[發(fā)明專利]開關(guān)電容諧振倍壓整流變換器及其控制方法、控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110852407.7
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113659852A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅安;肖子衡;何志興;陳燕東;陳峻嶺;寧勇;徐千鳴;歐陽紅林;劉陽;周樂明
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東志成冠軍集團有限公司
• 主分類號: H02M7/04
• 分類號: H02M7/04
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 王娟;馬強

本發(fā)明公開了一種開關(guān)電容諧振倍壓整流變換器及其控制方法、控制系統(tǒng)，通過有源子模塊、正模塊、負模塊以及諧振支路的連接，使得有源子模塊的輸入功率可以通過多個正諧振支路順次傳遞至所有正模塊，也可以通過多個負諧振支路順次傳遞至所有負模塊。有源子模塊、正模塊和負模塊的正負端口順次連接實現(xiàn)高壓輸出。本發(fā)明無需高絕緣變壓器，倍壓級數(shù)可以任意擴展，所有開關(guān)管和二極管均可以實現(xiàn)軟開關(guān)，可有效減小開關(guān)損耗，提高整流電路的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種整流變換器控制技術(shù)，特別是一種開關(guān)電容諧振倍壓整流變換器及其控制方法、控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在高壓直流發(fā)生器、工業(yè)微波磁控管電源、醫(yī)療電源等低壓輸入高壓輸出場合，需要將數(shù)百伏的低壓輸入提升至數(shù)千伏或者數(shù)十千伏的高壓輸出。上述高壓輸出場合中常采用高升壓比工頻變壓器方案或者采用倍壓整流變換器方案實現(xiàn)。高升壓比工頻變壓器相對容易制作，但是具有重量大、體積大，輸出紋波大的缺點；傳統(tǒng)倍壓整流變換器需要具有一定絕緣電壓的隔離變壓器，隔離變壓器的漏感與寄生電容會隨著變壓器絕緣電壓的提高而增大。隔離變壓器的高壓側(cè)往往采用絕緣層較厚的導(dǎo)線繞制，這大幅減小了變壓器的窗口填充系數(shù)，從而制約了功率密度的提升。傳統(tǒng)倍壓整流變換器中的大部分二極管處于硬開關(guān)，這導(dǎo)致二極管在開關(guān)時有較大的尖峰，且二極管在換流過程中具有一定的損耗。因此在二極管選型時需要采用更高電壓等級的型號，運行時需要考慮添加散熱器等。而且二極管的寄生電容會影響到變壓器原邊的開關(guān)管運行，可能造成原邊功率開關(guān)管波形畸變或者硬開關(guān)等情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種開關(guān)電容諧振倍壓整流變換器及其控制方法、控制系統(tǒng)，避免使用高絕緣變壓器，提高變換器功率密度和效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種開關(guān)電容諧振倍壓整流變換器，包括串聯(lián)的m個正模塊、串聯(lián)的n個負模塊；第一個正模塊、第一個負模塊分別與有源子模塊的負端、正端連接；第i個正模塊與第i個、第i+1個正諧振支路連接；第j個負模塊與第j個、第j+1個負諧振支路連接；第m個正模塊與第m個正諧振支路連接；第n個負模塊與第n個負諧振支路連接；所述有源子模塊與第一個正諧振支路、第一個負諧振支路連接；第m個正模塊的正端作為輸出電壓的正端；第n個負模塊的負端作為輸出電壓的負端；其中，m和n為正整數(shù)；i=1，2，…，m-1；j=1，2，…，n-1；所述正模塊、負模塊均采用無源子模塊。

本發(fā)明通過有源子模塊、正模塊、負模塊以及諧振支路的連接，使得有源子模塊的輸入功率可以通過多個正諧振支路順次傳遞至第一正模塊、第二正模塊、直至第m正模塊，也可以通過多個負諧振支路順次傳遞至第一負模塊、第二負模塊、直至第n負模塊。有源子模塊、正模塊和負模塊的正負端口順次連接實現(xiàn)高壓輸出。

本發(fā)明的變換器中，有源子模塊向正模塊和負模塊順序傳輸功率。正模塊和負模塊結(jié)構(gòu)相同，可采用相同的電路板進行拼接，這大大降低了電路設(shè)計的復(fù)雜度，提高了變換器的模塊化和功率密度。另一方面，由于采用了多個諧振支路，每個正模塊和負模塊中的二極管均可實現(xiàn)軟開關(guān)，大幅提高了變換器的功率密度和效率。

m，n可以根據(jù)所需要的升壓倍數(shù)選取，在升壓倍數(shù)確定后，m和n盡量取接近的值，m和n相等時最優(yōu)。在m和n相等時，正模塊和負模塊數(shù)量相等，不同對應(yīng)序號的正負模塊之間的功率傳輸和電壓電流應(yīng)力相同，變換器對稱性最好。

所述有源子模塊采用全橋逆變電路或半橋逆變電路。可以針對特定的場合選擇合適的有源子模塊拓撲結(jié)構(gòu)。在小電流場合可以采用半橋逆變結(jié)構(gòu)減少功率開關(guān)管的使用，在大電流場合可以采用全橋逆變結(jié)構(gòu)。

所述無源子模塊為半橋整流電路或者全橋整流電路。