[发明专利]电感电容复合利用的级联型谐振DC‑DC变换电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子电能变换电路，尤其涉及一种电感复合的两级级联电流源输入型谐振DC-DC电路。

背景技术

电流源输入型直流变压器(以下称电流源输入型直流变压电路为DCX电路)拓扑如图1所示，是一种构建谐振软开关电路方法，通过将谐振电容移到输入端的直流侧，并在电容与输入电压源之间插入一个电感，作为电流源，其余部分与传统的DC-DC电路相同，利用电容Cr与电路中电感Lr谐振，实现软开关。其中，电感Lr可以是外加的独立电感，也可以是变压器的漏感。当开关管导通时，电容Cr和电感Lr开始谐振，输出电压等效为Vo，其等效电路为图2所示，为了能够在全负载范围实现软开关，简化控制，其开关管的占空比固定，开关频率也固定，因此输出电压不具有调整能力。

为了满足大多数DC-DC转换应用的场合需要输出侧能够紧调整的要求，传统方案可以通过在DCX的输入侧增加一级级联的可调整不隔离PWM控制的DC-DC，对输出进行调整。普通前级级联DCX拓扑如图3所示。

普通的两级级联方案中，两级独立工作，因此每一级都需要各自的无源储能元件，如滤波电感和电容，导致元器件数量多，体积大，功率密度降低，尤其是前级PWM型DC-DC的电感和后级电流源电感体积大，严重影响功率密度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种电感电容复合利用的级联型谐振DC-DC变换电路。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种电感电容复合利用的级联型谐振DC-DC变换电路，是由作为前级的PWM型DC-DC电路和作为后级的DCX电路组成，这两个电路均各自包括一套电感和电容；所述级联型谐振DC-DC变换电路是通过将前后级电路中的电感和电容复合使用而实现的；即，前后级电路共用同一套电感和电容，PWM型DC-DC电路本身固有的滤波电感同时作为后级DCX电路的输入解耦电感，而DCX电路的谐振电容则同时作为PWM型DC-DC的输出电容；PWM型DC-DC电路的开关频率与DCX电路的开关频率同步。

本发明中，所述作为前级的PWM型DC-DC电路具有下述拓扑结构中的任意一种：单开关的Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk或Zeta拓扑；或者是多开关的级联型Buck-Boost拓扑。

本发明中，在所述DCX电路中，谐振电感与变压器的原边绕组串联在一条支路中，是变压器的等效漏感，或者是外加的独立电感。

本发明中，所述DCX电路中的开关网络是单管正激或双管正激的单端开关网络，或者是半桥、推挽、全桥结构的双端开关网络；DCX电路中变压器的副边整流结构与其开关网络的拓扑相对应，是单端整流结构或双端整流结构。

本发明中，所述双端整流结构是指中心抽头整流结构、全桥整流结构或倍压整流结构。

与现有技术相比，本发明产生的有益效果包括：

1、前后级电感电容复合，提升功率密度。

2、两级级联的拓扑结构使得DC-DC输出电压可灵活调整。

3、采用软开关并联谐振技术，减小了功率开关管的开关损耗。

4、回收寄生电感或电容上的能量，提升能量转换效率。

5、降低电路的能耗，节约能源。

6、减小功率开关器件的热能产生，提高电路的工作稳定性，提高器件和电路的使用寿命。

附图说明

图1谐振电容在直流侧的隔离型谐振DC-DC原理简化框图；

图2谐振电容在直流侧的开关导通时谐振模态的简化等效图；

图3普通两级级联的DC-DC拓扑；

图4电感复合后的两级级联电路；

图5复合式Buck级联全桥谐振DC-DC变换器；

图6复合式Boost级联全桥谐振DC-DC变换器；

图7复合式Buck-Boost级联全桥谐振DC-DC变换器；

图8是全桥整流的复合式Boost级联全桥谐振DC-DC变换器电路的结构示意图；

图9是倍压整流的复合式Boost级联全桥谐振DC-DC变换器电路的结构示意图；

图10是全桥整流的复合式Buck级联全桥谐振DC-DC变换器电路的结构示意图；

图11是倍压整流的复合式Buck级联全桥谐振DC-DC变换器电路的结构示意图；

图12是全桥整流的复合式Boost级联推挽谐振DC-DC变换器电路的结构示意图；