[發(fā)明專利]諧振直流-直流轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880063469.6
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN111213310B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬丁·赫格特;馬塞爾·盧策;塞巴斯蒂安·尼爾博克;馬庫斯·普法伊費爾;馬庫斯·措赫爾
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子股份公司
• 主分類號: H02M3/337
• 分類號: H02M3/337;H02M1/00
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 李海霞

本發(fā)明涉及一種諧振直流?直流轉(zhuǎn)換器，其具有逆變電路(2)、整流電路(3)和變壓器單元(4)，其中逆變電路(2)與變壓器單元(4)的第一端子連接，而整流電路(3)與變壓器單元(4)的第二端子連接。為了改進直流?直流轉(zhuǎn)換器而提出：借助于第一變壓器(5)將第一和第二端子彼此電隔離，其中變壓器單元(4)具有用于調(diào)整變壓器單元(4)的變壓比的部件，其中變壓器單元(4)具有能量傳遞路徑(7)，其中能量傳遞路徑(7)具有逆變器(8)和第二變壓器(6)，其中能量傳遞路徑(7)的輸入端與第一變壓器(5)的初級側(cè)并聯(lián)布置，而能量傳遞路徑(7)的輸出端與第一變壓器(5)的次級側(cè)串聯(lián)布置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種諧振直流-直流轉(zhuǎn)換器，其具有逆變電路、整流電路和變壓器單元，其中逆變電路與變壓器單元的第一端子連接而整流電路與變壓器單元的第二端子連接。

背景技術(shù)

直流-直流轉(zhuǎn)換器用于改變直流電壓的電壓大小。直流-直流轉(zhuǎn)換器也稱為直流-直流變換器或直流/直流轉(zhuǎn)換器或直流斬波器。借助半導(dǎo)體，將直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)電壓轉(zhuǎn)換為直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)的可預(yù)設(shè)電壓。為了減少直流-直流轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體中的開關(guān)損失，在諧振直流-直流轉(zhuǎn)換器的情況下產(chǎn)生交流電流，其中在電流過零點時或在過零點附近執(zhí)行開關(guān)操作。直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端和輸出端通常彼此電隔離。

諧振變換器在諧振頻率附近的范圍內(nèi)具有優(yōu)勢，因為在該范圍內(nèi)半導(dǎo)體的導(dǎo)通或關(guān)斷損失最小。如果工作點頻率與諧振之間的間距增加，則開關(guān)損失持續(xù)增加。除了增加導(dǎo)通或關(guān)斷損失之外，電流還在諧振網(wǎng)絡(luò)中失去其正弦形變化，進而在頻率范圍內(nèi)具有寬帶頻譜，而寬帶頻譜在諧振變換器的輸出端處需要高開銷的濾波。由于低的導(dǎo)通和關(guān)斷損失，諧振變換器還在接近諧振頻率處或就在諧振頻率處具有其最佳效率，在其他情況下，諧振變換器具有與常規(guī)硬開關(guān)拓撲相似的效率。

要覆蓋大的輸入和輸出電壓范圍的諧振變換器通常在寬泛的頻率范圍之上運行，這導(dǎo)致了上述缺點。在極端情況下，諧振變換器在純電容性或電感性范圍中運行。

目前，在輸入和輸出電壓有大動態(tài)變化的范圍之上，使用具有常規(guī)硬開關(guān)拓撲的直流-直流轉(zhuǎn)換器。諧振結(jié)構(gòu)大多數(shù)僅在恒定負載或較小負載波動的情況下使用。在這種情況下，諧振結(jié)構(gòu)能夠直接在其諧振頻率處或接近其諧振頻率處運行并具有上述優(yōu)點。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，硬開關(guān)式全橋用于大的輸入和輸出電壓范圍。電路的工作原理如下。輸入側(cè)的逆變電路為變壓器提供交流電壓。交流電壓通過交替地導(dǎo)通逆變電路的半導(dǎo)體來產(chǎn)生。為了控制電壓-時間面積且進而控制功率通量，將導(dǎo)通持續(xù)時間設(shè)置在0％與50％之間。以這種方式產(chǎn)生的變壓器初級電壓根據(jù)變壓比傳輸?shù)酱渭墏?cè)，并借助于整流電路進行整流。

在該拓撲結(jié)構(gòu)中，能夠明顯觀察到半導(dǎo)體的開關(guān)損失。另外，全橋電路的并聯(lián)支路中的電流在頻率范圍內(nèi)具有非常寬的帶寬，并且為了平滑而需要大的輸出濾波器。然而，該布置的優(yōu)點在于輸入和輸出電壓的大設(shè)定范圍。

在直流-直流轉(zhuǎn)換器的諧振開關(guān)式逆變電路中，產(chǎn)生正弦形電流，該電流流過變壓器并進而由于重復(fù)的過零點而能夠在沒有電流的情況下接通和斷開。產(chǎn)生正弦形電流的諧振回路是逆變電路的橋支路中的電容和電感的串聯(lián)電路。通過開關(guān)逆變電路的半導(dǎo)體，產(chǎn)生正弦形電流，該電流經(jīng)由變壓器傳輸并且在次級側(cè)上借助整流電路被整流。整流電路的輸出端處的電容器用于平滑經(jīng)整流的電壓。根據(jù)逆變電路運行的頻率高低，能夠以略低于諧振的方式(f_sf_r)、以諧振的方式(f_s＝f_r)或略高于諧振的方式(f_sf_r)驅(qū)控開關(guān)。因此，確保以連續(xù)正弦形電流進行諧振運行。如果開關(guān)頻率應(yīng)遠低于或者遠高于諧振，則電流曲線不變?yōu)檎倚巍Ｒ虼诵枰褐C振開關(guān)式逆變電路始終在諧振頻率的范圍內(nèi)運行，以避免橋支路中的高開銷的且存在損失的濾波器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所基于的目的是：改進諧振直流-直流轉(zhuǎn)換器。