并联连接的谐振转换器电路及其控制方法转让专利
申请号 : CN201110373328.4
文献号 : CN102522896B
文献日 : 2014-11-19
发明人 : 叶浩屹 , 曾剑鸿 , 吴洪洋 , 言超 , 刘腾 , 应建平
申请人 : 台达电子工业股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种并联连接的谐振转换器电路，包含：
多个谐振转换器，每一谐振转换器具两个输入端与两个输出端；
直流电源，具正端与负端；
输出电容；以及
多个输入电容，每一输入电容具第一端与第二端，且并联电连接于所述多个谐振转换器中特定转换器的所述两个输入端，其中所述输出电容并联电连接于每一谐振转换器的所述两个输出端，每一谐振转换器的所述两个输入端串联电连接于其余的所述多个谐振转换器的各所述两个输入端，各所述串联电连接的谐振转换器并联电连接于所述直流电源的所述正端与所述负端，每一谐振转换器的所述两个输出端并联电连接于其余的所述多个谐振转换器的各所述两个输出端，各所述谐振转换器之间的输出电流的差别仅决定于各所述谐振转换器直流电压增益的差别，且在动态情况下能够自动达到平衡点，其中当流经所述多个谐振转换器中特定谐振转换器的所述两个输出端的输出电流升高时，使得流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流亦升高；
当流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流升高时，使得所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电压降低；
当所述特定谐振转换器的所述两个输入端的所述输入电压降低时，使得所述多个谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输入端的输入电压升高；
当所述多个谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输入端的输入电压升高时，使得所述多个谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输出端的输出电流升高；以及当流经所述特定谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流与所述多个谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输出端的所述输出电流重新达到平衡时，则停止。
2.一种并联连接的谐振转换器电路的控制方法，其中所述电路包括多个谐振转换器、具有正端与负端的直流电源、输出电容以及多个输入电容，每一谐振转换器具两个输入端与两个输出端，每一谐振转换器的所述两个输入端串联电连接于其余的所述多个谐振转换器的各所述两个输入端，且每一谐振转换器的所述两个输出端并联电连接于其余的所述多个谐振转换器的各所述两个输出端，每一输入电容具第一端与第二端，且并联电连接于所述多个谐振转换器中对应转换器的所述两个输入端，其中所述输出电容并联电连接于所述多个谐振转换器中所述对应转换器的所述两个输出端，且各所述串联电连接的谐振转换器并联电连接于所述直流电源的所述正端与所述负端，包含下列的步骤：当流经所述多个谐振转换器中特定谐振转换器的所述两个输出端的输出电流升高时，使得流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流亦升高；
当流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流升高时，使得所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电压降低；
当所述特定谐振转换器的所述两个输入端的所述输入电压降低时，使得所述多个谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输入端的输入电压升高；
当所述多个谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输入端的输入电压升高时，使得所述多个谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输出端的输出电流升高；以及当流经所述特定谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流与所述多个谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输出端的所述输出电流重新达到平衡时，则停止。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述则停止步骤更包括：当流经所述特定谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流与所述多个谐振转换器中另一谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流间的比值等于所述特定谐振转换器的直流电压增益的倒数与所述另一谐振转换器的直流电压增益的倒数两者间的比值时，则所述特定谐振转换器与所述另一谐振转换器两者间重新达到平衡。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述多个谐振转换器包括第一与第二谐振转换器，所述特定谐振转换器为所述第二谐振转换器，所述则停止步骤更包括：当流经所述第二谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流与所述第一谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流间的比值等于所述第二谐振转换器的直流电压增益的倒数与所述第一谐振转换器的直流电压增益的倒数两者间的比值时，则所述第一与所述第二谐振转换器两者间重新达到平衡。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述多个谐振转换器工作于交错的工作模式。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述多个谐振转换器工作于相同的频率。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述多个谐振转换器包括串联谐振直流/直流转换器与并联谐振直流/直流转换器。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述串联谐振直流/直流转换器是LLC串联谐振直流/直流转换器。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述并联谐振直流/直流转换器是LLC并联谐振直流/直流转换器。
