[发明专利]一种应用于高压模块电源的软开关三电平移相DC-DC电路

说明书

本发明公开了一种应用于高压模块电源的软开关三电平移相DC‑DC电路，属于供电系统领域。该装置包括半桥三电平逆变电路、副边同步整流电路、主功率变压器和输出滤波电路；半桥三电平逆变电路中，开关管Q1的漏极与输入正端Vin+及输入电容C1相连；开关管Q1的源极与飞跨电容Cf、开关管Q2的漏极和续流二极管D1的阴极相连；开关管Q2的源极与开关管Q3的漏极、主功率变压器的原边绕组A端相连；开关管Q3的源极与开关管Q4的漏极、续流二极管D2的阳极以及飞跨电容Cf相连。该电路具有软开关、低损耗、高效率的优点，适合应用于高压输入大功率模块电源领域。

技术领域

本发明涉及电源开关领域，特别涉及一种应用于高压模块电源的软开关三电平移相DC-DC电路。

背景技术

随着相控阵雷达供电系统功率的不断增加，雷达高压直流母线电压不断升高，由540VDC逐渐升高至800VDC-1000VDC-1500VDC，因此雷达天线阵面所使用的高压模块电源的输入电压也逐渐升高至800VDC-1000VDC-1500VDC。

对于常规540VDC直流母线，高压模块电源一般采用传统全桥拓扑电路，如图1所示，将高压540VDC隔离降压到低压直流母线(例如28VDC)，为雷达收发分系统供电。由于雷达天线阵面小型化的需求，高压模块电源原边开关管Q1-Q4一般采用适用于高频(100KHZ)的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETS)或者碳化硅器件(SIC)以降低模块电源内磁性元件(变压器和电感)体积，从而提高高压模块电源功率密度。但对于MOSFETS器件而言，一般仍以650V以内为主，分立的SiC开关管一般1200V以内为主，这就造成了在高输入电压(例如高于1000V)时，考虑到开关管的设计余量(1.4*1000＝1400V)，全桥电路原边开关管Q1-Q4无合适的器件选择。

此外，全桥拓扑电路一般采用如图2所示的调制方式，Q1与Q4、Q2与Q3、Q5与Q8、Q6与Q7驱动信号相同，Q1与Q5驱动信号互补、Q2与Q6驱动信号互补，主功率变压器原边侧电压的高电平及低电平均为输入电压值，在输出电压28VDC不变的情况下，随着输入电压升高，主功率变压器原、副边变比不断增大，例如由540VDC升高到1000VDC时，变压器变比将大于20:1，造成变压器效率降低，损耗增加。

由图3可知，开关管Q1的驱动信号在由零电平上升到高电平过程时，其漏源极电压保持为高电压，因此开关管Q1为硬开关工作方式；同理，开关管Q2-Q4也为硬开关工作方式。因此，开关管Q1-Q4的开关损耗和输出寄生电容损耗会随着输入电压的增加而大幅度增加，造成在高输入电压下高压模块电源的损耗大幅度增加，效率和功率密度降低。

发明内容

本发明提供一种应用于高压模块电源的软开关三电平移相DC-DC电路，可以解决模块电源在高压输入下现有硬开关全桥电路的不足的问题。

一种应用于高压模块电源的软开关三电平移相DC-DC电路，包括半桥三电平逆变电路、副边同步整流电路、主功率变压器和输出滤波电路；

所述半桥三电平逆变电路包括：开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、输入电容C1、输入电容C2、飞跨电容Cf、续流二极管D1、续流二极管D2和谐振电感L1；所述开关管Q1的漏极与输入正端Vin+及输入电容C1相连；所述开关管Q1的源极与所述飞跨电容Cf、所述开关管Q2的漏极和所述续流二极管D1的阴极相连；所述开关管Q2的源极与所述开关管Q3的漏极、所述主功率变压器的原边绕组A端相连；所述开关管Q3的源极与所述开关管Q4的漏极、所述续流二极管D2的阳极以及所述飞跨电容Cf相连；所述开关管Q4的源极与所述输入电容C2及输入地Vin-相连；所述谐振电感L1与所述续流二极管D1的阳极、所述续流二极管D2的阴极、所述主功率变压器原边绕组B端和输入电容C1及输入电容C2连接。

更优地，所述主功率变压器包括原边绕组P1和副边绕组S1；

所述副边同步整流电路包括开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7和开关管Q8；