CN109286330A - 一种大电流大功率功率变换器 - Google Patents
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Abstract
一种大电流大功率功率变换器，包括至少两个并联的三相变换器、整流电路和滤波电路；每个所述三相变换器的输入端均连接到电源电路、输出端均经所述整流电路连接所述滤波电路；每个所述三相变换器包括依次串联的开关网络、电容电感组合模块和变压器组合模块；所述变压器组合模块包括三相变压器组合，每一相变压器组合包括至少两个变压器，所述两个变压器的原边绕组串联或并联，副边绕组串联；每一相变压器组合的原边绕组、副边绕组之间分别彼此连接形成星形连接或三角形连接。实施本发明无需专门的均流控制，控制简单可靠，开关管不需要直接并联使用，解决了开关管并联的均流问题，器件参数差异导致的功率严重不均衡问题，满足大电流大功率需求。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种大电流大功率功率变换器。
背景技术
电源模块中常见的DCDC变换拓扑有半桥，全桥等结构，随着模块输出功率的增大，输出纹波电流也增大，需要增加输出滤波器的体积和成本，难以满足电源产品追求高功率密度，低成本的目标。为了降低输出纹波电流大小，减小输出滤波器的体积，通常采用交错并联技术。在交错并联技术中，需要考虑均流的问题，为了实现并联均流，通常需要增加相应的均流器件，同时增加了控制的复杂度。
随着电源模块输出功率的进一步提高，需要开发更大功率高频DC/DC变换器。受单个功率器件开关管的特性限制，需要多个开关管并联使用。然而，多个并联的开关管工作在高频条件下，开关管的均流问题在实际使用中会极大地影响产品可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种无需开关管直接并联使用，因此无需专门的均流控制，并且可以解决器件参数差异导致的功率严重不均衡问题，满足大电流大功率需求的大电流大功率功率变换器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大电流大功率功率变换器，包括：至少两个并联的三相变换器、整流电路和滤波电路；每个所述三相变换器的输入端均连接到电源电路、输出端均经所述整流电路连接所述滤波电路；每个所述三相变换器包括：依次串联的开关网络、电容电感组合模块和变压器组合模块；每一相变压器组合包括至少两个变压器，所述两个变压器的原边绕组串联或并联，副边绕组串联；所述三相变压器组合的每一相变压器组合的原边绕组之间、副边绕组之间分别彼此连接形成星形连接或三角形连接。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述电容电感组合模块包括第一相电容电感组合、第二相电容电感组合和第三相电容电感组合，所述三相变压器组合包括第一相变压器组合、第二相变压器组合和第三相变压器组合；所述第一相电容电感组合和所述第一相变压器组合串联之后连接到所述开关网络和所述整流电路之间；所述第二相电容电感组合和所述第二相变压器组合串联之后连接到所述开关网络和所述整流电路之间；所述第三相电容电感组合和所述第三相变压器组合串联之后连接到所述开关网络和所述整流电路之间。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述第一相变压器组合包括第一变压器和第二变压器，所述第二相变压器组合包括第三变压器和第四变压器，所述第三相变压器组合包括第五变压器和第六变压器；所述第一变压器和所述第二变压器的原边绕组串联后连接到所述第一相电容电感组合的第一输入端和所述第一相电容电感组合的第一输出端之间，所述第三变压器和所述第四变压器的原边绕组串联后连接到所述第二相电容电感组合的第一输入端和所述第二相电容电感组合的第一输出端之间，所述第五变压器和所述第六变压器的原边绕组串联后连接到所述第三相电容电感组合的第一输入端和所述第三相电容电感组合的第一输出端之间，所述第一相电容电感组合的第二输出端、所述第二相电容电感组合的第二输出端和所述第三相电容电感组合的第二输出端连接。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述第一相变压器组合包括第一变压器和第二变压器，所述第二相变压器组合包括第三变压器和第四变压器，所述第三相变压器组合包括第五变压器和第六变压器；所述第一变压器和所述第二变压器的原边绕组串联后连接到所述第一相电容电感组合的第一输入端和所述第一相电容电感组合的第一输出端之间，所述第三变压器和所述第四变压器的原边绕组串联后连接到所述第二相电容电感组合的第一输入端和所述第二相电容电感组合的第一输出端之间，所述第五变压器和所述第六变压器的原边绕组串联后连接到所述第三相电容电感组合的第一输入端和所述第三相电容电感组合的第一输出端之间，所述第一相电容电感组合的第二输出端连接所述第二相电容电感组合的第一输出端、所述第二相电容电感组合的第二输出端连接所述第三相电容电感组合的第一输出端、所述第三相电容电感组合的第二输出端连接所述第一相电容电感组合的第一输出端。