10.一种谐振转换器电路，包含：
至少第一与第二谐振转换器，各所述谐振转换器具两个输入端与两个输出端；
第一输入电容，连接于所述第一谐振转换器的所述两个输入端，且提供第一输入电压Vin1；
第二输入电容，连接于所述第二谐振转换器的所述两个输入端，且提供第二输入电压Vin2；以及输出电容，并联电连接所述第一谐振转换器的所述两个输出端与所述第二谐振转换器的所述两个输出端，且提供输出电压Vo，其中产生第一输出电流Io1的所述第一谐振转换器的所述两个输出端的其中之一是连接于另一产生第二输出电流Io2的所述第二谐振转换器的所述两个输出端的其中之一，所述第一与所述第二谐振转换器之间的输出电流的差别仅决定于所述第一与所述第二谐振转换器直流电压增益的差别，且在动态情况下能够自动达到平衡点，其中当流经所述至少第一与第二谐振转换器中特定谐振转换器的所述两个输出端的输出电流升高时，使得流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流亦升高；
当流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流升高时，使得所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电压降低；
当所述特定谐振转换器的所述两个输入端的所述输入电压降低时，使得所述至少第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输入端的输入电压升高；
当所述至少第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输入端的输入电压升高时，使得所述至少第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输出端的输出电流升高；以及当流经所述特定谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流与所述至少第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输出端的所述输出电流重新达到平衡时，则停止。
11.如权利要求10所述的电路，其中各所述输入电压Vin1与Vin2各自与所述第一谐振转换器与所述第二谐振转换器的第一增益M1与第二增益M2成比例。
12.如权利要求10所述的电路，其中所述至少第一与第二谐振转换器工作于交错的工作模式。
13.如权利要求10所述的电路，其中各所述至少第一与第二谐振转换器工作于相同的频率。
14.如权利要求10所述的电路，其中各所述至少第一与第二谐振转换器是LLC串联谐振直流/直流转换器。
15.如权利要求10所述的电路，其中各所述两个输入端是串联电连接，且各所述两个输出端是并联电连接。
16.如权利要求10所述的电路，其中所述第二谐振转换器的所述两个输入端是串联电连接于所述第一谐振转换器的所述两个输入端，且所述第二谐振转换器的所述两个输出端是并联电连接于所述第一谐振转换器的所述两个输出端。
17.如权利要求10所述的电路，其中所述第一输出电流Io1与所述第二输出电流Io2的差别是由所述第一谐振转换器的第一增益M1与所述第二谐振转换器的第二增益M2间的差别所决定。
18.如权利要求17所述的电路，其中所述第一谐振转换器的所述第一增益M1是所述输出电压Vo除以所述第一输入电压Vin1，且所述第二谐振转换器的所述第二增益M2是所述输出电压Vo除以所述第二输入电压Vin2。
19.如权利要求17所述的电路，其中所述第一输出电流Io1是来自所述第一谐振转换器的所述两个输入端的其中之一的第一输入电流Iin1除以所述第一谐振转换器的所述第一增益M1，且所述第二输出电流Io2是来自所述第二谐振转换器的所述两个输入端的其中之一的第二输入电流Iin2除以所述第二谐振转换器的所述第二增益M2。
20.如权利要求19所述的电路，其中在稳定条件下，所述第一输入电流Iin1与所述第二输入电流Iin2相同，且所述第一输出电流Io1除以所述第二输出电流Io2与所述第二谐振转换器的所述第二增益M2除以所述第一谐振转换器的所述第一增益M1是相同的。
21.一种谐振转换器电路，包含：
第一谐振转换器，具两个输入端与两个输出端；
第二谐振转换器，具两个输入端与两个输出端；
其中所述第一谐振转换器的所述两个输入端串联电连接于所述第二谐振转换器的所述两个输入端，所述第一谐振转换器的所述两个输出端并联电连接于所述第二谐振转换器的所述两个输出端，所述第一与所述第二谐振转换器之间的输出电流的差别仅决定于所述第一与所述第二谐振转换器直流电压增益的差别，且在动态情况下能够自动达到平衡点；
第一输入电容，耦接于所述第一谐振转换器的所述两个输入端之间；
第二输入电容，耦接于所述第二谐振转换器的所述两个输入端之间；以及输出电容，耦接于所述第一谐振转换器的所述两个输出端与所述第二谐振转换器的所述两个输出端之间，其中当流经所述第一与第二谐振转换器中特定谐振转换器的所述两个输出端的输出电流升高时，使得流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流亦升高；当流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流升高时，使得所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电压降低；当所述特定谐振转换器的所述两个输入端的所述输入电压降低时，使得所述第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的所述两个输入端的输入电压升高；当所述第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的所述两个输入端的输入电压升高时，使得所述第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的所述两个输出端的输出电流升高；以及当流经所述特定谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流与所述第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流重新达到平衡时，则停止。
