一种直流多输入单输出谐振变换器及其控制方法与流程

本发明涉及谐振变换器领域，具体涉及一种直流多输入单输出谐振变换器及其控制方法。

背景技术：

随着现代电力电子技术和功率开关器件技术的发展，对开关电源的效率，功率密度的要求越来越高，这样如何提高开关电源的效率与降低开关电源的体积逐渐成为研究的趋势。

目前多输入单输出的谐振变换器大多使用多路llc谐振变换电路进行交错并联工作，这样的变换器具有转换效率高，均流效果好，输出电压纹波噪音小的优点，但由于交错并联的路数比较多，每一路llc谐振电路都存在着谐振电感和谐振变压器这两个磁性器件，这样就导致整体电路的磁性器件很多，难以将变换器做得小型化，难以提高功率密度。

技术实现要素：

本发明提供一种直流多输入单输出谐振变换器及其控制方法，使得谐振变换器具有高效率和高功率密度的特点。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种直流多输入单输出谐振变换器，包括：

一对或者多对并联的谐振变换耦合对和输出滤波电路，每对所述谐振变换耦合对与所述输出滤波电路串联，每对所述谐振变换耦合对包括两套谐振变换电路，所述谐振变换电路包括谐振电路和整流电路；每对所述谐振变换耦合对中的所述谐振电路和整流电路通过变压器耦合，每对所述谐振变换耦合对中的两个谐振电路通过电感耦合。

优选地，输出滤波电路包括滤波电容和输出负载，所述滤波电容和所述输出负载并联。

优选地，每对所述谐振变换耦合对中的所述谐振电路和整流电路通过变压器耦合是指：

将每对所述谐振变换耦合对中的所述谐振电路的变压器绕组和所述整流电路的变压器绕组绕制在同一个磁芯上构成集成变压器。

优选地，每对所述谐振变换耦合对中的两个谐振电路通过电感耦合是指：

将每对所述谐振变换耦合对中两个谐振电路的电感绕组绕制在同一个磁芯上构成集成电感。

优选地，所述谐振电路包括以下之一：

半桥式llc谐振电路、二极管钳位半桥式谐振电路、全桥式llc谐振电路。

优选地，整流电路包括全桥整流电路或全波整流电路。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种上述的变换器的控制方法，包括：

输入每个谐振电路的工作电压的相位之间依次交错360°/n，所述n为谐振电路的个数；

输入每对所述谐振变换耦合对中的两个谐振电路的工作电压的相位相差180°。

优选地，控制每个谐振电路的两个开关管交替导通。

优选地，输入每个谐振电路的工作电压幅值相等。

本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供的直流多输入单输出谐振变换器及其控制方法，相比于每路独立的多输入单输出直流变换器使用的磁性器件数量更少，可以达到减少磁性器件数量，缩小器件体积提高功率密度的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的直流多输入单输出谐振变换器的控制方法的输入电压示意图；

图2为本发明实施例直流多输入单输出谐振变换器的示意图；

图3为本发明实施例三直流多输入单输出谐振变换器的示意图；

图4为本发明实施例四直流多输入单输出谐振变换器的示意图；

图5为本发明实施例五直流多输入单输出谐振变换器的示意图；

图6为本发明实施例六直流多输入单输出谐振变换器的示意图；

图7为本发明实施例七直流多输入单输出谐振变换器的示意图；

图8为本发明实施例八直流多输入单输出谐振变换器的示意图。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1和2所示，本发明实施例提供一种直流多输入单输出谐振变换器，包括：

一对或者多对并联的谐振变换耦合对和输出滤波电路，每对所述谐振变换耦合对与所述输出滤波电路串联，每对所述谐振变换耦合对包括两套谐振变换电路，所述谐振变换电路包括谐振电路和整流电路；每对所述谐振变换耦合对中的所述谐振电路和整流电路通过变压器耦合，每对所述谐振变换耦合对中的两个谐振电路通过电感耦合。

