專利名稱：三電平諧振變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振變換器，更具體地說涉及一種三電平諧振變換器。
背景技術(shù)：
三電平諧振變換器包括原邊電路、變壓器、副邊電路，原邊電路包括 分壓電路、開關(guān)電路、諧振電路、續(xù)流電路，副邊電路包括整流濾波電路。 三電平諧振變換器的主開關(guān)工作在零電壓開通，且整流器工作在零電流關(guān)
斷；在較高直流輸入、高功率應(yīng)用時，可采用低耐壓開關(guān)器件。
圖1所示的是現(xiàn)有的一種三電平諧振變換器，該三電平諧振變換器包 括原邊電路、變壓器、副邊電路，原邊電路包括兩個分壓電容C1、 C2， 用于將輸入電壓均分，產(chǎn)生兩個僅為輸入電壓一半的電壓源；開關(guān)電路由 四個開關(guān)Q1、 Q2、 Q3、 Q4串聯(lián)而成，用于將直流電壓逆變成一個方波或 階梯波電壓；續(xù)流電路由兩個二極管D5、 D6組成，其中第一二極管D5 連接于分壓電容的中點和第一開關(guān)Ql源極與第二開關(guān)Q2漏極的接點之 間，第二二極管D6連接與分壓電容的中點和第四開關(guān)Q4漏極與第三開關(guān) Q3源極的接點之間；諧振電路包括電容Cr、電感Lr、電感Lm,電容Cr 與電感Lr串聯(lián)，Lm可以表現(xiàn)為變壓器的激磁電感，也可以是外加電感與 激磁電感并聯(lián)后的等效電感。變壓器的原邊連接在諧振電路上。該諧振電 路接于分壓電容的中點與開關(guān)電路的輸出端之間，串聯(lián)電容Cr與串聯(lián)電感 Lr諧振構(gòu)成本發(fā)明諧振變換器的第一本征頻率，以fs表示，串聯(lián)電容Cr 與串聯(lián)電感Lr及并聯(lián)電感Lm諧振構(gòu)成諧振變換器的第二本征頻率，以fin 表示；變壓器與由D7、 D8組成的整流電路相連，對接于整流電路輸出端 的由電容C組成的濾波電路提供一同一方向的脈沖電流；整流電路、濾 波電路，用于將脈沖電流轉(zhuǎn)化成一直流電流對輸出負載電路R提供能量。 上述的變換器通過具有雙重本征諧振頻率的LLC諧振電路使得較小 的頻率變化范圍就可以實現(xiàn)較大的輸入輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，同時，通過一 對續(xù)流二極管使每個開關(guān)電壓應(yīng)力是輸入電壓的一半，并且全范圍實現(xiàn) ZVS (零電壓開關(guān))而不用附加任何電路，整流二極管工作在ZCS (零電 流開關(guān))。該變換器在高端電壓輸入時效率較高，應(yīng)用在高輸入電壓且有斷 電保持時間要求的電源產(chǎn)品上特別有利。
但是，由于目前的三電平諧振變換器的變壓器為一個，副邊需流過全 部負載電流，盡管開關(guān)損耗較低(ZCS)，但通態(tài)損耗較高。因此變壓器熱 應(yīng)力集中，在高功率應(yīng)用時，導(dǎo)致熱應(yīng)力難以滿足降額要求。并且還存在 輸出電流紋波較大，雜音指標較難滿足實際要求；大紋波電流同時降低輸
出濾波電容使用壽命的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以分散變壓器熱應(yīng)力、從而 使熱應(yīng)力可以容易滿足降額要求的三電平諧振變換器。
本發(fā)明所述的三電平諧振變換器，包括變壓器、與變壓器原邊繞組 串聯(lián)的諧振電路、使所述變壓器的原邊產(chǎn)生交變電流的開關(guān)電路；其特征 在于所述的變壓器至少為兩個，各變壓器的原邊繞組與諧振電路串聯(lián)，
各變壓器的副邊輸出并聯(lián)。