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述第一相变压器组合包括第一变压器和第二变压器，所述第二相变压器组合包括第三变压器和第四变压器，所述第三相变压器组合包括第五变压器和第六变压器；所述第一变压器和所述第二变压器的原边绕组并联后连接到所述第一相电容电感组合的第一输入端和所述第一相电容电感组合的第一输出端之间，所述第三变压器和所述第四变压器的原边绕组并联后连接到所述第二相电容电感组合的第一输入端和所述第二相电容电感组合的第一输出端之间，所述第五变压器和所述第六变压器的原边绕组并联后连接到所述第三相电容电感组合的第一输入端和所述第三相电容电感组合的第一输出端之间，所述第一相电容电感组合的第二输出端、所述第二相电容电感组合的第二输出端和所述第三相电容电感组合的第二输出端连接。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述第一相变压器组合包括第一变压器和第二变压器，所述第二相变压器组合包括第三变压器和第四变压器，所述第三相变压器组合包括第五变压器和第六变压器；所述第一变压器和所述第二变压器的原边绕组并联后连接到所述第一相电容电感组合的第一输入端和所述第一相电容电感组合的第一输出端之间，所述第三变压器和所述第四变压器的原边绕组并联后连接到所述第二相电容电感组合的第一输入端和所述第二相电容电感组合的第一输出端之间，所述第五变压器和所述第六变压器的原边绕组并联后连接到所述第三相电容电感组合的第一输入端和所述第三相电容电感组合的第一输出端之间，所述第一相电容电感组合的第二输出端连接所述第二相电容电感组合的第一输出端、所述第二相电容电感组合的第二输出端连接所述第三相电容电感组合的第一输出端、所述第三相电容电感组合的第二输出端连接所述第一相电容电感组合的第一输出端。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述第一变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第一输入端、所述第二变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第二输入端、所述第三变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第三输入端、所述第四变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第四输入端、所述第五变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第五输入端、所述第六变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第六输入端；所述第一变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的另一三相变换器的第一变压器的副边绕组的第一输出端、所述第二变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的所述另一三相变换器的第二变压器的副边绕组的第一输出端、所述第三变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的所述另一三相变换器的第三变压器的副边绕组的第一输出端、所述第四变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的另一三相变换器的第四变压器的副边绕组的第一输出端、所述第五变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的另一三相变换器的第五变压器的副边绕组的第一输出端，所述第六变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的另一三相变换器的第六变压器的副边绕组的第一输出端。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述另一三相变换器的第一变压器的副边绕组的第二输出端、所述另一三相变换器的第三变压器的副边绕组的第二输出端和所述另一三相变换器的第五变压器的副边绕组的第二输出端彼此连接；所述另一三相变换器的第二变压器的副边绕组的第二输出端、所述另一三相变换器的第四变压器的副边绕组的第二输出端和所述另一三相变换器的第六变压器的副边绕组的第二输出端彼此连接。