可变匝比变压器及基于该变压器的LLC隔离谐振变换器[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107967986 A(43)申请公布日 2018.04.27

(21)申请号 201711224585.5(22)申请日 2017.11.29

(71)申请人 上海科技大学

地址 200120 上海市浦东新区华夏中路393

号(72)发明人 王浩宇　尚明　

(74)专利代理机构 上海申汇专利代理有限公司

31001

代理人 翁若莹　柏子雵(51)Int.Cl.

H01F 27/28(2006.01)H01F 27/29(2006.01)H01F 29/04(2006.01)H02M 3/335(2006.01)H02M 3/44(2006.01)

权利要求书1页 说明书2页 附图4页

CN 107967986 A(54)发明名称

可变匝比变压器及基于该变压器的LLC隔离谐振变换器(57)摘要

本发明提供了一种可变匝比变压器，其特征在于，包括作为原边的单个绕组及作为副边的双绕组，单个绕组的上端口为漏感L1kg的左管脚，下端口为励磁电感Lm的下管脚，其中漏感L1kg与励磁电感Lm可由变压器提供。副边双绕组包括上绕组及下绕组，上绕组与下绕组的同名端连接在一起作为副边端口一，副边上绕组的下管脚和下绕组的下管脚分别连接在单刀双掷开关的两个输出切换端上，单刀双掷开关的输入端作为副边端口二。本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述的可变匝比变压器的LLC变换器。本发明能满足宽输出背景下高转换效率的要求。

CN 107967986 A

权　利　要　求　书

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1.一种可变匝比变压器，其特征在于，包括作为原边的单个绕组及作为副边的双绕组，单绕组的上端口为漏感L1kg的左管脚，下端口为励磁电感Lm的下管脚，副边的双绕组包括上绕组及下绕组，上绕组与下绕组的同名端连接在一起，组成副边端口一，上绕组的下管脚和下绕组的下管脚分别连接在单刀双掷开关(S)的两个输出切换端(1、2)上，单刀双掷开关(S)的输入端成为副边端口二。

2.一种基于权利要求1所述的可变匝比变压器的谐振隔离变换器，其特征在于，包括如权利要求1所述的可变匝比变压器，可变匝比变压器的原边上端口及原边下端口与谐振电路相连，可变匝比变压器的副边端口一及副边端口二与整流电路相连。

3.如权利要求2所述的一种LLC变换器，其特征在于，所述谐振电路为全桥LLC谐振电路；所述整流电路为桥式整理电路。

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说　明　书

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可变匝比变压器及基于该变压器的LLC隔离谐振变换器

技术领域

[0001]本发明涉及一种可变匝比变压器，同时，本发明还涉及一种基于该可变匝比变压器的LLC隔离谐振变换器。

背景技术

[0002]在众多隔离型DC/DC变换器中，LLC隔离谐振变换器(简称LLC变换器)由于其结构简单，高效能，易实现原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断，电磁干扰低等优点而得到广泛地应用。[0003]近年来，LL′C变换器开始被频繁应用于电动汽车充电应用中。车载电池包的充电过程通常分为恒流充和恒压充两个过程，如图1所示，在恒流充的过程中，电池包端电压对应一个较宽变化范围(通常是250-450V)。因而，LLC变换器需适配该宽电压范围，且要求其具备良好的输出电压调节性能。然而，在输入电压恒定，输出电压宽范围的情况下，会带来性能退化的情况。这是由于LLC变换器为频率调制拓扑，当部署到宽电压增益范围应用时，其开关频率需要一个很宽的调节范围(如图2所示)。而随着开关频率偏离谐振频率，会造成其原边开关电流应力增大，副边整流二极管硬关断，转换效率衰减等一系列问题。发明内容