所述的變壓器的原邊繞組串聯(lián)，串聯(lián)后的變壓器的原邊繞組串聯(lián)在同 一個諧振電路上。由于變壓器的原邊繞組串聯(lián)，變壓器的最大工作磁通密 度較低，磁損降低，這樣可以可以更好地分散主變壓器熱應(yīng)力，但不能實 現(xiàn)使輸出電流波紋減小。
所述的變壓器的個數(shù)為兩個。這是一種較為簡單的設(shè)計方案。
所述的諧振電路的個數(shù)與變壓器的個數(shù)一致，每一個變壓器的原邊繞
組分別串聯(lián)于一個諧振電路；開關(guān)電路的個數(shù)與諧振電路的個數(shù)一致，每
一個開關(guān)電路分別連接一個諧振電路，諧振電路之間存在相位差。這種設(shè) 計可以使輸出電流的波紋疊加，從而使波動減小。并且可以有效降低流過 輸出濾波電容的紋波電流，提高濾波電容的使用壽命。
所述的諧振電路之間存在相位差為180° /N，其中N為諧振電路的個 數(shù)。這樣設(shè)計的三電平諧振變換器是最佳的一種方案，可以使輸出電流的 波紋疊加效果更好。
所述的諧振電路的個數(shù)為2，諧振電路之間相位差為90°。這種設(shè)計可
以使變換器輸出電流實現(xiàn)倍頻，波動減小。
所述的諧振電路至少為兩個以上，開關(guān)電路的個數(shù)與諧振電路的個數(shù) 一致，每一個開關(guān)電路分別連接一個諧振電路，每一個諧振電路上都串聯(lián) 有一組變壓器， 一組之間的變壓器的原邊繞組串聯(lián)，諧振電路之間存在相 位差。這樣的方案可以應(yīng)用在分散變壓器熱應(yīng)力的需要比較高的電路設(shè)計， 即對于這種電路設(shè)計， 一個諧振電路上串聯(lián)一個變壓器滿足不了分散變壓 器熱應(yīng)力的要求，從而需要在一個諧振電路上串聯(lián)一組變壓器。
所述的諧振電路、開關(guān)電路的個數(shù)為2個，諧振電路之間相位差為90°， 所述的一組變壓器中變壓器的個數(shù)為2個。這種三電平諧振變換器的輸出
電流實現(xiàn)倍頻；而由于變壓器的總數(shù)為4個，所以分散變壓器的熱應(yīng)力的
效果比兩個變壓器的效果更好。
所述的諧振電路還包括一個外加的與原邊電感并聯(lián)的電感。這樣可以 方便地通過對外加的激磁電感的調(diào)整來改變原邊電感的一些參數(shù)。
本發(fā)明由于采用兩個以上的變壓器，副邊所流過電流之和等于負載電 流，通態(tài)損耗顯著降低。從而能有效降低損耗，分散熱應(yīng)力。在高功率應(yīng) 用時，使熱應(yīng)力可以滿足降額要求。


圖1是所述的現(xiàn)有一種三電平諧振變換器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1中所示的三電平諧振變換器的輸出電流波形圖。
圖3是實施例1所述的三電平諧振變換器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是實施例1所述的三電平諧振變換器的輸出電流波形圖。
圖5是實施例2所述的三電平諧振變換器的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是實施例3所述的三電平諧振變換器的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是圖1中的三電平諧振變換器的主要波形圖。
圖8是圖1中的三電平諧振變換器的在模式1下的等效電路圖。
圖9是圖1中的三電平諧振變換器的在模式2下的等效電路圖。
圖10是圖1中的三電平諧振變換器的在模式3下的等效電路圖。
圖11是圖1中的三電平諧振變換器的在模式4下的等效電路圖。
圖12是圖1中的三電平諧振變換器的在模式5下的等效電路圖。 圖13是圖1中的三電平諧振變換器的在模式6下的等效電路圖。
圖14是圖1中的三電平諧振變換器的在模式7下的等效電路圖。 圖15是圖1中的三電平諧振變換器的在模式8下的等效電路圖。
