一種交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器制造技術

本發明專利技術公開了一種交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器，其特征在于：包含兩路輸入母線電壓均衡電路和兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級，兩路輸入母線電壓均衡電路包含均衡電容C1、C2和單向瞬態抑制器TV1、TV2，單向瞬態抑制器TV1和均衡電容C1并聯在一路LLC諧振變換器輸出級輸入端，單向瞬態抑制器TV2和均衡電容C2并聯在另一路LLC諧振變換器輸出級輸入端。本發明專利技術采用兩路LLC功率變換器交錯并聯結構，在功率變換器的輸入端加入均衡電路以減小由功率器件的物理參數差異所導致的變換器輸入母線不平衡問題和輸出整流電路的輸出電流不均衡問題，并對功率器件在母線失衡過大的情況下進行保護。

Interleaved parallel LLC resonant DC/DC power converter

The invention discloses an interleaved LLC resonant DC/DC power converter, which is characterized in that: contains two input bus voltage equalization circuit and interleaved LLC resonant converter output stage, two input bus voltage equalization circuit includes balanced capacitor C1, C2 and Dan Xiangshun TV1, TV2 state suppressor, unidirectional transient suppressor TV1 and equilibrium in a parallel capacitor C1 LLC resonant converter output stage input, unidirectional transient suppressor TV2 and balanced capacitor C2 in parallel in another way LLC resonant converter input output stage. The invention uses two interleaved LLC converter, the power converter input into the equalization circuit to reduce the converter input bus caused by differences in physical parameters of power devices of the unbalanced output current and output rectifier circuit problem of unbalanced protection and the imbalance of power devices in the bus the case.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種功率變換器，特別是一種交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器。
技術介紹
隨著電動汽車充電技術和高頻開關電源的高速發展，大功率、高效率、高功率密度、寬工作范圍的電動汽車充電設備已經成為發展趨勢。LLC 諧振變換器作為一種高頻軟開關變換器，在保證高頻高效率的同時，又具有寬的工作范圍，非常適用于電動汽車充電器的設計。但單路LLC變換器在設計成大功率變換器時輸出電流紋波大，輸出濾波電容往往需要多只電容并聯，對系統的體積、重量和壽命帶來了很大的挑戰。交錯并聯LLC變換器具有輸出紋波小、濾波電容少等優點，因此開始被廣泛應用于汽車充電器。在理想情況下，若兩路LLC諧振元件的的物理參數完全相同，則通過兩路LLC變換器的電流幅度基本相同。而實際器件往往存在最大5%的誤差。這必導致變換器在實際運行過程中，上下兩路LLC的運行狀態存在差異。以最壞情況來說，若正母線側的LLC變換器器件存有+5%的參數誤差，負母線側的LLC變換器器件存有-5%的參數誤差。這一誤差將擴大母線電容C1兩端之間和C2兩端之間的電壓不平衡度。若不加以控制，將導致LLC變換器高壓MOS管的電壓應力過大。也會導致PFC電路部分器件耐壓上升。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器，它能夠在母線電容C1或C2增大到限制值時進行抑制，保護功率器件不受損壞。為解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是：一種交錯并聯LLC諧振 DC/DC功率變換器，其特征在于：包含兩路輸入母線電壓均衡電路和兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級，兩路輸入母線電壓均衡電路包含均衡電容C1、C2和單向瞬態抑制器TV1、TV2，單向瞬態抑制器TV1和均衡電容C1并聯在一路LLC諧振變換器輸出級輸入端，單向瞬態抑制器TV2和均衡電容C2并聯在另一路LLC諧振變換器輸出級輸入端。進一步地，所述LLC諧振變換器輸出級包括方波發生器、LLC諧振電路和輸出整流電路。進一步地，所述兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級的交錯角為90度。進一步地，所述方波發生器為全橋或半橋電路。進一步地，所述全橋或半橋電路開關管采用MOSFET管。進一步地，所述LLC諧振電路包括串聯諧振電感、串聯諧振電容、并聯諧振電感和隔離變壓器。進一步地，所述整流電路可為全橋整流或中心抽頭的全波整流電路。進一步地，所述整流電路所用二極管為肖特基二級管。進一步地，所述兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級的輸出端并聯輸出。進一步地，所述兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級的輸出端并聯輸出并聯設置有一個濾波電容C0。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點和效果：采用兩路LLC功率變換器交錯并聯結構，在功率變換器的輸入端加入均衡電路以減小由功率器件的物理參數差異所導致的變換器輸入母線不平衡問題和輸出整流電路的輸出電流不均衡問題，并對功率器件在母線失衡過大的情況下進行保護；可有效降低環流損耗、減少輸入電流紋波，提高輸出效率和功率密度，適用于直流充電樁等大功率高壓直流輸出應用場合。