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述第一变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第五变压器的副边绕组的第二输出端，所述第三变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第一变压器的副边绕组的第二输出端，所述第五变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第三变压器的副边绕组的第二输出端，所述第二变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第六变压器的副边绕组的第二输出端，所述第四变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第二变压器的副边绕组的第二输出端，所述第六变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第四变压器的副边绕组的第二输出端。
在本发明所述的大电流大功率功率变换器中，所述开关网络包括三相两电平桥式电路或三相三电平桥式电路；所述电容电感组合模块包括三相LLC串联谐振变换模块、三相SRC串联谐振变换模块或三相LCC串并联谐振变换模块；所述整流电路包括彼此并联或者串联的多个整流模块。
实施本发明的大电流大功率功率变换器，基于三相拓扑交错控制输出纹波电流小的优点，输入侧通过两路或多路三相变换器并联，通过每相的多个变压器原边分别并联或串联、副边交叉串联的方式，实现两个或多个单元的自然均流，因此无需专门的均流控制，控制简单可靠，且开关管不需要直接并联使用，解决了开关管并联的均流问题，解决器件参数差异导致的功率严重不均衡问题，满足大电流大功率需求，并且可以实现多路输入并串联和多路输出并联，可以实现大电流大功率输入高压输出的自然均流，同时具有三相拓扑交错并联输出纹波小的特点，大大降低输出滤波器的体积和成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的大电流大功率功率变换器的第一实施例的原理框图；
图2a-2b是图1所示的大电流大功率功率变换器的开关网络的优选实施例的电路图；
图3a-3b是图1所示的大电流大功率功率变换器的整流电路的优选实施例的电路图；
图4是本发明的大电流大功率功率变换器的第二实施例的原理框图；
图5是本发明的大电流大功率功率变换器的第三实施例的电路原理图；
图6a-6d是图5所示的大电流大功率功率变换器的电容电感组合模块的优选实施例的电路原理图；
图7a是图5所示的大电流大功率功率变换器的变压器组合中变压器原边绕组串联的另一实施例的电路原理图；
图7b是图5所示的大电流大功率功率变换器的变压器组合中变压器副边绕组串联的另一实施例的电路原理图；
图8是本发明的大电流大功率功率变换器的第四实施例的电路原理图；
图9是本发明的大电流大功率功率变换器的第五实施例的电路原理图；
图10是本发明的大电流大功率功率变换器的第六实施例的电路原理图；
图11是本发明的大电流大功率功率变换器的第七实施例的电路原理图；
图12a-12c是图11所示的大电流大功率功率变换器的变压器组合中变压器原边绕组并联的另三个实施例的电路原理图；
图12d-12e是图11所示的大电流大功率功率变换器的整流电路的优选实现方式的电路原理图；
图13是本发明的大电流大功率功率变换器的第八实施例的电路原理图；
图14是本发明的大电流大功率功率变换器的第九实施例的电路原理图；
图15是本发明的大电流大功率功率变换器的第十实施例的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及一种大电流大功率功率变换器，包括：至少两个并联的三相变换器、整流电路和滤波电路；每个所述三相变换器的输入端均连接到电源电路、输出端均经所述整流电路连接所述滤波电路；每个所述三相变换器包括：依次串联的开关网络、电容电感组合模块和变压器组合模块；所述变压器组合模块包括三相变压器组合，每一相变压器组合包括至少两个变压器，所述两个变压器的原边绕组串联或并联，副边绕组串联；所述三相变压器组合的每一相变压器组合的原边绕组之间、副边绕组之间分别彼此连接形成星形连接或三角形连接。实施本发明的大电流大功率功率变换器，基于三相拓扑交错控制输出纹波电流小的优点，输入侧通过两路或多路三相变换器并联，通过每相的多个变压器原边分别并联或串联、副边交叉串联的方式，实现两个或多个单元的自然均流，因此无需专门的均流控制，控制简单可靠，且开关管不需要直接并联使用，解决了开关管并联的均流问题，解决器件参数差异导致的功率严重不均衡问题，满足大电流大功率需求，并且可以实现多路输入并串联和多路输出并联，可以实现大电流大功率输入高压输出的自然均流，同时具有三相拓扑交错并联输出纹波小的特点，大大降低输出滤波器的体积和成本。
