[发明专利]一种宽范围输出LLC谐振式DC-DC变换器

说明书

本发明公开了一种宽范围输出LLC谐振式DC‑DC变换器，包括开关单元、LLC谐振电路、变压器、整流电路、拓扑重构电路和输出电路，变压器原边并联，变压器原边通过LLC谐振电路与开关单元电连接，开关单元与电源电连接；变压器副边通过整流电路与拓扑重构电路电连接，拓扑重构电路与输出电路电连接；拓扑重构电路包括辅助开关管和辅助二极管，辅助开关管串联在两个整流电路之间，辅助二极管连接在整流电路和输出电路间，拓扑重构电路通过辅助开关管被配置为串联连接或并联连接。本发明提供的宽范围输出LLC谐振式DC‑DC变换器，通过对二次整流器的连接结构的自适应配置，可在较窄的开关频率范围内，实现较宽的输出电压范围。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种宽范围输出LLC谐振式DC-DC变换器。

背景技术

LLC谐振变换器是一种具有软开关、高功率密度和高效率等优越性能的谐振变换器，也是目前流行的隔离型DC-DC拓扑之一，并且在LED驱动器、电池充电器、电动汽车、可再生能源发电系统等领域中，LLC谐振变换器均得到了广泛的应用。

LLC谐振变换器采用脉冲调频(Pulse Frequency Modulation,PFM)来调节输出电压，并且根据开关频率可以分为两个工作区域。当开关频率小于谐振频率时，变压器原边的开关管可以实现零电压软开关，变压器副边的二极管可以实现零电流软关断；当开关频率大于谐振频率时，变压器原边的开关管可以实现零电压软开关，且LLC谐振变换器的增益曲线较为平坦。因此，LLC谐振变换器的输出电压范围若在较宽的范围内变化，则开关频率也将在一个非常宽的范围内变化。

目前，为了使LLC谐振变换器在保持高效率的同时还能够实现宽输出电压，现有技术提出了多种LLC谐振变换器，但这些LLC谐振变换器均无法实现在较窄的频率变化范围内实现较宽的电压增益范围。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种宽范围输出LLC谐振式DC-DC变换器，解决了现有技术中的LLC谐振变换器无法实现在较窄的频率变化范围内实现较宽的电压增益范围的技术问题。

本发明提供了一种宽范围输出LLC谐振式DC-DC变换器，包括开关单元、LLC谐振电路、变压器、整流电路、拓扑重构电路和输出电路，其中，

LLC谐振电路、变压器和整流电路的数量均为N个，N为大于1的正整数；

N个变压器的原边并联连接，且每个变压器的原边分别通过一个LLC谐振电路与开关单元的输出端电连接，开关单元的输入端与电源的输出端电连接；

每个变压器的副边分别通过一个整流电路与拓扑重构电路的输入端电连接，拓扑重构电路的输出端与输出电路的输入端电连接；

拓扑重构电路包括N-1个辅助开关管和N个辅助二极管，其中，每个辅助开关管串联在相邻的两个整流电路之间，每个辅助二极管连接在每个整流电路的输出端和输出电路的输入端之间，拓扑重构电路用于通过辅助开关管将N个变压器的副边配置为串联连接或并联连接。

进一步的，开关单元为半桥式开关电路、全桥式开关电路、NPC三电平式开关电路和级联式三电平开关电路中的其中之一。

进一步的，LLC谐振电路包括依次串联的谐振电感、谐振电容器和励磁电感，其中，谐振电感的输入端与开关单元的输出端电连接，励磁电感与变压器的原边并联连接。

进一步的，整流电路为全波整流电路或全桥整流电路。

进一步的，宽范围输出LLC谐振式DC-DC变换器包括高增益工作模式和低增益工作模式：

当宽范围输出LLC谐振式DC-DC变换器处于高增益工作模式时，N-1个辅助开关管均被配置为连通状态，N个辅助二极管均处于反向截止状态，N个整流电路串联连接；