[发明专利]一种具有自动均压功能的DC-DC谐振变换器

说明书

技术领域

本发明属于电力变换技术领域，具体涉及一种具有自动均压功能的DC-DC谐振变换器。

背景技术

近年来，各种电源设备已经被广泛的应用于通讯、照明、军工等行业。为了规范电源设备的用电质量，一些世界性的学术组织和国家开始制定并实施了一系列电源设备的标准。限制电源设备对交流电网的谐波污染是重要的标准之一，如IEC555-2、IEEE519等。为了满足谐波标准，行业内通常使用多级级联型高频变换器，并在第一级整流设备中使用功率因素校正技术（Power Factor Correction，PFC）。

在三相电力系统中使用多级级联型高频变换器时，第一级三相PFC整流变换器的输出母线电压一般为600-800V，甚至某些场合会高达1000V。这使得后级变换器中开关器件的电压应力大大增加。

开关电容电路在高输入电压场合有其独特的优势，如图1所示；通过利用开关电容模块在两个串联的半桥之间实现能量传递，上下两个输入电容的电压被嵌位在二分之一的输入电压，从而每个半桥的功率开关管的电压应力被嵌位在输入电压的二分之一，有利于低压功率器件的应用，从而降低导通损耗，提升变换效率。但是开关电容电路的变压比往往为整数倍的变压比，导致其应用领域非常狭窄；当输入电压发生变化的时候，无法通过控制的方法获得稳定的电压输出，这在工业应用中是非常不利的。此外，开关电容电路本身无法实现开关管的软开关，从而导致较大的开关损耗，不利于电路效率的提升。

在现有技术中，传统的半桥式LLC串联谐振结构可以实现高效率的电压转换，如图2所示。它具有全工作范围内软开关的特性，极大地降低了电路的开关损耗，从而获得较高的转换效率。此外，在一定的电压范围内，LLC谐振电路可以通过频率的调整实现调压稳压的功能。但是传统的半桥式LLC串联谐振结构的原边开关管应力为输入电压；而由于高压器件开关频率低、导通电阻大，致使变换器无法满足高效高性能的需求，同时高压器件成本比较高；此外，随着对高降压应用需求的增加，变压器体积将会增大，从而导致较高损耗和较低的功率密度。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种具有自动均压功能的DC-DC谐振变换器，能够自动实现电压均衡，且开关器件应力低，系统稳定性高。

一种具有自动均压功能的DC-DC谐振变换器，包括：

开关电容电路，用于对输入电压进行整数倍降压，得到中间电压；

LLC串联谐振电路，用于对所述的中间电压进行变频调压，得到输出电压。

所述的开关电容电路由多个半桥子模块级联而成，相邻两个半桥子模块的中间节点通过开关电容模块连接。

所述的半桥子模块由电容C和两个开关管S₁～S₂组成；其中，开关管S₁的一端与电容C的一端相连且为半桥子模块的一端，开关管S₁的另一端与开关管S₂的一端相连且为半桥子模块的中间节点，开关管S₂的另一端与电容C的另一端相连且为半桥子模块的另一端，两个开关管S₁～S₂的控制极分别接收外部设备提供的一对相位互补的开关信号，开关管S₂的两端构成半桥子模块的输出侧。

所述的开关信号的占空比为50%。

所述的开关电容模块由电容C_s组成或由电容C_s和电感L_s串联组成；优选采用电容C_s和电感L_s串联结构，有利于减小开关电容支路对母线电容充放电的冲击电流，减小两个母线电容之间的压差，使两个母线电容的电压均衡，可提升电路的性能。

优选地，所述的两个开关管S₁～S₂采用带反并二极管的功率开关管，该功率开关管的两端并联有电容；能够限制功率开关管关断期间的电压上升率，减小了功率开关管的关断损耗；同时利用漏感在功率开关管开通期间抽取并联电容上的能量，可实现所有功率开关管的零电压开通，有效的降低了开关管的导通损耗。