谐振变换器、其控制方法以及电子设备

申请号 CN202211289102.0 申请日 2022-10-20 公开(公告)号 CN117955343A 公开(公告)日 2024-04-30
申请人 广州金升阳科技有限公司; 发明人 刘松林;
摘要 本 申请 公开一种谐振变换器、其控制方法以及 电子 设备,谐振变换器包括直流输入源Vin(Ⅰ)、三相逆变桥(Ⅱ)、三相谐振支路(Ⅲ)、双高频 变压器 (Ⅳ)、三相 整流桥 (Ⅴ)和滤波 电路 (Ⅵ)。在拓扑结构上,本申请仅采用两个高频隔离变压器实现一种三相交错的LLC谐振变换器,降低了传统三相交错LLC谐振变换器拓扑的复杂度,利于磁集成设计提升功率 密度 ,也便于优化生产工艺。在控制上,三相逆变桥(Ⅱ)采用移相120°的交错控制,极大的降低了输出 电流 纹波,减小滤波电容的体积。此外,本申请谐振变换器可实现 软 开关 和相间自然均流。在工程应用上,本申请提出的LLC谐振变换器可适用于中大功率应用的直流‑直流变换场合。
权利要求

1.一种谐振变换器,其特征在于:包括直流输入源Vin(Ⅰ)、三相逆变桥(Ⅱ)、三相谐振支路(Ⅲ)、双高频变压器(Ⅳ)、三相整流桥(Ⅴ)和滤波电路(Ⅵ);
所述三相逆变桥(Ⅱ)包括第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)以及第六开关管(S6);
所述三相谐振支路(Ⅲ)具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端以及第三输出端;
所述双高频变压器(Ⅳ)包括第一励磁电感(Lm1)、第二励磁电感(Lm2)、第一变压器(T1)和第二变压器(T2);
所述三相整流桥(Ⅴ)具有第四输入端、第五输入端、第六输入端、第四输出端以及第五输出端;
所述第一开关管(S1)的漏极与所述直流输入源Vin(Ⅰ)的正端电连接,所述第一开关管(S1)的源极分别与所述第二开关管(S2)的漏极和所述第一输入端电连接;所述第三开关管(S3)的漏极和所述第五开关管(S5)的漏极分别与所述第一开关管(S1)的漏极电连接;所述第四开关管(S4)的源极和所述第六开关管(S6)的源极分别与所述第二开关管(S2)的源极电连接,所述第二开关管(S2)的源极与所述直流输入源Vin(Ⅰ)的负端电连接;所述第三开关管(S3)的源极分别与所述第四开关管(S4)的漏极和所述第二输入端电连接;所述第五开关管(S5)的源极分别与所述第六开关管(S6)的漏极和所述第三输入端电连接;
所述第一变压器(T1)的原边侧同名端与所述第一输出端电连接;所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端和所述第二变压器(T2)的原边侧同名端分别与所述第二输出端电连接;
所述第二变压器(T2)的原边侧非同名端与所述第三输出端电连接;
所述第一励磁电感(Lm1)的一端与所述第一变压器(T1)的原边侧同名端电连接,所述第一励磁电感(Lm1)的另一端与所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接;所述第二励磁电感(Lm2)的一端与所述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,所述第二励磁电感(Lm2)的另一端与所述第二变压器(T2)的原边侧非同名端电连接,所述第一变压器(T1)的副边侧同名端与所述第四输入端电连接,所述第一变压器(T1)的副边侧非同名端分别与所述第二变压器(T2)的副边侧同名端以及所述第五输入端电连接,所述第二变压器(T2)的副边侧非同名端与所述第六输入端电连接;
所述第四输出端与所述滤波电路(Ⅵ)的第一端电连接,所述第五输出端与所述滤波电路(Ⅵ)的第二端电连接。
2.根据权利要求1所述的谐振变换器,其特征在于,所述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),
所述第一谐振电容(Cr1)的一端为所述第一输入端,所述第二谐振电容(Cr2)的一端为所述第二输入端,所述第三谐振电容(Cr3)的一端为所述第三输入端;
所述第一谐振电容(Cr1)的另一端与所述第一谐振电感(Lr1)的一端电连接,所述第二谐振电容(Cr2)的另一端与所述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,所述第三谐振电容(Cr3)的另一端与所述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接;
所述第一谐振电感(Lr1)的另一端为所述第一输出端,所述第二谐振电感(Lr2)的另一端为所述第二输出端,所述第三谐振电感(Lr3)的另一端为所述第三输出端。
3.根据权利要求1所述的谐振变换器,其特征在于,所述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),
所述第一谐振电容(Cr1)的一端为所述第一输入端,所述第二谐振电容(Cr2)的一端为所述第二输入端,所述第三谐振电容(Cr3)的一端为所述第三输入端;
所述第一谐振电容(Cr1)的另一端为所述第一输出端,所述第三谐振电容(Cr3)的另一端为所述第三输出端;
所述第一谐振电感(Lr1)的一端与所述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端与所述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接,所述第二谐振电感(Lr2)的另一端以及所述第三谐振电感(Lr3)的另一端分别与所述第二谐振电容(Cr2)的另一端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的一端还与所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端还与所述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的一端以及所述第一谐振电感(Lr1)的另一端构成所述第二输出端。
4.根据权利要求1所述的谐振变换器,其特征在于,所述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),
所述第一谐振电感(Lr1)的一端为所述第一输入端,所述第二谐振电感(Lr2)的一端为所述第二输入端,所述第三谐振电感(Lr3)的一端为所述第三输入端;
所述第一谐振电感(Lr1)的另一端为所述第一输出端,所述第三谐振电感(Lr3)的另一端为所述第三输出端;
所述第一谐振电容(Cr1)的一端与所述第二谐振电容(Cr2)的一端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的另一端与所述第三谐振电容(Cr3)的一端电连接,所述第二谐振电容(Cr2)的另一端与所述第三谐振电容(Cr3)的另一端分别与所述第二谐振电感(Lr2)的另一端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的一端还与所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的另一端还与所述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的一端以及所述第一谐振电容(Cr1)的另一端构成所述第二输出端。
5.根据权利要求1所述的谐振变换器,其特征在于,所述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),