[0004]本发明要解决的技术问题是：将LLC变换器应用到恒输入宽输出场景下。[0005]为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种可变匝比变压器，其特征在于，包括作为原边的单个绕组及作为副边的双绕组。对于变压器而言，其漏感Llkg可作为谐振网络的谐振电感使用，因而，原边的单个绕组的上端口即为漏感L1kg的左管脚，励磁电感Lm的下管脚则为原边单个绕组的下端口。副边双绕组包括上绕组及下绕组，上绕组与下绕组的同名端连接在一起组成变压器副边输出的端口一，上绕组的下管脚和下绕组的下管脚分别连接在单刀双掷开关的两个输出切换端上，单刀双掷开关的输入端作为变压器副边输出的端口二。

[0006]本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述的可变匝比变压器的LLC变换器，其特征在于，包括上述的可变匝比变压器，可变匝比变压器的原边上端口及原边下端口与谐振电路相连，可变匝比变压器的副边端口一及副边端口二与整流电路相连。[0007]本发明的有益效果：相对于传统LLC变换器很难满足宽输出背景下高转换效率的要求，所提出的电路结构可以很有效地解决这个问题。相比于传统LLC变换器，其开关频率变换范围可以有效压缩，静态工作点更加逼近于谐振频率。同时，所提出的可变匝比变压器具备两种不同的构型，可以满足不同等级的宽输出要求。所提出的这类可重构变压器匝比的LLC变换器亦可应用于宽输入电路中，基于不同等级的原边输入电路要求，设计的新型LLC变换器可以很好地满足不同宽输入电路等级的要求。附图说明

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说　明　书

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图1为电池充电过程图；

[0009]图2为传统LLC变换器中电压增益与工作频率的对应关系；[0010]图3为本发明提出的可变匝比变压器结构；[0011]图4为本发明提出的一种新型电路结构；

[0012]图5(a)及图5(b)为一种可重构变压器匝比的LLC变换器的等效电路，其中，图5(a)为S切换到连接点1，图5(b)为S切换到连接点2；

[0013]图6为所提出电路中电压增益与工作频率的对应关系；[0014]图7为恒流模式下电路的转换效率图；[0015]图8为恒压模式下电路的转换效率图；

具体实施方式

[0016]为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。[0017]首先，提出的电路拓扑继承了传统LLC变换器的优势。其次，结合不同匝比的变压器结构，可以很好地满足宽输出电压的要求。为了更好展示所提出的电路拓扑，接下来主要介绍两种基于可变匝比变压器的谐振电路。[0018]实施例

[0019]本发明提供的电路结构如图4所示，变压器原边电路为传统全桥LLC变换器，副边电路是桥式整流电路，中间便是本发明所提出的一种可变匝比变压器的结构。它包括一个三绕组变压器和一个单刀双掷开关。所提出的新型拓扑结构的具体连接关系是变压器的原边为单绕组，单绕组的上端口连接在原边开关管S1与S2的连接处，单绕组的下端口连接在谐振电容Cr的右管脚处。变压器的副边为双绕组，双绕组的上绕组与下绕组的同名端连接在一起，共同连接在二极管D1阳极和二极管D3阴极之间。副边上绕组的下管脚和下绕组的下管脚分别连接在单刀双掷开关S的两个输出切换端1、2上，单刀双掷开关S的另一端连接在二极管D2阳极和二极管D4阴极之间。如图5(a)所示，当电路工作在低压输出时，开关S切换到连接点1位置。当电路工作在高压输出时，开关S切换到连接点2位置，如图5(b)所示。对于所提出的电路，当电路工作在不同绕组下时，对应于不同绕制方法，可适当调整原边漏感L1kg参数，可以很好地满足不同应用的要求。[0020]本实施例的输入电压设为390V，谐振频率设为100kHz，输出电压范围设为[250V，450V]，如图6所示，对应的开关频率调节范围为[81.9kHz，122.1kHz]。相对于基于定匝比变压器的传统LLC变换器而言，恒流充情况下，开关频率的范围更小，开关频率更加逼近谐振频率；恒压充情况下，开关频率基本钳制在谐振点。因而，电路的整体高转换效率得以保证，如图7、8所示。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

图3

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说　明　书　附　图

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图4

图5(a)

图5(b)

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说　明　书　附　图

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图6

图7

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图8

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