[发明专利]一种基于开关控制电感器的LLC谐振变换器及控制方法

说明书

本发明涉及一种基于开关控制电感器的LLC谐振变换器及控制方法，所述变换器包括依次连接的H桥逆变器、谐振网络、整流网络和低通滤波网络，所述谐振网络包括谐振电感和谐振电容，还包括开关控制电感器SCI，该开关控制电感器与所述谐振电感并联。与现有技术相比，本发明具有结构简单、损耗低等优点。

技术领域

本发明涉及一种LLC谐振变换器，尤其是涉及一种基于开关控制电感器的 LLC谐振变换器及控制方法。

背景技术

紧凑性和成本效益是HVDC和MVDC电力系统的首要要求。作为这些电力系统的重要组成部分，DC-DC变换器等电力电子器件，对整个电力系统的紧凑性指标起着重要的作用。增加变换器系统的开关频率在一定程度上克服了尺寸问题，但也带来了由于寄生电容和电感而导致开关损耗显著增加的问题。应用谐振变换器实现零电流开关(ZCS)或零电压开关(ZVS)以降低开关损耗是目前广泛采用的方法之一。

谐振变换器是DC/DC变换器的一个大类，适用于高频和大功率应用。谐振变换器的工作方式不同于传统的脉冲宽度调制(PWM)控制的硬开关变换器。这类变换器采用谐振池阻抗控制，以单位功率因数实现所需的有功功率传输。谐振变换器通常由H桥逆变器、谐振池网络、整流网络和低通滤波网络构成。根据谐振池元件的串联和并联，谐振变换器分为串联谐振(SRC)、并联谐振(PRC)、LLC和 LCC谐振变换器。与SRC和PRC相比，LCC和LLC谐振变换器具有更高的阶数和更高的性能特性。LCC谐振变换器的突出问题是宽输入/输出电压范围下的高导通损耗以及在低于谐振频率的工作频率下缺乏零电压开关操作。另一方面，LLC是其对应LCC的双重产品，具有几个优点，例如ZVS范围宽、效率高、EMI小和输出电压调节更好等。LLC谐振变换器拓扑的广泛应用范围使其成为许多研究者的潜在选择。

传统上，LLC谐振变换器采用可变开关频率控制策略，而变频控制技术的一个主要缺点是，输出电压调节是以牺牲大工作频率频带为代价的，这使得磁性元件的设计变得复杂。此外，频率控制LLC转换器可能会导致交错变换器的性能恶化。在交错变换器系统中，并联LLC变换器需要在相同的开关频率下工作，以消除移相现象引起的纹波。然而，在相同的开关频率下，由于谐振电感和电容参数的误差，不同LLC变换器模块之间的元件失配会导致电压增益不同。此外，变频控制还存在通过设计参数值来优化性能的问题，轻载或空载时的关键控制问题，以及控制电路复杂的问题。为了克服这些缺点，现有文献中提出了一种基于开关控制电容器 (SCC)的固定频率LLC拓扑结构，但由于其谐振电感尺寸大、谐振池循环电流大，存在很大的局限性。

另外，人们为了提高整个系统的效率，也尝试使用在高电流和高电压下工作的高频变频器。与传统转换器相比，它减轻了重量，然而，它也有一些缺点，如需要高压功率半导体开关、成本高、物理设计困难等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、损耗低的基于开关控制电感器的LLC谐振变换器及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于开关控制电感器的LLC谐振变换器，包括依次连接的H桥逆变器、谐振网络、整流网络和低通滤波网络，所述谐振网络包括谐振电感和谐振电容，还包括开关控制电感器，该开关控制电感器与所述谐振电感并联，所述开关控制电感器为并联型全波SCI。

进一步地，所述开关控制电感器包括线性电感，所述谐振电感和线性电感的电感值取值公式为：

L_a＝L_s(max)

其中，L_a为谐振电感值，L_b为线性电感值，L_s(max)和L_s(min)分别为开关控制电感器与谐振电感并联的等效电感值的最大值和最小值。