[發(fā)明專利]適合高壓輸入多輸出場合的輔助電源

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• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104852588A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟濤;李春艷
• 申請（專利權(quán)）人: 黑龍江大學(xué)
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種DC/DC變換器，屬于開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種用電設(shè)備的種類越來越多，其供電電源的輸入電壓等級也不盡相同。目前，各種高壓輸入場合逐漸增多。例如，在城市軌道交通系統(tǒng)中，車輛的供電電網(wǎng)一般有750VDC和1500VDC兩種體制，其中，后者的最大電壓可達(dá)1800V以上；在高速鐵路電氣系統(tǒng)中，車輛上各電氣設(shè)備輸入直流母線的最大電壓高達(dá)2000V～4000V；在礦業(yè)生產(chǎn)中，高壓大功率采煤機(jī)變頻器的輸入電壓可達(dá)2000V～3000V甚至更高。受器件電壓等級等因素的限制，如何有效地降低各開關(guān)器件的電壓應(yīng)力一直是高壓變換器設(shè)計過程中的難點(diǎn)。

降低高壓變換器開關(guān)器件電壓應(yīng)力的方法通常有3種：(1)利用多個開關(guān)管直接串聯(lián)來代替單個開關(guān)管；(2)采用多電平技術(shù)來降低各開關(guān)管實(shí)際承擔(dān)的電壓值；(3)將多個電路在輸入側(cè)串聯(lián)來分擔(dān)高壓。

采用方法1時，為了確保電壓在各串聯(lián)開關(guān)管之間有效均分，通常需要引入專門的均壓環(huán)節(jié)，然而，各種串聯(lián)開關(guān)管均壓環(huán)節(jié)的引入，既增加了電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，限制了開關(guān)頻率，又額外增加了損耗。方法2的采用可有效地降低高壓變換器各開關(guān)器件實(shí)際承擔(dān)的電壓值，然而，采用多電平技術(shù)通常需增加多個箝位二極管與飛跨電容，而且隨著電平數(shù)的增加，變換器結(jié)構(gòu)和相應(yīng)均壓控制環(huán)節(jié)的復(fù)雜程度將大幅度增加，這使得該方法在中、小功率的高壓場合應(yīng)用受限。方法3的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①每個串聯(lián)電路均分輸入電壓，大幅度降低了各開關(guān)器件實(shí)際承受的電壓值；②可選擇電壓等級相對較低的開關(guān)器件(通常MOSFET開關(guān)耐壓越高，其導(dǎo)通電阻和損耗也越大)，有利于降低并分散功率器件的損耗，提高整個系統(tǒng)的可靠性；③若采用交錯控制技術(shù)，可有效減少輸出電流紋波，降低輸出濾波電容的體積。目前的研究結(jié)果表明，方法3能更有效地解決高壓變換器電壓應(yīng)力大的問題。

目前，研究人員對于常規(guī)的輸入串聯(lián)直流功率變換器已經(jīng)開展了較為廣泛的研究，輸入串聯(lián)直流功率變換器一般有2類，如圖1所示，圖1(a)輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)型(input-series?output-parallel,ISOP)和圖1(b)輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)型(input-series?output-series,ISOS)。

通常，ISOP型直流變換器適合多數(shù)常規(guī)的中、低壓輸出場合；而ISOS型直流變換器一般適用于輸出電壓較高的場合。ISOP型直流變換器設(shè)計的關(guān)鍵任務(wù)是實(shí)現(xiàn)其輸入均壓與輸出均流。目前，相關(guān)的各種均壓、均流控制方法的研究已經(jīng)比較成熟，但如采用已有的各種控制方法，必然要增加一個高精度的控制器，這無疑增加了控制環(huán)節(jié)的復(fù)雜程度，降低了變換器的可靠性。對于中、小功率的變換器而言，整個系統(tǒng)的簡單、可靠是十分重要的，因此，各種已有的均壓、均流控制方法不適合中、小功率的變換器。

除了各種均壓、均流控制方法的研究外，目前還有一些關(guān)于自然均壓、均流變換器的研究。該類變換器是由多個具有變壓器隔離的直流變換器在輸入側(cè)串聯(lián)、輸出側(cè)并聯(lián)而構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)類似于圖1(b)，不過圖中“DC/DC變換器”必需具有變壓器隔離。如圖2所示為目前研究的適合中、小功率領(lǐng)域的自然均壓、均流的正激式ISOP變換器。該變換器在不增加額外控制環(huán)節(jié)的情況下，實(shí)現(xiàn)了變換器的自然均壓與均流，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)勢。然而，如果將此類變換器應(yīng)用于需要多路輸出的場合，則需將其內(nèi)部各串聯(lián)電路的相應(yīng)輸出回路進(jìn)行依次的并聯(lián)或者串聯(lián)，這將使得變換器的輸出連線變得非常復(fù)雜，因此，該類變換器本身并不適合多輸出場合應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)方案在高壓輸入(由于高壓輸入才導(dǎo)致了輸入串聯(lián)的方式)、多輸出(中、小功率)場合應(yīng)用的不足，提供了一種適合高壓輸入多輸出場合的輔助電源。

本發(fā)明所述適合高壓輸入多輸出場合的輔助電源包括兩個方案。

第一個方案：適合高壓輸入多輸出場合的輔助電源包括功率變壓器T，功率變壓器T原邊串聯(lián)設(shè)置N路相同結(jié)構(gòu)的輸入電路單元；功率變壓器T副邊設(shè)置n路互相電氣隔離的輸出電路單元；N、n均為大于或等于1的自然數(shù)；