所述第一谐振电感(Lr1)的一端与所述第一谐振电容(Cr1)的一端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端与所述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,所述第二谐振电感(Lr2)的另一端与所述第二谐振电容(Cr2)的一端电连接,所述第二谐振电容(Cr2)的另一端与所述第三谐振电容(Cr3)的一端电连接,所述第三谐振电容(Cr3)的另一端与所述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接,所述第三谐振电感(Lr3)的另一端与所述第一谐振电容(Cr1)的另一端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端还与所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的另一端还与所述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接;
所述第一输入端与所述第一输出端为同一端,所述第三输入端与所述第三输出端为同一端,所述第二谐振电容(Cr2)的另一端为所述第二输入端,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端以及所述第一谐振电容(Cr1)的另一端构成所述第二输出端。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的谐振变换器,其特征在于,所述三相整流桥(Ⅴ)包括第一整流二极管(D1)、第二整流二极管(D2)、第三整流二极管(D3)、第四整流二极管(D4)、第五整流二极管(D5)和第六整流二极管(D6),
所述第一整流二极管(D1)的阳极为所述第四输入端,所述第一整流二极管(D1)的阳极还与所述第二整流二极管(D2)的阴极电连接,所述第三整流二极管(D3)的阳极为所述第五输入端,所述第三整流二极管(D3)的阳极还与所述第四整流二极管(D4)的阴极电连接,所述第五整流二极管(D5)的阳极为所述第六输入端,所述第五整流二极管(D5)的阳极还与所述第六整流二极管(D6)的阴极电连接,
所述第一整流二极管(D1)的阴极为所述第四输出端,所述第二整流二极管(D2)的阳极为所述第五输出端,所述第一整流二极管(D1)的阴极、所述第三整流二极管(D3)的阴极以及所述第五整流二极管(D5)的阴极分别电连接,所述第二整流二极管(D2)、所述第四整流二极管(D4)以及所述第六整流二极管(D6)的阳极分别电连接。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的谐振变换器,其特征在于,所述滤波电路(Ⅵ)包括输出电容(Co)和输出负载(Ro),
所述输出电容(Co)的一端为所述滤波电路(Ⅵ)的第一端,所述输出电容(Co)的另一端为所述滤波电路(Ⅵ)的第二端,所述输出电容(Co)的一端还与所述输出负载(Ro)的一端电连接,所述输出电容(Co)的另一端还与所述输出负载(Ro)的另一端电连接。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的谐振变换器的控制方法,其特征在于,包括:
控制第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制所述第一开关管(S1)和所述第二开关管(S2)的驱动脉冲互补;
控制第三开关管(S3)和第四开关管(S4)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制所述第三开关管(S3)和所述第四开关管(S4)的驱动脉冲互补;
控制第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制所述第五开关管(S5)和所述第六开关管(S6)的驱动脉冲互补;
控制所述第一开关管(S1)、所述第三开关管(S3)和所述第五开关管(S5)的驱动脉冲的相位依次相差120°,并控制所述第二开关管(S2)、所述第四开关管(S4)和所述第六开关管(S6)的驱动脉冲相位依次相差120°。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
同步调节所述第一开关管(S1)、所述第二开关管(S2)、所述第三开关管(S3)、所述第四开关管(S4)、所述第五开关管(S5)和所述第六开关管(S6)的开关频率,以调节所述谐振变换器的电压增益。
10.一种电子设备,其特征在于,包括:
权利要求1至7中任一项所述的谐振变换器;
一个或多个处理器,存储器以及一个或多个程序,其中,所述一个或多个程序被存储在所述存储器中,并且被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行权利要求8或9所述的方法。

说明书全文

谐振变换器、其控制方法以及电子设备

技术领域

[0001] 本申请属于电电子变换器技术领域,涉及一种隔离型DC‑DC变换器拓扑,特别涉及一种谐振变换器、其控制方法以及电子设备。

背景技术

[0002] LLC谐振变换器具有自然的开关特性,原边侧开关管可以实现零电压导通(Zero Voltage Switching,简称为ZVS),副边侧整流二极管可以实现电流关断(Zero Current Switching,简称为ZCS),具有较高的转换效率和功率密度。此外,LLC谐振变换器具有电气隔离、低电磁干扰输出电压可调、结构简单等优点,是一种具有明显优势的软开关型DC‑DC变换器,被广泛的用于数据中心服务器、车载电源、光伏微型逆变器系统等场合。
[0003] 然而,传统单相谐振变换器的输出纹波大,且其输出侧不含滤波电感,输出电流仅由滤波电容进行滤波。在实际应用中,谐振变换器的输出端需配置多个电解电容进行滤波处理,增加了电源转换器的体积,也降低了电源系统的稳定性和寿命。与此同时,单相LLC谐振变换器的功率处理能力有限,一般适用于中小功率应用场合,这也限制了LLC谐振变换器的应用场合。
[0004] 为了提升LLC谐振变换器的输出功率等级,一般采用两相交错并联或多项交错技术。然而,两相交错LLC谐振变换器在谐振参数存在一定偏差(±10%)的情形下,各相电流存在明显的不均流问题,即每相谐振变换器的传输功率存在较大的偏差,导致输出侧电流纹波较大,且极易引起其中一相谐振变换器传输的功率过大而损坏转换器。此外,两相交错LLC谐振变换器的不均流工作特性不利于散热设计和系统的稳定性工作,在实际应用中存在较大的险。
[0005] 为了提升谐振变换器的功率处理能力,降低输出电流纹波,解决多相交错LLC谐振变换器的相间均流问题,本领域的相关学者和工程人员研究了多种三相交错的LLC谐振变换器,其中ChaoFei、FredC.Lee等人在其发表的论文High‑Frequency Three‑Phase Interleaved LLC Resonant Converter With GaN Devices and Integrated Planar Magnetics中介绍了星型(Y)‑星型(Y)连接的三相交错LLC谐振变换器、三形(△)‑三角形(△)连接的三相交错LLC谐振变换器、电容三角形(△)‑星型(Y)‑星型(Y)连接的三相交错LLC谐振变换器及其它三角形(△)/星型(Y)组合的三相交错LLC谐振变换器拓扑。然而,上述三相交错LLC谐振变换器的拓扑结构复杂,均包含三个变压器和三个谐振电感,磁性器件数量多,增加了生产成本和整机体积。发明内容
[0006] 本申请的目的是针对现有技术的不足,为中大功率应用场合提供一种谐振变换器、其控制方法以及电子设备,以提升功率处理能力的同时显著降低输出电流纹波,实现相间自然均流;与传统三相交错LLC谐振变换器相比,本申请的一种LLC谐振变换器降低了整体拓扑的复杂性,可以优化生产工艺,降低生产成本,减小电源体积,具有明显的应用优势。