22.如权利要求21所述的电路，更包括：
第三谐振转换器，具两个输入端与两个输出端，其中所述第三谐振转换器的所述两个输入端串联电连接于所述第一与所述第二谐振转换器的各所述两个输入端，且所述第三谐振转换器的所述两个输出端并联电连接于所述第一与所述第二谐振转换器的各所述两个输出端；以及第三输入电容，耦接于所述第三谐振转换器的所述两个输入端之间，其中所述输出电容耦接于所述第三谐振转换器的所述两个输出端之间。
23.如权利要求22所述的电路，其中所述第一、所述第二与所述第三谐振转换器的频率相同。
24.如权利要求22所述的电路，其中所述第一与所述第二谐振转换器的频率相同。
25.如权利要求22所述的电路，其中所述第一与所述第二谐振转换器的直流增益不同。
26.如权利要求22所述的电路，其中所述第一谐振转换器具有第一输出电流Io1，且所述第二谐振转换器具有第二输出电流Io2。
27.如权利要求26所述的电路，其中当Io1≠Io2时，所述第一输出电流Io1与所述第二输出电流Io2的差别是由所述第一谐振转换器的第一增益M1与所述第二谐振转换器的第二增益M2间的差别所决定。
28.如权利要求27所述的电路，其中在所述谐振转换器电路的稳定条件下，Io1/Io2＝M2/M1。
29.如权利要求27所述的电路，其中当Io1/Io2≠M2/M1时，一个自动电流平衡过程被执行。
30.如权利要求22所述的电路，其中所述第一谐振转换器与所述第二谐振转换器工作于交错的工作模式。
31.如权利要求22所述的电路，其中所述第一谐振转换器与所述第二谐振转换器是同一类型。
32.如权利要求22所述的电路，其中各所述谐振转换器是LLC串联谐振直流/直流转换器。
33.如权利要求22所述的电路，其中所述第一输入电容与所述第二输入电容所分别提供的输入电压Vin1与Vin2各自与所述第一谐振转换器的第一增益M1和所述第二谐振转换器的第二增益M2成比例。
34.如权利要求33所述的电路，其中在所述谐振转换器电路的稳定条件下，M2/M1＝Vin1/Vin2。
35.一种谐振转换器电路，包含：
第一谐振转换器，具两个输入端与两个输出端；以及
第二谐振转换器，具两个输入端与两个输出端，
其中所述第一谐振转换器的所述两个输入端串联电连接于所述第二谐振转换器的所述两个输入端，所述第一谐振转换器的所述两个输出端并联电连接于所述第二谐振转换器的所述两个输出端，所述第一与所述第二谐振转换器之间的输出电流的差别仅决定于所述第一与所述第二谐振转换器直流电压增益的差别，且在动态情况下能够自动达到平衡点，其中当流经所述第一与第二谐振转换器中特定谐振转换器的所述两个输出端的输出电流升高时，使得流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流亦升高；
当流经所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电流升高时，使得所述特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电压降低；
当特定谐振转换器的所述两个输入端的输入电压降低时，使得所述第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的所述两个输入端的输入电压升高；
当所述第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输入端的输入电压升高时，使得所述第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输出端的输出电流升高；以及当流经所述特定谐振转换器的所述两个输出端的所述输出电流与所述第一与第二谐振转换器中其余的谐振转换器的各所述两个输出端的所述输出电流重新达到平衡时，则停止。
36.如权利要求35所述的电路，更包括具两个输入端与两个输出端的第三谐振转换器，其中所述第三谐振转换器的所述两个输入端串联电连接于所述第一与所述第二谐振转换器的各所述两个输入端，且所述第三谐振转换器的所述两个输出端并联电连接于所述第一与所述第二谐振转换器的各所述两个输出端。
37.如权利要求36所述的电路，其中所述第一、所述第二与所述第三谐振转换器的频率相同。
38.如权利要求35所述的电路，其中所述第一与所述第二谐振转换器的频率相同。
39.如权利要求35所述的电路，其中所述第一谐振转换器的第一增益M1与所述第二谐振转换器的第二增益M2不同。
40.如权利要求35所述的电路，更包括第一输入电容与第二输入电容，其中所述第一输入电容与所述第二输入电容所分别提供的第一输入电压Vin1与第二输入电压Vin2各自与所述第一谐振转换器的第一增益M1和所述第二谐振转换器的第二增益M2成比例。
41.如权利要求40所述的电路，其中在所述谐振转换器电路的稳定条件下，M2/M1＝Vin1/Vin2。
42.如权利要求35所述的电路，其中当所述第一谐振转换器的第一输出电流Io1≠所述第二谐振转换器的第二输出电流Io2时，所述第一输出电流Io1与所述第二输出电流Io2的差别是由所述第一谐振转换器的第一直流增益M1与所述第二谐振转换器的第二直流增益M2间的差别所决定。
43.如权利要求42所述的电路，其中在所述谐振转换器电路的稳定条件下，Io1/Io2＝M2/M1。
44.如权利要求42所述的电路，其中当Io1/Io2≠M2/M1时，一个自动电流平衡过程被执行。
45.如权利要求35所述的电路，其中所述第一谐振转换器与所述第二谐振转换器工作于交错的工作模式。
46.如权利要求35所述的电路，其中所述第一谐振转换器与所述第二谐振转换器是同一类型。
47.如权利要求35所述的电路，其中各所述谐振转换器是LLC串联谐振直流/直流转换器。
说明书 :
并联连接的谐振转换器电路及其控制方法
技术领域
背景技术
S1与S2是开关S1-S2的驱动信号，is与im分别是流经谐振电感Ls与励磁电感Lm的电流，im在开关S1、S2断开时刻的值分别是Im与-Im，Vds1是开关S1漏级到其源极间的电压，iD1、iD2分别是输出整流二极管D1和D2的电流波形，Io是转换器的输出电流，iD1+iD2-Io就是流过输出滤波器(输出电容)Co的电流，Vcs是电容Cs的电压，其波形在每个周期中分为六个区间(t0-t1，t1-t2，…，t5-t6)，从第7个区间开始重复循环(t6＝t0)。从这些波形可以看出，由于iD1、iD2有较大的纹波，其峰值与平均值之差较大，造成输出滤波器(输出电容)Co中电流有效值较大，从而增加了Co的损耗或体积。