[發(fā)明專利]一種超寬范圍大功率變換器電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011614169.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN112737347B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市優(yōu)優(yōu)綠能電氣有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335;B60L53/22
• 代理公司: 深圳市順天達(dá)專利商標(biāo)代理有限公司 44217
• 代理人: 鄒秋菊

本發(fā)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(fù)載輸出模塊。所述第一原邊輸入模塊包括第一原邊均壓網(wǎng)絡(luò)、第一開關(guān)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(wǎng)絡(luò)、第二開關(guān)模塊和第二LC模塊，所述第一原邊均壓網(wǎng)絡(luò)連接在第一輸入電容和第二開關(guān)模塊之間，所述第二原邊均壓網(wǎng)絡(luò)連接在第二輸入電容和所述第一開關(guān)模塊之間。在本發(fā)明中，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過設(shè)置諧振均壓網(wǎng)絡(luò)，在LLC諧振變換器在輕載下發(fā)波控制的變化引起的特定的原邊偏壓?jiǎn)栴}可以完美地解決。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電源模塊領(lǐng)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(shù)

在大功率應(yīng)用領(lǐng)域，輸入為三相交流電網(wǎng)，因?yàn)楣β室蛩氐囊螅凹?jí)需要設(shè)計(jì)三相有源功率因素校正電路。因?yàn)槿嚯娋W(wǎng)輸入，三相有源功率因素校正電路輸出母線電壓較高，根據(jù)目前器件的情況，通常采用電解電容串聯(lián)的方式，如圖1所示。

在充電電源模塊兩級(jí)拓?fù)涞膽?yīng)用中，前級(jí)電路的輸出BUS+和BUS-作為后級(jí)DC/DC變換器的輸入。通常，根據(jù)需求不同有兩種不同的連接方式，如圖2A-2B所示。兩個(gè)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，圖2A把DC輸入母線電容中點(diǎn)和PFC輸出母線電容中點(diǎn)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(cè)進(jìn)行均壓控制。同時(shí)DC變換器高頻紋波會(huì)進(jìn)入PFC輸出母線電容。圖2B中，DC輸入母線電容中點(diǎn)和PFC輸出母線電容中點(diǎn)經(jīng)過電阻隔開，這樣PFC側(cè)不受DC影響，高頻紋波不會(huì)影響PFC輸出母線電容。

為了實(shí)現(xiàn)能夠同時(shí)兼顧高低壓、實(shí)現(xiàn)寬范圍恒功率輸出，我司開發(fā)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(shí)現(xiàn)可以覆蓋1000V~250V高低壓電動(dòng)汽車的超寬范圍恒功率充電，可以給不同電壓等級(jí)的車進(jìn)行快充。圖3中示出了該寬范圍恒功率變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，電路元件例如諧振電容Lr，諧振電容Cr，變壓器勵(lì)磁電感Lm等諧振元件參數(shù)的差異，這些諧振元件參數(shù)的偏差通常在5%，10%的范圍。為了解決拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中電路參數(shù)差異導(dǎo)致的均壓?jiǎn)栴}，在變壓器的副邊設(shè)置了4個(gè)均壓網(wǎng)絡(luò)以解決拓?fù)渲须娐穮?shù)差異導(dǎo)致的均壓?jiǎn)栴}，從而確保原副邊電容的均壓能力。

在后期應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將圖3所示的寬范圍恒功率變換器應(yīng)用到圖2A所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中時(shí)，其能夠正常運(yùn)行。但是，當(dāng)將圖3所示的寬范圍恒功率變換器應(yīng)用到圖2B所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中時(shí)，在輕載或者帶輕載啟機(jī)時(shí)，可能會(huì)面臨原邊和副邊串聯(lián)電容均壓的問題。

經(jīng)過長(zhǎng)期的研究實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，鑒于LLC諧振變換器，在常用的PFM 發(fā)波控制下，輕載會(huì)存在增益不單調(diào)的問題，導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定。因此，輕載情況下，LLC的發(fā)波控制需要改變。不同的人，可能采用不同的發(fā)波方式，如改為移相發(fā)波（移相全橋拓?fù)涞陌l(fā)波方式），PWM發(fā)波，間歇發(fā)波（Burst）等。輕載不同的發(fā)波方式，有各自的優(yōu)點(diǎn)，能夠解決PFM發(fā)波的問題，但也可能帶來其他的問題。對(duì)于PWM發(fā)波或間歇發(fā)波等情況，會(huì)有一段時(shí)間不發(fā)波。在不發(fā)波的情況下，功率管的寄生參數(shù)，PCB寄生參數(shù)等會(huì)參與和諧振電容Cr，諧振電感Lr，以及變壓器勵(lì)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(fù)載，及不同的負(fù)載形式（如逆變器負(fù)載，電子負(fù)載的CC檔，CV檔，CR檔等），在特定的動(dòng)態(tài)過程中，發(fā)現(xiàn)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(fù)載CC檔帶載0.1A時(shí)，在啟機(jī)過程中，輸出電容出現(xiàn)較大偏壓，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，觸發(fā)副邊偏壓關(guān)機(jī)。如果只是更換負(fù)載形式，換成電子負(fù)載的CR檔，或者CV檔（限流保證同樣負(fù)載），同樣負(fù)載同樣輸出電壓則不會(huì)偏壓關(guān)機(jī)。同樣負(fù)載情況，輸出電壓換到500V，也不會(huì)出現(xiàn)偏壓關(guān)機(jī)。或者只是更改負(fù)載大小，也不會(huì)出現(xiàn)偏壓關(guān)機(jī)。或者帶其它更大的負(fù)載，啟機(jī)后調(diào)節(jié)到0.1A穩(wěn)態(tài)，也不會(huì)出現(xiàn)偏壓關(guān)機(jī)。這種的偏壓，只會(huì)出現(xiàn)在特定情況下輕載，重載則不會(huì)發(fā)生。原邊偏壓關(guān)機(jī)同樣類似，這里不詳細(xì)描述。