[发明专利]一种低功率组合式非对称半桥反激变换器及其控制方法

说明书

本发明提供一种低功率组合式非对称半桥反激变换器及其控制方法，所述低功率组合式非对称半桥反激变换器包括：主电路，所述主电路包括x个依次串联的不对称半桥反激模块，x为大于1的整数；所述不对称半桥反激模块包括一个半桥，一个谐振回路，一个多绕组变压器和N2个副边整流模块，N2为大于1的整数；所述x个串联的不对称半桥反激模块输入串联输出并联，包含一个高压输入端口，所述至少两个副边整流模块输出并联组成N2路输出端口。本发明的低功率组合式非对称半桥反激变换器利用多绕组变压器降低了开关管电压应力，满足选型要求；实现了不对称半桥反激模块中每个开关管的ZVS条件，从而提高传输效率，增大功率密度。

技术领域

本发明属于开关电源领域，特别涉及一种适用高压输入、低压输出的低功率组合式非对称半桥反激变换器。

背景技术

近年来，高直流输入电压的应用逐渐增多，开关管的大电压应力是高压DC/DC变换器的瓶颈之一。一种解决方案是如A. Marzoughi, R. Burgos and D. Boroyevich（“Active Gate-Driver With dv/dt Controller for Dynamic Voltage Balancing inSeries-Connected SiC MOSFETs,” in IEEE Transactions on IndustrialElectronics, vol. 66, no. 4, pp. 2488-2498, April 2019.）等提出的使用电源开关串联的方案，但为了实现每个开关的电压平衡，必须引入一些特殊的无源或有源平衡方法，这会导致额外的损耗并限制开关频率。另一个解决方案是如J. Shi, J. Luo and X. He（“Common-Duty-Ratio Control of Input-Series Output-Parallel Connected Phase-shift Full-Bridge DC–DC Converter Modules,” in IEEE Transactions on PowerElectronics, vol. 26, no. 11, pp. 3318-3329, Nov. 2011.）等提出的多电平DC/DC变换器，然而，随着“电平”数量的增加，箝位二极管或飞跨电容的数量增加，相关控制变得更加复杂。通常，多电平DC/DC变换器不适用于低功率应用。第三种选择是T. Meng, H. Ben,Y. Song and C. Li（“Analysis and Suppression of the Circulating CurrentInfluence in the Input-Series Auxiliary Power Supply for High-Input-VoltageApplications,” in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 34, no. 7, pp.6533-6543, July 2019.）等使用输入串联变换器，这种选择可以有效地解决高压问题。

对于输入串联变换器单模块拓扑的选择，在众多DC/DC变换器中，反激变换器已广泛应用于许多应用，如开关电源、平板电脑和智能手机的适配器、光伏系统等。然而，传统的反激变换器在硬开关模式下无法在高频下达到高效率。由于储能变压器漏感，电压和电流应力都非常高。传统的无源箝位方法通过使用箝位电阻器有助于减少漏感能量，这降低了开关电压应力，但没有提高效率。有源箝位反激变换器充分利用漏感能量实现软开关。但是，有源箝位反激变换器的高压应力仍然是一个问题。这给元件选择和变压器设计带来了障碍。

另外，LLC电路虽具有开关的零电压开关（ZVS）易实现、转换效率高等优点，但其不适合用于宽输入电压范围的应用，其调节能力依赖于磁化电感与谐振电感的小电感比。由于需要大的谐振电感，导致其在宽电压输入情况下功率密度小，效率低，因此高电压应用通常不考虑LLC的拓扑结构。