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申请/专利权人：湖北工业大学

摘要：本发明提出一种基于自适应混合整流多开关谐振LLC变换器的控制方法。其特征在于结构简单，在实现相同宽输出电压范围的情况下所需元器件数量少，包括：电容单元、逆变网络、谐振网络、高频变压器、整流网络、脉冲信号发生单元。本发明控制方法采用定频不对称脉冲宽度APWM调制，开关频率固定且等于谐振频率，仅通过脉冲信号发生单元来改变开关管的导通占空比，实现全桥和半桥逆变电路以及全桥和倍压整流电路的平滑切换，进而实现超宽输出电压调节。同时，电路中循环电流小，控制简单且有利于变压器体积小型化。

主权项：1.一种基于自适应混合整流多开关谐振LLC变换器的控制方法，其特征在于，所述自适应混合整流多开关谐振LLC变换器，包括：电容单元Ⅰ、逆变网络Ⅱ、谐振网络Ⅲ、高频变压器Ⅳ、整流网络Ⅴ、脉冲信号发生单元Ⅵ；所述电容单元Ⅰ包含直流输入电源Uin、第一输入电容Cin1、第二输入电容Cin2；所述逆变网络Ⅱ包含第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4；所述谐振网络Ⅲ包含谐振电容Cr、谐振电感Lr、第一励磁电感Lm1，第二励磁电感Lm2；所述高频变压器Ⅳ包含第一高频变压器T1、第二高频变压器T2；所述整流网络Ⅴ包含第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4，辅助第五开关管S5，第一滤波电容CO1、第二滤波电容CO2，等效阻性负载R0；所述脉冲信号发生单元Ⅵ中，控制器的PWM输出接口分别连接逆变网络Ⅱ中的第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4和整流网络Ⅴ中的辅助第五开关管S5的门极；所述电容单元Ⅰ的第一输入电容Cin1与第二输入电容Cin2串联连接；所述第一输入电容Cin1的正极连接直流输入电源Uin的正极，第一输入电容Cin1的负极连接第二电容的Cin2正极，第二电容的Cin2负极连接直流输入电源Uin的负极；其中，所述第一开关管S1和所述第二开关管S2首尾串联，所述第一开关管S1的漏极连接所述直流输入电源Uin的正极，所述第二开关管S2的漏极连接所述第一开关管S1的源极，所述第二开关管S2的源极连接所述直流输入电源Uin的负极；所述第三开关管S3和所述第四开关管S4首尾串联，所述第三开关管S3的漏极连接所述第一开关管S1的漏极，所述第四开关管S4的漏极连接所述第三开关管S3的源极，所述第四开关管S4的源极连接所述第二开关管S2的源极；所述的谐振网络Ⅲ上下对称，谐振电感Lr、第一励磁电感Lm1、第二励磁电感Lm2三者具有同一节点；所述谐振电容Cr的左端连接所述第三开关管S3、所述第四开关管S4的串联公共端，谐振电容Cr的右端与所述谐振电感Lr串联后与分别与所述第一励磁电感Lm1和所述第二励磁电感Lm2连接，所述第一励磁电感Lm1另一端与所述第一开关管S1、所述第二开关管S2的串联公共端相连，所述第二励磁电感Lm2另一端与所述第一输入电容Cin1与所述第二输入电容Cin2的串联公共端相连；所述第一励磁电感Lm1与所述第一高频变压器T1的一次侧绕组并联，所述第二励磁电感Lm2与所述第二高频变压器T2的一次侧绕组并联；所述第一励磁电感Lm1等于所述第二励磁电感Lm2；所述第一整流二极管D1的正极与所述第二整流二极管D2的负极串联连接，所述第三整流二极管D3的正极与所述第四整流二极管D4的负极串联连接，所述第一整流二极管D1的负极连接所述第三整流二极管D3的负极，所述第二整流二极管D2的正极连接所述第四整流二极管D4的正极；所述第一整流二极管D1负极与所述第