一種新型lc串聯(lián)諧振dc/dc變換器和電力電子裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器和電力電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1a所示，傳統(tǒng)的LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器包括:依次連接在直流源E與輸出負(fù)載Rl之間的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)10、LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20、隔離變壓器Tl以及整流濾波網(wǎng)絡(luò)30。輸入電壓Vin經(jīng)過(guò)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)10變換成方波信號(hào)，所述方波信號(hào)經(jīng)過(guò)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20產(chǎn)生諧振，諧振信號(hào)耦合到隔離變壓器Tl的副邊后，再經(jīng)過(guò)整流濾波網(wǎng)絡(luò)30變換為較為平滑的直流電壓Vciut,從而實(shí)現(xiàn)DC/DC變換。
[0003]圖1a所示LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的等效電路如圖1b所示，其中:開關(guān)Kl與電阻Rl串聯(lián)后接在直流源E的正極與電路節(jié)點(diǎn)A之間；開關(guān)K2與電阻R2串聯(lián)后接在直流源E的負(fù)極與電路節(jié)點(diǎn)A之間；諧振電容C、諧振電感L、電感的寄生電容rl、電容的寄生電容rc和輸出負(fù)載&串聯(lián)后接在直流源E的負(fù)極與電路節(jié)點(diǎn)A之間。由圖1b可以看出，直流源E的負(fù)極與電路節(jié)點(diǎn)A間的電壓主要是LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20與輸出負(fù)載&分壓，因此通過(guò)調(diào)節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20的阻抗Z即可改變輸出負(fù)載&兩端電壓V
[0004]由于LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20的工作頻率f是隨阻抗Z變化的，變化曲線如圖1c所示(f。表示諧振頻率)，因此可通過(guò)調(diào)節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20的工作頻率f來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓V-的目的。又由于LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20的品質(zhì)因數(shù)Q越大，圖1c所示曲線就越陡峭，如圖1d所示，因此圖1a所示LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器在現(xiàn)有的調(diào)壓方式下為獲得寬范圍的輸出電壓調(diào)節(jié)能力，需要為L(zhǎng)C串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20設(shè)計(jì)較高的品質(zhì)因數(shù)Q，否則在輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)輸出電壓V-上漂問(wèn)題(輕載時(shí)需要LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20阻抗非常大，即需要LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20的工作頻率f非常大，但工作頻率f有上限，因此串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20很有可能達(dá)不到非常大的阻抗，此時(shí)輸出負(fù)載&的分壓大于理想值，這就是所謂的輸出電壓Vciut上漂問(wèn)題)。
[0005]但是，品質(zhì)因數(shù)Q越高，諧振電感電流I就越大，即諧振能量越大，如圖1e所示，所以在高品質(zhì)因數(shù)下加大了圖1a所示LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器中晶體管的電壓應(yīng)力。
[0006]綜上，圖1a所示LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器雖解決了輸出電壓上漂問(wèn)題，但存在晶體管電壓應(yīng)力較大的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器和電力電子裝置，以解決傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器輸出電壓上漂問(wèn)題，并降低晶體管電壓應(yīng)力。
[0008]—種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器，包括依次連接在直流源與輸出負(fù)載之間的DC/DC穩(wěn)壓變換電路、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振電容、隔離變壓器以及整流濾波網(wǎng)絡(luò)，其中:
[0009]所述DC/DC穩(wěn)壓變換電路用于實(shí)現(xiàn)DC/DC變換及輸出穩(wěn)壓功能；
[0010]所述諧振電容和所述隔離變壓器的漏感構(gòu)成LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；
[0011]所述LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的工作頻率等于或接近諧振頻率；
[0012]所述LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為低品質(zhì)因數(shù)。