[0007] 本申请技术方案提供一种谐振变换器,包括直流输入源Vin(Ⅰ)、三相逆变桥(Ⅱ)、三相谐振支路(Ⅲ)、双高频变压器(Ⅳ)、三相整流桥(Ⅴ)和滤波电路(Ⅵ);
[0008] 所述三相逆变桥(Ⅱ)包括第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)以及第六开关管(S6);
[0009] 所述三相谐振支路(Ⅲ)具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端以及第三输出端;
[0010] 所述双高频变压器(Ⅳ)包括第一励磁电感(Lm1)、第二励磁电感(Lm2)、第一变压器(T1)和第二变压器(T2);
[0011] 所述三相整流桥(Ⅴ)具有第四输入端、第五输入端、第六输入端、第四输出端以及第五输出端;
[0012] 所述第一开关管(S1)的漏极与所述直流输入源Vin(Ⅰ)的正端电连接,所述第一开关管(S1)的源极分别与所述第二开关管(S2)的漏极和所述第一输入端电连接;所述第三开关管(S3)的漏极和所述第五开关管(S5)的漏极分别与所述第一开关管(S1)的漏极电连接;所述第四开关管(S4)的源极和所述第六开关管(S6)的源极分别与所述第二开关管(S2)的源极电连接,所述第二开关管(S2)的源极与所述直流输入源Vin(Ⅰ)的负端电连接;所述第三开关管(S3)的源极分别与所述第四开关管(S4)的漏极和所述第二输入端电连接;所述第五开关管(S5)的源极分别与所述第六开关管(S6)的漏极和所述第三输入端电连接;
[0013] 所述第一变压器(T1)的原边侧同名端与所述第一输出端电连接;所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端和所述第二变压器(T2)的原边侧同名端分别与所述第二输出端电连接;所述第二变压器(T2)的原边侧非同名端与所述第三输出端电连接;
[0014] 所述第一励磁电感(Lm1)的一端与所述第一变压器(T1)的原边侧同名端电连接,所述第一励磁电感(Lm1)的另一端与所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接;所述第二励磁电感(Lm2)的一端与所述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,所述第二励磁电感(Lm2)的另一端与所述第二变压器(T2)的原边侧非同名端电连接,所述第一变压器(T1)的副边侧同名端与所述第四输入端电连接,所述第一变压器(T1)的副边侧非同名端分别与所述第二变压器(T2)的副边侧同名端以及所述第五输入端电连接,所述第二变压器(T2)的副边侧非同名端与所述第六输入端电连接;
[0015] 所述第四输出端与所述滤波电路(Ⅵ)的第一端电连接,所述第五输出端与所述滤波电路(Ⅵ)的第二端电连接。
[0016] 可选地,所述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),所述第一谐振电容(Cr1)的一端为所述第一输入端,所述第二谐振电容(Cr2)的一端为所述第二输入端,所述第三谐振电容(Cr3)的一端为所述第三输入端;所述第一谐振电容(Cr1)的另一端与所述第一谐振电感(Lr1)的一端电连接,所述第二谐振电容(Cr2)的另一端与所述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,所述第三谐振电容(Cr3)的另一端与所述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接;所述第一谐振电感(Lr1)的另一端为所述第一输出端,所述第二谐振电感(Lr2)的另一端为所述第二输出端,所述第三谐振电感(Lr3)的另一端为所述第三输出端。
[0017] 可选地,所述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),所述第一谐振电容(Cr1)的一端为所述第一输入端,所述第二谐振电容(Cr2)的一端为所述第二输入端,所述第三谐振电容(Cr3)的一端为所述第三输入端;所述第一谐振电容(Cr1)的另一端为所述第一输出端,所述第三谐振电容(Cr3)的另一端为所述第三输出端;所述第一谐振电感(Lr1)的一端与所述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端与所述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接,所述第二谐振电感(Lr2)的另一端以及所述第三谐振电感(Lr3)的另一端分别与所述第二谐振电容(Cr2)的另一端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的一端还与所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端还与所述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的一端以及所述第一谐振电感(Lr1)的另一端构成所述第二输出端。
[0018] 可选地,所述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),所述第一谐振电感(Lr1)的一端为所述第一输入端,所述第二谐振电感(Lr2)的一端为所述第二输入端,所述第三谐振电感(Lr3)的一端为所述第三输入端;所述第一谐振电感(Lr1)的另一端为所述第一输出端,所述第三谐振电感(Lr3)的另一端为所述第三输出端;所述第一谐振电容(Cr1)的一端与所述第二谐振电容(Cr2)的一端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的另一端与所述第三谐振电容(Cr3)的一端电连接,所述第二谐振电容(Cr2)的另一端与所述第三谐振电容(Cr3)的另一端分别与所述第二谐振电感(Lr2)的另一端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的一端还与所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的另一端还与所述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的一端以及所述第一谐振电容(Cr1)的另一端构成所述第二输出端。
[0019] 可选地,所述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),所述第一谐振电感(Lr1)的一端与所述第一谐振电容(Cr1)的一端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端与所述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,所述第二谐振电感(Lr2)的另一端与所述第二谐振电容(Cr2)的一端电连接,所述第二谐振电容(Cr2)的另一端与所述第三谐振电容(Cr3)的一端电连接,所述第三谐振电容(Cr3)的另一端与所述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接,所述第三谐振电感(Lr3)的另一端与所述第一谐振电容(Cr1)的另一端电连接,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端还与所述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,所述第一谐振电容(Cr1)的另一端还与所述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接;所述第一输入端与所述第一输出端为同一端,所述第三输入端与所述第三输出端为同一端,所述第二谐振电容(Cr2)的另一端为所述第二输入端,所述第一谐振电感(Lr1)的另一端以及所述第一谐振电容(Cr1)的另一端构成所述第二输出端。
