一种基于耦合电感的宽输出范围LLC谐振变换装置及调制方法

本发明属于电力电子的开关电源技术，具体涉及了一种基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法。

背景技术：

1、随着新能源技术的迅速发展，电动汽车的产业规模不断扩大，由于车载电池具有较宽的充电范围，传统的dc/dc变换器已无法满足要求，因此，需要一个具有增益范围的dc/dc变换装置。

2、llc谐振变换器以其电气隔离、结构简单、功率密度高、效率高等优点在宽增益范围应用中受到广泛关注，然而，由于传统的llc变换器的调制方法为脉冲频率调制，因此，llc变换器在宽增益范围应用中需要大范围的调节工作频率，这种宽的工作频率范围会使得llc变换器的工作频率远远偏离谐振频率，会出现效率下降的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述技术中存在的缺陷，提出了一种基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法，本发明基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法采用两个出入并联，输出串联的llc变换器，并通过耦合电感将两个llc变换器的谐振腔耦合起来，以实现提高变换装置输出电压的目的，然后，通过定频移相控制的方式调节输出电压，以实现宽增益范围的目的。

2、包括：基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法的拓扑结构包括两个llc变换器的逆变部分并联。

3、其中，上相llc变换器的逆变部分包括第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4，下相llc变换器的逆变部分包括第五开关管s5、第六开关管s6、第七开关管s7、第八开关管s8。

4、其中，直流电压源vin的正负极分别连接到第一开关管s1、第二开关管s2、第五开关管s5、第六开关管s6的漏极和第三开关管s3、第四开关管s4、第七开关管s7、第八开关管s8的源极。

5、第一开关管s1的源极连接到第三开关管s3的漏极，第二开关管s2的源极连接到第四开关管s4的漏极，第五开关管s5的源极连接到第七开关管s7的漏极，第六开关管s6的源极连接到第八开关管s8的漏极。

6、进一步的，基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法的拓扑结构还包括两组通过耦合电感taux1和taux2耦合起来的谐振腔。

7、其中，第一谐振腔包括第二耦合电感taux2的副边ns2、第一谐振电感lr1、第一励磁电感lm1、第一变压器t1、第一谐振电容cr1和第一耦合电感taux1的原边np1，第二谐振腔包括第一耦合电感taux1的副边ns1、第二谐振电感lr2、第二励磁电感lm2、第二变压器t2、第二谐振电容cr2和第二耦合电感taux2的原边np2。

8、其中第二耦合电感电感taux2的副边ns2的一端连接到第一开关管s1和第三开关管s3的中点，第二耦合电感电感taux2的副边ns2的另一端连接到第一谐振电感lr1的一端，第一谐振电感lr1的另一端连接到第一励磁电感lm1的一端，第一励磁电感lm1的另一端连接到第一谐振电容cr1的一端，第一谐振电容cr1的另一端连接到第二开关管s2和第四开关管s4的中点，第一耦合电感taux1的原边np1的一端连接到第一开关管s1和第三开关管s3的中点，第一耦合电感taux1的原边np1的另一端连接到第二开关管s2和第四开关管s4的中点，第一变压器t1的原边的一端连接到第一励磁电感lm1的一端，第一变压器t1的原边的另一端连接到第一励磁电感lm1的另一端，第一耦合电感电感taux1的副边ns1的一端连接到第五开关管s5和第七开关管s7的中点，第一耦合电感电感taux1的副边ns1的另一端连接到第二谐振电感lr2的一端，第二谐振电感lr2的另一端连接到第二励磁电感lm2的一端，第二励磁电感lm2的另一端连接到第二谐振电容cr的一端，第二谐振电容cr2的另一端连接到第六开关管s6和第八开关管s8的中点，第二耦合电感taux2的原边np2的一端连接到第三开关管s3和第七开关管s7的中点，第二耦合电感taux2的原边np2的另一端连接到第六开关管s6和第八开关管s8的中点，第二变压器t2的原边的一端连接到第二励磁电感lm2的一端，第二变压器t2的原边的另一端连接到第二励磁电感lm2的另一端。

9、进一步的，基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法的拓扑结构还包括两个llc变换器的整流部分串联。

10、其中，第一变压器t1的副边的一端连接到第一二极管d1 和第二二极管d2的中点，第一变压器t1的副边的另一端连接到第二变压器t2的副边的一端，第二变压器t2的副边的另一端连接到第一电容c1和第二电容c2的中点，第一二极管d1的一端连接到第二二极管d2的一端，第一二极管d1的另一端连接到第一电容c1的一端和负载r的一端，第一电容c1的另一端连接到第二电容c2的一端，第二电容c2的另一端连接到第二二极管d2的另一端和负载r的另一端。

11、进一步的，基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法的调制方法采用定频移相控制，通过调节两个llc变换器之间的移相角来调节该变换装置整体的输出电压，当两个llc变换器之间的移相角为0时，该变换装置具有最大的输出电压，当两个llc变换器之间的移相角为180°时，该变换装置的输出电压为0。

技术特征：

1.一种基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法，其特征在于：所述的基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法的拓扑结构包括两个llc变换器的逆变部分并联；其中，上相llc变换器的逆变部分包括第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4，下相llc变换器的逆变部分包括第五开关管s5、第六开关管s6、第七开关管s7、第八开关管s8;

2.一种基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法，其特征在于：所述的基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法的拓扑结构还包括两组通过耦合电感taux1和taux2耦合起来的谐振腔；其中，第一谐振腔包括第二耦合电感taux2的副边ns2、第一谐振电感lr1、第一励磁电感lm1、第一变压器t1、第一谐振电容cr1和第一耦合电感taux1的原边np1，第二谐振腔包括第一耦合电感taux1的副边ns1、第二谐振电感lr2、第二励磁电感lm2、第二变压器t2、第二谐振电容cr2和第二耦合电感taux2的原边np2;

3.一种基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法，其特征在于：所述的基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法的拓扑结构还包括两个llc变换器的整流部分串联;

4.根据权利要求1、2、3所述的一种基于耦合电感的宽输出范围llc谐振变换装置及调制方法，其特征在于调制方法采用定频移相控制，通过调节两个llc变换器之间的移相角来调节该变换装置整体的输出电压，当两个llc变换器之间的移相角为0时，该变换装置具有最大的输出电压，当两个llc变换器之间的移相角为180°时，该变换装置的输出电压为0。

技术总结
本发明公开了一种基于耦合电感的宽输出范围LLC谐振变换装置及调制方法，从结构上看，该变换装置是由两个输入并联，输出串联的LLC变换器构成的。Taux1和Taux2为辅助变压器，Taux1的原边并联到上相LLC的谐振腔，副边串联到下相LLC的谐振腔，Taux2的原边并联到下相LLC的谐振腔，副边串联到上相LLC的谐振腔，以此实现提高该变换装置的电压增益。再变换装置的次级侧部分，D1、D2、C1、C2构成了倍压整流，C1和C2还作为变换器的输出滤波电容。在调制策略方面，该变换装置采用定频移相控制，通过调节两个LLC变换器之间的移相角来调节该变换装置整体的输出电压，从而实现宽输出电压范围。

技术研发人员：程旭峰,赵千淇,段贺韬
受保护的技术使用者：河北科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23