[發明專利]電流源輸入型諧振軟開關DC/DC變換器

有效

• 申請號: 201410112648.8
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN103887976B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 吳新科;秦偉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明涉及一種電力電子電能變換電路，尤其涉及一種隔離型軟開關諧振DC/DC電路。

背景技術

諧振型DC/DC變流器以其低開關損耗、高開關頻率在中高壓直流變換應用場合受到廣泛應用。其中，諧振型的DC/DC采用固定頻率和占空比的輸出不調整的控制方式時，開關頻率可以在MHz以上，同時效率能夠達到97%以上，如圖1所示，這是一般的PWM變流器所不具有的優勢。采用固定占空比和頻率的控制方式，使串聯諧振電路工作在諧振點，此時開關管的驅動邏輯簡單，磁性元件易于優化，元器件利用率高，環流最小，從而獲得最高效率。

但是，由于串聯諧振電路中的諧振電容必須在交流回路中，其等效電路如圖2所示，因此變壓器必須工作在雙端勵磁方式，且采用雙端整流結構，才能夠滿足電容的安秒平衡，這限制了這一拓撲的應用場合，尤其是在小功率場合的應用，對成本很敏感，開關管數量越少越好，因此，半橋結構顯然不合適小功率應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種能夠滿足各種功率等級應用場合的電流源輸入型諧振軟開關DC/DC變換器。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

提供一種電流源輸入型諧振軟開關DC/DC變換器，包括輸入電壓源、變壓器、輸入電感、諧振電容和諧振電感；所述變壓器的副邊整流結構為雙端整流結構或單端整流結構，所述諧振電感與原邊繞組串聯在同一條支路中；所述諧振電容位于變壓器輸入端的直流側，且輸入電感設于諧振電容與輸入電壓源之間作為電流源，利用諧振電容與諧振電感的諧振以實現零電流軟開關。

本發明中，所述變壓器輸入端的直流側具有如下結構中的任意一種：

（1）輸入電壓源的正端接到輸入電感的一端，兩個諧振電容串聯后跨接至輸入電壓源的負端和輸入電感的另一端；兩個諧振電容之間的中點經諧振電感連接到變壓器原邊繞組的非同名端，原邊繞組的同名端接到兩個開關管構成的橋臂的中點；兩個開關管構成的橋臂與兩個諧振電容串聯后的兩端并聯；

（2）輸入電壓源的正端接到輸入電感的一端；諧振電容跨接至輸入電壓源的負端和輸入電感的另一端；分別由兩個開關管組成的兩個橋臂均與諧振電容并聯，變壓器原邊繞組的同名端接到一個橋臂的中點，變壓器原邊繞組的非同名端經諧振電感接到另一個橋臂的中點；

（3）輸入電壓源的正端接到輸入電感的一端；諧振電容跨接至輸入電壓源的負端和輸入電感的另一端；變壓器原邊有兩個繞組，第一繞組的同名端與第二繞組的非同名端相連接，且同時連接到輸入電感與諧振電容的連接處；第一繞組的非同名端經諧振電感接到第一開關管的一端，第二繞組的同名端經諧振電感接到第二開關管的一端，兩個開關管的另一端均接到輸入電壓源的負端；

（4）輸入電壓源的正端接到輸入電感的一端；第一諧振電容跨接至輸入電壓源的負端和輸入電感的另一端；變壓器原邊有兩個繞組，第一繞組的同名端與第二開關管的一端相連接，且同時連接到輸入電感與諧振電容連接處；第一繞組的非同名端經諧振電感接到第一開關管的一端，第二繞組的非同名端接到第二開關管的另一端；第一開關管的另一端、原邊第二繞組的同名端經諧振電感接到輸入電壓源的負端；第二諧振電容一端接到第二繞組的非同名端，另一端接到第一繞組的非同名端；

（5）輸入電壓源的正端接到輸入電感的一端；諧振電容跨接至輸入電壓源的負端和輸入電感的另一端；變壓器原邊繞組的同名端經諧振電感連接到輸入電感與諧振電容的連接處；原邊繞組非同名端接到開關管的一端；開關管的另一端接到輸入電壓源的負端；

（6）輸入電壓源的正端接到輸入電感的一端；諧振電容跨接至輸入電壓源的負端和輸入電感的另一端；變壓器原邊繞組的同名端經諧振電感連接到輸入電感與諧振電容的連接處；原邊繞組非同名端接到第一開關管的一端；第一開關管的另一端接到輸入電壓源的負端；箝位電容與箝位輔助開關串聯后并聯在原邊繞組的兩端。

本發明中，所述諧振電感是變壓器漏感或者額外的獨立電感。

本發明中，所述雙端整流結構是中心抽頭整流結構、全橋整流結構或倍壓整流結構；所述的單端整流結構是半波整流結構。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

1、由于在輸入端采用軟開關并聯諧振技術，使功率開關管工作在零電壓開通以及準零電流關斷狀態，減小功率開關管兩端的電壓和通過功率開關管的電流的重疊時間，減小了功率開關管的開關損耗。

2、回收寄生電感或電容上的能量，提升能量轉換效率。

3、易于實現高頻化，提升功率密度。