一种带辅助开关的新型宽范围输入LLC谐振变换器

本发明涉及电力电子，具体涉及一种带辅助开关的新型宽范围输入llc谐振变换器。

背景技术：

0、技术背景

1、随着化石能源的日益枯竭以及所带来的环境污染问题日益严重，可再生能源的需求量越来越高，越来越多的研究学者开始关注太阳能、风能、燃料电池等可再生能源。可再生能源发电受气候条件的影响较大，其输出电压的波动较大，具有宽范围输出电压的特性。为了使能源得到有效的利用，要求其后级级联的dc-dc变换器具有宽增益、高效率的特性。常用的dc-dc变换器工作于硬开关状态，开关损耗大，电磁干扰噪声严重，不利于变换器效率的提高。因此，软开关拓扑越来越多的应用于开关变换器中，应用较广的是谐振变换器。谐振变换器工作时，电路元件之间谐振，在不需要增加外围电路的情况下实现变换器的软开关，能够减少元件数量，提高变换器的功率密度。

2、传统的llc谐振变换器为了获得较宽的电压增益，开关频率的变化范围较大，不利于磁性元件的设计和优化。当输入电压较高时，变换器需要较低的电压增益来稳定输出电压，此时开关频率很高，导致变换器损耗增加，整体效率降低。在传统的变频控制llc谐振变换器中，为了适应较宽范围的电压输入，并且保证变换器具有较宽的电压增益，可以通过减小励磁电感lm与谐振电感lr的比值来拓宽变换器的电压增益范围。但是，当励磁电感较小时，原边电流较大，会使开关管的关断损耗加大，严重影响了变换器效率。因此，传统的llc谐振变换器不适合宽范围电压输入，研究宽范围输入、高效率llc谐振变换器具有重要意义。

技术实现思路

1、针对传统谐振变换器输入范围较窄问题，以及传统的llc谐振变换器为了获得较宽的电压增益，开关频率的变化范围较大，不利于磁性元件的设计和优化。本发明提出了一种基于llc谐振的新型变换器，其具体的拓扑结构是在传统llc变换器的基础上，二次侧整流部分增加了辅助开关。在正常的状态下所提出的转换器的操作与传统的llc谐振转换器相同。当输入电压下降较大时，通过脉宽调制(pwm)控制副边辅助开关管的导通，使谐振电感充电，进而拓宽了变换器的电压增益范围。

2、本发明包括：开关管s1～s4构成的原边全桥逆变单元，二极管d1～d4和电容co1～co4是其对应开关管的体二极管和寄生电容。通过在二次侧的整流器中引入辅助开关s5和二极管d6～d9可以得到一个新型的整流器。uin为直流输入电压，uo为输出电压；t为高频变压器，其原副边匝数比为n:1:1；串联谐振电感lr、串联谐振电容cr和变压器的励磁电感lm组成了谐振槽；co为输出电容，ro为负载。

3、相比于传统llc谐振变换器相比，本发明具有以下优点：

4、1)在正常的状态下，传统llc转换器的所有所需特征都被自动保留。所提出的转换器总是在谐振频率fr附近工作,在额定输入电压附近获得最大化的效率。

5、2)当输入电压下降较大时，控制副边辅助开关管导通，使谐振电感充电，进而拓宽了变换器的电压增益范围。

6、3)由于电压增益仅由辅助开关和负载在保持时间内的占空比决定，而与磁化电感lm无关，因此在设计lm时只考虑实现初级侧开关的软开关，这有助于减少循环电流，提高正常运行的效率。

技术特征：

1.一种带辅助开关的新型宽范围输入llc谐振变换器，其特征在于，开关管s1～s4构成的原边全桥逆变单元，二极管d1～d4和电容co1～co4是其对应开关管的体二极管和寄生电容。通过在二次侧的整流器中引入辅助开关s5和二极管d6～d9可以得到一个新型的整流器。uin为直流输入电压，uo为输出电压；t为高频变压器，其原副边匝数比为n:1:1；串联谐振电感lr、串联谐振电容cr和变压器的励磁电感lm组成了谐振槽；co为输出电容，ro为负载。

2.根据权利要求1所述的带辅助开关的新型宽范围输入llc谐振变换器，其特征在于，具体的拓扑结构是在传统llc变换器的基础上，二次侧整流部分增加了辅助开关。在正常的状态下所提出的转换器的操作与传统的llc谐振转换器相同。当输入电压下降较大时，通过脉宽调制(pwm)控制副边辅助开关管的导通，使谐振电感充电，进而拓宽了变换器的电压增益范围。

3.根据权利要求1所述的带辅助开关的新型宽范围输入llc谐振变换器，其特征在于，辅助开关单元在导通期间，由输入电源直接对谐振电感充电，快速储能。辅助开关导通时间越长，增益提升幅度越大。

技术总结
本申请为一种带辅助开关的新型宽范围输入LLC谐振变换器，针对传统变频控制LLC谐振变换器输入电压范围较窄的问题，本发明提出了一种高效率新型LLC变换器。在正常状态下，辅助开关保持断开，并且由于所提出的转换器总是在谐振频率附近操作。在输入电压下降较大时，通过辅助开关导通，能够显著地拓宽变换器的电压增益范围，使LLC变换器能够适应更宽范围的电压输入。同时，该变换器提高了变换器的效率，且控制结构简单，易于实现。

技术研发人员：陈才学,侯卓华,杨旭涛,杨丹,刘宗元
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13