单级式交流直流变换装置中可以适应不同电网电压条件，例如在低电压电网环境中，开关q3闭合，并调节开关q1的频率，开关q2相当于固定导通时间，以实现输出调节，在高电压电网环境中，开关q3断开，并调节开关q1的占空比，开关q2相当于固定导通时间，以实现输出调节。应用在多级式交流直流变换装置中，例如应用在电池充电中，在电池电压小于48v时，开关q3断开，并调节开关q1的占空比，开关q2相当于固定导通时间，在电池电压大于48v时，开关q3闭合，并调节开关q1的频率。另外本发明所述调节开关q2的占空比包括多种方式，例如调节导通时间，关断时间不变；或者调节导通时间，关断时间也变。
33.虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。