一種新型lc串聯(lián)諧振dc/dc變換器和電力電子裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力電子技術領域，更具體地說，涉及一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器和電力電子裝置。
【背景技術】
[0002]如圖1a所示，傳統(tǒng)的LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器包括:依次連接在直流源E與輸出負載Rl之間的開關網(wǎng)絡10、LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20、隔離變壓器Tl以及整流濾波網(wǎng)絡30。輸入電壓Vin經過開關網(wǎng)絡10變換成方波信號，所述方波信號經過LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20產生諧振，諧振信號耦合到隔離變壓器Tl的副邊后，再經過整流濾波網(wǎng)絡30變換為較為平滑的直流電壓Vciut,從而實現(xiàn)DC/DC變換。
[0003]圖1a所示LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的等效電路如圖1b所示，其中:開關Kl與電阻Rl串聯(lián)后接在直流源E的正極與電路節(jié)點A之間；開關K2與電阻R2串聯(lián)后接在直流源E的負極與電路節(jié)點A之間；諧振電容C、諧振電感L、電感的寄生電容rl、電容的寄生電容rc和輸出負載&串聯(lián)后接在直流源E的負極與電路節(jié)點A之間。由圖1b可以看出，直流源E的負極與電路節(jié)點A間的電壓主要是LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20與輸出負載&分壓，因此通過調節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20的阻抗Z即可改變輸出負載&兩端電壓V
[0004]由于LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20的工作頻率f是隨阻抗Z變化的，變化曲線如圖1c所示(f。表示諧振頻率)，因此可通過調節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20的工作頻率f來達到調節(jié)輸出電壓V-的目的。又由于LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20的品質因數(shù)Q越大，圖1c所示曲線就越陡峭，如圖1d所示，因此圖1a所示LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器在現(xiàn)有的調壓方式下為獲得寬范圍的輸出電壓調節(jié)能力，需要為LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20設計較高的品質因數(shù)Q，否則在輕載時會出現(xiàn)輸出電壓V-上漂問題(輕載時需要LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20阻抗非常大，即需要LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20的工作頻率f非常大，但工作頻率f有上限，因此串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20很有可能達不到非常大的阻抗，此時輸出負載&的分壓大于理想值，這就是所謂的輸出電壓Vciut上漂問題)。
[0005]但是，品質因數(shù)Q越高，諧振電感電流I就越大，即諧振能量越大，如圖1e所示，所以在高品質因數(shù)下加大了圖1a所示LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器中晶體管的電壓應力。
[0006]綜上，圖1a所示LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器雖解決了輸出電壓上漂問題，但存在晶體管電壓應力較大的問題。
【實用新型內容】
[0007]有鑒于此，本實用新型提供一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器和電力電子裝置，以解決傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器輸出電壓上漂問題，并降低晶體管電壓應力。
[0008]—種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器，包括依次連接在直流源與輸出負載之間的DC/DC穩(wěn)壓變換電路、開關網(wǎng)絡、諧振電容、隔離變壓器以及整流濾波網(wǎng)絡，其中:
[0009]所述DC/DC穩(wěn)壓變換電路用于實現(xiàn)DC/DC變換及輸出穩(wěn)壓功能；
[0010]所述諧振電容和所述隔離變壓器的漏感構成LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡；
[0011]所述LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡的工作頻率等于或接近諧振頻率；
[0012]所述LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡設計為低品質因數(shù)。
[0013]其中，所述LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡的工作頻率等于或略低于諧振頻率。
[0014]其中，所述DC/DC穩(wěn)壓變換電路為boost穩(wěn)壓電路或buck穩(wěn)壓電路。
[0015]其中，所述boost穩(wěn)壓電路包括輸入電感、輸出電容、第一帶體二極管的開關管以及第二帶體二極管的開關管，其中:
[0016]所述輸入電感的一端同時接所述第一帶體二極管的開關管的輸出端以及所述第二帶體二極管的開關管的輸入端；
[0017]所述輸出電容一端接所述第一帶體二極管的開關管的輸入端，另一端接所述第二帶體二極管的開關管的輸出端；
[0018]所述輸入電感的另一端及所述第二帶體二極管的開關管的輸出端作為所述boost穩(wěn)壓電路的輸入端，所述輸出電容的兩端作為所述boost穩(wěn)壓電路的輸出端。
[0019]其中，所述隔離變壓器為高頻緊密耦合變壓器。
[0020]其中，所述開關網(wǎng)絡為全橋驅動電路或者半橋驅動電路。
[0021]其中，所述整流濾波網(wǎng)絡包括整流電路和濾波電路；所述整流電路為全橋整流電路或半橋整流電路。
[0022]一種電力電子裝置，包括上述公開的任一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器。
[0023]其中，所述電力電子裝置為開關電源。
[0024]從上述的技術方案可以看出，本實用新型通過增設DC/DC穩(wěn)壓變換電路實現(xiàn)寬范圍的DC/DC變換，且DC/DC穩(wěn)壓變換電路的輸出穩(wěn)壓功能以及LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡的工作頻率等于或接近諧振頻率的設計可以保持輸出電壓Vciut的穩(wěn)定性，不存在輕載時輸出電壓Vciut上漂問題；同時，由于本實用新型無需通過設計較高的品質因數(shù)Q來獲得寬范圍的輸出電壓調節(jié)能力，因此可以將品質因數(shù)Q設計得非常低以降低晶體管電壓應力，從而解決了現(xiàn)有技術存在的問題。并且，由于低品質因數(shù)下需要的諧振電感非常小，且對諧振電感的精度要求不高，因而LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡的諧振電感可直接采用隔離變壓器漏感，從而降低了新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的成本，并減小了產品體積。
