專利名稱：高效率多路輸出直直變換器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于服務(wù)器電源系統(tǒng)中的高效率多路輸出直直變換器，屬于功率電子變換的范疇。
背景技術(shù)：
跨入21世紀后，人們走進了一個嶄新的信息傳遞、交換及指令的社會，工作、生活方式及娛樂處于巨大的變革之中，通訊成為人與人交往不可缺少的手段。通訊的多樣化朝著快速、逼真、節(jié)省資源的方向發(fā)展，作為硬件環(huán)境，個人電腦和服務(wù)器將成為通訊網(wǎng)絡(luò)必備的基本設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及計算機領(lǐng)域產(chǎn)品走勢日趨模塊化、標準化，并以積木式結(jié)構(gòu)組成分布式供電系統(tǒng)。服務(wù)器電源按照標準可以分為ATX電源和SSI電源兩種。ATX標準使用較為普遍，主要用于臺式機、工作站和低端服務(wù)器，目前使用較普遍的ATX電源標準是ATX12V2.0、
2.2、2.3版本電源，輸出電壓主要有+12V，+5V，+3.3V，-12V，+5VSB。服務(wù)器電源從輸入到負載輸出主要有功率因素校正電路，前端直直變換電路以及載荷點變換電路。在這三級變換器中，由于前端直直變換電路輸入為高壓小電流，輸出為低壓大電流，所以它是提高效率的最主要考慮部分。為了提高效率，考慮高壓小電流輸入，低壓大電流輸出，提出的前端直直變換器的拓撲主要有有源箝位正激變換器、不對稱半橋變換、移相全橋變換器以及LLC諧振變換器。G.A.Karvelis, M.D.Manolarou, P.Malatestas, S.N.Manias.“Analysisand design of no n-dissipative active clamp for forward converters[J]，，.IEEProc.Electr.Power App1.2001, 148 (5):419-424 就有源箝位正激變換器進行了詳細的分析和設(shè)計，并用實驗進行了驗證。有源箝位正激變換器能實現(xiàn)零電壓開通，但是開關(guān)管的電壓應(yīng)力高于輸入電壓，很大程度上約束了器件的選擇；在其他拓撲中可以降低開關(guān)管電壓應(yīng)力，適合器件的選擇；In-Ho Cho, Kyu-Min Cho, Jong-ffoo Kim, Gun-WooMoon.，，A New Phase-Shifted Full-Bridge Converter With Maximum Duty Operationfor Server Power System[J].1EEE Transactions on Power Electronics, 2011,26(12):3491-3500對傳統(tǒng)移相全橋拓撲進行了改進，使變換器在正常工作和停頓情況下都能工作在0.5的理想占空比，同時保留了移相全橋零電壓開通的特性，從而減小了原邊導通損耗提高了變換器效率，并通過設(shè)計IkW樣機進行了驗證。但移相全橋變換器在輕載時是硬開關(guān)，效率較低，很難滿足80PLUS金牌標準提出的20%負載的條件。相比于其他拓撲，LLC諧振變換器結(jié)構(gòu)簡單，可在全負載范圍能實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通和副邊整流二極管的零電流關(guān)斷。然而，LLC諧振變換器在變頻控制時磁性元件較難設(shè)計，在定頻控制時會使整流二極管應(yīng)力增加，同時會產(chǎn)生環(huán)流。如何進一步提高前端直直變換器的效率，功率密度等，成為服務(wù)器電源設(shè)計和研究的難點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高服務(wù)器電源中高壓直流母線電壓到負載輸出的轉(zhuǎn)換效率，從而提高整機效率。在ATX12V電源的基礎(chǔ)上，結(jié)合LLC諧振變換器、隔離型直直變換器的優(yōu)點，提出了一種適用于服務(wù)器電源系統(tǒng)中的高效率多路輸出直流變換器及其控制方法，同時通過選擇最優(yōu)低壓直流母線電壓，使變換器的效率得到提升，以實現(xiàn)服務(wù)器電源整機效率的提聞。本發(fā)明提供一種適用于服務(wù)器電源系統(tǒng)中的高效率多路輸出直流變換器。本發(fā)明的目的是通過以下方案實施的:
