[发明专利]电源转换器及输入电容的电压平衡方法

说明书

技术领域

本申请涉及电源技术，尤其涉及一种电源转换器（power converter）及输入电容的电压平衡方法。

背景技术

目前，各种电源转换器正朝着高效率、高功率密度、高可靠性和低成本的方向发展。在众多电源转换器中，LLC串联谐振型转换器的主开关工作在零电压（Zero-Voltage Switching，ZVS）条件下，整流器工作在零电流（Zero-Current Switching，ZCS）条件下，并且在宽输入电压范围内可以优化输入电压高电压部分的转换效率，因而被广泛应用于高效率的直流-直流（DC/DC）转换器或直流-交流（DC/AC）转换器中。

为了实现高电压输出同时使得LLC串联谐振型转换器中单个输入电容或者单个开关元件承受的母线电压不至于过高，可以在LLC串联谐振型转换器的输入侧母线之间串联多个输入电容。

图15示例性示出传统技术中一种LLC串联谐振型转换器的结构示意图。该LLC串联谐振型转换器中，第一输入端Vbus1和第二输入端Vbus2用于输入直流母线电压，在第一输入端Vbus1和Vbus2之间串联两个输入电容C11和C12，输入电容C11与第一桥臂B11并联，输入电容C12与第二桥臂B12并联，第一桥臂B11包括串联的开关元件Q11和Q12，第二桥臂B12包括串联的开关元件Q13和Q14。第一桥臂B11和第二桥臂B12分别与输出电路O11和O12电连接。输出电路O11和O12结构相同，均采用了LLC串联谐振电路。

在图15所示的电路中，单个桥臂上每个开关元件只需承受1/2母线电压，即可以实现高电压输出，因此，可以选用比较便宜的低耐压开关元件（例如，600V的金属氧化物场效应晶体管（MOSFET））来实现高压输出。

但是，图15所示这种结构存在如下问题。理想工作状态下，两个输入电容C11和C12上的电压应当相等，然而由于实际开关元件之间由于制作工艺或其他因素的限制，开关元件之间器件参数往往较难做成完全一致，或多或少均会存在一定的差异，因此各个开关元件的开通和关断时间会有所不同，导致两个输入电容C11和C12放电时间不相等，进而引起输入电容C11和C12上电压不平衡。而这种电压不平衡会导致开关元件上的电压不相等，使得开关元件损坏，甚至导致电源转换器不能正常工作。

为了克服上述问题，一种方法是采用硬件方法，例如，可以采用附加的功率转换器向相应的输入电容注入电流或从相应的输入电容抽取电流，以补偿电压不平衡。然而，该方法会造成系统成本显著增加。

发明内容

本申请提供一种电源转换器，以克服由于电源转换器中输入电容电压不平衡引起开关元件损坏的问题。

本申请提供了一种电源转换器，包括：

两个直流输入端；

一第一输入电容和一第二输入电容，所述第一输入电容和第二输入电容串联于所述两个直流输入端之间；

一第一桥臂和一第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂串联连接于所述两个直流输入端之间，所述第一桥臂与所述第一输入电容并联，所述第一桥臂具有一第一桥臂中点，所述第二桥臂与所述第二输入电容并联，所述第二桥臂具有一第二桥臂中点；

一第一电压平衡单元和一第二电压平衡单元，所述第一电压平衡单元和第二电压平衡单元各具有三端，所述第一电压平衡单元的两端与所述第一输入电容并联而另一端与所述第二桥臂中点连接，所述第二电压平衡单元的两端与所述第二输入电容并联而另一端与所述第一桥臂中点连接，所述第一电压平衡单元与所述第二电压平衡单元用于减小所述第一输入电容和第二输入电容之间的电压差；以及

输出电路，与所述第一桥臂中点和所述第二桥臂中点电连接。

本申请还提供了一种电源转换器，包括：

两个直流输入端；

N个输入电容，所述N个输入电容串联连接于所述两个直流输入端之间；和

N个功率模块；

其中，每个功率模块均包括：

一桥臂，所述桥臂对应地与一个所述输入电容并联，所述桥臂具有一桥臂中点，所述桥臂与相邻功率模块中的桥臂串联；

一电压平衡单元，所述电压平衡单元包括一单向桥臂，所述单向桥臂具有一单向桥臂中点，所述单向桥臂对应地与一个所述输入电容并联，所述单向桥臂与相邻功率模块中的单向桥臂串联；

在电压平衡单元所在的功率模块只有一个相邻的功率模块时，所述电压平衡单元还包括一容性支路，所述容性支路一端与所述单向桥臂中点连接而另一端与相邻功率模块中桥臂中点连接；