[發(fā)明專利]一種串聯(lián)型半橋DC-DC變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210044498.2
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102594152A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 李武華;何原明;趙一;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發(fā)明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種串聯(lián)型半橋DC-DC(直流-直流)變換器。

背景技術

近年來，各種電源設備已經(jīng)被廣泛的應用于通訊、照明、軍工等行業(yè)。為了規(guī)范電源設備的用電質量，一些世界性的學術組織和國家開始制定并實施了一系列電源設備的標準。限制電源設備對交流電網(wǎng)的諧波污染是重要的標準之一，如IEC555-2、IEEE519等。為了滿足諧波標準，行業(yè)內通常使用多級級聯(lián)型高頻變換器，并在第一級整流設備中使用功率因素校正技術(Power?Factor?Correction，PFC)。

在三相電力系統(tǒng)中使用多級級聯(lián)型高頻變換器時，第一級三相PFC整流變換器的輸出母線電壓一般為600-800V，甚至某些場合會高達1000V。這使得后級變換器中開關器件的電壓應力大大增加。

現(xiàn)有的應用于三相PFC后級的DC-DC變換器一般采用由高壓器件組成的傳統(tǒng)橋式結構或由低壓器件組成的三電平結構。其中由IGBT或高壓MOSFET等高壓器件組成的傳統(tǒng)橋式結構，如圖1所示；雖然控制方便、技術成熟，但是由于高壓器件開關頻率低、導通電阻大，致使變換器無法滿足高效高性能的需求，同時高壓器件成本比較高。

而由低壓功率器件組成的三電平結構，如圖2所示；可以使得每個功率器件承受的電壓降為母線電壓的二分之一；同時，三電平結構中的開關器件工作頻率較高，有利于提高變換器功率密度、減小變換器的體積；另外，三電平結構還具有較小的電壓變換應力、器件開關損耗低等優(yōu)點。

因此三電平結構已經(jīng)開始取代由高壓器件組成的傳統(tǒng)橋式結構，被應用于高輸入電壓場合的DC-DC變換器中。但是，由低壓功率器件組成的三電平結構中，開關器件的數(shù)量多，同時三電平結構中兩個母線電容串聯(lián)后接入直流母線電壓，在使用過程中需要增加額外的硬件電路或控制方法來實現(xiàn)直流母線電容的電壓均衡。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術所存在的上述技術缺陷，本發(fā)明提供了一種串聯(lián)型半橋DC-DC變換器，能夠自動實現(xiàn)直流母線電容的電壓均衡，且開關器件應力低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

一種串聯(lián)型半橋DC-DC變換器，包括變壓器、與變壓器原邊繞組相連的原邊電路、與變壓器副邊繞組相連的副邊電路；

所述的原邊電路包括一個直流電源、一個原邊電感、兩個母線電容、兩條隔直電容支路和四個功率開關管；其中：原邊電感與變壓器原邊繞組串聯(lián)構成原邊支路；直流電源的正極與第一母線電容的一端和第一功率開關管的漏極相連，負極與第二母線電容的一端和第四功率開關管的源極相連；第一功率開關管的源極與第二功率開關管的漏極和第一隔直電容支路的一端相連；第四功率開關管的漏極與第三功率開關管的源極和第二隔直電容支路的一端相連；第一母線電容的另一端與第二母線電容的另一端、第二功率開關管的源極、第三功率開關管的漏極和原邊支路的一端相連；原邊支路的另一端與第一隔直電容支路的另一端和第二隔直電容支路的另一端相連；

所述的功率開關管為帶有反并二極管的功率開關管；所述的功率開關管的柵極接收外部設備提供的開關信號。

第一功率開關管與第三功率開關管接收的開關信號相同，第一功率開關管與第二功率開關管接收的開關信號互補，第三功率開關管與第四功率開關管接收的開關信號互補。

所述的四個功率開關管的開關控制方式采用不對稱半橋控制方式、移相控制方式或諧振控制方式。

不對稱半橋控制方式：所有功率開關管的開關信號的頻率相同且固定；第一、第三功率開關管的開關信號相同且占空比為0～50％，第一、第二功率開關管的開關信號互補，第三、第四功率開關管的開關信號互補；通過調節(jié)開關信號的占空比來調節(jié)輸出電壓。

諧振控制方式：所有功率開關管的開關信號的頻率相同且可調；第一、第三功率開關管的開關信號相同且占空比固定為50％，第一、第二功率開關管的開關信號互補，第三、第四功率開關管的開關信號互補；通過調節(jié)開關信號的頻率來調節(jié)輸出電壓。

移相控制方式：副邊電路為由功率開關管所構成的可控整流電路，原邊電路中所有功率開關管的開關信號的頻率相同且固定；第一、第三功率開關管的開關信號相同且占空比固定為50％，第一、第二功率開關管的開關信號互補，第三、第四功率開關管的開關信號互補；副邊電路中所有功率開關管的開關信號的頻率相同且固定；通過調節(jié)副邊電路中功率開關管開關信號的占空比及調節(jié)原副兩邊開關信號的相位差來調節(jié)輸出電壓。

所述的功率開關管為IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)或MOS管。