[发明专利]具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑及基于其的电源转换结构

说明书

本发明公开了一种具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑，包括通过导线依次串联并接至输入电源两端的数量至少为k个的转换开关电容器以及一个输出开关电容器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数；输出开关电容器的下端接地，输出开关电容器的两端连接有输出接口；还包括数量为k的开关谐振腔转换器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数。本发明还公开了两种及基于其的电源转换结构。

技术领域

本发明涉及一种电源转换结构，更具体地，涉及一种用于分布式电源系统和通用负载点应用的具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑及基于其的电源转换结构。

背景技术

在数据中心和电动汽车中，越来越需要从分布式电源系统到负载点应用的更高效的电源转换拓扑。一种现有的实现上述功能的变压电路，如图1所示，包括谐振腔、开关、控制逻辑和一个或多个非谐振电容器。生成两组或多组控制信号输入的控制逻辑，这些控制信号输入应用于开关的输入，从而对于每组控制信号形成一个或多个子电路回路，并且其中一个或多个子电路回路用于第一组控制信号不同于第二组控制信号的一个或多个子电路回路，每个子电路回路包括一个或多个谐振回路，以及至少一个子电路回路包括一个非谐振电容器。但是这种变压器结构复杂，制造成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、制造成本低的具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑，包括通过导线依次串联并接至输入电源两端的数量至少为k个的转换开关电容器以及一个输出开关电容器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数；输出开关电容器的下端接地，输出开关电容器的两端连接有输出接口；还包括数量为k的开关谐振腔转换器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数；

开关谐振腔转换器包括输入组件、输出组件、以及连接两者的连接组件，输入组件包括通过导线串联的第一MOSFET开关和第二MOSFET开关，输出组件包括通过导线串联的第三MOSFET开关和第四MOSFET开关，连接组件包括通过导线串联的谐振电容和谐振电感，连接组件靠近谐振电容的一端连接在第一MOSFET开关和第二MOSFET开关之间的导线上，连接组件另一端连接在第三MOSFET开关和第四MOSFET开关之间的导线上；第一MOSFET开关和第三MOSFET开关上分别设有第一信号输入端；第二MOSFET开关、和第四MOSFET开关上分别设有第二信号输入端；第一MOSFET开关和第四MOSFET以相同的时间开启和关闭，第二MOSFET开关和第三MOSFET以相同的时间开启和关闭；且开关谐振腔转换器的品质因素Q满足：0.1≤Q≤10；

开关谐振腔转换器的输入组件的第一MOSFET开关和第二MOSFET开关分别连接在相对应的各个转换开关电容器的两端，开关谐振腔转换器的输出组件的第四MOSFET开关连接在输出开关电容器的下端，开关谐振腔转换器的输出组件的第三MOSFET开关连接在输出开关电容器的上端或该开关谐振腔转换器对应的转换开关电容器靠近输出开关电容器一侧的任意其余转换开关电容器的上端。

作为一种优选的方案，所述开关谐振腔转换器中在各个开关事件之间存在死区时间，即第一信号输入端和第二信号输入端都关闭，且第一MOSFET开关、第二MOSFET开关、第三MOSFET开关和第四MOSFET开关都处于打开状态的时间。

作为一种优选的方案，所述第一MOSFET开关、第二MOSFET开关、第三MOSFET开关和第四MOSFET开关都为零电流开关。

作为一种优选的方案，所述转换开关电容器的电容值比谐振电容的电容值高一个数量级。

作为一种优选的方案，所述输出开关电容器的电容值比谐振电容的电容值高一个数量级。