[發明專利]一種超寬范圍大功率變換器電路

有效

• 申請號: 202011614169.8
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112737347B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 劉慧
• 申請（專利權）人: 深圳市優優綠能電氣有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;B60L53/22
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 鄒秋菊

本發明涉及一種新型超寬范圍大功率變換器電路，包括變壓器模塊、第一和第二原邊輸入模塊、副邊輸出模塊、高低壓模式控制模塊，以及負載輸出模塊。所述第一原邊輸入模塊包括第一原邊均壓網絡、第一開關模塊和第一LC模塊，所述第二原邊輸入模塊包括第二原邊均壓網絡、第二開關模塊和第二LC模塊，所述第一原邊均壓網絡連接在第一輸入電容和第二開關模塊之間，所述第二原邊均壓網絡連接在第二輸入電容和所述第一開關模塊之間。在本發明中，令人驚訝地發現，通過設置諧振均壓網絡，在LLC諧振變換器在輕載下發波控制的變化引起的特定的原邊偏壓問題可以完美地解決。

技術領域

本發明涉及電源模塊領域，更具體地說，涉及一種超寬范圍大功率變換器電路。

背景技術

在大功率應用領域，輸入為三相交流電網，因為功率因素的要求，前級需要設計三相有源功率因素校正電路。因為三相電網輸入，三相有源功率因素校正電路輸出母線電壓較高，根據目前器件的情況，通常采用電解電容串聯的方式，如圖1所示。

在充電電源模塊兩級拓撲的應用中，前級電路的輸出BUS+和BUS-作為后級DC/DC變換器的輸入。通常，根據需求不同有兩種不同的連接方式，如圖2A-2B所示。兩個方式各有優缺點，圖2A把DC輸入母線電容中點和PFC輸出母線電容中點連接在一起，這樣DC 變換器輸入母線電容沒有均壓的問題，但是PFC輸出母線電容有較大的均壓壓力，需要PFC側進行均壓控制。同時DC變換器高頻紋波會進入PFC輸出母線電容。圖2B中，DC輸入母線電容中點和PFC輸出母線電容中點經過電阻隔開，這樣PFC側不受DC影響，高頻紋波不會影響PFC輸出母線電容。

為了實現能夠同時兼顧高低壓、實現寬范圍恒功率輸出，我司開發了一種寬范圍恒功率變換器，其可以用作圖2A-2B中的DC/DC變換器，從而可以實現可以覆蓋1000V~250V高低壓電動汽車的超寬范圍恒功率充電，可以給不同電壓等級的車進行快充。圖3中示出了該寬范圍恒功率變換器的結構示意圖。在圖3所示的拓撲結構中，電路元件例如諧振電容Lr，諧振電容Cr，變壓器勵磁電感Lm等諧振元件參數的差異，這些諧振元件參數的偏差通常在5%，10%的范圍。為了解決拓撲結構中電路參數差異導致的均壓問題，在變壓器的副邊設置了4個均壓網絡以解決拓撲中電路參數差異導致的均壓問題，從而確保原副邊電容的均壓能力。

在后期應用中我們發現，當將圖3所示的寬范圍恒功率變換器應用到圖2A所示的拓撲結構中時，其能夠正常運行。但是，當將圖3所示的寬范圍恒功率變換器應用到圖2B所示的拓撲結構中時，在輕載或者帶輕載啟機時，可能會面臨原邊和副邊串聯電容均壓的問題。

經過長期的研究實驗，我們發現，鑒于LLC諧振變換器，在常用的PFM 發波控制下，輕載會存在增益不單調的問題，導致輸出電壓不穩定。因此，輕載情況下，LLC的發波控制需要改變。不同的人，可能采用不同的發波方式，如改為移相發波（移相全橋拓撲的發波方式），PWM發波，間歇發波（Burst）等。輕載不同的發波方式，有各自的優點，能夠解決PFM發波的問題，但也可能帶來其他的問題。對于PWM發波或間歇發波等情況，會有一段時間不發波。在不發波的情況下，功率管的寄生參數，PCB寄生參數等會參與和諧振電容Cr，諧振電感Lr，以及變壓器勵磁電感Lm的自由諧振。在特定輸入電壓，輸出電壓，輕載不同的負載，及不同的負載形式（如逆變器負載，電子負載的CC檔，CV檔，CR檔等），在特定的動態過程中，發現圖3所示的寬范圍恒功率變換器并不能保證原副邊電容均壓。

例如：在輸出電壓700V，電子負載CC檔帶載0.1A時，在啟機過程中，輸出電容出現較大偏壓，不能自動調節，觸發副邊偏壓關機。如果只是更換負載形式，換成電子負載的CR檔，或者CV檔（限流保證同樣負載），同樣負載同樣輸出電壓則不會偏壓關機。同樣負載情況，輸出電壓換到500V，也不會出現偏壓關機。或者只是更改負載大小，也不會出現偏壓關機。或者帶其它更大的負載，啟機后調節到0.1A穩態，也不會出現偏壓關機。這種的偏壓，只會出現在特定情況下輕載，重載則不會發生。原邊偏壓關機同樣類似，這里不詳細描述。