一种用于实现LLC电路交错并联的两级组合电路

技术领域

本发明涉及功率充电机或DC/DC电源领域，尤其涉及到一种用于实现LLC电路交错并联的两级组合电路。

背景技术

目前，涉及大功率转换器的主电路，特别是用在高电压输出场合的主电路，其大多采用的是LLC拓扑。由于LLC的输出电流峰峰值太大，在低压大电流应用场合下面临极大的挑战。

为了解决上述问题，现有的解决方式是通过LLC交错并联，LLC输出电流纹波的均方根值可以从单路时的48％降到交错并联时的12％，使得交错并联的LLC输出电流纹波与传统的带输出滤波电感的电路电流纹波类似，从而可以极大的降低LLC的设计难度。

例如申请号为201910052465。4的专利申请文件公开了一种并联交错LLC电路，其包括：第一均衡电容和第二均衡电容，第一均衡电容的一端与电源的正极相连，第一均衡电容与第二均衡电容串联相连，第二均衡电容的另一端与电源的负极相连；第一LLC谐振变换器和第二LLC谐振变换器，第一LLC谐振变换器的输出端与第二LLC谐振变换器的输出端并联连接，第一LLC谐振变换器的输入端与第一均衡电容并联连接，第二LLC谐振变换器的输入端与第二均衡电容并联连接；控制电路，控制电路分别与两LLC谐振变换器相连，用于控制两LLC谐振变换器进行交错并联工作。

上述交错并联LLC电路，通过控制电路对两个LLC谐振变换器进行控制，可实现两LLC谐振变换器的交错并联，但并没有解决两路电路的电流均衡问题。

因此，有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于实现LLC电路交错并联的两级组合电路，

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于实现LLC电路交错并联的两级组合电路，包括

并联设置的第一LLC电路和第二LLC电路，

与第一LLC电路的输入端连接并构成主回路的第一BUCK电路，

与第二LLC电路的输入端连接并构成副回路的第二BUCK电路，

以及用于控制所述主回路和副回路的外围控制电路。

进一步的，所述外围控制电路包括PWM控制芯片、以及与PWM控制芯片连接的MCU；PWM控制芯片与第一BUCK电路连接，并通过输出PWM控制脉冲控制主回路；MCU分别与PWM控制芯片、第一BUCK电路和第二BUCK电路连接，MCU复制所述PWM控制脉冲，并根据采集到的第一BUCK电路和第二BUCK电路的电流值，对所述PWM控制脉冲进行相位和脉宽调整后，获得相位交错的副回路控制信号。

进一步的，所述第一BUCK电路和第二BUCK电路的输入端连接直流电源，第一BUCK电路和第二BUCK电路的输出端分别连接第一LLC电路或第二LLC电路。

进一步的，所述第一BUCK电路包括电流互感器CT1，电流互感器CT1的一端连接直流电源，电流互感器CT1的另一端连接主开关管Q1，主开关管Q1与MCU的DR1端口连接，主开关管Q1的另一端连接有电感L1和二极管D1，第一BUCK电路输出的电流经电容C1滤波后输入第一LLC电路。

进一步的，所述第二BUCK电路包括电流互感器CT2，电流互感器CT2的一端连接直流电源，电流互感器CT2的另一端连接主开关管Q2，主开关管Q2与MCU的DR2端口连接，主开关管Q2的另一端连接有电感L2和二极管，BUCK电路输出的电流经电容C2滤波后输入第二LLC电路。

进一步的，所述第一LLC电路包括串联的主开关管Q3和主开关管Q4，主开关管Q3和主开关管Q4与串联的主开关管Q5和主开关管Q6构成全桥的前后臂，在主开关管Q3和主开关管Q4之间设有谐振电容LS1，谐振电容LS1与与变压器T1的一端连接，变压器T1的另一端设有二极管D3和二极管D4。

进一步的，所述第二LLC电路包括串联的主开关管Q7和主开关管Q8，主开关管Q7和主开关管Q8与串联的主开关管Q9和主开关管Q10构成全桥的前后臂，在主开关管Q7和主开关管Q8之间设有谐振电容LS2，谐振电容LS2与与变压器T2的一端连接，变压器T2的另一端设有二极管D5和二极管D6。

进一步的，所述第一LLC电路和第二LLC电路的驱动信号为定频交错驱动信号，其来自于MCU的输出。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1。电路为传统PWM和LLC两级结合，本身就能发挥各自优势，总体效率也不低于单级电路，PWM调整电路能适合负载大范围变化。LLC电路定频工作在谐振状态，交错并联后输出纹波电流大大降低。

2。电路调整构型仍然属于PWM，较之单极LLC电路，环路设计简单，输出范围大，负载调整范围宽。

3。电路除PWM模拟控制外，其余部分可以采用MCU数字处理，不需要闭环算法，可以用简单编程实现。

附图说明

图1是本发明所述的用于实现LLC电路交错并联的两级组合电路的示意图。

图2是本发明所述的外围控制电路的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，本发明提出的一种用于实现LLC电路交错并联的两级组合电路，包括

