一种三相交错LLC谐振变换器

技术领域

本发明涉及LLC谐振变换器，尤其涉及一种三相交错LLC谐振变换器。

背景技术

在中小功率场合,LLC谐振变换器具备拓扑简单、器件少、效率高等特点而得到广泛应用。但随着输出功率增加，谐振电路的损耗升高，输出滤波电容的纹波电流随之增大。导致效率降低、热设计困难和输出滤波电容寿命难达标。采用多相交错并联可以解决以上单相LLC谐振变换器在大功率应用的不足。图1是基本LLC谐振+同步整流电路，适合于低母线电压、小功率应用场景；图2和图3是图1相应的谐振电流iL

在相同输出功率条件下，三相交错LLC变换器中谐振电感的电流和输出滤波电容中的纹波电流比单相LLC变换器的小。有利于提高效率、方便热设计、满足温升降额要求、延长输出滤波电容寿命。

但对于较高的母线电压，如母线电压大于400V，大功率的应用场景下。谐振电路的损耗升高、输出滤波电容的纹波电流增大、效率降低、热设计困难、输出滤波电容寿命下降。同时，高母线电压，基本LLC谐振电路不利于继续选用低耐压低导通电阻的开关器件并保持低的通态损耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种整机效率较高、低输出纹波的三相交错LLC谐振变换器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种三相交错LLC谐振变换器，包括直流电源、输出滤波电容、控制电路和三条并接的三电平LLC谐振变换电路，三电平LLC谐振变换电路包括原边电路、副边电路和变压器，原边电路包括半桥开关电路、两个分压电容、两个二极管、谐振电感和谐振电容；半桥开关电路包括依次串接的4个MOS管，两个分压电容串接组成分压电路；半桥开关电路、分压电路与直流电源并接，两个二极管串接，第一二极管的阴极接半桥开关电路上桥臂的中点，第二二极管的阳极接半桥开关电路下桥臂的中点；第二二极管的阴极接第一二极管的阳极，并接分压电路的中点；谐振电感、谐振电容与变压器原边绕组串接组成谐振支路，谐振支路的一端接半桥开关电路的中点，另一端接分压电路的中点；副边电路包括整流电路，变压器的副边绕组通过整流电路接输出滤波电容。

以上所述的三相交错LLC谐振变换器，整流电路包括两个整流开关管，所述副边绕组的中心抽头接输出滤波电容的第一端，副边绕组的第一输出端通过第一整流开关管接输出滤波电容的第二端，副边绕组的第二输出端通过第二整流开关管接输出滤波电容的第二端。

以上所述的三相交错LLC谐振变换器，所述原边绕组与半桥开关电路中点连接的一端为同名端，副边绕组的第二输出端为同名端；直流电源的负极和输出滤波电容的第二端分别接地 。

以上所述的三相交错LLC谐振变换器，半桥开关电路上桥臂与直流电源正极连接的MOS管为第一MOS管，半桥开关电路上桥臂与所述下桥臂连接的MOS管为第二MOS管；半桥开关电路下桥臂与直流电源负极连接的MOS管为第四MOS管，半桥开关电路下桥臂与上桥臂连接的MOS管为第三MOS管。三电平LLC谐振变换电路的控制过程按时间顺序包括以下步骤：

在t

在t

在t

在t

在t

在t

在t

在t

在t

以上所述的三相交错LLC谐振变换器，三条并接的三电平LLC谐振变换电路，控制相位分别相差120°。

本发明三相交错LLC谐振变换器的整机效率高、热设计容易、低输出纹波、产品使用寿命较长。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术LLC谐振变换器的原理图。

图2是现有技术LLC谐振变换器谐振电感的电流波形图。

图3是现有技术LLC谐振变换器输出滤波电容的电流波形图。

图4是现有技术三相交错LLC谐振变换器的原理图。

图5是现有技术三相交错LLC谐振变换器各相谐振电感电流波形图。

图6是现有技术三相交错LLC谐振变换器输出滤波电容的电流波形图。

图7是本发明实施例三电平LLC谐振变换电路的原理图。

图8是本发明实施例三相交错LLC谐振变换器的原理图。

图9是本发明实施例三电平LLC谐振变换电路的主要波形图。

图10是本发明实施例三电平LLC谐振变换电路t

图11是本发明实施例三电平LLC谐振变换电路t

图12是本发明实施例三电平LLC谐振变换电路t

图13是本发明实施例三电平LLC谐振变换电路t

具体实施方式

本发明实施例三相交错LLC谐振变换器的结构如图7和图8所示，包括直流电源Vin、输出滤波电容C0、控制电路和三条并接的三电平LLC谐振变换电路，三电平LLC谐振变换电路包括原边电路、副边电路和变压器Tr1，原边电路包括半桥开关电路、两个分压电容C1和C2、两个二极管D1和D2、谐振电感Lr1和谐振电容Cr1。半桥开关电路包括依次串接的4个MOS管S1至S4，两个分压电容C1和C2串接组成分压电路。半桥开关电路、分压电路与直流电源Vin并接，两个二极管D1和D2串接，第一二极管D1的阴极接半桥开关电路上桥臂的中点，第二二极管D2的阳极接半桥开关电路下桥臂的中点。第二二极管D2的阴极接第一二极管D1的阳极，并接分压电路的中点N。谐振电感Lr1、谐振电容Cr1与变压器Tr1原边绕组串接组成谐振支路，谐振支路的一端接半桥开关电路的中点A，另一端接分压电路的中点N。副边电路包括整流电路，变压器Tr1的副边绕组通过整流电路接输出滤波电容C0。

整流电路包括两个整流开关管Sn1和Sn2，副边绕组的中心抽头接输出滤波电容C

原边绕组与半桥开关电路中点连接的一端为同名端，副边绕组的第二输出端为同名端。直流电源Vin的负极接模拟地，输出滤波电容C

半桥开关电路上桥臂与直流电源Vin正极连接的MOS管为第一MOS管S1，半桥开关电路上桥臂与下桥臂连接的MOS管为第二MOS管S2。半桥开关电路下桥臂与直流电源Vin负极连接的MOS管为第四MOS管S4，半桥开关电路下桥臂与上桥臂连接的MOS管为第三MOS管S3。

三电平LLC谐振变换电路的工作过程以A相为例予以说明，如图9至图13所示：

在t

在t

V

C

在t

在t

在t

在t

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在t

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B相和C相的工作过程与A相的工作过程相同，但相位各相差120°。

本发明以上实施例与现有技术相比，在高母线电压，大功率应用场景下，可以减小损耗、降低电容纹波电流、提高整机效率、降低器件的温升、提升产品的可靠性。