图1是本发明的大电流大功率功率变换器的第一实施例的原理框图。如图1所示，本发明的大电流大功率功率变换器，包括：两个并联的三相变换器100、整流电路200和滤波电路300。如图1所示，每个所述三相变换器100的输入端均连接到电源电路、输出端均经所述整流电路200连接所述滤波电路300。每个所述三相变换器100包括：依次串联的开关网络110、电容电感组合模块120和变压器组合模块130。在本发明的一个优选实施例中，所述电源电路可以是单相无源功率因数校正电路、单相有源功率因数校正电路、三相无源功率因数校正电路和三相有源功率因数校正电路等任何适合的电源电路。所述滤波电路300可以采用电容滤波，也可以采用电感电容滤波，或者是采用电感电容组合的多种滤波器方式。在本发明的进一步的优选实施例中，如图3a-3b所示，在本发明的优选实施例中，所述整流电路200可以是二极管整流电路，也可以是开关管同步整流等。当然还可以采用其他各种整流方式。
在本发明的进一步的优选实施例中，如图2a-2b所示，所述开关网络110可以是三相两电平桥式电路或三相三电平桥式电路。在本发明的进一步的优选实施例中，所述电容电感组合模块200可以是由谐振电感，励磁电感，谐振电容组成的三相LLC串联谐振变换器，也可以是电感，电容组成的三相SRC串联谐振变换器，还可以是电感，电容组成的三相PRC并联谐振变换器，也可以电感，并联电容组成的三相LCC串并联谐振变换器。
进一步如图1所示，所述变压器组合模块130包括第一相变压器组合131、第二相变压器组合132和第三相变压器组合133，第一相变压器组合131、第二相变压器组合132和第三相变压器组合133各自包括至少两个变压器。在本发明的一个优选实施例中，所述两个变压器的原边绕组串联，副边绕组串联。在本发明的另一个优选实施例中，两个变压器的原边绕组并联，副边绕组串联。在本发明的一个优选实施例中，所述三相变压器组合的每一相变压器组合的原边绕组之间分别彼此连接形成星形连接，且每一相变压器组合的副边绕组之间分别彼此连接形成星形连接。在本发明的一个优选实施例中，所述三相变压器组合的每一相变压器组合的原边绕组之间分别彼此连接形成星形连接，且每一相变压器组合的副边绕组之间分别彼此连接形成三角形连接。在本发明的一个优选实施例中，所述三相变压器组合的每一相变压器组合的原边绕组之间分别彼此连接形成三角形连接，且每一相变压器组合的副边绕组之间分别彼此连接形成三角形连接。在本发明的一个优选实施例中，所述三相变压器组合的每一相变压器组合的原边绕组之间分别彼此连接形成三角形连接，且每一相变压器组合的副边绕组之间分别彼此连接形成星形连接。
本领域技术人员知悉，在本发明的其他优选实施例中，本发明的大电流大功率功率变换器可以包括三个，四个，甚至更多个并联的三相变换器100。本发明在此不受三相变换器具体个数的限制。
实施本发明的大电流大功率功率变换器，基于三相拓扑交错控制输出纹波电流小的优点，输入侧通过两路或多路三相变换器并联，通过每相的多个变压器原边分别并联或串联、副边交叉串联的方式，实现两个或多个单元的自然均流，因此无需专门的均流控制，控制简单可靠，且开关管不需要直接并联使用，解决了开关管并联的均流问题，解决器件参数差异导致的功率严重不均衡问题，满足大电流大功率需求，并且可以实现多路输入并串联和多路输出并联，可以实现大电流大功率输入高压输出的自然均流，同时具有三相拓扑交错并联输出纹波小的特点，大大降低输出滤波器的体积和成本。
图4是本发明的大电流大功率功率变换器的第二实施例的原理框图。如图4所示，本发明的大电流大功率功率变换器，包括：三个并联的三相变换器100、整流电路200和滤波电路300。如图4所示，每个所述三相变换器100的输入端均连接到电源电路、输出端均经所述整流电路200连接所述滤波电路300。每个所述三相变换器100包括：依次串联的开关网络110、电容电感组合模块120和变压器组合模块130。所述电容电感组合模块120包括第一相电容电感组合121、第二相电容电感组合122和第三相电容电感组合123。所述变压器组合模块130包括第一相变压器组合131、第二相变压器组合132和第三相变压器组合133。所述整流电路包括第一整流模块210、第二整流模块220和第三整流模块230。所述电源电路、所述滤波电路300、开关网络110、所述变压器组合模块130可以采用图1描述的实施例进行构造。如图4所示，所述第一相电容电感组合121和所述第一相变压器组合131串联之后连接到所述开关网络110和第一整流模块210之间；所述第二相电容电感组合122和所述第二相变压器组合132串联之后连接到所述开关网络110和第二整流模块220之间；所述第三相电容电感组合123和所述第三相变压器组合133串联之后连接到所述开关网络110和第三整流模块230之间。
