[发明专利]一种超高频隔离推挽谐振功率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率变换器，尤其涉及一种超高频(Very High Frequency，VHF，30-300MHz)功率变换器。

背景技术

随着电力电子技术迅速发展，功率变换器正向着高功率密度和高效率方向发展。传统功率变换器的工作频率一般为几百千赫，动态响应慢，同时储能元件(如电容、电感)的体积和重量相对较大，直接降低了变换器的功率密度。而工作频率的提高能够有效加快变换器的动态响应速度和提高变换器的功率密度。因此，变换器高频化、高功率密度是功率变换器的发展趋势。

如图1所示，给出了Class-E和Class-F功率放大器电路拓扑，现有的超高频(Very High Frequency，VHF，30-300MHz)功率变换拓扑是在这两种功率放大器的基础上发展起来的，并且多为单路小功率(30W以下)、非隔离式的拓扑，基本拓扑结构如图2所示，其严重限制了超高频功率变换器的应用范围。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种超高频隔离推挽谐振功率变换器，其采用两路推挽工作的方式，便于隔离的实现，同时提升了变换器的功率等级。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的超高频隔离推挽谐振功率变换器由变压器原边的推挽谐振逆变器和变压器副边的全波整流器组成，所述的推挽谐振逆变器包括第一谐振网络、第二谐振网络、第一开关管和第二开关管，其中，所述的第一谐振网络中，第一电感的一端与直流电源的正端连接，另一端与第二电感的第一端连接，第二电感的第二端与第一电容的第一端连接，第一电容的第二端与直流电源的负端连接，第二电容的第一端与第二电感的第一端连接，第二电容的第二端与第一电容的第二端相连接；所述的第二谐振网络中，第三电感的一端与直流电源的正端连接，另一端与第四电感的第一端连接，第四电感的第二端与第三电容的第一端连接，第三电容的第二端与直流电源的负端连接，第四电容的第一端与第四电感的第一端连接，第四电容的第二端与第三电容的第二端相连接；所述的第一开关管的源极与第二电容的第二端连接，第一开关管的漏极同时与第二电容的第一端和变压器原边同名端连接；所述的第二开关管的漏极与第四电容的第一端连接，第二开关管的源极与第四电容的第二端连接；所述的全波整流器中，第一谐振电感一端与变压器第一副边同名端连接，另一端与第一整流二极管的阳极连接，第一整流二极管的阴极与第二整流二极管的阴极连接，第二谐振电感一端与变压器第二副边异名端连接，另一端与第二整流二极管的阳极连接，第一整流二极管并联一第一谐振电容，第二整流二极管并联一第二谐振电容。

更进一步地，所述的变压器原边串联连接一分压电感，其第一端与变压器原边异名端连接，第二端与第二开关管的漏极相连接。

根据以上的技术方案，本发明的超高频隔离推挽谐振功率变换器包括传递交流功率的Class-E推挽谐振逆变器和用于整流滤波的Class-E全波整流器，其通过将单路Class-E谐振变换器设计成推挽形式，实现超高频变换器功率隔离和功率等级提升，并且通过谐振网络有效吸收器件寄生参数，减小开关管的电压应力同时实现开关管的软开关工作。

有益效果

本发明的超高频隔离推挽谐振功率变换器解决了传统VHF功率变换器功率等级低和功率隔离问题，在传统的Class-E功率放大器的基础上，提出推挽工作的拓扑形式，实现功率隔离和功率等级的提升，可以吸收元件的寄生参数作为电路工作的一部分，从而减小寄生参数的影响。同时，通过电路中的谐振网络对谐波阻抗进行调节，有效减小了主功率MOSFET的电压应力，并实现其软开关，有效提高了VHF变换器的效率和可靠性。本发明所提供的超高频功率变换器，功率密度高、动态响应快，适用于对体积、重量和动态响应有极高要求的场合(例如航空航天供电设备)和其他一些DC-DC电源变换场合。

附图说明

图1(a)是Class-E功率放大器主电路图；(b)是Class-F功率放大器主电路图；

图2是单路小功率、非隔离超高频DC-DC功率变换器基本结构图；

图3是本发明的超高频隔离推挽谐振功率变换器拓扑图；

图4是开关管两端电压波形图和变换器A、B端电压波形图；

图5是Class-E全波整流器等效仿真模型图；

图6是Class-E全波整流器输入基波电压和基波电流示意图；

图7是开关管两端等效阻抗模型图；

图8是谐振推挽逆变器等效仿真模型图；