其中，输出滤波电路包括滤波电容和输出负载，所述滤波电容和所述输出负载并联。

每对所述谐振变换耦合对中的所述谐振电路和整流电路通过变压器耦合是指：

将每对所述谐振变换耦合对中的所述谐振电路的变压器绕组和所述整流电路的变压器绕组绕制在同一个磁芯上构成集成变压器。

每对所述谐振变换耦合对中的两个谐振电路通过电感耦合是指：

将每对所述谐振变换耦合对中两个谐振电路的电感绕组绕制在同一个磁芯上构成集成电感。

所述谐振电路包括以下之一：

半桥式llc谐振电路、二极管钳位半桥式谐振电路、全桥式llc谐振电路。

其中llc谐振电路是元件结构的形象表示，包括两个电感(l)和一个电容(c)产生谐振。

整流电路包括全桥整流电路或全波整流电路。

如图1和2所示，本发明实施例还提供一种直流多输入单输出谐振变换器的控制方法，包括：

输入每个谐振电路的工作电压的相位之间依次交错360°/n，所述n为谐振电路的个数；

输入每对所述谐振变换耦合对中的两个谐振电路的工作电压的相位相差180°。

其中，每个谐振电路的两个开关管交替导通，输入每个谐振电路的工作电压幅值相等。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提出的一种多输入单输出直流(dc/dc)谐振变换器，其中谐振电路包括但不限于llc谐振电路，llc谐振电路系列拓扑包括普通半桥式，带有二极管钳位半桥式，全桥式，整流电路可以采用全桥整流电路或全波整流电路。

本发明实施例以谐振电路是半桥llc谐振电路，整流电路采用全波整流电路为例说明本实施例。所述谐振变换器，包括n个独立的直流输入源(n是2的整数倍)，n个llc谐振变换器原边电路以及副边整流电路。其中n个直流输入源分别为：vin1、vin2、…、vinn，且这n个独立直流输入源 幅值相等，每个直流输入源连接一路半桥llc谐振电路，n路半桥llc谐振电路的次级整流电路并联工作输出，输出端接有滤波电容co和输出负载ro，每路半桥llc谐振电路之间依次交错360°/n工作，每路半桥llc谐振电路中的开关管上管工作电压为：v1、v3、…、v2n-1，每路半桥llc谐振电路中的开关管下管工作电压为：v2、v4、…、v2n，所有开关管的驱动信号的时序图如附图1所示。

电路中开关管v1和v2交替导通，v3和v4交替导通，由此类推vn-1和vn交替导通。其中vin1和vinn/2+1路之间相位相差180°，vin2和vinn/2+2路之间相位相差180°，由此将n路llc谐振电路分为相位相差180°的n/2对谐振变换耦合对。将n/2对所述谐振变换耦合对每对中的谐振电感绕组绕制在同一个磁芯上构成集成电感l1、l2、…、vn/2；将n/2对所述谐振变换耦合对中的变压器绕组绕制在同一个磁芯上构成集成变压器t1、t2、…、tn/2。每一路半桥llc谐振电路连接一路全波整流电路，每路全波整流电路的输出端并联在一起输出，输出端通过输出电容co进行滤波，输出负载为ro，输出电压vo。

每一路llc谐振电路中的谐振电感分别为：lr1、lr2、…、lrn，每一路llc谐振电路中变压器的励磁电感分别为：lm1、lm2、…、lmn，根据llc谐振电路的工作原理，谐振电感lr1和lrn/2+1中的电流为正弦交流脉动电流，两个谐振电感中的电流相位相差180°。励磁电感lm1和lmn/2+1中的电流均为正弦交流脉动电流，两个励磁电感中的电流相位相差相差180°。利用上述相位关系将原电路中的两个独立的谐振电感lr1和lrn/2+12集成到一个磁芯组成电感l1，谐振电感lr1和lrn/2+1等效为串联工作，将两个独立的变压器集成为一个变压器t1，励磁电感lm1和lmn/2+1等效为串联工作，变压器的两个次级绕组各接一路整流电路后并联提供输出电压vo。

实施例二

如附图2所示，该变换器由以下几部分组成：两个独立且幅值相等的直流输入源vin1和vin2，两路半桥llc谐振电路，每路半桥llc谐振电路的次级接有全波整流电路，两路全波整流电路的输出端并联在一起。vin1和 vin2的幅值均为传统整流器母线电压的1/2。变压器t1的初级是两路并联工作的半桥llc谐振电路，t1的次级是两路并联工作的全波整流电路，两路半桥llc谐振电路分别有谐振电感lr1和lr2，变压器初级绕组lm1和lm2。两路半桥llc谐振电路的相位相差180°工作，利用两个谐振电感lr1和lr2中电流的大小相等相位相差180°的关系，可以将两个电感绕制在同一个电感磁芯上构成集成的谐振电感l1以达到减小磁性器件数量，减小功率器件的体积，提高功率密度的目的。同样，变压器初级绕组lm1和lm2中的电流也存在相同的关系，电流的大小相等相位相差180°，利用该关系将lm1和lm2绕制在同一个变压器磁芯中构成集成的变压器t1的初级绕组，两路llc谐振变换器变压器的次级绕组中电流的大小相等相位相差180°，将这两个次级绕组同时绕制在t1的次级构成集成变压器t1的次级绕组，每一组次级绕组分别接一个全波整流电路后再并联在一起，这样也可以达到减小磁性器件的数量，提高功率密度。