[0020] 可选地,所述三相整流桥(Ⅴ)包括第一整流二极管(D1)、第二整流二极管(D2)、第三整流二极管(D3)、第四整流二极管(D4)、第五整流二极管(D5)和第六整流二极管(D6),所述第一整流二极管(D1)的阳极为所述第四输入端,所述第一整流二极管(D1)的阳极还与所述第二整流二极管(D2)的阴极电连接,所述第三整流二极管(D3)的阳极为所述第五输入端,所述第三整流二极管(D3)的阳极还与所述第四整流二极管(D4)的阴极电连接,所述第五整流二极管(D5)的阳极为所述第六输入端,所述第五整流二极管(D5)的阳极还与所述第六整流二极管(D6)的阴极电连接,所述第一整流二极管(D1)的阴极为所述第四输出端,所述第二整流二极管(D2)的阳极为所述第五输出端,所述第一整流二极管(D1)的阴极、所述第三整流二极管(D3)的阴极以及所述第五整流二极管(D5)的阴极分别电连接,所述第二整流二极管(D2)、所述第四整流二极管(D4)以及所述第六整流二极管(D6)的阳极分别电连接。
[0021] 可选地,所述滤波电路(Ⅵ)包括输出电容(Co)和输出负载(Ro),所述输出电容(Co)的一端为所述滤波电路(Ⅵ)的第一端,所述输出电容(Co)的另一端为所述滤波电路(Ⅵ)的第二端,所述输出电容(Co)的一端还与所述输出负载(Ro)的一端电连接,所述输出电容(Co)的另一端还与所述输出负载(Ro)的另一端电连接。
[0022] 而且,本申请还提供了一种所述的谐振变换器的控制方法,所述的控制方法在所述谐振变换器的控制上采用相位相差120°的交错控制方式,实现如下:
[0023] 控制第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制所述第一开关管(S1)和所述第二开关管(S2)的驱动脉冲互补;控制第三开关管(S3)和第四开关管(S4)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制所述第三开关管(S3)和所述第四开关管(S4)的驱动脉冲互补;控制第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制所述第五开关管(S5)和所述第六开关管(S6)的驱动脉冲互补;控制所述第一开关管(S1)、所述第三开关管(S3)和所述第五开关管(S5)的驱动脉冲的相位依次相差120°,并控制所述第二开关管(S2)、所述第四开关管(S4)和所述第六开关管(S6)的驱动脉冲相位依次相差120°。
[0024] 可选地,所述方法还包括:同步调节所述第一开关管(S1)、所述第二开关管(S2)、所述第三开关管(S3)、所述第四开关管(S4)、所述第五开关管(S5)和所述第六开关管(S6)的开关频率,以调节所述谐振变换器的电压增益。
[0025] 根据本申请的实施例的再一方面,还提供了一种电子设备,包括任一种所述的谐振变换器、一个或多个处理器,存储器以及一个或多个程序,其中,所述一个或多个程序被存储在所述存储器中,并且被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法。
[0026] 本申请技术与现有技术方案的本质区别在于,本申请提出的谐振变换器拓扑,包括直流输入源Vin(Ⅰ)、三相逆变桥(Ⅱ)、三相谐振支路(Ⅲ)、双高频变压器(Ⅳ)、三相整流桥(Ⅴ)和滤波电路(Ⅵ)。并且,通过本申请的特定连接方式和交错控制方法,所述谐振变换器仅需两个变压器即可实现一种三相交错的LLC谐振变换器;与传统星型(Y)‑星型(Y)连接的三相交错LLC谐振变换器相比,本申请所述的谐振变换器可减少一个高频隔离变压器,且本申请所述的三相交错LLC谐振变换器的连接方式更简单,降低了三相交错LLC谐振拓扑的复杂度。由于仅采用两个变压器,本申请所述的三相交错LLC谐振变换器利于变压器磁性器件的磁集成设计,可进一步减小整机体积。在工程应用上,所述双变压器结构的三相交错LLC谐振变换器可用于数据中心、服务器电源、车载充电机、新能源发电等中大功率应用场合。
[0027] 本申请具有如下有益优良效果:
[0028] 本申请所述的谐振变换器可以大幅降低输入、输出电流纹波,进而优化滤波电容的设计,节约无源器件的成本,减小整机体积,提升功率密度;
[0029] 本申请所述的谐振变换器具有自然软开关特性,利于提升转换效率;
[0030] 本申请所述的谐振变换器可以实现相间自然均流,避免因相间谐振参数偏差导致单相过载,使得整机工作不正常;
[0031] 本申请所述的谐振变换器采用两个变压器构成三相交错LLC谐振变换器,明显降低了传统三相谐振变换器的复杂度,便于优化生产工艺,节约生产成本;
[0032] 本申请所述的谐振变换器提升了传统单相谐振变换器的输出功率等级,可适用于中大功率应用场合;
[0033] 本申请所述的谐振变换器利于磁性元件的磁集成设计,减小磁性元件体积,提高功率密度。附图说明
[0034] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0035] 图1为现有的星型(Y)‑星型(Y)连接的三相交错LLC谐振变换器;
[0036] 图2为本申请提出的一种谐振变换器;
[0037] 图3为本申请所述的谐振变换器实施例的软开关波形图;
[0038] 图4为本申请所述的谐振变换器实施例的三相谐振支路谐振电感偏差±10%的双高频变压器输出电流波形图;
[0039] 图5为本申请所述的谐振变换器实施例的整流二极管输出电流波形图;
[0040] 图6为本申请所述另一种谐振变换器拓扑,三相谐振支路的谐振电感构成三角形(△)连接;
[0041] 图7为本申请所述另一种谐振变换器拓扑,三相谐振支路的谐振电容构成三角形(△)连接;
[0042] 图8为本申请所述另一种谐振变换器拓扑,三相谐振支路的谐振电感和谐振电容一起构成三角形(△)连接。

具体实施方式

[0043] 需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0044] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
[0045] 需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0046] 应该理解的是,当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时,该元件可直接在该另一元件上,或者也可存在中间元件。而且,在说明书以及权利要求书中,当描述有元件“连接”至另一元件时,该元件可“直接连接”至该另一元件,或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
[0047] 如图1所示,为现有的星型(Y)‑星型(Y)连接的三相交错LLC谐振变换器。该三相谐振变换器的结构复杂,磁性器件包含三个谐振电感和三个变压器。三相变压器的原边侧构成星型(Y)连接,形成中性点O点;三相变压器的副边侧也构成(Y)型连接,形成中性点N点;并且,该拓扑的磁性器件数量多导致整机结构复杂、体积庞大,不利于样机的生产和功率密度的提升。
[0048] 为了解决上述问题,本申请的一种典型的实施方式中,提供了一种谐振变换器、其控制方法以及电子设备。
