[实用新型]一种新颖的宽范围输入功率变换电路

说明书

一种新颖的适合宽范围输入条件的功率拓扑变换电路，由电压预调节单元和输出电压调节单元构成，两者由电感单元连通。电压预调节单元包含一对桥臂，连接在输入电压两端，桥臂中点与电感单元一端相连。输出电压调节单元，是由一对桥臂、母线电容、功率变换网络共同构成的功率变换器。桥臂中点与电感单元另一端相连，与母线电容完成升压功能。桥臂和功率变换网络共同构成如LLC、全桥等拓扑电路。通过复用桥臂，减少功率器件数量，损耗降低，效率提高。通过调整两个桥臂占空比，实现变换电路输出电压的调节；通过调节两个桥臂开关导通时序实现所有开关管软开关。调节单元和输出电压调节单元都可以用并联或是交错并联方式实现。

所属技术领域：

本发明涉及开关电源功率变换领域。本发明提出了一种新颖的拓扑电路结构，在宽范围输入电压条件下，使用最少的器件实现两级功率控制，且所有的开关管可工作在软开关状态，更方便地实现高效高功率密度。

背景技术

在宽范围输入电压且输出电压也要求宽范围条件下，完成中大功率隔离电压变换的方式通常有两种：

一种为使用一级移相全桥电路直接完成电压转换，通过设计可保证所有的高压开关管实现软开关。此设计方案简单可靠，且可实现高效率。但是为保证在最低输入电压的条件下维持输出电压的最大值，变压器的匝比大，带来了在输入电压最高值、同时输出电压最低值的时候，占空比过小，因此效率偏低、器件应力偏大。

另一种做法是使用两级电路，前级将输入电压调节成固定值，通过后级的拓扑实现输出电压的调节。例如前级使用零电压开关四管BUCK-BOOST电路，后级使用LLC拓扑控制方案。此方案可以实现全范围的开关器件的软开通，可实现高频化、高效率；但缺点是功率器件太多，不利于成本的控制以及高功率密度的实现，且零电压开关四管BUCK-BOOST电路控制复杂，一旦控制参数设计不合理，无法实现零电压开关，或有效值电流太大，难以实现高效率。

本发明专利实现了一种新颖的功率变换电路，此电路可以实现全范围内全部开关器件的软开关，从而实现电路的高频化和高效率，同时可以显著降低控制的复杂度以及减少功率器件的数量，从而提高设计的可靠性和鲁棒性。本发明所要描述的电路就是这种新颖的功率变换电路。

发明内容

本发明提出一种新颖的适合宽范围输入条件的功率拓扑变换电路，其显著特征是基于两级拓扑控制方案，通过功能复用部分功率器件从而减少开关管数量以及控制的复杂度，让所有的开关管都运行在软开关状态，可实现高频化、高效率，控制逻辑也可简化，设计简单且鲁棒性好。

本发明电路拓扑主要由两级构成，如图1所示。

前级为电压预调节单元，后级为输出电压调节单元。两级之间由电感(也可以是其他形式阻抗单元但具备电感特性，如在电感上串并联阻抗单元)相连。

前级电压预调节单元包含一对开关管，该对开关管分为上管S1与下管S2，S1、S2相互串联，构成一组桥臂；上管S1的上端与输入电源正极相连，下管S2的下端与输入电源负端相连，S1、S2相连的中点N1与电感单元L1的一端相连。控制上管S1对输入电压进行斩波，可以控制节点N1的平均电压。

后级为输出电压调节单元，与电压预调节单元之间由电感L1相连，其包含两部分：

1)输出电压调节单元中的升压部分包含一对开关管、中间母线电容；该对开关管分成上管S3与下管 S4，相互串联，构成一组桥臂；上管S3的上端与中间母线电容C2的正极相连，下管S4的下端与中间母线电容C2的负极及输入电源负端相连，上、下管相连的中点N2与电感单元L1的另一端相连。S3、S4互补导通但不局限于互补导通，母线电容C2提供稳定的中间母线电压，此部分与电感L1构成了升压电路，调节开关管S4的占空比可控制中间母线电压。

2)第二部分为功率变换网络Z1，可由任何形式的开关管、电阻、电容、电感、变压器等组成。