三整流二极管D3负极的公共端连接所述第一滤波电容CO1的正极，所述第二整流二极管D2正极与所述第四整流二极管D4正极的公共端连接所述滤波电容CO2的负极；所述第一滤波电容CO1负极与所述第二滤波电容CO2正极串联；所述等效阻性负载R0与第一滤波电容CO1、第二滤波电容CO2滤波电容构成的串联支路并联；所述第一高频变压器T1一次侧正极与所述第二高频变压器T2一次侧正极连接；所述第一高频变压器T1二次侧正极连接所述第一整流二极管D1和所述第二整流二极管D2的公共端，所述第一高频变压器T1二次侧负极与所述第二高频变压器T2二次侧正极串联连接，其中，所述第二高频变压器T2二次侧负极连接所述第三整流二极管D3、第四整流二极管D4的公共端；所述第一高频变压器T1与所述第二高频变压器T2的线圈匝数比相等；所述辅助第五开关管S5的源极连接所述第三整流二极管D3正极与所述第四整流二极管D4负极的公共端，所述辅助第五开关管S5的漏极连接所述第一滤波电容CO1负极、所述第二滤波电容CO2正极的公共端；所述控制方法下具体步骤如下：所述脉冲信号发生单元Ⅵ分别向第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4的门极输出占空比互补的脉冲信号，逆变网络Ⅱ将直流输入电压逆变为方波电压；其中，第一开关管S1、第二开关管S2的工作时长固定为半个导通周期，第三开关管S3在一个周期内的工作时长，即占空比D，可变化范围为0≤D≤Dmax；具体步骤如下：步骤一：所述脉冲信号发生单元Ⅵ给第一开关管S1、第四开关管S4门极施加高电平脉冲信号，第一开关管S1、第四开关管S4构成全桥逆变电路且谐振网络Ⅲ上半部分输入电压Vab＝Uin，第二输入电容Cin2、第四开关管S4构成半桥逆变电路且谐振网络Ⅲ下半部分输入电压Vcb＝Uin2；此时，所述脉冲信号发生单元Ⅵ施加在辅助第五开关管S5门极的脉冲信号为低电平，整流电路Ⅴ工作在全桥整流模式和倍压整流模式的混合状态，将变压器二次侧传递的交流电转化为直流电；步骤二：所述脉冲信号发生单元Ⅵ给第二开关管S2、第四开关管S4门极施加高电平脉冲信号，谐振网络Ⅲ上半部分输入电压Vab＝0，第二输入电容Cin2、第四开关管S4构成半桥逆变电路且谐振网络Ⅲ下半部分输入电压Vcb＝Uin2；此时，所述脉冲信号发生单元Ⅵ施加在辅助第五开关管S5门极的脉冲信号仍为低电平，整流电路Ⅴ工作在全桥整流模式，将变压器二次侧传递的交流电转化为直流电；步骤三：所述脉冲信号发生单元Ⅵ给第二开关管S2、第三开关管S3门极施加高电平脉冲信号，第二开关管S2、第三开关管S3构成全桥逆变电路且谐振网络Ⅲ上半部分输入电压Vab＝-Uin，第一输入电容Cin1、第二开关管S2构成半桥逆变电路且谐振网络Ⅲ下半部分输入电压Vcb＝-Uin2；此时，所述脉冲信号发生单元Ⅵ施加在辅助第五开关管S5门极的脉冲信号为高电平，整流电路Ⅴ工作在倍压整流模式，将变压器二次侧传递的交流电转化为直流电；所述控制方法下，在原边侧控制中，通过改变第三开关管S3在一个周期内的工作时长，即占空比D，使所述第一开关管S1、第二开关管S2串联支路与第三开关管S3、第四开关管S4串联支路并联构成的全桥逆变电路由半桥逆变电路逐渐转变为全桥逆变电路，所述第三开关管S3、第四开关管S4串联支路与第一输入电容Cin1、第二输入电容Cin2串联支路构成的辅助半桥逆变电路由不接入逐渐转变为接入一个完整的半桥逆变电路，其中，0≤D≤Dmax；配合辅助第五开关管S5的控制实现整流网络Ⅴ的自适应整流，进而实现宽输出电压调节范围。

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百度查询： 湖北工业大学 一种基于自适应混合整流多开关谐振LLC变换器的控制方法