一種抗直通半橋llc諧振變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信電源、航空航天高可靠電源、混合電動汽車等系統(tǒng)的電力電子變換器領(lǐng)域，尤其涉及一種抗直通半橋LLC諧振變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，航空航天和軍工領(lǐng)域的不斷發(fā)展對高可靠、高功率密度、高效率、大功率的電源變換器的研制提出了更高的要求。LLC諧振變換器由其能夠在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，效率高而被廣泛應(yīng)用。本發(fā)明采用LLC諧振與抗直通半橋結(jié)構(gòu)相結(jié)合，構(gòu)造高可靠，高效率變換器。
[0003]近年來，由于航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，對航天二次電源的研發(fā)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的推挽變換器由于其開關(guān)管電壓應(yīng)力高，且為硬開關(guān)，變換器效率低，只能應(yīng)用于低輸入電壓的場合，而橋式變換器存在橋臂直通的隱患，因此被禁止應(yīng)用。
[0004]針對以上結(jié)構(gòu)弊端，為實(shí)現(xiàn)對電路的優(yōu)化，提出一種抗直通半橋LLC諧振變換器。采用抗直通半橋結(jié)構(gòu)與LLC諧振結(jié)構(gòu)相結(jié)合的思想，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)，提高變換器效率，同時(shí)該變換器不存在橋臂直通的隱患，可靠性高，同時(shí)原邊開關(guān)管電壓應(yīng)力低，適用于高輸入電壓的場合。該變換器副邊整流管能夠?qū)崿F(xiàn)零電流關(guān)斷，有效地提高了變換器的效率。變換器采用變頻控制，實(shí)現(xiàn)對輸出電壓和功率的調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的問題是提供一種適合于高輸入電壓的、抗橋臂直通的、高可靠、抗直通半橋LLC諧振變換器。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種抗直通半橋LLC諧振變換器，該變換器是由輸入源Vin、原邊電路、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)和變壓器以及副邊電路構(gòu)成，所述的原邊電路是由兩個(gè)功率開關(guān)管與二極管串聯(lián)構(gòu)成的抗直通半橋結(jié)構(gòu)電路構(gòu)成，所述的副邊電路是由整流電路構(gòu)成;LLC諧振網(wǎng)絡(luò)和變壓器是由高頻變壓器、諧振電感Lr、勵(lì)磁電感LdP諧振電容Cr構(gòu)成；
[0008]所述的原邊電路包括第一功率開關(guān)管51、第二功率開關(guān)管S2、抗直通二極管D1;第一功率開關(guān)管S1、抗直通二極管0工和第二功率開關(guān)管S2依次串聯(lián)連接構(gòu)成抗直通半橋結(jié)構(gòu)，然后與輸入電壓源Vin并聯(lián)連接;其中第一功率開關(guān)管S1的漏極與輸入電壓源Vin的正極連接，第一功率開關(guān)管Si的源極與抗直通二極管0工的陰極連接，第二功率開關(guān)管S2的漏極與抗直通二極管D1的陽極連接，第二功率開關(guān)管S2的源極與輸入電壓源Vin的負(fù)極連接；
[0009]所述的LLC諧振網(wǎng)絡(luò)和變壓器包括第一諧振電容Crl、第二諧振電容Cr2、諧振電感Lr和高頻變壓器T，高頻變壓器T原邊與副邊的匝比為η:1，第一諧振電容Crl與第二諧振電容Cr2串聯(lián)連接，然后與輸入電壓源％?并聯(lián)連接，第一諧振電容Crl與第二諧振電容Cr2的連接點(diǎn)與諧振電感Lr的一端連接;高頻變壓器T有兩個(gè)原邊繞組Npl、Νρ2和兩個(gè)副邊繞組Nrl、Nr2，高頻變壓器T的第一原邊繞組Npl同名端與第一功率開關(guān)管S1的源極以及抗直通二極管D1的陰極連接;高頻變壓器T的第一原邊繞組Npl的非同名端與高頻變壓器T第二原邊繞組Np2的非同名端以及諧振電感Lr的另一端連接，高頻變壓器T第二原邊繞組Np2的同名端與第二功率開關(guān)管S2的漏極以及抗直通二級管D1的陽極連接;高頻變壓器T的第一副邊繞組Nsl的非同名端與高頻變壓器T的第二副邊繞組Ns2的同名端連接；
[0010]所述副邊電路包括第一輸出整流二極管管Drl、第二輸出整流二極管Dr2、輸出電容C。和負(fù)載電阻R。，第一輸出整流二極管Drl的陰極與第二輸出整流二極管Dr2的陰極連接，第一輸出整流二極管Drl的陽極與高頻變壓器T的第一副邊繞組Nsl的同名端連接，第二輸出整流管Dr2的陽極與高頻變壓器T的第二副邊繞組Ns2的非同名端連接;輸出電容C。與負(fù)載電阻R。并聯(lián)，輸出電容C。和負(fù)載電阻R。的正極連接到第一輸出整流二極管Drl與第二輸出整流二極管Dr2的共陰極處，其負(fù)極連接到高頻變壓器T的第一副邊繞組1^的非同名端以及高頻變壓器T的第二副邊繞組Ns2的同名端。