一種高效率多路輸出直直變換器，它包括LLC諧振變換器(1)，隔離型直直變換器(2)及控制電路(8)，其特征在于:所述LLC諧振變換器(I)輸入端與所述隔離型直直變換器
(2)輸入串聯(lián)在輸入直流電源電路中，LLC諧振變換器(I)輸出端為多路且有一路與所述直直變換器(2)輸出并聯(lián)，其中LLC諧振變換器(I)由分壓電容(3-1)、逆變橋(4)、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)(5)、多路輸出變壓器(6)、多組副邊整流濾波網(wǎng)絡(luò)(7)順次連接而成；控制電路(8)輸入端與所述隔離型直直變換器(2)輸出端相連，輸出端與LLC諧振變換器(I)中的逆變橋
(3)和所述隔離型直直變換器(2)原邊開關(guān)管驅(qū)動電路相連。所述隔離型直直變換器(2)由原邊開關(guān)管電路、變壓器、副邊整流濾波網(wǎng)絡(luò)、電容和電阻依次連接而成。所述LL C諧振變換器(1)輸入端與所述隔離型直直變換器(2)輸入分別通過分壓電容(3-1)和分壓電容(3-2)串聯(lián)在輸入直流電源電路中。所述LLC諧振變換器(1)的逆變橋(4)采用全橋逆變橋或半橋逆變橋。所述LLC諧振變換器(1)的多路輸出變壓器(6)采用兩路輸出或者兩路以上輸出。所述LLC諧振變換器(1)的副邊整流濾波網(wǎng)絡(luò)(7)為整流橋與濾波電容順次連接，整流方式采用全波整流，半波整流或橋式整流。所述LLC諧振變換器(1)的副邊采用同步整流。所述隔離型直直變換器(2)為帶隔離變壓器的直直變換器。LLC諧振變換器的輸入電壓Vjnl占輸入直流電源Vjn的百分比為85°/Γ95%。所述LLC諧振變換器(1)占據(jù)絕大部分功率(85°/Γ95%)。通過隔離型直直變換
器閉環(huán)控制使輸出電壓L穩(wěn)壓，然后通過LLC諧振變換器1)的多路輸出變壓器(6)匝
比關(guān)系確定Κ.μ以及各路輸出，設(shè)計LLC諧振變換器多路輸出變壓器(6)的匝比以使得V.#等于85% 95%，以實現(xiàn)功率分配。所述LLC諧振變換器(1)定頻率開環(huán)工作，所述隔離型直直變換器(2 )閉環(huán)控制，輸出穩(wěn)壓。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點是:
通過LLC諧振變換器與隔離型直直變換器的輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)，同時LLC諧振變換器占據(jù)絕大部分功率(859Γ9590 ;將LLC諧振變換器的輸出電壓交由隔離型直直變換器來控制，以實現(xiàn)LLC諧振變換器始終運行在最高效率點，效率高控制簡單；其他路輸出采用匝比關(guān)系粗略確定，不必精確控制，通過選擇最優(yōu)母線電壓，在所述多路輸出直直變換器效率變化不大的情況下，提高了后級負載點變換器的效率，以實現(xiàn)整機效率的提升。適用于服務(wù)器電源系統(tǒng)。
附圖1是本發(fā)明在服務(wù)器電源系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu) 附圖2是本發(fā)明的多路輸出直直變換器結(jié)構(gòu)框 附圖3是本發(fā)明的一種多路輸出直直變換器拓撲的簡化分析 附圖4是本發(fā)明的一種多路輸出直直變換器拓撲兩路輸出的簡化分析 附圖5是本發(fā)明的主電路拓撲；
附圖6是本發(fā)明實施實例兩路輸出電路拓撲；
附圖7是本發(fā)明實施實例三路輸出電路拓撲；
附圖8是本發(fā)明的一種驅(qū)動電路示意 上述附圖中的主要符號名稱:匕一輸入直流電源；KiM，Ki/32—LLC諧振變換器的輸入電壓，隔離型直直變換器輸入電壓\Cin:Cin2一輸入分壓電容'Lr一原邊諧振電感'Cr一原邊諧振電感一原邊勵磁電感一原邊諧振電流一原邊勵磁電流—原邊變壓器輸入電流xNp, —變壓器原邊和副邊的匝數(shù)必 0—開關(guān)管'D1 4一寄生二極管；CTG—寄生電容 'SR:SRn ；V0l, V02, Kiffl—輸出電壓，101,102, 1n, I1, J2—輸出電流，Vpulse 為數(shù)字電路生成的脈沖信號， drire為驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動信號。
具體實施例方式實施例一:
