用于雙向clllc諧振變換器的整流控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路，雙向CLLLC諧振變換器中變壓器一次側(cè)和二次側(cè)均接入電流互感器，對(duì)變壓器接受功率一側(cè)的電流進(jìn)行采樣，并通過一個(gè)單位電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過電壓傳感器接到兩個(gè)滯環(huán)比較器的反相輸入端，兩個(gè)滯環(huán)比較器的輸出信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)接受功率一側(cè)的超前開關(guān)和滯后開關(guān)，實(shí)現(xiàn)MOSFET整流。由于MOSFET的導(dǎo)通電阻很小，本發(fā)明的用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路，較之采用二極管整流降低了整流損耗，提高了變換器的整體效率。
【專利說明】
用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及雙向DC-DC變換器領(lǐng)域，特別涉及一種用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]雙向DC-DC變換器可實(shí)現(xiàn)直流變壓、雙向傳輸能量和電氣隔離的功能，在電動(dòng)汽車、可再生能源、直流配電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)及電力電子變壓器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而能否實(shí)現(xiàn)高功率密度和高變換效率一直是DC-DC變換器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的DAB拓?fù)鋫鬏敼β蚀笮‰S著移相角的改變而改變，軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)范圍也受負(fù)載變化的影響，近年來研究的CLLC諧振拓?fù)湓谡聪蚬ぷ鲿r(shí)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱且二次側(cè)不完全諧振阻礙了功率的傳輸，CLLLC諧振拓?fù)浣邮展β室粋?cè)采用二極管整流，增加了整流損耗。本發(fā)明涉及的用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路，在保留了原CLLLC諧振拓?fù)渌袃?yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用MOSFET整流，提高了變換器的整體效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0005]—種用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路，所述雙向CLLLC諧振變換器包括供電電源，負(fù)載，四個(gè)一次側(cè)開關(guān)，四個(gè)二次側(cè)開關(guān)，一次側(cè)諧振電感，二次側(cè)諧振電感，一次側(cè)諧振電容，二次側(cè)諧振電容和一個(gè)帶勵(lì)磁電感的變壓器;其中四個(gè)一次側(cè)開關(guān)組成全橋電路后和一次側(cè)諧振電感、一次側(cè)諧振電容一起串接在供電電源和變壓器一次側(cè)之間，四個(gè)二次側(cè)開關(guān)組成全橋電路并和二次側(cè)諧振電感、二次側(cè)諧振電容一起串接在負(fù)載和變壓器二次側(cè)之間；四個(gè)一次側(cè)開關(guān)包括一次側(cè)超前開關(guān)管和一次側(cè)滯后開關(guān)管，四個(gè)二次側(cè)開關(guān)包括二次側(cè)超前開關(guān)管和二次側(cè)滯后開關(guān)管;所述整流控制電路包括一次側(cè)電流互感器、二次側(cè)電流互感器、電阻、電壓傳感器、兩個(gè)滯環(huán)比較器;變壓器兩側(cè)分別接入所述一次側(cè)電流互感器、二次側(cè)電流互感器，對(duì)變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電流進(jìn)行采樣，并通過所述電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)電壓傳感器接到兩個(gè)滯環(huán)比較器的反相輸入端，兩個(gè)滯環(huán)比較器的輸出信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)接收功率一側(cè)的超前開關(guān)管和滯后開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)MOSFET整流。
