一种全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器论文和设计-张忠

全文摘要

本实用新型公开了一种全对称型双向LLC谐振直流‑直流变换器，包括变压器，变压器一侧设有第一电路，另一侧设有第二电路；第一电路包括由四个开关管以全桥的方式连接成而成第一桥臂电路，第一桥臂电路连接第一谐振电感和第一谐振电容，第一谐振电感和第一谐振电容串联组成第一谐振腔；第二电路包括由四个开关管以全桥的方式连接成而成第二桥臂电路，第二桥臂电路连接第二谐振电感和第二谐振电容，第二谐振电感和第二谐振电容串联组成第二谐振腔；第一桥臂电路、第一谐振腔、变压器、第二谐振腔和第二桥臂电路串联组成功率回路，开关管本体内均寄生二极管用作整流二极管进行整流。

主设计要求

1.一种全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：包括变压器，所述变压器一侧设有第一电路，另一侧设有第二电路；所述第一电路包括由第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管以全桥的方式连接成而成第一桥臂电路，所述第一桥臂电路连接第一谐振电感和第一谐振电容，所述第一谐振电感和第一谐振电容串联组成第一谐振腔；所述第二电路包括由第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管以全桥的方式连接成而成第二桥臂电路，所述第二桥臂电路连接第二谐振电感和第二谐振电容，所述第二谐振电感和第二谐振电容串联组成第二谐振腔；所述第一桥臂电路、第一谐振腔、变压器、第二谐振腔和第二桥臂电路串联组成功率回路，所述开关管本体内均寄生二极管用作整流二极管进行整流。

设计方案

2.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述第一电路为电源输入端，所述第二电路为电源输出端。

3.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述开关管为MOS管。

4.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述开关管为碳化硅MOS管。

5.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述开关管为IGBT开关器件。

6.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述第一谐振腔、第二谐振腔与所述开关管的频率相同。

7.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述第一桥臂电路的一端与输入电源正极连接，另一端与电源负极连接；所述第二桥臂电路的一端与输入电源正极连接，另一端与电源负极连接。

8.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述二极管正极与所述开关管S极连接，所述二极管负极与所述开关管D极连接。

9.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述第一谐振电感连接于所述第一开关管的S极与第三开关管D极连接处；所述第一谐振电容连接于所述第二开关管的S极与第四开关管D极连接处。

10.根据权利要求1所述的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，其特征在于：所述第二谐振电感连接于所述第六开关管的S极与第八开关管D极连接处；所述第二谐振电容连接于所述第五开关管的S极与第七开关管D极连接处。

设计说明书

技术领域

本发明涉及一种双向直流-直流变换器，具体涉及一种全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器。

背景技术

LLC电路用于进行功率传输，具有传输效率高、功率密度高的优势，因而成为现在设计的主流电路，得到了广泛的应用。但是普通的LLC拓扑不具有双向功率传输的功能、更加不具备双向LLC工作的功能。

同时，现有技术条件下的双向直流-直流变换器双向运行时都是采用硬开关的方式，损耗较大，电压尖峰应力高，EMC效果差。

现有LLC电路的拓扑结构都是采用MOS管反并联二极管的方式，拓扑器件过多，电路结构非常复杂，影响功率密度的提高和PCB布线。

现有的拓扑条件下进行正反向切换需要添加对应的旁路开关来实现。同时，现有条件和拓扑条件下，输出整流部分没有实现同步整流，使用二极管整流，损耗较大，二极管容易发热严重。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种双向直流-直流变换器，实现了双向软开关，运行高效率，开关损耗低，同时功率密度提高。

本实用新型的一个实施例提供了一种全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器，包括变压器，变压器一侧设有第一电路，另一侧设有第二电路；第一电路包括由第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管以全桥的方式连接成而成第一桥臂电路，第一桥臂电路连接第一谐振电感和第一谐振电容，第一谐振电感和第一谐振电容串联组成第一谐振腔；第二电路包括由第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管以全桥的方式连接成而成第二桥臂电路，第二桥臂电路连接第二谐振电感和第二谐振电容，第二谐振电感和第二谐振电容串联组成第二谐振腔；第一桥臂电路、第一谐振腔、变压器、第二谐振腔和第二桥臂电路串联组成功率回路，开关管本体内均寄生二极管用作整流二极管进行整流。