在本发明的一个优选实施例中，第一整流模块210、第二整流模块220和第三整流模块230可以彼此并联或者串联。所述第一整流模块210、第二整流模块220和第三整流模块230可以参照图3a-3b所示实施例构建，其可以是二极管整流电路，也可以是开关管同步整流等。当然还可以采用其他各种整流方式。
本领域技术人员知悉，在本发明的其他优选实施例中，本发明的大电流大功率功率变换器可以包括四个，甚至更多个并联的三相变换器100。本发明在此不受三相变换器具体个数的限制。
实施本发明的大电流大功率功率变换器，基于三相拓扑交错控制输出纹波电流小的优点，输入侧通过两路或多路三相变换器并联，通过每相的多个变压器原边分别并联或串联、副边交叉串联的方式，实现两个或多个单元的自然均流，因此无需专门的均流控制，控制简单可靠，且开关管不需要直接并联使用，解决了开关管并联的均流问题，解决器件参数差异导致的功率严重不均衡问题，满足大电流大功率需求，并且可以实现多路输入并串联和多路输出并联，可以实现大电流大功率输入高压输出的自然均流，同时具有三相拓扑交错并联输出纹波小的特点，大大降低输出滤波器的体积和成本。
图5是本发明的大电流大功率功率变换器的第三实施例的电路原理图。如图5所示，本发明的大电流大功率功率变换器，包括：两个并联的三相变换器、整流电路200和滤波电路300。每个三相变换器包括依次串联的开关网络110、电容电感组合模块120和变压器组合模块130。在本实施例中，整流电路200包括第一整流模块210和第二整流模块220。在本实施例中，电容电感组合模块120的第一相电容电感组合121、第二相电容电感组合122和第三相电容电感组合123由三相谐振电感Lr，励磁电感Lm，谐振电容Cr组成的三相LLC串联谐振变换器构造。在本发明的其他优选实施例中，电容电感组合模块120的第一相电容电感组合121、第二相电容电感组合122和第三相电容电感组合123可以由电感Lr，电容Cr组成的三相SRC串联谐振变换器构造(参见图6a)，也可以由电感Lr，电容Cr组成的三相PRC并联谐振变换器(电容和变压器并联)构造(参见图6b)，也可以由电感Lr，电容Cr，电容Cpr组成的三相LCC串并联谐振变换器(参见图6c)，还可以由改变三相谐振电感Lr和谐振电容Cr位置的变形三相LLC串联谐振变换器构造(参见图6d)。在本发明的优选实施中，上述电容，电感均可以采用多个元件并联构造，并任意摆放串联的位置。
在图5所示实施例中，第一三相变换器的第一相电容电感组合121包括Cr1a、三相谐振电感Lr1a，励磁电感Lm1a构成的LLC串联谐振变换支路，第二相电容电感组合122包括Cr1b、三相谐振电感Lr1b，励磁电感Lm1b构成的LLC串联谐振变换支路，第三相电容电感组合123包括Cr1c、三相谐振电感Lr1c，励磁电感Lm1c构成的LLC串联谐振变换支路。第一三相变换器的所述第一相变压器组合131包括变压器T1a1和变压器T1a2，所述第二相变压器组合132包括变压器T1b1和变压器T1b2，所述第三相变压器组合133包括变压器T1c1和变压器T1c2。第二三相变换器的所述第一相变压器组合131包括变压器T2a1和变压器T2a2，所述第二相变压器组合132包括变压器T2b1和变压器T2b2，所述第三相变压器组合133包括变压器T2c1和变压器T2c2。
如图5所示，变压器T1a1和T1a2原边绕组串联，变压器T1b1和T1b2原边绕组串联，变压器T1c1和T1c2原边绕组串联，各相绕组串联后的变压器原边为星型连接方式。所述变压器T1a1和所述变压器T1a2的原边绕组串联后连接到所述第一相电容电感组合121的第一输入端和第一输出端之间，即励磁电感Lm1a的两端。所述变压器T1b1和所述变压器T1b2的原边绕组串联后连接到所述第二相电容电感组合122的第一输入端和的第一输出端之间，即励磁电感Lm1b的两端。所述变压器T1c1和所述变压器T1c2的原边绕组串联后连接到所述第三相电容电感组合123的第一输入端和第一输出端之间，即励磁电感Lm1c的两端。所述第一相电容电感组合121的第二输出端、所述第二相电容电感组合122的第二输出端和所述第三相电容电感组合123的第二输出端连接。变压器T2a1和变压器T2a2，变压器T2b1和变压器T2b2，变压器T2c1和变压器T2c2的连接同理。