并联设置的第一LLC电路和第二LLC电路，

与第一LLC电路的输入端连接并构成主回路的第一BUCK电路，

与第二LLC电路的输入端连接并构成副回路的第二BUCK电路，

以及用于控制所述主回路和副回路的外围控制电路。

所述外围控制电路包括PWM控制芯片、以及与PWM控制芯片连接的MCU；PWM控制芯片与第一BUCK电路连接，并通过输出PWM控制脉冲控制主回路；MCU分别与PWM控制芯片、第一BUCK电路和第二BUCK电路连接，MCU复制所述PWM控制脉冲，并根据采集到的第一BUCK电路和第二BUCK电路的电流值，对所述PWM控制脉冲进行相位和脉宽调整后，获得相位交错的副回路控制信号。

所述第一BUCK电路和第二BUCK电路的输入端连接直流电源，第一BUCK电路和第二BUCK电路的输出端分别连接第一LLC电路或第二LLC电路。

所述第一BUCK电路包括电流互感器CT1，电流互感器CT1的一端连接直流电源，电流互感器CT1的另一端连接主开关管Q1，主开关管Q1与MCU的DR1端口连接，主开关管Q1的另一端连接有电感L1和二极管D1，第一BUCK电路输出的电流经电容C1滤波后输入第一LLC电路。

所述第二BUCK电路包括电流互感器CT2，电流互感器CT2的一端连接直流电源，电流互感器CT2的另一端连接主开关管Q2，主开关管Q2与MCU的DR2端口连接，主开关管Q2的另一端连接有电感L2和二极管，BUCK电路输出的电流经电容C2滤波后输入第二LLC电路。

所述第一LLC电路包括串联的主开关管Q3和主开关管Q4，主开关管Q3和主开关管Q4与串联的主开关管Q5和主开关管Q6构成全桥的前后臂，在主开关管Q3和主开关管Q4之间设有谐振电容LS1，谐振电容LS1与与变压器T1的一端连接，变压器T1的另一端设有二极管D3和二极管D4。

所述第二LLC电路包括串联的主开关管Q7和主开关管Q8，主开关管Q7和主开关管Q8与串联的主开关管Q9和主开关管Q10构成全桥的前后臂，在主开关管Q7和主开关管Q8之间设有谐振电容LS2，谐振电容LS2与与变压器T2的一端连接，变压器T2的另一端设有二极管D5和二极管D6。

所述第一LLC电路和第二LLC电路的驱动信号为定频交错驱动信号，其来自于MCU的输出。

实施例

CT1,CT2为前级BUCK电路的电流采样互感器,连接在后面的Q1,Q2(STW40N90)为BUCK电路的主开关管。其驱动信号来源于MCU(TMS320F28035PAGQ)输出的DR1,DR2。PWM控制脉冲由U1(UCC3842)输出端DR接入MCU。经过MCU处理后产生两个相位交错的驱动信号。

前级BUCK输出经过C1,C2滤波后接入后级并联的LLC主电路。两个LLC电路在输出端并联,鉴于LLC驱动信号是由MCU产生的一对相移180度的方波,在输出端C3上可以合成的输出直流,其电流纹波远低于普通单级LLC电路。即使在输出120A的大电流条件下,简单地设置1-2颗电解电容就能完成滤波功能。

作为主控的一路BUCK是由PWM专用芯片直接驱动的，而另外一路BUCK驱动是由MCU输出的，MCU在采样主PWM驱动脉冲时，复制出一个相类似的脉冲驱动信号，同时这个MCU电路还根据采样得到的两路BUCK电流值，对输出的副回路驱动信号进行微调，以实现两路之间的电流动态平衡。

两个LLC电路在谐振条件下并机工作，在交错驱动时可以获得最优效率，由于整流后的输出含有比较大的直流成分，简单滤波后就能输出低纹波直流。以上两个输入端并联的BUCK电路也可以通过第二路驱动相位的调整使得输入端的纹波电流达到最小状态。

在市电正常工作时，输入的直流源可以来自市电的直接整流输出，也可以是PFC电路的输出端。两个输入并联的BUCK电路在相同的频率下工作，相位可以错开，有利于降低输入端的纹波电流。其中一路由PWM芯片直接驱动，另一路的输出占空比可以通过MCU微调，以平衡这两路的输出功率。

两个BUCK电路输出的直流电压分别接入两个LLC主电路，两路LLC电路工作在定频谐振状态下，驱动方波相位错开180度，并联整流后的输出端纹波电流含有较大的直流成分，大大降低了输出滤波电容的负担。

这个电路非常适合用在大功率电源的输出低压大电流及宽范围输出电压的场合。不需要非常复杂的数字控制及精密对称的器件加工要求。本发明电路能适应较宽的输入及输出电压波动要求。可以实现非常高效率的隔离变换，原理简单明了，特别适应使用在车载充电机及叉车充电器等大功率三相或单相充电机的使用场合。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。