[實用新型]一種功率轉換模塊及由該功率轉換模塊串并聯組成的電源系統

有效

• 申請號: 201720986966.6
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN207283410U
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 郭啟利
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型專利涉及一種功率轉換模塊及電源系統，特別涉及用于高壓輸入、模塊化應用的場合。

背景技術

在開關電源的應用系統中，高壓輸入場合，如光伏電源，一般其輸入范圍寬且輸入電壓高，高壓可達到1500V甚至更高，因此需要提高后一級變換器開關管的額定電壓。而高壓 MOSFET的通態電阻大，導致導通損耗大，且成本極高；有人說可以采用IGBT作為開關管，但IGBT飽和壓降雖小，但存在電流拖尾現象，限制了開關頻率的提高，不利于減小變壓器和濾波器件(電感、電容)的體積，再加上成本因素，明顯不是好的選擇。

為了解決光伏開關電源的高輸入電壓問題，有些開關電源廠家就想出了在開關電源內部進行功率器件的串并聯，用多個低壓功率器件來取代所需要的高壓應用場合，但是這樣的標準開關電源模塊限制了用戶的選擇，一般的廠家為了減少產品型號的數量，都會做超寬范圍的輸入，導致產品的成本提高，但是對于客戶來說卻是冗余設計。也有人想到了組合變換器的設計思路，但是一般都是采用復雜的外部控制電路實現的，系統復雜且應用不夠靈活。因此，對于電源模塊廠家來說能否用標準電源模塊直接組成客戶端需要的電源系統是值得考慮的問題。如果可以，則可以大大減少電源生產公司所生產的電源品種，方便用戶自行設計其需要的供電系統。

用標準電源模塊來搭建電源系統，最基本的方法就是采用輸入/輸出的串并聯組合。拿兩個完全相同的電源模塊作為例子，通過采用輸入/輸出的串并聯方法，共有下列四種電源系統可以組合得到：

系統1：輸入并聯，輸出并聯的系統；

系統2：輸入串聯，輸出并聯的系統；

系統3：輸入并聯，輸出串聯的系統；

系統4：輸入串聯，輸出串聯的系統。

這四種系統中，已得到廣泛應用的是第一種系統。典型的產品有大功率通信電源系統，大功率UPS系統等，另外三種系統，應用還不多。

系統2中的每個模塊，從冗余性要求出發，最好相互獨立，即各自有自己的控制與供電。但各個模塊不能按單個標準電源一樣，做成輸出電壓的精密穩壓，因為那樣的話，各模塊在輸出端并聯后的電流，會由于模塊電壓的出廠設置值誤差，而導致非常大的不均，這也將導致各模塊在其輸入電壓上的極大不均，從而影響模塊的可靠性，甚至損壞。所以，一般不能對具有精密穩壓的電源模塊進行直接的輸入串聯、輸出并聯。

在現有常用的拓撲中，正激、反激均從原理上就否決了輸入串聯輸出并聯系統的可行性。在常用的拓撲中Royer電路的小信號模型中的輸入阻抗為正，較為適合串并聯系統中，但是Royer電路用于高壓系統中，開關管的選取較為困難，并不適合高壓下的串并聯系統中。

開關電源作為其他電子設備的能量轉換供給單元，其體積與靈活性也備受關注，比如大功率超薄產品，其高壓器件的體積以及變壓器的體積嚴重的影響了整體產品的高度。這里有兩種解決方式，一種是利用變壓器的串并聯形式，將功率分散在幾個變壓器中，減少變壓器的體積，從而達到減少整個開關電源體積的目的；另一種思路就是模塊的串并聯，通過幾個小功率模塊的串并聯而進行功率拓展。但是目前市面上進行兩個模塊的輸入串聯輸出并聯的結構，都需要在模塊外額外的添加均流電路，如此應用的外部控制復雜，對于客戶來說有一定的專業限制，一些非電子專業的普通客戶無法簡單的實現。或者通過一些具有正阻抗特性的拓撲，利用其特有自然均壓進行原邊串聯副邊并聯。

在申請號為201621402396.3的實用新型專利中提及的串并聯結構中，采用的是開環控制的不對稱半橋反激變換器開關電源模塊進行串并聯。

上述專利雖然可以實現兩個開關電源模塊的簡單并聯，但是由于負載調整率等原因，整個系統的輸出電壓范圍比輸入的電壓范圍還要大，因此需要添加第二級穩壓系統，這對系統的整體效率影響很大。該實用新型專利的電路結構如圖1、圖2、圖3、圖4所示，其中圖1為兩個模塊直接輸入串聯輸出并聯的結構示意圖，圖2為兩個模塊直接輸入串聯輸出并聯并添加穩壓模塊的結構示意圖，圖3為多個模塊直接輸入串聯輸出并聯結構示意圖，圖4 為多個模塊直接輸入串聯輸出并聯并添加穩壓模塊的結構示意圖。