[0049] 如图2所示,本申请提供了一种谐振变换器,该谐振变换器适用于中大功率的应用场合。图2上述的谐振变换器仅需两个变压器即可实现一种交错连接的三相LLC谐振变换器。与图(1)上述现有的星型(Y)‑星型(Y)连接的三相交错LLC谐振变换器相比,本申请提出的谐振变换器简化了星型(Y)‑星型(Y)连接的三相交错LLC谐振拓扑的复杂性,并且减少了1个高频隔离变压器,简化了变压器之间的连接方式,利于磁性器件的磁集成设计,利于优化生产工艺,提升整机性能。
[0050] 如图2所示,本申请的谐振变换器包括直流输入源Vin(Ⅰ)、三相逆变桥(Ⅱ)、三相谐振支路(Ⅲ)、双高频变压器(Ⅳ)、三相整流桥(Ⅴ)和滤波电路(Ⅵ);上述三相逆变桥(Ⅱ)包括第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)以及第六开关管(S6);上述三相谐振支路(Ⅲ)具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端以及第三输出端;上述双高频变压器(Ⅳ)包括第一励磁电感(Lm1)、第二励磁电感(Lm2)、第一变压器(T1)和第二变压器(T2);上述三相整流桥(Ⅴ)具有第四输入端、第五输入端、第六输入端、第四输出端以及第五输出端;上述第一开关管(S1)的漏极与上述直流输入源Vin(Ⅰ)的正端电连接,上述第一开关管(S1)的源极分别与上述第二开关管(S2)的漏极和上述第一输入端电连接;上述第三开关管(S3)的漏极和上述第五开关管(S5)的漏极分别与上述第一开关管(S1)的漏极电连接;上述第四开关管(S4)的源极和上述第六开关管(S6)的源极分别与上述第二开关管(S2)的源极电连接,上述第二开关管(S2)的源极与上述直流输入源Vin(Ⅰ)的负端电连接;上述第三开关管(S3)的源极分别与上述第四开关管(S4)的漏极和上述第二输入端电连接;上述第五开关管(S5)的源极分别与上述第六开关管(S6)的漏极和上述第三输入端电连接;上述第一变压器(T1)的原边侧同名端与上述第一输出端电连接;上述第一变压器(T1)的原边侧非同名端和上述第二变压器(T2)的原边侧同名端分别与上述第二输出端电连接;上述第二变压器(T2)的原边侧非同名端与上述第三输出端电连接;上述第一励磁电感(Lm1)的一端与上述第一变压器(T1)的原边侧同名端电连接,上述第一励磁电感(Lm1)的另一端与上述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接;上述第二励磁电感(Lm2)的一端与上述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,上述第二励磁电感(Lm2)的另一端与上述第二变压器(T2)的原边侧非同名端电连接,上述第一变压器(T1)的副边侧同名端与上述第四输入端电连接,上述第一变压器(T1)的副边侧非同名端分别与上述第二变压器(T2)的副边侧同名端以及上述第五输入端电连接,上述第二变压器(T2)的副边侧非同名端与上述第六输入端电连接;上述第四输出端与上述滤波电路(Ⅵ)的第一端电连接,上述第五输出端与上述滤波电路(Ⅵ)的第二端电连接。
[0051] 上述的种谐振变换器结构,无需三个变压器,也可以实现相间均流效果,相比现有技术,本申请的谐振变换器结构降低了整体拓扑的复杂性,可以优化生产工艺,降低生产成本,减小电源体积。
[0052] 一种具体的实施例中,如图2所示,上述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),上述第一谐振电容(Cr1)的一端为上述第一输入端,上述第二谐振电容(Cr2)的一端为上述第二输入端,上述第三谐振电容(Cr3)的一端为上述第三输入端;上述第一谐振电容(Cr1)的另一端与上述第一谐振电感(Lr1)的一端电连接,上述第二谐振电容(Cr2)的另一端与上述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,上述第三谐振电容(Cr3)的另一端与上述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接;上述第一谐振电感(Lr1)的另一端为上述第一输出端,上述第二谐振电感(Lr2)的另一端为上述第二输出端,上述第三谐振电感(Lr3)的另一端为上述第三输出端。
[0053] 在具体实施时,本申请上述的谐振变换器除了实施例中的拓扑连接方式外,还存在多种拓展拓扑。以下将详细描述其他的拓扑连接方式。
[0054] 如图6所示,上述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),上述第一谐振电容(Cr1)的一端为上述第一输入端,上述第二谐振电容(Cr2)的一端为上述第二输入端,上述第三谐振电容(Cr3)的一端为上述第三输入端;上述第一谐振电容(Cr1)的另一端为上述第一输出端,上述第三谐振电容(Cr3)的另一端为上述第三输出端;上述第一谐振电感(Lr1)的一端与上述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,上述第一谐振电感(Lr1)的另一端与上述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接,上述第二谐振电感(Lr2)的另一端以及上述第三谐振电感(Lr3)的另一端分别与上述第二谐振电容(Cr2)的另一端电连接,上述第一谐振电感(Lr1)的一端还与上述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,上述第一谐振电感(Lr1)的另一端还与上述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,上述第一谐振电感(Lr1)的一端以及上述第一谐振电感(Lr1)的另一端构成上述第二输出端。本申请实施例中,第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电感(Lr2)以及第三谐振电感(Lr3)构成三角形连接,三个谐振电感的电感感量均为图2所示结构中的谐振电感的电感感量的3倍,整体构成另一种谐振变换器拓扑。
[0055] 如图7所示,上述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),上述第一谐振电感(Lr1)的一端为上述第一输入端,上述第二谐振电感(Lr2)的一端为上述第二输入端,上述第三谐振电感(Lr3)的一端为上述第三输入端;上述第一谐振电感(Lr1)的另一端为上述第一输出端,上述第三谐振电感(Lr3)的另一端为上述第三输出端;上述第一谐振电容(Cr1)的一端与上述第二谐振电容(Cr2)的一端电连接,上述第一谐振电容(Cr1)的另一端与上述第三谐振电容(Cr3)的一端电连接,上述第二谐振电容(Cr2)的另一端与上述第三谐振电容(Cr3)的另一端分别与上述第二谐振电感(Lr2)的另一端电连接,上述第一谐振电容(Cr1)的一端还与上述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,上述第一谐振电容(Cr1)的另一端还与上述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接,上述第一谐振电容(Cr1)的一端以及上述第一谐振电容(Cr1)的另一端构成上述第二输出端。本申请实施例中,上述第一谐振电容(Cr1)、上述第二谐振电容(Cr2)以及上述第三谐振电容(Cr3)构成三角形连接,三个谐振电容的电容容量均为图2所示结构中的谐振电容的电容容量1/3倍,整体构成另一种谐振变换器拓扑。
