[发明专利]一种准Z源LLC谐振变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了DC‑DC变换设备技术领域的一种准Z源LLC谐振变换器及其控制方法，包括直流电源、储能电感、第一开关管、第一二极管、第二电容、第一耦合变压器、桥臂开关管单元、LLC谐振单元、第二耦合变压器；通过单极性的PWM+PFM控制方法控制变换器中所有开关管的导通时间和频率，将频率控制在谐振点附近；并结合预先设置的桥臂开关管单元的死区时间，令所有源元件均实现软开关，提高了变换器的效率。本发明实现了占空比、开关频率和匝比三自由度调节，避免了高压增益极限占空比与极限频率，能够在增加电路可靠性的同时进一步提高变换器的增益。

技术领域

本发明涉及一种宽范围输入高增益的准Z源LLC谐振变换器及其控制方法，属于DC-DC变换设备技术领域。

背景技术

近年来，越来越多的设备需要用于高压场所，如光伏并网系统、高压直流输电系统、微电源并网等。高增益DC-DC变换器作为可再生能源与能源系统的接口装置，在微电网、可再生能源分布式发电等系统中扮演着重要的角色。在可再生能源发电中，风力发电和光伏发电会存在产生的电压不稳定的问题，因此寻求一个宽范围电压输入的高增益DC-DC变换器是很有必要的。

从20世纪九十年代提出多元件谐振电路至今，高增益LLC变换器也不断发展。由于LLC电路能在输入电压和负载变化范围很大的情况下有良好的电压调节特性，因此以各种半桥式、全桥式、多电平型LLC串联谐振变换器（LLC-SRC，LLC Series ResonantConverter）的升压电路相继被提出和研究，以实现较宽输入电压范围和较高电压增益。然而，现有的LLC电路的电压增益仍然难以满足电网快速发展的需求，而光伏电池在微电网并网中也需要电气隔离来确保微电网的总体安全性。因此，寻求一种更宽电压输入、更高效率、更高增益，并结合LLC电路本身优势的DC-DC变换器已成为本研究领域的热点。

发明内容

为了解决目前很多结合LLC电路的高增益变换器具有输入电压范围小，电压增益较低的问题，本发明提出了一种准Z源LLC谐振变换器及其控制方法，在准Z源原有的基础上，通过在储能电感与地之间加一个同步开关管（即第一开关管）对准Z源进行优化，在准Z源后面也加入第一耦合变压器并且进行隔离，在增加电路可靠性的同时也可进一步提高变换器的增益，其电压增益高，输入电流持续，桥臂开关管单元中的多个开关管可零电压导通（即ZVS导通），进而降低损耗。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

第一方面，本发明提出了一种准Z源LLC谐振变换器，包括直流电源、储能电感、第一开关管、第一二极管、第二电容、第一耦合变压器、桥臂开关管单元、LLC谐振单元、第二耦合变压器；所述直流电源的正极和储能电感的一端相连，所述第一开关管并联在直流电源的负极和储能电感的另一端之间，所述储能电感的另一端分别与第一二极管的阳极和第二电容的负极相连，所述第一二极管的阴极与所述第一耦合变压器的原边的同名端相连，所述第一耦合变压器的副边与负载侧相连，所述第二电容的负极分别与所述第一耦合变压器的原边的异名端和所述桥臂开关管单元的输入端相连，所述桥臂开关管单元的输出端与所述LLC谐振单元的谐振腔相连，所述第二耦合变压器的原边并联在谐振腔的一侧，所述第二耦合变压器的副边与负载侧相连。

结合第一方面进一步的，还包括第三电容和第二二极管；所述第一耦合变压器的副边的同名端与第三电容的负极连接，所述第三电容的正极连接负载侧，所述第一耦合变压器的副边的异名端与第二二极管的阳极连接，第三电容的正极与第二二极管的阴极连接。

结合第一方面，进一步的，所述变换器还包括第一电容，所述第一电容并联在直流电源的负极和第一二极管的阴极之间。

结合第一方面，进一步的，所述第一耦合变压器的原边与副边的绕组匝数比为1：n。

结合第一方面，进一步的，所述桥臂开关管单元包括4个开关管，第一开关管和桥臂开关管单元中的4个开关管均反并联二极管和缓冲电容。