[0025]此外，在LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡采用低品質因數(shù)Q的前提下，若限定工作頻率f等于或略低于諧振頻率&時，則還可實現(xiàn)隔離變壓器Tl原邊零電流開通、原邊零電流關斷、副邊零電流開通、副邊零電流關斷，從而大大降低器件開關損耗。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1a為現(xiàn)有技術公開的一種傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器結構示意圖；
[0028]圖1b為圖1a所不傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的等效電路結構不意圖；
[0029]圖1c為圖1a所示傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器中LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡的阻抗隨工作頻率變化的曲線；
[0030]圖1d為圖1c所示曲線隨品質因數(shù)Q變化的曲線；
[0031]圖1e為品質因數(shù)與諧振電感電流的關系曲線；
[0032]圖2為本實用新型實施例公開的一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器結構示意圖；
[0033]圖3為所述新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的電路拓撲圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0035]參見圖2，本實用新型實施例公開了一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器，以解決傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器輸出電壓上漂問題，并降低晶體管電壓應力，包括依次連接在直流源E與輸出負載Rl之間的DC/DC穩(wěn)壓變換電路100、開關網(wǎng)絡200、諧振電容C2、隔離變壓器Tl以及整流濾波網(wǎng)絡400，其中:
[0036]DC/DC穩(wěn)壓變換電路100用于實現(xiàn)DC/DC變換及輸出穩(wěn)壓功能；
[0037]諧振電容C2和隔離變壓器Tl的漏感L2構成LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡300 ;
[0038]LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡300的工作頻率f等于或接近諧振頻率f。；
[0039]LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡300設計為低品質因數(shù)。
[0040]為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本實施例針對傳統(tǒng)的LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器，從拓撲結構和參數(shù)設計兩方面做出了改進。其中，對傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器拓撲結構上的改進，主要體現(xiàn)在:增加了具有DC/DC變換和輸出穩(wěn)壓功能的DC/DC穩(wěn)壓變換電路100。對傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器參數(shù)設計上的改進，主要體現(xiàn)在:LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡300的品質因數(shù)Q設計得非常低，并保持工作頻率f等于或接近諧振頻率f。。下面，針對各改進點逐一深入分析。
[0041]為避免以增大品質因數(shù)Q為代價來提高LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的輸出電壓調節(jié)能力，本實施例放棄通過調節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡300的工作頻率f來調節(jié)輸出電壓Vciut,而是改用通過調節(jié)DC/DC穩(wěn)壓變換電路100的變壓比來調節(jié)輸出電壓Vciut，具體為:利用DC/DC穩(wěn)壓變換電路100的DC/DC變換功能對輸入電壓Vin進行升/降壓處理，改變開關網(wǎng)絡200的輸入電壓大小，開關網(wǎng)絡200的輸入電壓大小直接影響輸出電壓Vciut的大小，從而滿足了新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的DC/DC變換需求。DC/DC穩(wěn)壓變換電路100的變壓比設計的越大，新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的輸出電壓Vciut調節(jié)范圍就越寬。
[0042]在滿足新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的DC/DC變換需求的基礎上，還需要保持輸出電壓Vciut的穩(wěn)定性。已知輸入電壓V…波動和輸出負載R J變化是引起輸出電壓V _不穩(wěn)定的兩個因素。傳統(tǒng)的LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器在輸入電壓Vin波動或輸出負載L變化時可以通過調節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡20的工作頻率f來維持輸出電壓V-的穩(wěn)定。而本實施例針對輸入電壓Vin波動所引起的輸出電壓Vciut不穩(wěn)定，則是利用DC/DC穩(wěn)壓變換電路100的輸出穩(wěn)壓功能來保持開關網(wǎng)絡200的輸入電壓穩(wěn)定，使之不隨輸入電壓Vin的波動而波動，從而避免了因輸入電壓Vin變化所引起的輸出電壓V _不穩(wěn)定。
[0043]另外，針對輸出負載RJ變化所引起的輸出電壓Vciut不穩(wěn)定，本實施例則是將LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡300的工作頻率f設計為一個等于或接近諧振頻率f。的固定值，由于工作頻率f等于或接近諧振頻率&時LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡300的阻抗極小，相當于輸出負載L的供電電源的內阻極小，那么輸出負載IV變化對輸出電Svciut的影響基本可以忽略不計，因而避免了因輸出負載RJ變化所引起的輸出電壓V _不穩(wěn)定，那么輸出負載L變?yōu)檩p載時也不會出現(xiàn)輸出電Svciut上漂問題。具體的，可設置工作頻率f的取值范圍為fi?f2，其中，fiSf.。、f2^ f C，且匕和f 2的大小以可避免因輸出負載R J變化所引起的輸出電壓V _不穩(wěn)定為標準來確定。
[0044]由于本實施例無需通過調節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡300的工作頻率f來調節(jié)輸出電壓Vciut，因而自然也不再需要通過設計較高的品質因數(shù)Q來獲得寬范圍的輸出電壓調節(jié)能力，本實施例完全可以采用低品質因數(shù)的設計，也就是Q值低于某一設定閾值的設計，該設定閾值的大小可根據(jù)實際需要設定。本實施