[发明专利]一种电流型多谐振直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及直流升压功率变换技术，特别涉及一种电流型多谐振直流变换器。

背景技术

随着化石燃料带来的环境问题变得日益严重和传统能源的日益枯竭，新能源产业得到了快速的发展。然而，包括太阳能和燃料电池在内的许多新兴能源都具有低电压大电流的直流输出特性，高效率的升压功率变换技术成为了有效利用这些新兴能源的关键。

电压型升压变换器具有结构简单，控制容易等优点，然而，其升压功能完全依赖于变压器的高变比。具有高升压比的变压器往往原副边耦合较差，漏感、匝间电容较大，会在电路中产生电压和电流尖刺，这不仅降低了变压器的工作频率，同时也限制了变换器的工作效率。此外，太阳能和燃料电池等新兴能源受电流纹波的影响较大，电压型升压变换器的输入电流是脉动的，必须引入较大的输入滤波器来消除电流纹波，这大大增加了变换器的体积和成本。

与电压型变换器相比，电流型变换器具有升压能力高和电流纹波小等突出优点，而采用并联谐振技术的电流型变换器可以进一步提高电压增益，从而进一步减小变压器变比和相应的漏感和匝间电容等寄生参数。

传统的电流型并联谐振直流变换器的原边开关管大都工作在零电压开通(ZVS：Zero Voltage Switching)状态，然而在低压大电流输入的应用场合，ZVS并不是很重要，实现零电流关断(ZCS：Zero Current Switching)对开关损耗的减小却是至关重要。对于电流型并联谐振直流变换器来说，变压器漏感仍然存在，同样会导致开关管的过电压。一些电流型多谐振直流变换器通过引入变压器漏感和并联谐振电容的谐振来实现原边开关管的ZCS，但是为了实现全负载范围内的ZCS，必须依照满载条件来控制原边漏感，这会导致变换器在轻载时有较大的环流流过原边开关管的反并联二极管，从而严重影响轻载时的工作效率。

谐振网络中过多的环流能量也会增加变换器的通态损耗，降低变换器的工作效率。有人引入变压器来回馈额外的谐振能量从而减少环流损耗，但是引入的变压器会增大变换器的体积，而且影响品质因数，所以这种方法并不适用于有高功率密度要求和调压要求的场合。

此外，电流型并联谐振直流变换器的整流二极管仍然存在反向恢复问题，整流二极管的电压应力仍然较高，难以选择耐压较低具有更低通态压降的超快恢复二极管作为整流二极管。

发明内容

本发明针对上述现有电流型谐振直流变换器存在的不足，其目的在于提供一种新型的电流型多谐振直流变换器。这种变换器能提供较高的电压增益，在全负载范围内都具有较小的环流，开关管和整流二极管均工作在ZCS状态，而且轻载工作时也具有较高的效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种电流型多谐振直流变换器，包括依次串联的方波电流源发生器、多谐振网络、整流滤波输出单元，其特征在于，所述多谐振网络包含变压器、并联谐振电感、并联谐振电容和串联谐振电感，所述串联谐振电感连接在变压器原边；所述整流滤波输出单元包含二极管整流电路和并联在二极管整流电路输出端的滤波电容。

本发明的的特点和效果说明如下：

(1)所述方波电流源发生器采用电流型半桥结构、电流型全桥结构或电流型推挽结构构成。方波电流源发生器可以产生方波电流，具有较小的输入电流纹波，并且纹波频率是开关频率的两倍，可以通过低成本小体积的无极性电容滤除该纹波。

(2)多谐振网络包含变压器、并联谐振电感、并联谐振电容和串联谐振电感，串联谐振电感连接在变压器原边。当方波电流源发生器的开关管同时导通时，串联谐振电感与并联谐振电容发生谐振，使得流入多谐振网络的电流发生软换向，实现了开关管的ZCS，同时减小了串联谐振电感引起的开关管电压尖峰。多谐振网络通过并联电感和并联电容的谐振为变换器提供高电压增益。多谐振网络中，并联电感和并联电容通过谐振提供的高电压增益，可以进一步减小变压器变比和与之相关的漏感和匝间电容等寄生参数，此时，变压器的匝间电容和整流滤波输出单元的二极管结电容被用作并联谐振电容，由它们引起的电流尖峰可以被很好的抑制。