[0013]其中，所述LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的工作頻率等于或略低于諧振頻率。
[0014]其中，所述DC/DC穩(wěn)壓變換電路為boost穩(wěn)壓電路或buck穩(wěn)壓電路。
[0015]其中，所述boost穩(wěn)壓電路包括輸入電感、輸出電容、第一帶體二極管的開關(guān)管以及第二帶體二極管的開關(guān)管，其中:
[0016]所述輸入電感的一端同時(shí)接所述第一帶體二極管的開關(guān)管的輸出端以及所述第二帶體二極管的開關(guān)管的輸入端；
[0017]所述輸出電容一端接所述第一帶體二極管的開關(guān)管的輸入端，另一端接所述第二帶體二極管的開關(guān)管的輸出端；
[0018]所述輸入電感的另一端及所述第二帶體二極管的開關(guān)管的輸出端作為所述boost穩(wěn)壓電路的輸入端，所述輸出電容的兩端作為所述boost穩(wěn)壓電路的輸出端。
[0019]其中，所述隔離變壓器為高頻緊密耦合變壓器。
[0020]其中，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)為全橋驅(qū)動(dòng)電路或者半橋驅(qū)動(dòng)電路。
[0021]其中，所述整流濾波網(wǎng)絡(luò)包括整流電路和濾波電路；所述整流電路為全橋整流電路或半橋整流電路。
[0022]一種電力電子裝置，包括上述公開的任一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器。
[0023]其中，所述電力電子裝置為開關(guān)電源。
[0024]從上述的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型通過(guò)增設(shè)DC/DC穩(wěn)壓變換電路實(shí)現(xiàn)寬范圍的DC/DC變換，且DC/DC穩(wěn)壓變換電路的輸出穩(wěn)壓功能以及LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的工作頻率等于或接近諧振頻率的設(shè)計(jì)可以保持輸出電壓Vciut的穩(wěn)定性，不存在輕載時(shí)輸出電壓Vciut上漂問(wèn)題；同時(shí)，由于本實(shí)用新型無(wú)需通過(guò)設(shè)計(jì)較高的品質(zhì)因數(shù)Q來(lái)獲得寬范圍的輸出電壓調(diào)節(jié)能力，因此可以將品質(zhì)因數(shù)Q設(shè)計(jì)得非常低以降低晶體管電壓應(yīng)力，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。并且，由于低品質(zhì)因數(shù)下需要的諧振電感非常小，且對(duì)諧振電感的精度要求不高，因而LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振電感可直接采用隔離變壓器漏感，從而降低了新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的成本，并減小了產(chǎn)品體積。
[0025]此外，在LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)采用低品質(zhì)因數(shù)Q的前提下，若限定工作頻率f等于或略低于諧振頻率&時(shí)，則還可實(shí)現(xiàn)隔離變壓器Tl原邊零電流開通、原邊零電流關(guān)斷、副邊零電流開通、副邊零電流關(guān)斷，從而大大降低器件開關(guān)損耗。
【附圖說(shuō)明】
[0026]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1a為現(xiàn)有技術(shù)公開的一種傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖1b為圖1a所不傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的等效電路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0029]圖1c為圖1a所示傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器中LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的阻抗隨工作頻率變化的曲線；
[0030]圖1d為圖1c所示曲線隨品質(zhì)因數(shù)Q變化的曲線；
[0031]圖1e為品質(zhì)因數(shù)與諧振電感電流的關(guān)系曲線；
[0032]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例公開的一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為所述新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的電路拓?fù)鋱D。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0035]參見圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器，以解決傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器輸出電壓上漂問(wèn)題，并降低晶體管電壓應(yīng)力，包括依次連接在直流源E與輸出負(fù)載Rl之間的DC/DC穩(wěn)壓變換電路100、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)200、諧振電容C2、隔離變壓器Tl以及整流濾波網(wǎng)絡(luò)400，其中:
[0036]DC/DC穩(wěn)壓變換電路100用于實(shí)現(xiàn)DC/DC變換及輸出穩(wěn)壓功能；
[0037]諧振電容C2和隔離變壓器Tl的漏感L2構(gòu)成LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)300 ;
[0038]LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)300的工作頻率f等于或接近諧振頻率f。；