具體實施例方式
參見圖1、圖2、圖7、圖8-16，先介紹圖1中展示現(xiàn)有的一種三電平 諧振變換器的工作原理。
該變換器的一個開關(guān)周期可以分為8個工作模式，工作原理如下
(1) 模式l: t(KKtl。在H0時刻，Ql、 Q2同時開通。變壓器原邊 電流流過Q1和Q2，副邊二極管D7正偏導(dǎo)通，Cr與Lr產(chǎn)生串聯(lián)諧振， 電感Lr電流以正弦規(guī)律正向增加到最大然后減小，流過電感Lm的電流線 性增加。
(2) 模式2: tl<t<t2。在tl時刻，諧振電感Lr的電流與電感Lm的 電流相等，變壓器原邊電流降到零，副邊電流也降到零，二極管D7實現(xiàn) ZCS自然關(guān)斷。Lm電壓不被箝位，成為自由電感和Lr串聯(lián)與Cr諧振。 因Lm比Lr大許多，諧振周期長，在tl t2內(nèi)，可近似認為諧振電流不變。
(3) 模式3: t2<t<t3。在t=t2時刻，發(fā)出Ql關(guān)斷信號，Q2仍然導(dǎo) 通。諧振電流對Q1的輸出結(jié)電容充電，當Vdsl升至輸入電平一半時，二 極管D5導(dǎo)通，Vdsl箝位于1/2輸入電平，Ql關(guān)斷。
(4) 模式4: t3<t<t4。 t3時刻，發(fā)出Q2關(guān)斷信號，Vds2上升。當升 至輸入電壓一半時，D3、 D4的偏置為零。為Q3、 Q4零電壓開通創(chuàng)造條 件。
(5) 模式5: t4<t<t5。在t4時刻，同時發(fā)出Q3、 Q4開通信號，加在 Cr、 Lr、 Lm的電壓反向，二極管D8導(dǎo)通，Cr與Lr產(chǎn)生諧振，諧振電流 按正弦規(guī)律反向增大到最大然后減小。電感Lm上電流反向線性增加。
(6) 模式6: t5<t<t6， t5時刻，諧振電感Lr電流與電感Lm電流相 等，變壓器原邊電流降到零，副邊電流也將到零，二極管D8實現(xiàn)ZCS自 然關(guān)斷。
(7) 模式七t6<t<t7， t6時刻，發(fā)出Q4關(guān)斷信號，Q3仍然導(dǎo)通。
諧振電流對Q4的輸出結(jié)電容充電，當Vds4升至輸入電平一半時，二極管 D6導(dǎo)通，Vds4箝位于1/2輸入電平，Q4關(guān)斷。
(8)模式七t7<t<t8， t7時刻，發(fā)出Q3關(guān)斷信號，諧振電流對Q3 的輸出結(jié)電容充電，當Vds3升至輸入電平一半時，二極管D1、 D2零偏， 為Q1、 Q2零電壓開通創(chuàng)造條件。進入下一循環(huán)周期。
圖2中橫軸為時間"縱軸為/。，所表示的是輸出電流的正弦波形。
實施例1參見圖3，本實施例中的三電平諧振變換器包括原邊電路、 變壓器、副邊電路，原邊電路包括兩個諧振電路、兩個開關(guān)電路，變壓器 包括變壓器TI、 T2，第一個諧振電路包括電容Crl、電感Lrl、激磁電感 Lml，變壓器TI中的原邊與激磁電感Lml并聯(lián)后與電感Lrl、電容Crl 串聯(lián)；第二個諧振電路包括電容Cr2、電感Lr2、激磁電感Lm2，變壓器 T2中的原邊與激磁電感Lm2并聯(lián)后與電感Lr2、電容Cs2串聯(lián)；第一個開 關(guān)電路由四個開關(guān)Q1、 Q2、 Q3、 Q4串聯(lián)而成，第二個開關(guān)電路由四個開 關(guān)Q5、 Q6、 Q7、 Q8串聯(lián)而成，第一、第二開關(guān)電路的輸入端分別連接不 同的驅(qū)動電路，驅(qū)動電路與控制電路連接；分壓電路包括兩個串聯(lián)的分壓 電容Cl、 C2，第一個諧振電路連接于分壓電容的中點與第一個開關(guān)電路 的輸出端之間，第二個諧振電路連接于分壓電容的中點與第二個開關(guān)電路 的輸出端之間。副邊電路包括由D7、 D8、 D15、 D16組成的中心抽頭整流 電路、由電容C的濾波電路。所述的兩個諧振電路的相位差為90°。