在图5所示实施例中，变压器T1a1与T2a1，T1b1与T2b1，T1c1和T2c1的副边绕组串联，各相绕组串联后的变压器副边可以为星型连接方式。如图5所示，所述变压器T1a1的副边绕组的第一输出端连接所述第一整流模块210的第一输入端、所述变压器T1a2的副边绕组的第一输出端连接所述第一整流模块210的第二输入端、所述变压器T1b1的副边绕组的第一输出端连接所述第一整流模块210的第三输入端、所述变压器T1b2的副边绕组的第一输出端连接所述第二整流模块220的第一输入端、所述变压器T1c1的副边绕组的第一输出端连接所述第二整流模块220的第二输入端、所述变压器T1c2的副边绕组的第一输出端连接所述第二整流模块220的第三输入端。所述变压器T1a1的副边绕组的第二输出端连接变压器T2a1的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1a2的副边绕组的第二输出端连接并联的所述变压器T2a2的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1b1的副边绕组的第二输出端连接并联的所述变压器T2b1的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1b2的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2b2的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1c1的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2c1的副边绕组的第一输出端，所述变压器T1c2的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2c2的副边绕组的第一输出端。所述变压器T2a1的副边绕组的第二输出端、所述变压器T2b1的副边绕组的第二输出端和所述变压器T2c1的副边绕组的第二输出端彼此连接；所述变压器T2a2的副边绕组的第二输出端、所述变压器T2b2的副边绕组的第二输出端和所述变压器T2c2的副边绕组的第二输出端彼此连接。
如图7所示，变压器T1a1和T1a2原边绕组串联，变压器T1b1和T1b2原边绕组串联，变压器T1c1和T1c2原边绕组串联，各相绕组串联后的变压器原边可以为三角形连接方式。如图7所示，所述变压器T1a1和所述变压器T1a2的原边绕组串联后连接到所述第一相电容电感组合121的第一输入端和第一输出端之间，即励磁电感Lm1a的两端。所述变压器T1b1和所述变压器T1b2的原边绕组串联后连接到所述第二相电容电感组合122的第一输入端和的第一输出端之间，即励磁电感Lm1b的两端。所述变压器T1c1和所述变压器T1c2的原边绕组串联后连接到所述第三相电容电感组合123的第一输入端和第一输出端之间，即励磁电感Lm1c的两端。所述第一相电容电感组合121的第二输出端连接所述第二相电容电感组合122的第一输出端、所述第二相电容电感组合122的第二输出端连接所述第三相电容电感组合123的第一输出端、所述第三相电容电感组合123的第二输出端连接所述第一相电容电感组合121的第一输出端。
如图7所示，变压器T1a2与T2a2，T1b2和T2b2，T1c2和T2c2副边绕组串联，各相绕组串联后的变压器副边可以三角形连接方式。如图7所示，所述变压器T1a1的副边绕组的第一输出端连接所述第一整流模块210的第一输入端、所述变压器T1a2的副边绕组的第一输出端连接所述第一整流模块210的第二输入端、所述变压器T1b1的副边绕组的第一输出端连接所述第一整流模块210的第三输入端、所述变压器T1b2的副边绕组的第一输出端连接所述第二整流模块220的第一输入端、所述变压器T1c1的副边绕组的第一输出端连接所述第二整流模块220的第二输入端、所述变压器T1c2的副边绕组的第一输出端连接所述第二整流模块220的第三输入端。所述变压器T1a1的副边绕组的第二输出端连接变压器T2a1的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1a2的副边绕组的第二输出端连接并联的所述变压器T2a2的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1b1的副边绕组的第二输出端连接并联的所述变压器T2b1的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1b2的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2b2的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1c1的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2c1的副边绕组的第一输出端，所述变压器T1c2的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2c2的副边绕组的第一输出端。