[0011 ]本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)抗直通、高可靠、高效率、高功率密度的隔離直流變換器，本發(fā)明采用LLC諧振結(jié)構(gòu)與抗直通半橋結(jié)構(gòu)相結(jié)合，通過將LLC諧振結(jié)構(gòu)與抗直通半橋橋臂集成到一起，實(shí)現(xiàn)原邊抗直通結(jié)構(gòu)以及原邊功率開關(guān)管的軟開關(guān)，提高了功率變換器的可靠性、功率密度和效率。本發(fā)明只有兩個(gè)開關(guān)管，能夠有效降低成本。本發(fā)明適用于高可靠要求的航空航天、軍事領(lǐng)域，能夠應(yīng)用于高輸入電壓的場合，同時(shí)具備抗直通、高可靠、高效率、高功率密度特性的變換器。
[0012]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種抗直通半橋LLC諧振變換器，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果:
[0013](I)變換器不存在橋臂直通的結(jié)構(gòu)，消除橋臂直通的隱患，可靠性高；
[0014](2)原邊開關(guān)管承受電壓應(yīng)力為輸入電壓值，開關(guān)管電壓應(yīng)力低，適用于高壓輸入場合；
[0015](3)所有原邊開關(guān)管和副邊的整流管都能夠?qū)崿F(xiàn)軟開關(guān)，有效提高變換器效率，同時(shí)易于尚頻化設(shè)計(jì)。
[0016](4)變壓器漏感能夠與諧振電感磁集成，提高變換器的功率密度。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明抗直通半橋LLC諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0018]圖2是本發(fā)明抗直通半橋LLC諧振變換器的主要工作波形圖；
[0019]圖3是本發(fā)明抗直通半橋LLC諧振變換器to-ti階段的等效電路圖；
[0020]圖4是本發(fā)明抗直通半橋LLC諧振變換器t1-ts階段的等效電路圖；
[0021 ]圖5是本發(fā)明抗直通半橋LLC諧振變換器t2_t3階段的等效電路圖；
[0022]圖6是本發(fā)明抗直通半橋LLC諧振變換器t3階段后，進(jìn)入負(fù)半周的等效電路圖；
[0023]以上圖中的符號名稱:Vin*輸入電壓源;Vgsl、Vgs2為第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管32的驅(qū)動;Vdsl、Vds2為第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2兩端電壓，idrl、idr2為副邊第一整流二極管Drl、第二整流二極管Dr2的電流，ipl、ip2為第一原邊繞組Npl和第二原邊繞組Np2的電流，S1為第一功率開關(guān)管、S2為第二功率開關(guān)管;Crl為第一諧振電容，Cr2為第二諧振電容;Lr為諧振電感;D1為抗直通二極管;T為高頻變壓器;Np1、Np2、Ns1、Ns1分別為高頻變壓器T的第一原邊繞組、第二原邊繞組、第一副邊繞組和第二副邊繞組;Lml、Lm2分別為第一繞組激磁電感和第二繞組激磁電感；iLr為諧振電感Lr的電流，iPl、iP2為第一原邊繞組Npl、、第二原邊繞組Np2電流;Drl幾2分別為第一輸出整流二極管、第二輸出整流二極管;C。為輸出濾波電容;R。為負(fù)載電阻，D為開關(guān)管占空比；tdd是死區(qū)時(shí)間。
具體實(shí)施方案
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]本發(fā)明的一種抗直通半橋LLC諧振變換器，如圖1所示，該變換器是由輸入源Vin、原邊電路、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)和變壓器以及副邊電路構(gòu)成，所述的原邊電路是由兩個(gè)功率開關(guān)管與二極管串聯(lián)構(gòu)成的抗直通半橋結(jié)構(gòu)電路構(gòu)成，所述的副邊電路是由整流電路構(gòu)成;LLC諧振網(wǎng)絡(luò)和變壓器是由高頻變壓器、諧振電感Lr、勵(lì)磁電感1^和諧振電容Cr構(gòu)成；
[0026]所述的原邊電路包括第一功率開關(guān)管51、第二功率開關(guān)管S2、抗直通二極管D1;第一功率開關(guān)管S1、抗直通二極管D1和第二功率開關(guān)管S2依次串聯(lián)連接構(gòu)成抗直通半橋結(jié)構(gòu)，然后與輸入電壓源Vin并聯(lián)連接;其中第一功率開關(guān)管S1的漏極與輸入電壓源Vin的正極連接，第一功率開關(guān)管Si的源極與抗直通二極管0工的陰極連接，第二功率開關(guān)管S2的漏極與抗直通二極管D1的陽極連接，第二功率開關(guān)管S2的源極與輸入電壓源Vin的負(fù)極連接；
[0027]所述的LLC諧振網(wǎng)絡(luò)和變壓器包括第一諧振電容Crl、第二諧振電容Cr2、諧振電感Lr和高頻變壓器T，高頻變壓器T原邊與副邊的匝比為η:1，第一諧振電容(^與第二諧振電容Cr2串聯(lián)連接，然后與輸入電壓源1?并聯(lián)連接，第一諧振電容Crl與第二諧振電容Cr2的連接點(diǎn)與諧振電感Lr的一端連接;高頻