[0056] 如图8所示,上述三相谐振支路(Ⅲ)包括第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)以及第三谐振电感(Lr3),上述第一谐振电感(Lr1)的一端与上述第一谐振电容(Cr1)的一端电连接,上述第一谐振电感(Lr1)的另一端与上述第二谐振电感(Lr2)的一端电连接,上述第二谐振电感(Lr2)的另一端与上述第二谐振电容(Cr2)的一端电连接,上述第二谐振电容(Cr2)的另一端与上述第三谐振电容(Cr3)的一端电连接,上述第三谐振电容(Cr3)的另一端与上述第三谐振电感(Lr3)的一端电连接,上述第三谐振电感(Lr3)的另一端与上述第一谐振电容(Cr1)的另一端电连接,上述第一谐振电感(Lr1)的另一端还与上述第一变压器(T1)的原边侧非同名端电连接,上述第一谐振电容(Cr1)的另一端还与上述第二变压器(T2)的原边侧同名端电连接;上述第一输入端与上述第一输出端为同一端,上述第三输入端与上述第三输出端为同一端,上述第二谐振电容(Cr2)的另一端为上述第二输入端,上述第一谐振电感(Lr1)的另一端以及上述第一谐振电容(Cr1)的另一端构成上述第二输出端。本申请实施例中,上述第一谐振电容(Cr1)和上述第一谐振电感(Lr1)串联连接,上述第二谐振电容(Cr2)和上述第二谐振电感(Lr2)串联连接,上述第三谐振电容(Cr3)以及上述第三谐振电感(Lr3)串联连接,三个串联支路一起构成三角形连接,每个支路的电感感量均为图2所示结构的串联支路的电感感量的3倍,每个支路的电容容量均为图2所示结构的串联支路的电容容量的1/3倍,整体构成另一种谐振变换器拓扑。
[0057] 根据本申请的另一种具体的实施例,如图2所示,上述三相整流桥(Ⅴ)包括第一整流二极管(D1)、第二整流二极管(D2)、第三整流二极管(D3)、第四整流二极管(D4)、第五整流二极管(D5)和第六整流二极管(D6),上述第一整流二极管(D1)的阳极为上述第四输入端,上述第一整流二极管(D1)的阳极还与上述第二整流二极管(D2)的阴极电连接,上述第三整流二极管(D3)的阳极为上述第五输入端,上述第三整流二极管(D3)的阳极还与上述第四整流二极管(D4)的阴极电连接,上述第五整流二极管(D5)的阳极为上述第六输入端,上述第五整流二极管(D5)的阳极还与上述第六整流二极管(D6)的阴极电连接,上述第一整流二极管(D1)的阴极为上述第四输出端,上述第二整流二极管(D2)的阳极为上述第五输出端,上述第一整流二极管(D1)的阴极、上述第三整流二极管(D3)的阴极以及上述第五整流二极管(D5)的阴极分别电连接,上述第二整流二极管(D2)、上述第四整流二极管(D4)以及上述第六整流二极管(D6)的阳极分别电连接。
[0058] 再一种具体的实施例中,如图2所示,上述滤波电路(Ⅵ)包括输出电容(Co)和输出负载(Ro),上述输出电容(Co)的一端为上述滤波电路(Ⅵ)的第一端,上述输出电容(Co)的另一端为上述滤波电路(Ⅵ)的第二端,上述输出电容(Co)的一端还与上述输出负载(Ro)的一端电连接,上述输出电容(Co)的另一端还与上述输出负载(Ro)的另一端电连接。
[0059] 根据本申请的另一种典型的实施例,还提供了一种上述的谐振变换器的控制方法,具体包括如下步骤:
[0060] 步骤S101,控制第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第一开关管(S1)和上述第二开关管(S2)的驱动脉冲互补;
[0061] 步骤S102,控制第三开关管(S3)和第四开关管(S4)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第三开关管(S3)和上述第四开关管(S4)的驱动脉冲互补;
[0062] 步骤S103,控制第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第五开关管(S5)和上述第六开关管(S6)的驱动脉冲互补;
[0063] 步骤S104,控制上述第一开关管(S1)、上述第三开关管(S3)和上述第五开关管(S5)的驱动脉冲的相位依次相差120°,并控制上述第二开关管(S2)、上述第四开关管(S4)和上述第六开关管(S6)的驱动脉冲相位依次相差120°。
[0064] 上述的控制方法采用相位相差120°的交错控制方式,可以大幅降低输入、输出电流纹波,实现相间自然均流,避免因相间谐振参数偏差导致单相过载,使得整机工作不正常的问题,保证了谐振变换器整体的稳定性较好。
[0065] 需要说明的是,上述的驱动脉冲的占空比都是忽略死区时间得到的占空比。
[0066] 上述的步骤S101至步骤S104的执行顺序并不限于顺序执行,本领域技术人员可以根据实际情况调整这几个步骤的执行顺序。
[0067] 具体地,上述方法还包括:同步调节上述第一开关管(S1)、上述第二开关管(S2)、上述第三开关管(S3)、上述第四开关管(S4)、上述第五开关管(S5)和上述第六开关管(S6)的开关频率,以调节上述谐振变换器的电压增益。通过同步调节谐振变换器的三相逆变桥(Ⅱ)中各个开关管的开关频率,可以实现对其电压增益的灵活调整。
[0068] 需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0069] 本申请实施例还提供了一种上述的谐振变换器的控制装置,需要说明的是,本申请实施例的谐振变换器的控制装置可以用于执行本申请实施例所提供的用于谐振变换器的控制方法。以下对本申请实施例提供的谐振变换器的控制装置进行介绍。
[0070] 该装置包括第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元以及第四控制单元,其中,上述第一控制单元用于控制第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第一开关管(S1)和上述第二开关管(S2)的驱动脉冲互补;上述第二控制单元用于控制第三开关管(S3)和第四开关管(S4)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第三开关管(S3)和上述第四开关管(S4)的驱动脉冲互补;上述第三控制单元用于控制第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第五开关管(S5)和上述第六开关管(S6)的驱动脉冲互补;上述第四控制单元用于控制上述第一开关管(S1)、上述第三开关管(S3)和上述第五开关管(S5)的驱动脉冲的相位依次相差120°,并控制上述第二开关管(S2)、上述第四开关管(S4)和上述第六开关管(S6)的驱动脉冲相位依次相差120°。
[0071] 具体地,上述装置还包括同步单元,上述同步单元用于同步调节上述第一开关管(S1)、上述第二开关管(S2)、上述第三开关管(S3)、上述第四开关管(S4)、上述第五开关管(S5)和上述第六开关管(S6)的开关频率,以调节上述谐振变换器的电压增益。通过同步调节谐振变换器的三相逆变桥(Ⅱ)中各个开关管的开关频率,可以实现对其电压增益的灵活调整。
[0072] 上述谐振变换器的控制装置包括处理器和存储器,上述的第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元以及第四控制单元等均作为程序单元存储在存储器中,由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
[0073] 处理器中包含内核,由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上,通过调整内核参数来解决本申请上述的技术问题。