所述变压器T1a1的副边绕组的第一输出端还连接所述变压器T2c1的副边绕组的第二输出端，所述变压器T1b1的副边绕组的第一输出端还连接所述变压器T2a1的副边绕组的第二输出端，所述变压器T1c1的副边绕组的第一输出端还连接所述变压器T2b1的副边绕组的第二输出端，所述变压器T1a2的副边绕组的第一输出端还连接所述变压器T2c2的副边绕组的第二输出端，所述变压器T1b2的副边绕组的第一输出端还连接所述变压器T2a2的副边绕组的第二输出端，所述变压器T1c2的副边绕组的第一输出端还连接所述变压器T2b2的副边绕组的第二输出端。
本领域技术人员知悉，在本发明的其他优选实施例中，本发明的大电流大功率功率变换器可以包括三个并联的三相变换器100。图8示出了输入侧由三个相同的三相变换器并联，输出采用两个整流模块210、220并联，三相变换器100中的变压器原边分别串联、副边交叉串联的实现方式。
本领域技术人员进一步知悉，所述第一相变压器组合131、第二相变压器组合132和第三相变压器组合133可以分别包括两个以上的变压器，例如原边分别串联且副边交叉串联的三个变压器，并且所述关网络可以选择三相两电平桥式电路。图9示出了输入侧由两个相同的三相变换器并联，输出采用两个整流电路200并联，三相变换器100中的各相变压器组合分别包括三个变压器原边分别串联、副边交叉串联的实现方式。在图9所示实施例中，整流模块210、220、230可以采用二极管整流电路。滤波电路采用RC滤波电路。
在本发明的进一步的优选实施例中，如图10所示，所述大电流大功率功率变换器可以包括四路串并联电路，其电源模块可以进一步包括电容C1和电容C2，该电容C1和电容C2串联后连接与输入电压源Uin两侧，两个开关网络110并联在电容C1两端，两个开关网络110并联在电容C2两端，四个整流模块的输出端并联在滤波电路的输入侧。所述第一相变压器组合131、第二相变压器组合132和第三相变压器组合133分别包括原边分别串联且副边交叉串联的三个变压器。
进一步地，在图5-10所示实施例中，变压器原边之间采用串联连接，因此优选将采用多个整流模块并联构建整流电路，例如以参照图3a-3b所示实施例构建，各个整流模块可以采用二极管整流模块，开关管同步整流模块等等。当然，在本发明的其他优选实施例中，也可以采用多个整流模块串联构建整流电路。
本领域技术人员进一步知悉，在本发明的其他优选实施例中，所述大电流大功率功率变换器可以包括五路、六路甚至N路串并联电路，基于本发明的教导，本领域技术人员能够构造这样的大电流大功率功率变换器，在此就不再累述了。
实施本发明的大电流大功率功率变换器，基于三相拓扑交错控制输出纹波电流小的优点，输入侧通过两路或多路三相变换器并联，通过每相的多个变压器原边分别并联或串联、副边交叉串联的方式，实现两个或多个单元的自然均流，因此无需专门的均流控制，控制简单可靠，且开关管不需要直接并联使用，解决了开关管并联的均流问题，解决器件参数差异导致的功率严重不均衡问题，满足大电流大功率需求，并且可以实现多路输入并串联和多路输出并联，可以实现大电流大功率输入高压输出的自然均流，同时具有三相拓扑交错并联输出纹波小的特点，大大降低输出滤波器的体积和成本。
图11是本发明的大电流大功率功率变换器的第七实施例的电路原理图。图11所示的实施例与图5所示的实施例类似，其区别在于，在该实施例中，变压器T1a1和变压器T1a2，变压器T1b1和变压器T1b2，变压器T1c1和变压器T1c2的原边绕组并联，且各相绕组串联后的变压器原边为星型连接方式。变压器T2a1和变压器T2a2，变压器T2b1和变压器T2b2，变压器T2c1和变压器T2c2的连接同理。
如图11所示，所述变压器T1a1和所述变压器T1a2的原边绕组并联后连接到所述第一相电容电感组合121的第一输入端和第一输出端之间，即励磁电感Lm1a的两端。所述变压器T1b1和所述变压器T1b2的原边绕组并联后连接到所述第二相电容电感组合122的第一输入端和的第一输出端之间，即励磁电感Lm1b的两端。所述变压器T1c1和所述变压器T1c2的原边绕组并联后连接到所述第三相电容电感组合123的第一输入端和第一输出端之间，即励磁电感Lm1c的两端。所述第一相电容电感组合121的第二输出端连接所述第二相电容电感组合122的第一输出端、所述第二相电容电感组合122的第二输出端连接所述第三相电容电感组合123的第一输出端、所述第三相电容电感组合123的第二输出端连接所述第一相电容电感组合121的第一输出端。
