[发明专利]适合高压输入多输出场合的辅助电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种DC/DC变换器，属于开关电源技术领域。

背景技术

随着国民经济的发展，各种用电设备的种类越来越多，其供电电源的输入电压等级也不尽相同。目前，各种高压输入场合逐渐增多。例如，在城市轨道交通系统中，车辆的供电电网一般有750VDC和1500VDC两种体制，其中，后者的最大电压可达1800V以上；在高速铁路电气系统中，车辆上各电气设备输入直流母线的最大电压高达2000V～4000V；在矿业生产中，高压大功率采煤机变频器的输入电压可达2000V～3000V甚至更高。受器件电压等级等因素的限制，如何有效地降低各开关器件的电压应力一直是高压变换器设计过程中的难点。

降低高压变换器开关器件电压应力的方法通常有3种：(1)利用多个开关管直接串联来代替单个开关管；(2)采用多电平技术来降低各开关管实际承担的电压值；(3)将多个电路在输入侧串联来分担高压。

采用方法1时，为了确保电压在各串联开关管之间有效均分，通常需要引入专门的均压环节，然而，各种串联开关管均压环节的引入，既增加了电路结构的复杂程度，限制了开关频率，又额外增加了损耗。方法2的采用可有效地降低高压变换器各开关器件实际承担的电压值，然而，采用多电平技术通常需增加多个箝位二极管与飞跨电容，而且随着电平数的增加，变换器结构和相应均压控制环节的复杂程度将大幅度增加，这使得该方法在中、小功率的高压场合应用受限。方法3的优势主要体现在：①每个串联电路均分输入电压，大幅度降低了各开关器件实际承受的电压值；②可选择电压等级相对较低的开关器件(通常MOSFET开关耐压越高，其导通电阻和损耗也越大)，有利于降低并分散功率器件的损耗，提高整个系统的可靠性；③若采用交错控制技术，可有效减少输出电流纹波，降低输出滤波电容的体积。目前的研究结果表明，方法3能更有效地解决高压变换器电压应力大的问题。

目前，研究人员对于常规的输入串联直流功率变换器已经开展了较为广泛的研究，输入串联直流功率变换器一般有2类，如图1所示，图1(a)输入串联输出并联型(input-series output-parallel,ISOP)和图1(b)输入串联输出串联型(input-series output-series,ISOS)。

通常，ISOP型直流变换器适合多数常规的中、低压输出场合；而ISOS型直流变换器一般适用于输出电压较高的场合。ISOP型直流变换器设计的关键任务是实现其输入均压与输出均流。目前，相关的各种均压、均流控制方法的研究已经比较成熟，但如采用已有的各种控制方法，必然要增加一个高精度的控制器，这无疑增加了控制环节的复杂程度，降低了变换器的可靠性。对于中、小功率的变换器而言，整个系统的简单、可靠是十分重要的，因此，各种已有的均压、均流控制方法不适合中、小功率的变换器。

除了各种均压、均流控制方法的研究外，目前还有一些关于自然均压、均流变换器的研究。该类变换器是由多个具有变压器隔离的直流变换器在输入侧串联、输出侧并联而构成的，其结构实现类似于图1(b)，不过图中“DC/DC变换器”必需具有变压器隔离。如图2所示为目前研究的适合中、小功率领域的自然均压、均流的正激式ISOP变换器。该变换器在不增加额外控制环节的情况下，实现了变换器的自然均压与均流，具有结构简单、可靠性高的优势。然而，如果将此类变换器应用于需要多路输出的场合，则需将其内部各串联电路的相应输出回路进行依次的并联或者串联，这将使得变换器的输出连线变得非常复杂，因此，该类变换器本身并不适合多输出场合应用。

发明内容

本发明目的是为了弥补了现有技术方案在高压输入(由于高压输入才导致了输入串联的方式)、多输出(中、小功率)场合应用的不足，提供了一种适合高压输入多输出场合的辅助电源。

本发明所述适合高压输入多输出场合的辅助电源包括两个方案。

第一个方案：适合高压输入多输出场合的辅助电源包括功率变压器T，功率变压器T原边串联设置N路相同结构的输入电路单元；功率变压器T副边设置n路互相电气隔离的输出电路单元；N、n均为大于或等于1的自然数；