[發明專利]一種串聯耦合變換器

有效

• 申請號: 202110507717.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113381612B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M3/158;H02M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種串聯耦合變換器，至少包括兩個開關變換器，開關變換器間為串聯連接關系，開關變換器里面的主功率感性器件互為耦合關系，其特征在于：還包括至少一個均流單元，均流單元加在主功率開關管鉗位網絡以外支路上，用于在開關變換器中的主功率開關管導通時，將主功率開關管中流過的脈沖耦合電流整形為低幅值直流電流。本發明在不改變均壓特性能的前提下能確保各開關管電流一致，從而降低了功率開關管的開關損耗，增強了電路的可靠性。

技術領域

本發明涉及變換器技術領域，特別涉及串聯耦合變換器的電流均衡技術。

背景技術

近年來，太陽能發電、風力發電、水力發電等技術日益成熟。在發電控制系統及電力傳輸中，系統的輸入電壓越來越高，可達數千伏。受限于現有功率開關半導體器件的工藝技術，常用開關半導體器件的耐壓遠達不到系統輸入電壓的應用要求，如選用高壓IGBT又帶來成本高和體積大(頻率低)的問題，并且輸入電壓大于2KV后現有IGBT也無法滿足耐壓要求。為解決開關半導體應力過高問題，業界更多采用變換器串聯的拓撲結構。

圖1為公知串聯耦合boost開關變換器原理圖，圖2為公知串聯耦合flyback開關變換器原理圖。圖1、圖2中主變壓器兩繞組為耦合關系，當開關管驅動不一致或輸入電容容值有偏差時，會造成各開關變換器輸入電容不均壓，開關變換器由于變壓器耦合的作用產生耦合電流，該耦合電流通過開關管流出或流入兩輸入電容，從而確保兩開關變換器輸入電容均壓。但該耦合電流為脈沖電流波形且方向相反，會導致兩開關管電流波形不一致，導致更大的開關損耗。

為了解決上述問題，以圖2所示的串聯耦合flyback開關變換器為例，行業內現有的一種改進方案為：在公共線上串聯電阻，具體如圖3所示，該串聯電阻能抑制耦合脈沖電流，但會削弱耦合電流能量，一部分的耦合電流通過“熱”的形式釋放掉，影響了輸入側均壓性能，并且兩開關管仍存在電流波形不一致問題。在實際應用是串聯電阻存在取值既要大又要小的矛盾，難以折中，具體來講：串聯電阻阻值越大，兩開關管電流波形越接近一致，但會降低本拓撲的輸入側均壓性能；串聯電阻阻值越小，輸入側均壓性能越好，但兩開關管電流波形越不一致，而且電阻損耗嚴重，容易損壞。

本領域的技術人員較容易想到的解決方案是，把串聯電阻換成串聯電感，如圖4所示，可有效解決圖2中的問題，但會在開關管關閉瞬間會形成一個外置的漏感增加開關管電壓應力。

因此現有的解決方案都不完美，有明顯的缺點，有必要進行改進。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題是提供一種串聯耦合變換器，能有效解決各串聯耦合變換器主功率感性器件耦合電流不一致的問題，有利于降低主功率開關管的損耗、增強電路可靠性。

本發明通過以下技術方案實現的：

一種串聯耦合變換器，至少包括兩個開關變換器和均流單元，開關變換器間為串聯連接關系，開關變換器里面的主功率感性器件互為耦合關系，其特征在于：均流單元設置在主功率開關管鉗位網絡以外的支路，用于在開關變換器中的主功率開關管導通時，將主功率開關管中流過的脈沖耦合電流整形為低幅值直流電流。

進一步地，均流單元設置在主功率感性器件耦合電流支路上。

進一步地，均流單元中包括感性器件。

作為本發明串聯耦合變換器的第一種具體的實施方式，其特征在于：開關變換器包括第一反激變換器和第二反激變換器，均流單元包括第一均流單元和第二均流單元；

第一反激變換器包括第一輸入電容C1、第一變壓器繞組L1A、第一功率開關管Q1、第二二極管D2，第二反激變換器包括第二輸入電容C2、第二變壓器繞組L1B、第二功率開關管Q2、第四二極管D4，第一均流單元包括第一二極管D1、第一電感L1，第二均流單元包括第三二極管D3、第二電感L2；