[发明专利]一种升降压型交错并联变换器

说明书

本发明提供了一种升降压型交错并联变换器，包括：n个并联连接的大功率半桥单元、一个线性半桥单元和输出滤波电容；线性半桥单元与大功率半桥单元并联连接，用于产生与输出电流纹波反向的高频交流电流，降低输出电流纹波；输出滤波电容的一端连接至线性半桥单元与大功率半桥单元的共同输出端，输出滤波电容的另一端接地。线性半桥单元内两个线性调整管工作在有源区，通过控制调整管压控端电压调节半桥电流，在隔直电容器上产生高频纹波电流，与大功率桥臂总电流的交流分量反向抵消。半桥单元互为并联关系，而后与负载及滤波电容器的并联网络串联。本发明提供的交错并联拓扑在显著降低负载电流纹波的同时，减少了线性调整管的功耗。

技术领域

本发明属于电力电子变换器技术领域，更具体地，涉及一种升降压型交错并联变换器。

背景技术

电力电子变换器相较于线性供电装置具有高的功率密度和效率，顺应小型化轻量化的发展趋势，有助推进碳达峰碳中和。但电力电子变换器实现电能变换基于脉冲宽度等效定理，将连续的能量分成若干能量包发送到负载，势必导致输出电压的波动，限制了其在需要高的供电稳定度场合的推广和应用。

对于开关电源，提高负载电压稳定度常采用提高开关频率、增大输出滤波电容器容值等方法实现。提高开关频率在一定程度上可以提高输出电压稳定度，但高的开关频率将导致系统效率下降，另外，为提高响应速度及功率密度，常会减小储能元件，如电感的体积，反而会放大纹波。另一方面，增大输出滤波电容器容值也可以降低输出电压纹波，但其会劣化系统响应速度、增大无源器件体积，同时滤波器件寄生参数使得电压纹波不会无限制变小。

名为《An Extremely Low Ripple High Voltage Power Supply for PulsedCurrent Applications》，作者Mostafa Zarghani，出处IEEE Transactions on PowerElectronics，2020，35(8):7991-8001.的文献提出一种利用半导体器件线性放大区的串联有源滤波方案，下文简称串联线性法，将器件串联到开关电源的输出侧，但是该半导体器件需要承担全部负载电流，导致其功耗极大，限制在大电流场合的应用。

申请号为201810411004.7的专利文献公开了一种将线性放大区开关器件并联在负载两侧的吸电流并联型滤波网络，下文简称无源并联线性法，线性调整管无需通流全部负载电流，是低压大电流工况较合理的滤波方式，但其滤波本质是通过调整线性调整管的通流调节外部电压变化，通过线性调整管电流以及线性调整管损耗依然较大。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种升降压型交错并联变换器，旨在解决传统交错并联结构的功耗大的问题。

本发明提供了一种升降压型交错并联变换器，包括：n个并联连接的大功率半桥单元、一个线性半桥单元和输出滤波电容C_out；线性半桥单元与大功率半桥单元并联连接，用于产生与输出电流纹波反向的高频交流电流，降低输出电流纹波；输出滤波电容C_out的一端连接至线性半桥单元与大功率半桥单元的共同输出端，输出滤波电容C_out的另一端接地。

更进一步地，线性半桥单元包括：第一线性调整管、第二线性调整管和隔直电容；第一线性调整管和第二线性调整管串联组成半桥桥臂并位于直流母线正、负极之间，且半桥桥臂的中点连接隔直电容的输入端，隔直电容的输出端作为线性半桥单元的输出端并与输出滤波电容的输入端连接。

其中，第一线性调整管和第二线性调整管可以为IGBT。

更进一步地，大功率半桥单元包括：第一全控开关、第二全控开关和功率电感；第一全控开关和第二全控开关串联组成半桥桥臂并位于直流母线正、负极之间，且半桥桥臂的中点连接所述功率电感的输入端，功率电感的输出端作为大功率半桥单元的输出端并与输出滤波电容的输入端连接。

其中，大功率半桥单元中的全控开关平均电流之和为功率电感平均电流。