[發(fā)明專利]DC到DC變流器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780074280.2
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN110024275B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚大偉;楊曉波;范國興;宗升
• 申請（專利權(quán)）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號: H02M3/22
• 分類號: H02M3/22
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 李輝

提供了一種DC到DC變流器，具有到AC功率的中間轉(zhuǎn)換，該DC到DC變流器包括：變壓器，具有初級繞組和次級繞組；第一DC到AC轉(zhuǎn)換電路，其AC端子與變壓器的初級繞組耦合；第一AC到DC轉(zhuǎn)換電路，其AC端子跨變壓器的次級繞組的第一抽頭和第二抽頭而被耦合；第二AC到DC轉(zhuǎn)換電路，其AC端子跨變壓器的次級繞組的第三抽頭和第四抽頭而被耦合，其中第一抽頭和第二抽頭沿著變壓器的次級繞組被布置在第三抽頭與第四抽頭之間；以及至少一個第一功率開關(guān)，被布置在第一AC到DC轉(zhuǎn)換電路的DC端子中的一個DC端子與第二AC到DC轉(zhuǎn)換電路的DC端子中的一個DC端子之間。通過具有以上的解決方案，DC輸出電壓可以通過僅操作一個功率開關(guān)而在兩電平之間改變。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DC到DC變流器，并且更特別地涉及具有到AC功率的中間轉(zhuǎn)換的DC到DC轉(zhuǎn)換。

背景技術(shù)

DC到DC功率變流器是許多現(xiàn)代應(yīng)用中所需要的。例如，在高電壓、高功率的應(yīng)用中，諸如用在電信、電池充電器、以及具有功率因數(shù)校正的不間斷電源上的應(yīng)用中，需要這樣的變流器。

隨著開關(guān)頻率的增加，與設(shè)備閉合和關(guān)斷相關(guān)聯(lián)的開關(guān)損耗也隨之增加。在諸如LLC諧振變流器的軟開關(guān)DC到DC功率變流器中，開關(guān)損耗能夠更小，從而允許該諧振變流器在更高頻率上操作。因此，對于需要前述規(guī)格的一些應(yīng)用，諧振變流器的使用仍然是令人感興趣的選項。

LLC諧振變流器的輸出電壓通過改變開關(guān)頻率而被調(diào)整。但是，由于諧振回路(resonant tank)的參數(shù)被最優(yōu)地設(shè)計，當輸出電壓與額定輸出電壓相差較大時，性能將會下降。因此在實際情況下，附加的降壓/升壓被推薦與LLC諧振變流器一起使用，這反而導(dǎo)致功率密度減小和成本增加。為了滿足輸出電流紋波或降低輸出電感的要求，通常使用交錯的降壓/升壓。但是，這會導(dǎo)致更復(fù)雜的控制和驅(qū)動系統(tǒng)。

為了克服這個問題，常規(guī)的解決方案使用多繞組高頻變壓器來建立多個輸出電壓電平，同時LLC諧振變流器可以被設(shè)計在小的開關(guān)頻率范圍內(nèi)。Francisco Canales等人在AHigh-Power-Density DC to DC Converter for High-Power Distributed PowerSystems,Power Electronics Specialist Conference,2003.PESC'03.2003IEEE 34thAnnual中給出了一個示例。該論文的圖4示出了用于功率DC到DC變流器中的整流器的拓撲。根據(jù)功率開關(guān)(S₅,S₆)的狀態(tài)，變壓器次級繞組四個抽頭中的三個抽頭被導(dǎo)通以用于輸出AC功率，該輸出AC功率又在變流器的輸出處被轉(zhuǎn)換為DC功率。這些現(xiàn)有技術(shù)的變流器呈現(xiàn)的缺點之一是，它們最多允許兩電平DC電壓輸出。為了提高DC輸出電壓電平的數(shù)目，必須包括附加的雙向阻斷功率開關(guān)。這進而導(dǎo)致功率損耗、成本以及復(fù)雜性的增加。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種DC到DC變流器，具有到AC功率的中間轉(zhuǎn)換，該DC到DC變流器包括：變壓器，具有初級繞組和次級繞組；第一DC到AC轉(zhuǎn)換電路，其AC端子與變壓器的初級繞組耦合；第一AC到DC轉(zhuǎn)換電路，其AC端子跨變壓器的次級繞組的第一抽頭和第二抽頭而被耦合；第二AC到DC轉(zhuǎn)換電路，其AC端子跨變壓器的次級繞組的第三抽頭和第四抽頭而被耦合，其中第一抽頭和第二抽頭沿著變壓器的次級繞組被布置在第三抽頭與第四抽頭之間；以及至少一個第一功率開關(guān)，被布置在第一AC到DC轉(zhuǎn)換電路的DC端子中的一個DC端子與第二AC到DC轉(zhuǎn)換電路的DC端子中的一個DC端子之間。

通過具有以上的解決方案，DC輸出電壓可以通過僅操作一個功率開關(guān)(即，第一功率開關(guān)或第一功率開關(guān))而在兩電平之間改變。因為功率開關(guān)比多個功率二極管更昂貴，所以通過降低負責改變DC輸出電壓電平的功率開關(guān)的數(shù)目，有助于降低成本以及控制的復(fù)雜性。此外，功率損耗可以由于較少的功率開關(guān)的切換而減少。