[發(fā)明專利]用于高壓大功率的高頻隔離軟開(kāi)關(guān)DC-DC變換器及調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810339631.4
• 申請(qǐng)日: 2018-04-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108418434B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張承慧;楊東江;段彬;丁文龍;宋金秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

一種用于高壓大功率的高頻隔離軟開(kāi)關(guān)DC?DC變換器及調(diào)制方法，其為帶輔助開(kāi)關(guān)的半周期PWM調(diào)制型串聯(lián)諧振變換器，包括輸入母線電容、輸入全橋逆變電路、LC串聯(lián)諧振電路、高頻變壓器、輸出全橋整流電路和輸出母線電容，以上部分均與傳統(tǒng)SRC諧振變換器相同。還包括開(kāi)關(guān)管Q1支路部分稱為輔助開(kāi)關(guān)，為優(yōu)化之后添加的諧振網(wǎng)絡(luò)，可直接快速?gòu)碾娫传@取能量注入諧振電感，以實(shí)現(xiàn)更高的電壓增益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DC-DC變換器領(lǐng)域，特別涉及用于高壓大功率隔離型基于輔助開(kāi)關(guān)的半周期PWM調(diào)制型串聯(lián)諧振變換器(SH-SRC)及其調(diào)制方法。

背景技術(shù)

諧振型DC-DC變換器可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件軟開(kāi)關(guān)運(yùn)行，具有高效率、低損耗、電磁兼容性能好等優(yōu)點(diǎn)，成為不同直流母線之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離的優(yōu)選拓?fù)洹?/p>

諧振型DC-DC變換器類型眾多，其中開(kāi)環(huán)控制的串聯(lián)諧振變換器(SRC)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便等特性而得到廣泛應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于諧振電感、變壓器和諧振電容都具有一定的容差，同時(shí)諧振電感磁芯的磁滯曲線非線性， SRC的實(shí)際工作頻率與理論計(jì)算頻率有一定的偏差，諧振點(diǎn)很難精準(zhǔn)鎖定。由此，會(huì)導(dǎo)致當(dāng)負(fù)載大幅度變化時(shí)，SRC變換器的電壓增益隨之變化，造成次級(jí)母線電壓的波動(dòng)。傳統(tǒng)的LLC諧振變換器由于勵(lì)磁電感的存在，可以通過(guò)令諧振腔工作于LLC模式下而實(shí)現(xiàn)升壓。但是對(duì)于高壓大功率場(chǎng)合，LLC變換器則較難應(yīng)用。大功率場(chǎng)合下，50kW功率等級(jí)以上磁性元件的工作頻率范圍受到工藝限制，其最優(yōu)工作狀態(tài)工作頻率范圍一般為20kHz-50kHz，為避免諧振電容兩端電壓過(guò)高，往往需要增大諧振電容的容值。如此，在諧振頻率一定時(shí)，諧振電容值較大，則需要降低諧振電感的感值，但在700V-800V初級(jí)母線電壓等級(jí)下，勵(lì)磁電感的取值較大，以限制勵(lì)磁電流的幅值，如此，則勵(lì)磁電感和諧振電感的比值就會(huì)很大，導(dǎo)致LLC無(wú)法得到較好的電壓增益-頻率特性。

因此，對(duì)傳統(tǒng)的SRC變換器和LLC變換器進(jìn)行拓?fù)浜涂刂品绞降膬?yōu)化，以提高電壓增益非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種高頻隔離軟開(kāi)關(guān)DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和一種與之相適應(yīng)的調(diào)制方法。本拓?fù)浼捌湔{(diào)制方法解決了由于元器件容差、溫漂及負(fù)載大幅度變化導(dǎo)致的輸出母線電壓跌落，而傳統(tǒng)SRC變換器無(wú)法升壓的問(wèn)題。該拓?fù)潇`活可控，應(yīng)用簡(jiǎn)單，極大拓展了傳統(tǒng)SRC的適用范圍。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

用于高壓大功率的高頻隔離軟開(kāi)關(guān)DC-DC變換器，為帶輔助開(kāi)關(guān)的半周期 PWM調(diào)制型串聯(lián)諧振變換器(SH-SRC)；

所述的帶輔助開(kāi)關(guān)的半周期PWM調(diào)制型串聯(lián)諧振變換器，包括輸入母線電容、輸入全橋逆變電路、LC串聯(lián)諧振電路、輔助開(kāi)關(guān)、高頻變壓器、輸出全橋整流電路和輸出母線電容；所述的輔助開(kāi)關(guān)包括二極管和開(kāi)關(guān)管，所述二極管的負(fù)極與開(kāi)關(guān)管的D極(D代指MOSFET器件的漏極和IGBT等器件的集電極)連接，所述二極管的正極連接于LC串聯(lián)諧振電路的電感電容之間，所述開(kāi)關(guān)管的S極(S 代指MOSFET器件的源極和IGBT等器件的發(fā)射極)連接輸入母線的負(fù)極；

進(jìn)一步，所述輸入全橋逆變電路，為包括4個(gè)開(kāi)關(guān)管S1、S2、S3、S4的H 全橋電路，開(kāi)關(guān)管S1D極與S3D極相連，S1S極與S2D極相連，S3S極與 S4D極相連，S4S極與S2S極相連；所述LC串聯(lián)諧振電路輸入端連接于開(kāi)關(guān)管S1、S2之間，輸出端連接所述高頻變壓器一次繞組后連接于開(kāi)關(guān)管S3、S4 之間；所述的輔助開(kāi)關(guān)的二極管連接于LC串聯(lián)諧振電路的電感電容之間，所述的輔助開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)管的S極連接于開(kāi)關(guān)管S4S極；所述輸入母線電容與所述輸入全橋逆變電路的輸入端并聯(lián)。

進(jìn)一步，所述輸出全橋整流電路，為包括4個(gè)開(kāi)關(guān)管S5、S6、S7、S8的H 全橋電路，所述開(kāi)關(guān)管S5D極與S7D極連接，S5S極與S6D極連接，S6S 極與S8S極連接，S8D極與S7S極連接，所述高頻變壓器二次繞組一端連接于S5、S6之間，另一端連接于S7、S8之間，所述輸出母線電容與所述輸出全橋整流電路的輸出端并聯(lián)。