[0006]進(jìn)一步的，當(dāng)變換器正向工作時(shí)，二次側(cè)為所述接收功率一側(cè)，一次側(cè)超前開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，二次側(cè)電流由零開始反向上升，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)二次側(cè)超前開關(guān)管導(dǎo)通整流，一次側(cè)諧振電感電流與勵(lì)磁電感電流相等時(shí)，二次側(cè)電流下降為零，控制電路輸出低電平關(guān)斷二次側(cè)超前開關(guān)管;一次側(cè)滯后開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，二次側(cè)電流由零開始正向上升，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)二次側(cè)滯后開關(guān)管導(dǎo)通整流，一次側(cè)諧振電感電流與勵(lì)磁電感電流相等時(shí)，二次側(cè)電流下降為零，控制電路輸出低電平關(guān)斷二次側(cè)超前開關(guān)管。
[0007]進(jìn)一步的，當(dāng)變換器反向工作時(shí)，一次側(cè)為所述接收功率一側(cè)，勵(lì)磁電感等效到二次側(cè);二次側(cè)超前開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)電流由零開始反向上升，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)一次側(cè)超前開關(guān)管導(dǎo)通整流，二次側(cè)諧振電感電流與勵(lì)磁電感電流相等時(shí)，一次側(cè)電流下降為零，控制電路輸出低電平關(guān)斷一次側(cè)超前開關(guān)管;二次側(cè)滯后開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)電流由零開始正向上升，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)一次側(cè)滯后開關(guān)管導(dǎo)通整流，二次側(cè)諧振電感電流與勵(lì)磁電感電流相等時(shí)，一次側(cè)電流下降為零，控制電路輸出低電平關(guān)斷一次側(cè)滯后開關(guān)管。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)方案相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
[0009]本發(fā)明的用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路，在原有CLLLC拓?fù)涞幕A(chǔ)上，采用MOSFET進(jìn)行整流。集成肖特基二極管的最大導(dǎo)通壓降在0.4V?0.5V之間，普通硅材料的MOSFET寄生體二極管前向壓降約為IV，而MOSFET正向或反向?qū)〞r(shí)，MOSFET的漏源極之間可以等效為一個(gè)阻值恒定的電阻，一般為十幾到幾十毫歐姆，導(dǎo)通電流約為幾十安培，正常工作時(shí)的導(dǎo)通損耗比體二極管小。特別在要求高壓的場(chǎng)合采用碳化硅材料的MOSFET時(shí)，其體二極管的最大正向壓降達(dá)到3V以上，而碳化硅MOSFET的導(dǎo)通電阻很低，此時(shí)采用MOSFET整流能在更大的程度上降低整流損耗，較之采用二極管整流提高變換器的整體效率。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的一種用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制原理圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的整流控制電路圖；
[0012]圖3為變換器在一次側(cè)超前開關(guān)管(Sn和S12)導(dǎo)通時(shí)的工作原理圖；
[0013]圖4為變換器在一次側(cè)諧振電感Lrl的電流與勵(lì)磁電感Lm的電流相等時(shí)的工作原理圖；
[0014]圖5為變換器在一次側(cè)超前開關(guān)管(Sn和S12)關(guān)斷時(shí)的工作原理圖；
[0015]圖6為變換器在一次側(cè)滯后開關(guān)管(S1^PS14)導(dǎo)通時(shí)的工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。需指出的，若未有特別詳細(xì)說明的控制過程，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)或理解的(例如雙向CLLLC諧振變換器的全橋電路中關(guān)于超前開關(guān)管和滯后開關(guān)管的說明無(wú)需贅述，無(wú)需對(duì)每個(gè)開關(guān)管單獨(dú)進(jìn)行命名說明)。
[0017]如圖1所示，為本發(fā)明的一種用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制原理圖，包括供電電源Vin，負(fù)載V。，四個(gè)一次側(cè)開關(guān)(Sil_Si4)，四個(gè)二次側(cè)開關(guān)(Sol-So4)，一次側(cè)諧振電感Lrl，二次側(cè)諧振電感Lr2，一次側(cè)諧振電容Crl，二次側(cè)諧振電容Cr2和一個(gè)帶勵(lì)磁電感Lm的變壓器Tl.，其中四個(gè)一次側(cè)開關(guān)(Sil_Si4)組成全橋電路并和一次側(cè)諧振電感Lrl、一次側(cè)諧振電容Crl 一起串接在供電電源Vi#變壓器Tr 一次側(cè)之間，四個(gè)二次側(cè)開關(guān)(Scll-Sci4)組成全橋電路并和二次側(cè)諧振電感Lr2、二次側(cè)諧振電容Cr2 —起串接在負(fù)載V。和變壓器Tr 二次側(cè)之間。變壓器兩側(cè)分別接入一次側(cè)電流互感器CT1和二次側(cè)電流互感器CT2，兩個(gè)電流互感器接到控制電路，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)接受功率一側(cè)的開關(guān)管。