附圖說明圖1是本專利技術的一種交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器的實施例1的示意圖。圖2是本專利技術的一種交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器的實施例2的示意圖。圖3是本專利技術的一種交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器的實施例3的示意圖。圖4是本專利技術的交錯并聯時MOS開關管控制方波示意圖。圖5是本專利技術的理想狀態下交錯并聯電路和非交錯并聯電路的波形圖。圖6是本專利技術交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器在未加入均衡電路的輸出電流波形。圖7是本專利技術加入均衡電路后的交錯并聯LLC諧振DC/DC功率變換器輸出電流波形。圖8是本專利技術開關頻率等于串聯諧振頻率的LLC變換器工作波形。圖9是本專利技術開關頻率在串聯諧振頻率和并聯諧振頻率之間的LLC變換器工作波形。圖10是本專利技術開關頻率大于諧振頻率的LLC變換器工作波形。具體實施方式下面結合附圖并通過實施例對本專利技術作進一步的詳細說明，以下實施例是對本專利技術的解釋而本專利技術并不局限于以下實施例。實施例1：一種交錯并聯LLC諧振 DC/DC功率變換器，包含兩路輸入母線電壓均衡電路和兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級，兩路輸入母線電壓均衡電路包含均衡電容C1、C2（C1和C2的參數相同）和單向瞬態抑制器TV1、TV2（TV1和TV2參數相同），單向瞬態抑制器TV1和均衡電容C1并聯在一路LLC諧振變換器輸出級輸入端，單向瞬態抑制器TV2和均衡電容C2并聯在另一路LLC諧振變換器輸出級輸入端。LLC諧振變換器輸出級包括方波發生器、LLC諧振電路和輸出整流電路。LLC諧振電路包括串聯諧振電感、串聯諧振電容、并聯諧振電感和隔離變壓器。方波發生器，通過每次切換以50%占空比交替驅動MOS管Q1和Q2導通和關斷，產生占空比為50%的方波Vd，方波發生器可為全橋或者半橋。LLC諧振電路可以過濾掉高次諧波電流，方波電壓應用于諧振電路，使電流滯后于施加在諧振電路上的電壓（方波電壓施加于諧振電路的半橋上），以保證零電壓開啟MOSFET。輸出整流電路通過整流電路和濾波電容調整交流輸出電流，輸出直流電壓。整流網絡可以設計成全橋或者中心抽頭結構。LLC諧振變換器電路有兩個諧振頻率，一個是諧振電感Lr和諧振電容Cr的串聯諧振頻率，另一個是諧振電感Lm加上Lr與Cr的并聯諧振頻率。本實施例為交錯并聯對稱半橋LLC變換器，兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級的交錯角為90度。如圖4所示，交錯并聯體現為MOSFET管Q1和MOSFET管Q3的驅動波形的相角相差90度，MOSFET管Q2和MOSFET管Q4的相角相差90度，MOSFET管Q1和MOSFET管Q2互補導通（存有一定的死區），MOSFET管Q3和MOSFET管Q4互補導通。LLC諧振電路包括串聯諧振電感、串聯諧振電容、并聯諧振電感和隔離變壓器。整流電路可為全橋整流或中心抽頭的全波整流電路。整流電路所用二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8為肖特基二級管。兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級的輸出端并聯輸出。兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級的輸出端并聯輸出并聯設置有一個濾波電容C0。如圖5所示，電壓U1、U2分別為主路與輔路LLC獨立工作時經過全橋整流后的輸出電壓波形。輸出端并聯可等效成兩個電壓源并聯，所以每一時刻的輸出電壓為兩路中的最大值，即兩路LLC并聯在一起交錯90度運行時輸出的電壓波形，圖5中實線部分。從中可以看出交錯并聯后，輸出電壓波形脈動減小。并可以選用更小容量的濾波電容，減小濾波電容的體積，提高功率密度。此外，交錯90度為最佳交錯角度。與傳統的半橋LLC諧振變換器相比，在同等輸出功率下，每路變換器的功率只為原先的一半，便于LLC DC/DC諧振變換器在大功率應用場合的功率器件選型。同時，電感電容等功率器件在電流提高一倍的情況下，無論價格還是體積都要高出很多，采用兩路并聯的模式，可以選取體積更小、價格更優的功率器件，獲得更高的功率密度。在理想情況下，若兩路LLC諧振元件的串聯諧振電感Lr1和Lr2、并聯諧振電感Lm1和Lm2、諧振電容Cr1和Cr2的物理參數完全相同，則通過兩路LLC變換器的電流幅度基本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種交錯并聯LLC諧振?DC/DC功率變換器，其特征在于：包含兩路輸入母線電壓均衡電路和兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級，兩路輸入母線電壓均衡電路包含均衡電容C1、C2和單向瞬態抑制器TV1、TV2，單向瞬態抑制器TV1和均衡電容C1并聯在一路LLC諧振變換器輸出級輸入端，單向瞬態抑制器TV2和均衡電容C2并聯在另一路LLC諧振變換器輸出級輸入端。

【技術特征摘要】
1.一種交錯并聯LLC諧振 DC/DC功率變換器，其特征在于：包含兩路輸入母線電壓均衡電路和兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級，兩路輸入母線電壓均衡電路包含均衡電容C1、C2和單向瞬態抑制器TV1、TV2，單向瞬態抑制器TV1和均衡電容C1并聯在一路LLC諧振變換器輸出級輸入端，單向瞬態抑制器TV2和均衡電容C2并聯在另一路LLC諧振變換器輸出級輸入端。2.按照權利要求1所述的一種交錯并聯LLC諧振 DC/DC功率變換器，其特征在于：所述LLC諧振變換器輸出級包括方波發生器、LLC諧振電路和輸出整流電路。3.按照權利要求1所述的一種交錯并聯LLC諧振 DC/DC功率變換器，其特征在于：所述兩路交錯并聯的LLC諧振變換器輸出級的交錯角為90度。4.按照權利要求2所述的一種交錯并聯LLC諧振 DC/DC功率變換器，其特征在于：所述方波發生器為全橋或半橋電路。5.按照權利要求4所述的一種交錯并聯LL...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐金城，熊俊峰，馮中魁，徐亮，董航飛，徐小飛，
申請(專利權)人：中天昱品科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32