[發明專利]諧振功率轉換器

在審

• 申請號: 202110652367.1
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113809922A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 塞德里克·科洛納
• 申請（專利權）人: 3D加公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M3/335
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 許偉群;李少丹

本發明涉及一種具有并聯諧振電路的功率轉換器(100)，包括逆變器(101)，諧振電路(LC)，包括初級電路(2)和次級電路(3)的變壓器(T1)，用于逆變器(101)的控制裝置(4)，逆變器(101)連接到諧振電路(LC)，旨在經由變壓器(T1)連接到輸出負載(Rout)，功率轉換器的特征在于，逆變器(101)包括第一半橋(D1)和與第一半橋(D1)并聯的第二半橋(D2)，在第一半橋(D1)和諧振電路(LC)之間的第一電感器(Lc1)，在第二半橋(D2)和諧振電路(LC)之間的第二電感器(Lc2)，并且第一和第二電感器(Lc1、Lc2)具有相同的電感，并以相反的方向彼此耦合。

技術領域

本發明的領域是諧振功率轉換器領域。直流電壓的轉換用在許多技術領域中，范圍從需要針對設備轉換電源電壓(例如由便攜式計算機電池向處理器傳遞的電壓的轉換)到在更關鍵的環境中移動的應用(例如航天工業)。本發明特別適用于航天工業領域，但也可用于需要在負載供電或輸入電壓方面具有靈活性的其他領域，特別是汽車領域。

背景技術

通常，功率轉換器的輸出的功能是向目標提供其操作所需的電壓和電流。

諧振轉換器被設計用于給定范圍的輸入電壓和輸出電流。在傳統的諧振結構中，以諧振頻率或接近的頻率來確保操作。在這些條件下，為了獲得足夠高水平的選擇性，結構中的電流呈正弦或準正弦形式。

通常通過改變諧振轉換器的電源的操作頻率來改變輸入電壓或負載。現在，改變操作頻率會影響有功功率和無功功率之間的比率，并且不允許在諧振轉換器的整個操作范圍內優化輸出。

改變諧振轉換器的電源的操作頻率也使得難以確定諧振功率轉換器周圍的磁性元件和濾波器的尺寸。

此外，對于非常廣泛的操作范圍，難以確保在所有使用場景中的有效操作。

圖1示出了從現有技術已知的結構。通常，諧振功率轉換器1包括：

-由兩個開關Qi1和Qi2提供的逆變器10，

-包含電感器Lr和電容器Cr的串聯諧振電路LC，

-變壓器T1，包括具有N1匝繞組的初級電路2和具有N2匝繞組的次級整流器電路3，其允許執行DC隔離功能，

-和用于逆變器10的控制裝置4。

這里的逆變器10允許直流(DC)輸入電壓Vin被斬波并因此產生方波信號。如果該方波信號處于正確的頻率，即處于諧振頻率或處于接近Lr、Cr對的諧振頻率的頻率，則對于足夠高水平的選擇性，電流可以被認為是純正弦的。然后電流流經允許直流隔離的變壓器T1，并通過次級整流器電路3傳輸到輸出負載Rout。

如圖1所示，添加與變壓器Tl并聯的電感器Lm允許分離兩個諧振。在這兩個諧振之間通過改變頻率進行操作使得可以改變輸出負載Rout并適應輸入和輸出電壓的變化。

這些負載之間的差異越大，所需增益之間的差異就越大，并且改變頻率以便掃描期望的輸出電壓范圍Vout的需求就越大。這有四個缺點。第一缺點在于磁性元件，即電感器和變壓器，它們被設計用于精確的操作頻率并且在操作頻率離開其操作區域的情況下會帶來損耗。

第二缺點在于動態范圍。掃描大頻率范圍涉及降低系統的動態范圍。

電池中無功功率的增加會導致電流的增加(轉換器和電源之間的能量交換)并因此導致損耗的增加。

最后，改變操作頻率會導致輸出電流的不連續性，增加傳輸到次級的電流值并因此增加損耗。

發明內容

本發明旨在通過提出一種創新的串并聯諧振功率轉換器結構來克服上述所有或一些問題，該結構能夠將其使用擴展到更寬的操作范圍同時保證良好的性能。因此，本發明提供了一種能夠針對所有負載操作并且具有高動態范圍的諧振功率轉換器。