[0018]如圖2所示，為本發(fā)明的整流控制電路圖，通過電流互感器對(duì)變壓器接受功率一側(cè)的電流進(jìn)行采樣，并通過一個(gè)單位電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過電壓傳感器接到兩個(gè)滯環(huán)比較器的反相輸入端，兩個(gè)滯環(huán)比較器的輸出信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)接受功率一側(cè)的超前開關(guān)和滯后開關(guān)，實(shí)現(xiàn)MOSFET整流。
[0019]所述的開關(guān)管可以選用硅材料的M0SFET，若為了提高功率等級(jí)和功率密度，也可以選擇碳化硅材料的MOSFET。
[0020]作為優(yōu)選。所述的電流互感器可選霍爾電流互感器。
[0021]設(shè)定兩個(gè)直流電源電壓為常數(shù)。
[0022]上述一種用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路的具體實(shí)現(xiàn)過程:
[0023]圖3-圖6分析了變換器在正向工作時(shí)，前半周期內(nèi)的實(shí)現(xiàn)過程，具體操作如下:
[0024]當(dāng)一次側(cè)超前開關(guān)管(Sn和S12)導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)諧振電感1^的電流諧振上升。此時(shí)由于二次側(cè)完全諧振阻抗為零，繞組電壓被負(fù)載V。鉗位，勵(lì)磁電感1^的電流直線上升，變化率比一次側(cè)諧振電感Lrl的電流小。功率由一次側(cè)傳輸?shù)蕉蝹?cè)，二次側(cè)電流大小和一次側(cè)諧振電感Lrl的電流與勵(lì)磁電感U的電流之差成比例，二次側(cè)電流互感器CT2檢測(cè)到二次側(cè)電流由零開始反向上升，通過控制電路驅(qū)動(dòng)二次側(cè)超前開關(guān)管(S。JPSci2)導(dǎo)通整流(如圖3所示)。
[0025]當(dāng)一次側(cè)諧振電感Lrl的電流與勵(lì)磁電感Lm的電流相等時(shí)，二次側(cè)電流互感器CT2檢測(cè)到二次側(cè)電流下降到零，此時(shí)控制電路輸出低電平關(guān)斷二次側(cè)超前開關(guān)管(SodPScl2),實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷。諧振回路由一次側(cè)諧振電感Lrl、一次側(cè)諧振電容Crl和勵(lì)磁電感Lm組成，電流方向不變，勵(lì)磁電感1^能量繼續(xù)上升(如圖4所示)。
[0026]當(dāng)一次側(cè)超前開關(guān)管(Sn和S12)關(guān)斷時(shí)，一次側(cè)電流給一次側(cè)超前開關(guān)管(Sn和Si2)的寄生電容充電，同時(shí)給一次側(cè)滯后開關(guān)管(Si3和Si4)的寄生電容放電，由于寄生電容很小，充放電過程在很短的時(shí)間內(nèi)完成，此后電流通過一次側(cè)滯后開關(guān)管(S1^PS14)的體二極管反饋給供電電源Vin，為零電壓開通做準(zhǔn)備(如圖5所示)。
[0027]當(dāng)一次側(cè)滯后開關(guān)管(S1^PS14)導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)諧振電感1^的電流反向諧振上升。此時(shí)由于二次側(cè)完全諧振阻抗為零，繞組電壓被負(fù)載V。鉗位，勵(lì)磁電感Lm的電流反向直線上升，變化率比一次側(cè)諧振電感1^的電流小。功率由一次側(cè)傳輸?shù)蕉蝹?cè)，二次側(cè)電流大小和一次側(cè)諧振電感Lrl的電流與勵(lì)磁電感U的電流之差成比例，二次側(cè)電流互感器CT2檢測(cè)到二次側(cè)電流由零開始正向上升，通過控制電路驅(qū)動(dòng)二次側(cè)滯后開關(guān)管(Sci3和So4)導(dǎo)通整流，變換器工作進(jìn)入下半周期(如圖6所示)。
[0028]可見單向傳輸功率的情況下，只有接受功率一側(cè)的電流傳感器工作，硬件設(shè)計(jì)上變壓器兩側(cè)可以完全對(duì)稱，控制方法也可以保持一致，系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。而MOSFET的導(dǎo)通電阻比寄生二極管要小，特別對(duì)于碳化娃MOSFET而言，由于其寄生二極管的前向壓降達(dá)到3V，采用MOSFET整流可以降低整流損耗，提高變換器的整體效率，方便高效。
