[发明专利]一种基于变压器漏感的低应力高频DC/DC功率变换器

说明书

一种基于变压器漏感的低应力高频DC/DC功率变换器，涉及电力电子技术领域。本发明是为了避免现有高频功率变换器存在的缺陷。本发明中Class E逆变电路的电压输入端口与电源电气连接，Class E逆变电路的电压输出端口与隔离型匹配网络的电压输入端口相连，隔离型匹配网络的电压输出端口与整流环节电气连接；隔直电容的一端连接变压器组件的正输入端，变压器组件的正输出端连接谐振电容的一端，隔直电容的另一端和变压器组件的负输入端作为隔离型匹配网络的电压输入端口，变压器组件的负输出端和谐振电容的另一端作为隔离型匹配网络的电压输出端口。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及低应力高频DC/DC功率变换器。

背景技术

随着电力电子技术的发展，高频、高效、高功率密度成为DC/DC功率变换器领域的必然前进方向。当开关频率提高到几十兆赫兹级别时，谐振元件的参数值与体积大大下降，系统暂态响应速度加快，且整个系统的体积与重量减小，功率密度大幅提高。图1所示为高频DC/DC功率变换系统的基本结构，一般由逆变、匹配和整流三个环节构成。其中逆变电路一般采用Class E或者ClassΦ₂拓扑，如图2所示；匹配环节通常采用图3所示的非隔离型LC网络；至于整流环节，在高频条件下通常采用谐振整流器以减小损耗，在此不做过多说明。

采用Class E或ClassΦ₂逆变环节与非隔离型LC匹配网络组合的高频功率变换器结构简单，可实现对各个环节分步设计，但存在如下的缺点：

(1)若采用Class E逆变拓扑会导致开关管电压应力过高，一般可达输入电压的4倍左右，不利于系统输入电压的提升和开关管功耗的降低；若采用ClassΦ₂逆变拓扑虽然可以降低开关管电压应力，但是较Class E逆变多引入两个谐振元件，由此产生的损耗将降低系统的效率，且会增大系统的体积，减小系统的功率密度。

(2)非隔离型LC匹配网络只能在开关频率下进行阻抗变换，带宽极窄，且无法提供电气隔离，系统安全性由之大大降低。

发明内容

本发明是为了避免现有高频功率变换器存在的缺陷，现提供一种基于变压器漏感的低应力高频DC/DC功率变换器。

一种基于变压器漏感的低应力高频DC/DC功率变换器，包括Class E逆变电路和隔离型匹配网络，隔离型匹配网络包括：隔直电容C_B、谐振电容C_rec和变压器组件，

Class E逆变电路的电压输入端口与电源电气连接，Class E逆变电路的电压输出端口与隔离型匹配网络的电压输入端口相连，隔离型匹配网络的电压输出端口与整流环节电气连接；

隔直电容C_B的一端连接变压器组件的正输入端，变压器组件的正输出端连接谐振电容C_rec的一端，隔直电容C_B的另一端和变压器组件的负输入端作为隔离型匹配网络的电压输入端口，变压器组件的负输出端和谐振电容C_rec的另一端作为隔离型匹配网络的电压输出端口。

本发明提出一种新型的隔离型匹配网络，在这种匹配网络的作用下，逆变环节采用Class E拓扑就能使开关管实现较低的开关应力与零电压开关(Zero voltageswitching,ZVS)，而不需要采用ClassΦ₂拓扑，从而避免了额外谐振元件的引入，系统的体积减小了30％，且利于系统效率及功率密度的提升。

隔离型匹配网络的隔离性为变换器的输入输出提供了电气隔离，提高了系统的安全性。

隔离型匹配网络中变压器的漏感值和励磁电感值被精确设计，提高了系统的集成度，进一步减小了系统的体积。

附图说明