圖4為本實施例的輸出電流的正弦波形圖。從圖中可以看出，變換器 輸出電流實現(xiàn)了倍頻，波動減小。可以有效降低流過輸出濾波電容的紋波 電流，提高濾波電容的使用壽命。并且，由于設(shè)置兩個變壓器，所以分散 了主變壓器熱應(yīng)力，從而在高功率應(yīng)用時，使熱應(yīng)力可以滿足降額要求。
實施例2
參見圖5，本實施例中的三電平諧振變換器包括原邊電路，原邊電路 包括一個諧振電路、 一個開關(guān)電路，變壓器包括變壓器TI、 T2。諧振電路 包括電容Crl、電感Lrl、激磁電感Lml、 Lm2，變壓器TI中的原邊與激 磁電感Lml并聯(lián)、變壓器T2中的原邊與激磁電感Lm2并聯(lián)，電感Lrl、 電容Crl串聯(lián)后與上述的兩個并聯(lián)電路串聯(lián)；幵關(guān)電路由四個開關(guān)Q1、 Q2、 Q3、 Q4串聯(lián)而成，開關(guān)電路的輸入端驅(qū)動電路，驅(qū)動電路與控制模 塊連接；分壓電路包括兩個串聯(lián)的分壓電容Cl、 C2，諧振電路連接于分
壓電容的中點與開關(guān)電路的輸出端之間。副邊電路的電路結(jié)構(gòu)同實施例1。
本實施例由于設(shè)置兩個變壓器，所以分散了主變壓器熱應(yīng)力，從而在 高功率應(yīng)用時，使熱應(yīng)力可以滿足降額要求。但是本實施例所描述的三電 平諧振變換器不能實現(xiàn)輸出電流波紋減小的目的。
實施例3
參見圖6，本實施例中的三電平諧振變換器包括原邊電路，原邊電路
包括二個諧振電路、二個開關(guān)電路；變壓器包括變壓器TI、 T2 、 T3、 T4。 第一個諧振電路包括電容Crl、電感Lrl、激磁電感Lml、 Lm2，變壓器 TI中的原邊與激磁電感Lml并聯(lián)、變壓器T2中的原邊與激磁電感Lm2 并聯(lián)，電感Lrl、電容Crl串聯(lián)后與上述的兩個并聯(lián)電路串聯(lián)；第二個諧 振電路包括電容Cr2、電感Lr2、激磁電感Lm3、 Lm4，變壓器T3中的原 邊與激磁電感Lm3并聯(lián)、變壓器T4中的原邊與激磁電感Lm4并聯(lián)，電感 Lr2、電容Cr2串聯(lián)后與上述的兩個并聯(lián)電路串聯(lián)。第一個開關(guān)電路由四個 開關(guān)Q1、 Q2、 Q3、 Q4串聯(lián)而成，第二個開關(guān)電路由四個開關(guān)Q5、 Q6、 Q7、 Q8串聯(lián)而成，第一、第二開關(guān)電路的輸入端分別連接不同的驅(qū)動電 路，驅(qū)動電路與控制模塊連接；分壓電路包括兩個串聯(lián)的分壓電容Cl、 C2，第一個諧振電路連接于分壓電容的中點與第一個開關(guān)電路的輸出端之 間，第二個諧振電路連接于分壓電容的中點與第二個開關(guān)電路的輸出端之 間。副邊電路包括變壓器TI、 T2、 T3、 T4中的副邊電感、由D7、 D8、 D9、 D10、 D17、 D18、 D19、 D20組成的整流電路、由電容C、電感R組 成的濾波電路。所述的兩個諧振電路的相位差為90。。
本實施例中由于設(shè)置四個變壓器，因此在分散了主變壓器熱應(yīng)力的效 果上比實施例1、 2中的更明顯，由于也是將兩個諧振電路的相位差設(shè)置為 90°，因此在降低流過輸出濾波電容的紋波電流的效果上等效于實施例1。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，如諧振電路可以設(shè)置為兩個以上、副邊的整流電路 可以采用全波整流電路等。
權(quán)利要求