[0074] 存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器,随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式,如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM),存储器包括至少一个存储芯片。
[0075] 本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时实现上述谐振变换器的控制方法。
[0076] 本申请实施例提供了一种处理器,上述处理器用于运行程序,其中,上述程序运行时执行上述谐振变换器的控制方法。
[0077] 本申请实施例提供了一种设备,设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序,处理器执行程序时实现至少以下步骤:
[0078] 步骤S101,控制第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第一开关管(S1)和上述第二开关管(S2)的驱动脉冲互补;
[0079] 步骤S102,控制第三开关管(S3)和第四开关管(S4)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第三开关管(S3)和上述第四开关管(S4)的驱动脉冲互补;
[0080] 步骤S103,控制第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第五开关管(S5)和上述第六开关管(S6)的驱动脉冲互补;
[0081] 步骤S104,控制上述第一开关管(S1)、上述第三开关管(S3)和上述第五开关管(S5)的驱动脉冲的相位依次相差120°,并控制上述第二开关管(S2)、上述第四开关管(S4)和上述第六开关管(S6)的驱动脉冲相位依次相差120°。
[0082] 本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
[0083] 本申请还提供了一种计算机程序产品,当在数据处理设备上执行时,适于执行初始化有至少如下方法步骤的程序:
[0084] 步骤S101,控制第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第一开关管(S1)和上述第二开关管(S2)的驱动脉冲互补;
[0085] 步骤S102,控制第三开关管(S3)和第四开关管(S4)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第三开关管(S3)和上述第四开关管(S4)的驱动脉冲互补;
[0086] 步骤S103,控制第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的驱动脉冲的占空比分别为0.5,且控制上述第五开关管(S5)和上述第六开关管(S6)的驱动脉冲互补;
[0087] 步骤S104,控制上述第一开关管(S1)、上述第三开关管(S3)和上述第五开关管(S5)的驱动脉冲的相位依次相差120°,并控制上述第二开关管(S2)、上述第四开关管(S4)和上述第六开关管(S6)的驱动脉冲相位依次相差120°。
[0088] 根据本申请实施例的又一方面,还提供了一种电子设备,包括任一种上述的谐振变换器、一个或多个处理器,存储器以及一个或多个程序,其中,上述一个或多个程序被存储在上述存储器中,并且被配置为由上述一个或多个处理器执行,上述一个或多个程序包括用于执行上述的方法。
[0089] 上述电子设备可以应用于数据中心、服务器电源、车载充电机、新能源发电等中大功率应用场合。
[0090] 为了使得本领域技术人员更加清楚直观地理解本申请的技术方案,下面将结合具体实施例进行说明。
[0091] 实施例1
[0092] 如图2所示,上述的谐振变换器由直流输入源Vin(Ⅰ)、三相逆变桥(Ⅱ)、三相谐振支路(Ⅲ)、双高频变压器(Ⅳ)、三相整流桥(Ⅴ)和滤波电路(Ⅵ)构成;
[0093] 在具体实施时,其结构实现如下:
[0094] 三相逆变桥(Ⅱ)由第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)组成;
[0095] 三相谐振支路(Ⅲ)由第一谐振电容(Cr1)、第一谐振电感(Lr1)、第二谐振电容(Cr2)、第二谐振电感(Lr2)、第三谐振电容(Cr3)、第三谐振电感(Lr3)组成;
[0096] 双高频变压器(Ⅳ)由第一变压器(T1)和第二变压器(T2)组成;并且第一变压器(T1)的变比和第二变压器(T2)的变比相同,即n=n1=n2=Np:Ns;
[0097] 其中,n表示变压器的变比,Np表示变压器原边绕组的数,Ns表示变压器副边绕组的匝数;n1为第一变压器(T1)的变比,n2为第二变压器(T2)的变比;
[0098] 特别的, 其中Vin为直流输入源Vin(Ⅰ)的电压值,Vo为输出负载(Ro)的输出电压值;并且,双高频变压器的变比n=n1=n2,变比n可由直流输入源Vin(Ⅰ)的电压值Vin和输出电压值Vo确定;
[0099] 三相整流桥(Ⅴ)由第一整流二极管(D1)、第二整流二极管(D2)、第三整流二极管(D3)、第四整流二极管(D4)、第五整流二极管(D5)和第六整流二极管(D6)组成;
[0100] 滤波电路(Ⅵ)由输出电容(Co)和输出负载(Ro)组成;
[0101] 具体实施时,各部分的连接关系如下:
[0102] 上述三相逆变桥(Ⅱ)的第一开关管(S1)的漏极连于直流输入源Vin(Ⅰ)的正端,第一开关管(S1)的源极连于第二开关管(S2)的漏极和第一谐振电容(Cr1)的一端,连接点为A;第三开关管(S3)的漏极和第五开关管(S5)的漏极同时连于第一开关管(S1)的漏极和直流输入源Vin(Ⅰ)的正端;第四开关管(S4)的源极和第六开关管(S6)的源极同时连于第二开关管(S2)的源极和直流输入源Vin(Ⅰ)的负端;第三开关管(S3)的源极连于第四开关管(S4)的漏极和第二谐振电容(Cr2)的一端,连接点为B;第五开关管(S5)的源极连于第六开关管(S6)的漏极和第三谐振电容(Cr3)的一端,连接点为C;
[0103] 上述三相谐振支路(Ⅲ)的第一谐振电容(Cr1)的另一端连于第一谐振电感(Lr1)的一端,构成A相谐振支路,第一谐振电感(Lr1)的另一端连于第一变压器(T1)的原边侧同名端;第二谐振电容(Cr2)的另一端连于第二谐振电感(Lr2)的一端,构成B相谐振支路,第二谐振电感(Lr2)的另一端连于第一变压器(T1)的原边侧非同名端和第二变压器(T2)的原边侧同名端,连接点为N;第三谐振电容(Cr3)的另一端连于第三谐振电感(Lr3)的一端,构成C相谐振支路,第三谐振电感(Lr3)的另一端连于第二变压器(T2)的原边侧非同名端;
[0104] 上述双高频变压器(Ⅳ)的第一励磁电感(Lm1)的一端连于第一变压器(T1)的原边侧同名端和第一谐振电感(Lr1)的另一端,第一励磁电感(Lm1)的另一端连于第一变压器(T1)的原边侧非同名端;第二励磁电感(Lm2)的一端连于第二变压器(T2)的原边侧同名端,第二励磁电感(Lm2)的另一端连于第二变压器(T2)的原边侧非同名端;第一变压器(T1)的原边侧非同名端连于第二变压器(T2)的原边侧同名端;第一变压器(T1)的副边侧同名端连于第一整流二极管(D1)的阳极和第二整流二极管(D2)的阴极,连接点为X;第一变压器(T1)的副边侧非同名端连于第二变压器(T2)的副边侧同名端和第三整流二极管(D3)的阳极、第四整流二极管(D4)的阴极,连接点为Y(O),其中Y点和O点为同一公共点;第二变压器(T2)的副边侧非同名端连于第五整流二极管(D5)的阳极和第六整流二极管(D6)的阴极,连接点为Z;
