[發明專利]一種基于變壓器漏感的低應力高頻DC/DC功率變換器

有效

• 申請號: 201810077846.3
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108183616B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 王懿杰;管樂詩;胡西紅;張相軍;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/12
• 代理公司: 23109 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 岳昕

一種基于變壓器漏感的低應力高頻DC/DC功率變換器，涉及電力電子技術領域。本發明是為了避免現有高頻功率變換器存在的缺陷。本發明中Class E逆變電路的電壓輸入端口與電源電氣連接，Class E逆變電路的電壓輸出端口與隔離型匹配網絡的電壓輸入端口相連，隔離型匹配網絡的電壓輸出端口與整流環節電氣連接；隔直電容的一端連接變壓器組件的正輸入端，變壓器組件的正輸出端連接諧振電容的一端，隔直電容的另一端和變壓器組件的負輸入端作為隔離型匹配網絡的電壓輸入端口，變壓器組件的負輸出端和諧振電容的另一端作為隔離型匹配網絡的電壓輸出端口。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及低應力高頻DC/DC功率變換器。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，高頻、高效、高功率密度成為DC/DC功率變換器領域的必然前進方向。當開關頻率提高到幾十兆赫茲級別時，諧振元件的參數值與體積大大下降，系統暫態響應速度加快，且整個系統的體積與重量減小，功率密度大幅提高。圖1所示為高頻DC/DC功率變換系統的基本結構，一般由逆變、匹配和整流三個環節構成。其中逆變電路一般采用Class E或者ClassΦ₂拓撲，如圖2所示；匹配環節通常采用圖3所示的非隔離型LC網絡；至于整流環節，在高頻條件下通常采用諧振整流器以減小損耗，在此不做過多說明。

采用Class E或ClassΦ₂逆變環節與非隔離型LC匹配網絡組合的高頻功率變換器結構簡單，可實現對各個環節分步設計，但存在如下的缺點：

(1)若采用Class E逆變拓撲會導致開關管電壓應力過高，一般可達輸入電壓的4倍左右，不利于系統輸入電壓的提升和開關管功耗的降低；若采用ClassΦ₂逆變拓撲雖然可以降低開關管電壓應力，但是較Class E逆變多引入兩個諧振元件，由此產生的損耗將降低系統的效率，且會增大系統的體積，減小系統的功率密度。

(2)非隔離型LC匹配網絡只能在開關頻率下進行阻抗變換，帶寬極窄，且無法提供電氣隔離，系統安全性由之大大降低。

發明內容

本發明是為了避免現有高頻功率變換器存在的缺陷，現提供一種基于變壓器漏感的低應力高頻DC/DC功率變換器。

一種基于變壓器漏感的低應力高頻DC/DC功率變換器，包括Class E逆變電路和隔離型匹配網絡，隔離型匹配網絡包括：隔直電容C_B、諧振電容C_rec和變壓器組件，

Class E逆變電路的電壓輸入端口與電源電氣連接，Class E逆變電路的電壓輸出端口與隔離型匹配網絡的電壓輸入端口相連，隔離型匹配網絡的電壓輸出端口與整流環節電氣連接；

隔直電容C_B的一端連接變壓器組件的正輸入端，變壓器組件的正輸出端連接諧振電容C_rec的一端，隔直電容C_B的另一端和變壓器組件的負輸入端作為隔離型匹配網絡的電壓輸入端口，變壓器組件的負輸出端和諧振電容C_rec的另一端作為隔離型匹配網絡的電壓輸出端口。

本發明提出一種新型的隔離型匹配網絡，在這種匹配網絡的作用下，逆變環節采用Class E拓撲就能使開關管實現較低的開關應力與零電壓開關(Zero voltageswitching,ZVS)，而不需要采用ClassΦ₂拓撲，從而避免了額外諧振元件的引入，系統的體積減小了30％，且利于系統效率及功率密度的提升。

隔離型匹配網絡的隔離性為變換器的輸入輸出提供了電氣隔離，提高了系統的安全性。

隔離型匹配網絡中變壓器的漏感值和勵磁電感值被精確設計，提高了系統的集成度，進一步減小了系統的體積。

附圖說明