实施例三

与实施例二的不同在于，本实施例中，具有n个独立幅值相等的直流输入源，n是2的整数倍，每一路直流输入源连接一路半桥llc谐振电路，每一路半桥llc谐振电路的变压器次级连接一路全波整流电路，所有的全波整流电路的输出并联在一起输出，独立直流输入源的幅值均为传统整流器母线电压的1/n。与每一路直流输入源相连的半桥llc电路依次相位相差360°/n工作,将其中相位相差180°的两路llc谐振电路中的电感和变压器分别集成为一个电感和变压器，集成后的变换器具有n/2个谐振电感和n/2个变压器，如附图3所示。

实施例四

与实施例二的不同在于，本实施例中，具有n个独立幅值相等的直流输入源，n是2的整数倍，每一路直流输入源连接一路带二极管钳位半桥llc谐振电路，每一路带有二极管钳位的半桥llc谐振电路的次级连接一路全波整流电路，所有的全波整流电路的输出并联在一起输出，独立直流输 入源的幅值均为传统整流器母线电压的1/n。与每一路直流输入源相连的带有二极管钳位的半桥llc电路依次相位相差360°/n,将其中相位相差180°的两路llc谐振电路中的电感和变压器分别集成为一个电感和变压器，集成后的变换器具有n/2个谐振电感和n/2个变压器，如附图4所示。

实施例五

与实施例二的不同在于，本实施例中，具有n个独立幅值相等的直流输入源，n是2的整数倍，每一路直流输入源连接一路半桥llc谐振电路，每一路半桥llc谐振电路的变压器次级连接一路全桥整流电路，所有的全桥整流电路的输出并联在一起输出，独立直流输入源的幅值均为传统整流器母线电压的1/n。与每一路直流输入源相连的半桥llc电路依次相位相差360°/n工作,将其中相位相差180°的两路llc谐振电路中的电感和变压器分别集成为一个电感和变压器，集成后的变换器具有n/2个谐振电感和n/2个变压器，如附图5所示。

实施例六

与实施例二的不同在于，本实施例中，具有n个独立幅值相等的直流输入源，n是2的整数倍，每一路直流输入源连接一路带有二极管钳位的半桥llc谐振电路，每一路带有二极管钳位的半桥llc谐振电路的次级连接一路全桥整流电路，所有的全桥整流电路的输出并联在一起输出，独立直流输入源的幅值均为传统整流器母线电压的1/n。与每一路直流输入源相连的带有二极管钳位的半桥llc电路依次相位相差360°/n工作,将其中相位相差180°的两路llc谐振电路中的电感和变压器分别集成为一个电感和变压器，集成后的变换器具有n/2个谐振电感和n/2个变压器，如附图6所示。

实施例七

与实施例二的不同在于，本实施例中，具有n个独立幅值相等的直流输入源，n是2的整数倍，每一路直流输入源连接一路全桥llc谐振电路， 每一路全桥llc谐振电路的次级连接一路全波整流电路，所有的全波整流电路的输出并联在一起输出，独立直流输入源的幅值均为传统整流器母线电压的1/n。与每一路直流输入源相连的全桥llc谐振电路依次相位相差360°/n工作,将其中相位相差180°的两路llc谐振电路中的电感和变压器分别集成为一个电感和变压器，集成后的变换器具有n/2个谐振电感和n/2个变压器，如附图7所示。

实施例八

与实施例二的不同在于，本实施例中，具有n个独立幅值相等的直流输入源，n是2的整数倍，每一路直流输入源连接一路全桥llc谐振电路，每一路全桥llc谐振电路的次级连接一路全桥整流电路，所有的全桥整流电路的输出并联在一起输出，独立直流输入源的幅值均为传统整流器母线电压的1/n。与每一路直流输入源相连的全桥llc谐振电路依次相位相差360°/n工作,将其中相位相差180°的两路llc谐振电路中的电感和变压器分别集成为一个电感和变压器，集成后的变换器具有n/2个谐振电感和n/2个变压器，如附图8所示。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。