[0105] 三相整流桥(Ⅴ)的第一整流二极管(D1)的阳极连于第二整流二极管(D2)的阴极;第三整流二极管(D3)的阳极连于第四整流二极管(D4)的阴极;第五整流二极管(D5)的阳极连于第六整流二极管(D6)的阴极;第一整流二极管(D1)的阴极连于第三整流二极管(D3)的阴极和第五整流二极管(D5)的阴极;第二整流二极管(D2)的阳极连于第四整流二极管(D4)的阳极和第六整流二极管(D6)的阳极;
[0106] 滤波电路(Ⅵ)中输出电容(Co)的一端连于第五整流二极管(D5)的阴极和输出负载(Ro)的一端;输出电容(Co)的另一端连于第六整流二极管(D6)的阳极和输出负载(Ro)的另一端。
[0107] 实施例2
[0108] 具体实施时,图6为本申请上述的另一种谐振变换器拓扑,三相谐振支路的谐振电感构成三角形(△)连接,其电感感量均为原来的3倍,谐振变换器中的其他结构与图2的连接方式相同。
[0109] 实施例3
[0110] 具体实施时,图7为本申请上述的另一种谐振变换器拓扑,三相谐振支路的谐振电容构成三角形(△)连接,其电容感量均为原来的1/3倍,谐振变换器中的其他结构与图2的连接方式相同。
[0111] 实施例4
[0112] 具体实施时,图8为本申请上述的另一种谐振变换器拓扑,三相谐振支路的谐振电容和谐振电感一起构成三角形(△)连接,其电容感量均为原来的1/3倍,电感感量均为原来的3倍。谐振变换器中的其他结构与图2的连接方式相同。
[0113] 实施例5
[0114] 本申请上述的一种谐振变换器在控制上采用相位相差120°的交错控制方式,具体实现如下:
[0115] 第一开关管(S1)和第二开关管(S2)驱动脉冲的占空比各为0.5(忽略死区时间),且第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的驱动脉冲互补;第三开关管(S3)和第四开关管(S4)驱动脉冲的占空比各为0.5(忽略死区时间),且第三开关管(S3)和第四开关管(S4)的驱动脉冲互补;第五开关管(S5)和第六开关管(S6)驱动脉冲的占空比各为0.5(忽略死区时间),且第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的驱动脉冲互补;而且,第一开关管(S1)、第三开关管(S3)和第五开关管(S5)的相位依次相差120°;第二开关管(S2)、第四开关管(S4)和第六开关管(S6)的相位依次相差120°;通过同步调节第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)和第六开关管(S6)的开关频率即可实现电压增益的调节;
[0116] 在具体实施时,本申请上述的谐振变换器的直流输入源Vin(Ⅰ)的电压值Vin为400V,输出电压值Vo为48V,额定输出功率为3000W,开关频率为109kHz,死区时间为300ns,谐振电容Cr=Cr1=Cr2=Cr3=76nF,谐振电感Lr=Lr1=Lr2=Lr3=28uH,励磁电感Lm=Lm1=Lm2=336uH,其中,Cr1为第一谐振电容(Cr1)的电容值,Cr2为第二谐振电容(Cr2)的电容值,Cr3为第三谐振电容(Cr3)的电容值,Lr1为第一谐振电感(Lr1)的电感量,Lr2为第二谐振电感(Lr2)的电感量,Lr3为第三谐振电感(Lr3)的电感量,Lm1为第一励磁电感(Lm1)的电感量,Lm2为第二励磁电感(Lm2)的电感量,高频变压器变比n=n1=n2=25:3,输出电容Co的大小为
10uF,输出负载Ro为0.768Ω。需要说明的是,上述具体实施例的电路参数仅为了便于本领域内的工程技术人员更好理解本申请的技术方案,而本申请的具体实施方式并不局限于此。
[0117] 图3所示为本申请上述的谐振变换器实施例的原边侧同一桥臂上下开关管的软开关波形图;图3中,Vgs1和Vgs2分别表示第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的驱动脉冲;VDS1和VDS2分别表示第一开关管(S1)和第二开关管(S2)的漏源极两端的电压;当第一开关管(S1)的驱动脉冲Vgs1触发之前,第一开关管(S1)的漏源极电压VDS1下降为0,第一开关管(S1)实现零电压导通,其开通损耗可忽略。当第二开关管(S2)的驱动脉冲Vgs2触发之前,第二开关管(S2)的漏源极电压VDS2下降为0,第二开关管(S2)实现零电压导通,其开通损耗可忽略。同理,第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)均可实现零电压导通,可以有效降低上述双变压器结构的三相交错LLC谐振变换器的开关损耗,利于提升转换效率;
[0118] 图4所示为本申请上述的谐振变换器实施例的三相谐振参数存在偏差时的双高频变压器输出电流波形图;图4中,is1表示第一变压器(T1)的副边侧同名端的输出电流;is2表示第一变压器(T1)副边侧非同名端和第二变压器(T2)副边侧同名端公共点O的输出电流;is3表示第二变压器(T2)的副边侧非同名端的输出电流;is1、is2和is3的电流相位依次相差
120°;
[0119] 当三相谐振支路的谐振参数出现偏差时,第一谐振电感(Lr1)偏差﹢10%,第一谐振电感(Lr1)感量Lr1=30.8uH,第二谐振电感(Lr2)不变,第二谐振电感(Lr2)感量Lr2=28uH,第三谐振电感(Lr3)偏差‑10%,第三谐振电感(Lr2)感量Lr3=25.2uH;图4中,在三相谐振支路的谐振参数偏差±10%的情形下,双高频变压器的输出电流实现自然均流,计算得到相间最大不均流度为11.82%,均流效果明显。
[0120] 图5所示为本申请上述的谐振变换器实施例的输出电流波形图;图5中,iD1、iD2、iD3、iD4、iD5、iD6分别表示流过第一整流二极管(D1)、第二整流二极管(D2)、第三整流二极管(D3)、第四整流二极管(D4)、第五整流二极管(D5)、第六整流二极管(D6)的电流波形,icc表示流入输出电容(Co)之前的电流;很明显,本申请上述的谐振变换器可以大幅降低输出电流纹波,优化滤波电容的设计,减小滤波电容的体积,提升系统的功率密度和工作的稳定性;
[0121] 当三相谐振支路的谐振变换器件因工艺偏差导致谐振参数不一致,上述谐振变换器可以实现三相谐振支路的相间自然均流;上述谐振变换器的副边侧输出电流纹波小,可优化滤波电容的设计,减小滤波电容的体积,提升整机寿命;与传统单相谐振变换器相比,上述谐振变换器提升了输出功率等级;与传统星型(Y)‑星型(Y)连接的三相谐振变换器相比,上述谐振变换器减少了一个高频隔离变压器,降低了三相谐交错LLC振变换器的复杂度,可优化生产工艺;
[0122] 本申请的谐振变换器可以应用于数据中心、服务器电源、车载充电机、光伏微型逆变器系统、储能系统、新能源发电等中大功率应用场合。
[0123] 在本申请的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
[0124] 在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如上述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
[0125] 上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0126] 另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0127] 上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0128] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
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