[0039]LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)300設(shè)計(jì)為低品質(zhì)因數(shù)。
[0040]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)施例針對(duì)傳統(tǒng)的LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)兩方面做出了改進(jìn)。其中，對(duì)傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，主要體現(xiàn)在:增加了具有DC/DC變換和輸出穩(wěn)壓功能的DC/DC穩(wěn)壓變換電路100。對(duì)傳統(tǒng)LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器參數(shù)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，主要體現(xiàn)在:LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)300的品質(zhì)因數(shù)Q設(shè)計(jì)得非常低，并保持工作頻率f等于或接近諧振頻率f。。下面，針對(duì)各改進(jìn)點(diǎn)逐一深入分析。
[0041]為避免以增大品質(zhì)因數(shù)Q為代價(jià)來(lái)提高LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的輸出電壓調(diào)節(jié)能力，本實(shí)施例放棄通過(guò)調(diào)節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)300的工作頻率f來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓Vciut,而是改用通過(guò)調(diào)節(jié)DC/DC穩(wěn)壓變換電路100的變壓比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓Vciut，具體為:利用DC/DC穩(wěn)壓變換電路100的DC/DC變換功能對(duì)輸入電壓Vin進(jìn)行升/降壓處理，改變開關(guān)網(wǎng)絡(luò)200的輸入電壓大小，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)200的輸入電壓大小直接影響輸出電壓Vciut的大小，從而滿足了新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的DC/DC變換需求。DC/DC穩(wěn)壓變換電路100的變壓比設(shè)計(jì)的越大，新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的輸出電壓Vciut調(diào)節(jié)范圍就越寬。
[0042]在滿足新型LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器的DC/DC變換需求的基礎(chǔ)上，還需要保持輸出電壓Vciut的穩(wěn)定性。已知輸入電壓V…波動(dòng)和輸出負(fù)載R J變化是引起輸出電壓V _不穩(wěn)定的兩個(gè)因素。傳統(tǒng)的LC串聯(lián)諧振DC/DC變換器在輸入電壓Vin波動(dòng)或輸出負(fù)載L變化時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)20的工作頻率f來(lái)維持輸出電壓V-的穩(wěn)定。而本實(shí)施例針對(duì)輸入電壓Vin波動(dòng)所引起的輸出電壓Vciut不穩(wěn)定，則是利用DC/DC穩(wěn)壓變換電路100的輸出穩(wěn)壓功能來(lái)保持開關(guān)網(wǎng)絡(luò)200的輸入電壓穩(wěn)定，使之不隨輸入電壓Vin的波動(dòng)而波動(dòng)，從而避免了因輸入電壓Vin變化所引起的輸出電壓V _不穩(wěn)定。
[0043]另外，針對(duì)輸出負(fù)載RJ變化所引起的輸出電壓Vciut不穩(wěn)定，本實(shí)施例則是將LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)300的工作頻率f設(shè)計(jì)為一個(gè)等于或接近諧振頻率f。的固定值，由于工作頻率f等于或接近諧振頻率&時(shí)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)300的阻抗極小，相當(dāng)于輸出負(fù)載L的供電電源的內(nèi)阻極小，那么輸出負(fù)載IV變化對(duì)輸出電Svciut的影響基本可以忽略不計(jì)，因而避免了因輸出負(fù)載RJ變化所引起的輸出電壓V _不穩(wěn)定，那么輸出負(fù)載L變?yōu)檩p載時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)輸出電Svciut上漂問(wèn)題。具體的，可設(shè)置工作頻率f的取值范圍為fi?f2，其中，fiSf.。、f2^ f C，且匕和f 2的大小以可避免因輸出負(fù)載R J變化所引起的輸出電壓V _不穩(wěn)定為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。
[0044]由于本實(shí)施例無(wú)需通過(guò)調(diào)節(jié)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)300的工作頻率f來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓Vciut，因而自然也不再需要通過(guò)設(shè)計(jì)較高的品質(zhì)因數(shù)Q來(lái)獲得寬范圍的輸出電壓調(diào)節(jié)能力，本實(shí)施例完全可以采用低品質(zhì)因數(shù)的設(shè)計(jì)，也就是Q值低于某一設(shè)定閾值的設(shè)計(jì)，該設(shè)定閾值的大小可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。本實(shí)施