1、三電平諧振變換器，包括變壓器、與變壓器原邊繞組串聯(lián)的諧振電路、使所述變壓器的原邊產(chǎn)生交變電流的開關(guān)電路；其特征在于所述的變壓器至少為兩個，各變壓器的原邊繞組與諧振電路串聯(lián)，各變壓器的副邊輸出并聯(lián)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平諧振變換器，其特征在于所述的變 壓器的原邊繞組串聯(lián)，串聯(lián)后的變壓器的原邊繞組串聯(lián)在同一個諧振電路上。 .
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三電平諧振變換器，其特征在于所述的變壓器的個數(shù)為兩個。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平諧振變換器，其特征在于所述的諧 振電路的個數(shù)與變壓器的個數(shù)一致，每一個變壓器的原邊繞組分別串聯(lián)于 一個諧振電路；開關(guān)電路的個數(shù)與諧振電路的個數(shù)一致，每一個開關(guān)電路 分別連接一個諧振電路，諧振電路之間存在相位差。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三電平諧振變換器，其特征在于所述的諧 振電路之間存在相位差為180° /N，其中N為諧振電路的個數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三電平諧振變換器，其特征在于所述的諧 振電路的個數(shù)為2，諧振電路之間相位差為90° 。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三電平諧振變換器，其特征在于所述的諧振電路至少為兩個以上，開關(guān)電路的個數(shù)與諧振電路的個數(shù)一致，每一個 開關(guān)電路分別連接一個諧振電路，每一個諧振電路上都串聯(lián)有一組變壓器， 一組之間的變壓器的原邊繞組串聯(lián)，諧振電路之間存在相位差。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的三電平諧振變換器，其特征在于所述的諧振電路、開關(guān)電路的個數(shù)為2個，所述的一組變壓器中變壓器的個數(shù)為2 個。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2或4或7所述的三電平諧振變換器，其特征在于: 所述的諧振電路還包括一個外加的與原邊繞組并聯(lián)的電感。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種諧振變換器，更具體地說涉及一種三電平諧振變換器。該變換器在高壓輸入時效率較高，應(yīng)用在高輸入電壓且有斷電保持時間要求的電源產(chǎn)品上特別有利。本發(fā)明所述的三電平諧振變換器包括變壓器、與變壓器原邊繞組串聯(lián)的諧振電路、使所述變壓器的原邊產(chǎn)生交變電流的開關(guān)電路；其特征在于所述的變壓器至少為兩個，各變壓器的原邊繞組與諧振電路串聯(lián)，各變壓器的副邊輸出并聯(lián)。本發(fā)明由于采用兩個以上的變壓器，副邊所流過電流之和等于負載電流，通態(tài)損耗顯著降低。從而能有效降低損耗，分散熱應(yīng)力。在高功率應(yīng)用時，使熱應(yīng)力可以滿足降額要求。
文檔編號H01F27/00GK101098109SQ20071007449
公開日2008年1月2日 申請日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者吳建華 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司