与现有技术相比，本实用新型提供的直流-直流变换器，具有如下优点：

1.在开关管本体内寄生二极管用作整流二极管进行整流，实现了双向软开关。实现了电路的双效运行高效率，开关损耗低，同时功率密度提高。

2.减少了原有电路的反并联二极管，降低了成本也减少了PCB的空间和器件布线的难度。

3.变压器不仅可以隔离和传输能量的作用，还具有电感和调压的功能。

4.同时充分利用两边的谐振腔，正向运行，实现原边开关管ZVS，副边整流管ZCS。

5.原副边的谐振元件在正反向时均正常工作，不需要开关进行切换，同时具有滤波和隔直的作用。

6.正反向运行时只要控制器发出驱动信号驱动对应的MOS管，不需要进行其它的开关切换。

7.通过参数设定使原副边谐振频率一致，原副边的增益特性，结构等工作特性完全一致。

8.副边整流功能可以灵活地根据电压来决定。高压输出时进行MOS管体二极管进行整流，低压大电流输出时可以使用MOS管进行同步整流。

9.全部采用可控性场效应管，工作时器件的利用效率非常高，控制也非灵活。

附图说明

图1所示为本实用新型的全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器的一个实施例的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1，在本实用新型的一个实施例中，全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器可以包括变压器T1，变压器T1一侧设有第一电路，另一侧设有第二电路；第一电路包括由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4以全桥的方式连接成而成第一桥臂电路，第一桥臂电路连接第一谐振电感L1和第一谐振电容C1，第一谐振电感L1和第一谐振电容C1串联组成第一谐振腔；第二电路包括由第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8以全桥的方式连接成而成第二桥臂电路，第二桥臂电路连接第二谐振电感L2和第二谐振电容C3，第二谐振电感L2和第二谐振电容C3串联组成第二谐振腔；第一桥臂电路、第一谐振腔、变压器、第二谐振腔和第二桥臂电路串联组成功率回路，开关管本体内均寄生二极管用作整流二极管进行整流。

请参阅图1，在本实用新型的一个实施例中，第一电路为电源输入端，第二电路为电源输出端。

在本实用新型的一个实施例中，开关管为MOS管。

在本实用新型的一个实施例中，开关管为碳化硅MOS管。

在本实用新型的一个实施例中，开关管为IGBT开关器件。

在本实用新型的一个实施例中，第一谐振腔、第二谐振腔与开关管的频率相同。

请参阅图1，在本实用新型的一个实施例中，第一桥臂电路的一端与输入电源正极连接，另一端与电源负极连接；第二桥臂电路的一端与输入电源正极连接，另一端与电源负极连接。

请参阅图1，在本实用新型的一个实施例中，二极管正极与开关管S极连接，二极管负极与开关管D极连接。

请参阅图1，在本实用新型的一个实施例中，第一谐振电感L1连接于第一开关管Q1的S极与第三开关管Q3D极连接处；第一谐振电容C1连接于第二开关管Q2的S极与第四开关管Q4D极连接处。

请参阅图1，在本实用新型的一个实施例中，第二谐振电感L2连接于第六开关管Q6的S极与第八开关管Q8D极连接处；第二谐振电容连接于第五开关管Q5的S极与第七开关管Q7D极连接处。

如图1所示，当能量从A侧传递到B侧时，A侧工作在谐振开关模式，开关频率等于谐振腔A的固有谐振频率；高压输出时，B侧的开关管Q5～Q8工作在二极管整流模式，低压输出时，B侧的开关管Q5～Q8工作在同步整流模式；当能量从B侧传递到A侧时，则刚好相反。

由于谐振腔A、B的固有谐振频率与开关管Q1～Q8的开关频率保持一致，所以工作在谐振开关模式的开关管实现零电压开通，工作在整流模式下的开关管实现零电流开关。所以无论正反向运行效率都非常高。

无论能量从A侧流向B侧，还是B侧流向A侧，都能工作在谐振点上，实现软开关。同时还可以根据输出电压的高低和功率的大小选择不同的整流工作模式，实现真正意义上的双向高效运行。

本实用新型的变换器电路在开关管本体内寄生二极管用作整流二极管进行整流，实现了双向软开关。实现了电路的双效运行高效率，开关损耗低，同时功率密度提高。减少了原有电路的反并联二极管，降低了成本也减少了PCB的空间和器件布线的难度。

变压器不仅可以隔离和传输能量的作用，还具有电感和调压的功能。同时充分利用两边的谐振腔，正向运行，实现原边开关管ZVS，副边整流管ZCS。

原副边的谐振元件在正反向时均正常工作，不需要开关进行切换，同时具有滤波和隔直的作用。正反向运行时只要控制器发出驱动信号驱动对应的MOS管，不需要进行其它的开关切换。

通过参数设定使原副边谐振频率一致，原副边的增益特性，结构等工作特性完全一致。

副边整流功能可以灵活地根据电压来决定。高压输出时进行MOS管体二极管进行整流，低压大电流输出时可以使用MOS管进行同步整流。

全部采用可控性场效应管，工作时器件的利用效率非常高，控制也非灵活。均采用带有快恢复体二极管的MOS管。MOS管在正向时充当开关器件的功能，反向时充当快恢复二极管的功能；

虽然以上述较佳的实施例对本实用新型做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本实用新型。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本实用新型技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属本实用新型的保护范围。

设计图

一种全对称型双向LLC谐振直流-直流变换器论文和设计

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