附圖2所示為一種高效率多路輸出直直變換器具的結(jié)構(gòu)框圖，它包括LLC諧振變換器，隔離型直直變換器和控制電路。首先，結(jié)合電路(附圖3 )說明本發(fā)明中電路拓撲的理論基礎(chǔ):LLC作為DCX拓撲，隔離型直直變換器作為DC-DC拓撲；LLC諧振變換器與隔離型直直變換器電壓之比即為他們輸入功率之比，也為他們輸出功率之比，如式(I)所示；LLC諧振變換器的各路輸出與匝比成正比，如式(2)所示；
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則當L通過隔離型直直變換器調(diào)穩(wěn)之后，LLC諧振變換器的其他路輸出也隨匝比關(guān)系確定；由于LLC諧振變換器能達到的效率高，則使Vjnl遠大于匕2，可以讓整個變換器的效率近似等于LLC諧振變換器的效率。通過隔離型直直變換器閉環(huán)控制使輸出電壓Von穩(wěn)壓，然后通過LLC諧振變換器的多路輸出變壓器匝比關(guān)系確定Ktol以及各路輸出，通過設(shè)計LLC諧振變換器多路輸出變壓
器的匝比以使得&等于859Γ95%，以實現(xiàn)功率分配。以兩路輸出為例進行具體分析(附圖4)，可以得到以下等式；
權(quán)利要求
1.一種高效率多路輸出直直變換器，它包括LLC諧振變換器(I)，隔離型直直變換器(2)及控制電路(8)，其特征在于:所述LLC諧振變換器(I)輸入端與所述隔離型直直變換器(2)輸入串聯(lián)在輸入直流電源電路中，LLC諧振變換器(I)輸出端為多路且有一路與所述直直變換器(2)輸出并聯(lián)，其中LLC諧振變換器(I)由分壓電容(3-1)、逆變橋(4)、LLC諧振網(wǎng)絡(luò)(5)、多路輸出變壓器(6)、多組副邊整流濾波網(wǎng)絡(luò)(7)順次連接而成；控制電路(8)輸入端與所述隔離型直直變換器(2)輸出端相連，輸出端與LLC諧振變換器(I)中的逆變橋(3)和所述隔離型直直變換器(2)原邊 開關(guān)管驅(qū)動電路相連。
2.如權(quán)利要求1所述的高效率多路輸出直直變換器，其特征在于:所述隔離型直直變換器(2)由原邊開關(guān)管電路、變壓器、副邊整流濾波網(wǎng)絡(luò)、電容和電阻依次連接而成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高效率多路輸出直直變換器，其特征在于:所述LLC諧振變換器(I)輸入端與所述隔離型直直變換器(2)輸入分別通過分壓電容(3-1)和分壓電容(3-2)串聯(lián)在輸入直流電源電路中。
4.如權(quán)利要求1所述的高效率多路輸出直直變換器，其特征在于:所述LLC諧振變換器(I)的逆變橋(4)采用全橋逆變橋或半橋逆變橋。
5.如權(quán)利要求1所述的高效率多路輸出直直變換器，其特征在于:所述LLC諧振變換器(I)的多路輸出變壓器(6)采用兩路輸出或者兩路以上輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的高效率多路輸出直直變換器，其特征在于:所述LLC諧振變換器(I)的副邊整流濾波網(wǎng)絡(luò)(7)為整流橋與濾波電容順次連接，整流方式采用全波整流，半波整流或橋式整流。
7.如權(quán)利要求6所述的高效率多路輸出直直變換器，其特征在于:LLC諧振變換器(I)副邊整流方式采用同步整流。
8.如權(quán)利要求1所述的高效率多路輸出直直變換器，其特征在于:所述隔離型直直變換器(2)為帶隔離變壓器的直直變換器。
9.如權(quán)利要求1所述的高效率多路輸出直直變換器，其特征在于:LLC諧振變換器的輸入電壓Vjnl占輸入直流電源Vjn的百分比為85°/Γ95%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效率多路輸出直直變換器，它包括LLC諧振變換器(1)，隔離型直直變換器(2)及控制電路(8)，所述LLC諧振變換器(1)輸入端與所述隔離型直直變換器(2)輸入串聯(lián)在輸入直流電源電路中，LLC諧振變換器(1)輸出端為多路且有一路與所述直直變換器(2)輸出并聯(lián)。本發(fā)明提供的電路拓撲可以使主功率電路LLC諧振變換器(1)定頻率開環(huán)工作在最高效率點，效率高控制簡單，通過控制次功率電路隔離型直直變換(2)使輸出電壓穩(wěn)定，同時選擇最優(yōu)母線電壓，可以有效地提高整機效率，適合應(yīng)用在服務(wù)器電源。
文檔編號H02M3/28GK103248232SQ20131011922
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者任小永, 張強, 陳乾宏, 龐振進 申請人:南京航空航天大學