[0029]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路，所述雙向CLLLC諧振變換器包括供電電源(Vin)，負(fù)載(V。)，四個(gè)一次側(cè)開關(guān)(Sil_Si4)，四個(gè)二次側(cè)開關(guān)(Sol-So4)，一次側(cè)諧振電感(Lrl)，二次側(cè)諧振電感(Lr2)，一次側(cè)諧振電容(Crl)，二次側(cè)諧振電容(Cr2)和一個(gè)帶勵(lì)磁電感(Lm)的變壓器(Tr);其中四個(gè)一次側(cè)開關(guān)(S11-S14)組成全橋電路后和一次側(cè)諧振電感(Lrl)、一次側(cè)諧振電容(Crl) 一起串接在供電電源(Vln)和變壓器(Tr) 一次側(cè)之間，四個(gè)二次偵折關(guān)(Scll-Sci4)組成全橋電路并和二次側(cè)諧振電感(Lr2)、二次側(cè)諧振電容(Cr2)—起串接在負(fù)載(V。)和變壓器(Tl.)二次側(cè)之間；四個(gè)一次側(cè)開關(guān)(Si1-Si4)包括一次側(cè)超前開關(guān)管(Sii和S12)和一次側(cè)滯后開關(guān)管(S1^S14),四個(gè)二次側(cè)開關(guān)(Scll-Sci4)包括二次側(cè)超前開關(guān)管(Scll和Sci2)和二次側(cè)滯后開關(guān)管(Sci3和Sm)，其特征在于:整流控制電路包括一次側(cè)電流互感器(CT1)、二次側(cè)電流互感器(CT2)、電阻、電壓傳感器、兩個(gè)滯環(huán)比較器;變壓器兩側(cè)分別接入所述一次側(cè)電流互感器(CT1)、二次側(cè)電流互感器(CT2)，對(duì)變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電流進(jìn)行采樣，并通過所述電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)電壓傳感器接到兩個(gè)滯環(huán)比較器的反相輸入端，兩個(gè)滯環(huán)比較器的輸出信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)接收功率一側(cè)的超前開關(guān)管和滯后開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)MOSFET 整流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路，其特征在于:當(dāng)變換器正向工作時(shí)，二次側(cè)為所述接收功率一側(cè)，一次側(cè)超前開關(guān)管(Sil和Si2)導(dǎo)通時(shí)，二次側(cè)電流由零開始反向上升，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)二次側(cè)超前開關(guān)管(Sc^PScl2)導(dǎo)通整流，一次側(cè)諧振電感(L r!)電流與勵(lì)磁電感(Lm)電流相等時(shí)，二次側(cè)電流下降為零，控制電路輸出低電平關(guān)斷二次側(cè)超前開關(guān)管(SodP Sci2);—次側(cè)滯后開關(guān)管(S1^PS14)導(dǎo)通時(shí)，二次側(cè)電流由零開始正向上升，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)二次側(cè)滯后開關(guān)管(Sci3和Sci4)導(dǎo)通整流，一次側(cè)諧振電感(Lrl)電流與勵(lì)磁電感(Lm)電流相等時(shí)，二次側(cè)電流下降為零，控制電路輸出低電平關(guān)斷二次側(cè)超前開關(guān)管(Sci3和Sm)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于雙向CLLLC諧振變換器的整流控制電路，其特征在于:當(dāng)變換器反向工作時(shí)，一次側(cè)為所述接收功率一側(cè)，勵(lì)磁電感等效到二次側(cè);二次側(cè)超前開關(guān)管(5。1和5。2)導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)電流由零開始反向上升，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)一次側(cè)超前開關(guān)管(Sn和Si2)導(dǎo)通整流，二次側(cè)諧振電感(Lr2)電流與勵(lì)磁電感(U)電流相等時(shí)，一次側(cè)電流下降為零，控制電路輸出低電平關(guān)斷一次側(cè)超前開關(guān)管(Sn和S12); 二次側(cè)滯后開關(guān)管(Sci3和So4)導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)電流由零開始正向上升，控制電路輸出驅(qū)動(dòng)一次側(cè)滯后開關(guān)管(Si3和Si4)導(dǎo)通整流，二次側(cè)諧振電感(Lr2)電流與勵(lì)磁電感(1^)電流相等時(shí)，一次側(cè)電流下降為零，控制電路輸出低電平關(guān)斷一次側(cè)滯后開關(guān)管(S1^PS14K
【文檔編號(hào)】H02M7/219GK105871215SQ201610329180
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】杜貴平, 溫先佳
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)