进一步如图11所示，所述变压器T1a1的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路200的第一输入端、所述变压器T1a2的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路200的第二输入端、所述变压器T1b1的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路200的第三输入端、所述变压器T1b2的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路200的第四输入端、所述变压器T1c1的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路200的第五输入端、所述变压器T1c2的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路200的第六输入端。所述变压器T1a1的副边绕组的第二输出端连接变压器T2a1的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1a2的副边绕组的第二输出端连接并联的所述变压器T2a2的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1b1的副边绕组的第二输出端连接并联的所述变压器T2b1的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1b2的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2b2的副边绕组的第一输出端、所述变压器T1c1的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2c1的副边绕组的第一输出端，所述变压器T1c2的副边绕组的第二输出端连接并联的变压器T2c2的副边绕组的第一输出端。
对于图11所示实施例，在本发明的进一步的优选实施例中，变压器T1a1和T1a2，T1b1和T1b2，T1c1和T1c2可以是原边分别并联，也可以是原边一个绕组，副边两个绕组的情况；同样地，变压器T2a1和T2a2，T2b1和T2b2，T2c1和T2c2的连接结构类似，可以参见图12a所示实施例。
在本发明的进一步的优选实施例中，如图12b所示，变压器T1a1和变压器T1a2，变压器T1b1和变压器T1b2，变压器T1c1和变压器T1c2的原边绕组并联，且各相绕组串联后的变压器原边为三角形连接方式。变压器T2a1和变压器T2a2，变压器T2b1和变压器T2b2，变压器T2c1和变压器T2c2的连接同理。如图12b所示，所述变压器T1a1和所述变压器T1a2的原边绕组并联后连接到所述第一相电容电感组合121的第一输入端和第一输出端之间，即励磁电感Lm1a的两端。所述变压器T1b1和所述变压器T1b2的原边绕组并联后连接到所述第二相电容电感组合122的第一输入端和的第一输出端之间，即励磁电感Lm1b的两端。所述变压器T1c1和所述变压器T1c2的原边绕组并联后连接到所述第三相电容电感组合123的第一输入端和第一输出端之间，即励磁电感Lm1c的两端。所述第一相电容电感组合121的第二输出端连接所述第二相电容电感组合122的第一输出端、所述第二相电容电感组合122的第二输出端连接所述第三相电容电感组合123的第一输出端、所述第三相电容电感组合123的第二输出端连接所述第一相电容电感组合121的第一输出端。
对于图12b所示实施例，变压器T1a1和T1a2，T1b1和T1b2，T1c1和T1c2可以是原边分别并联，也可以是原边一个绕组，副边两个绕组的情况；同样地，变压器T2a1和T2a2，T2b1和T2b2，T2c1和T2c2的连接结构类似，可以参见图12c所示实施例。
对于图11-12所示实施例，其变压器T1a1和T1a2，T1b1和T1b2，T1c1和T1c2，变压器T2a1和T2a2，T2b1和T2b2，T2c1和T2c2的副边连接，可以参照图7a-7b所示实施例，在此就不再累述了。
本领域技术人员知悉，在本发明的其他优选实施例中，本发明的大电流大功率功率变换器可以包括三个并联的三相变换器100。图13示出了输入侧由三个相同的三相变换器并联，输出采用并联的两个二极管整流电路，三相变换器100中的变压器原边分别并联、副边交叉串联的实现方式。
本领域技术人员进一步知悉，所述第一相变压器组合131、第二相变压器组合132和第三相变压器组合133可以分别包括两个以上的变压器，例如原边分别串联且副边交叉串联的三个变压器，并且所述关网络可以选择三相两电平桥式电路。
在本发明的进一步的优选实施例中，如图14所示，所述大电流大功率功率变换器可以包括四路串并联电路，其电源模块可以进一步包括电容C1和电容C2，该电容C1和电容C2串联后连接与输入电压源Uin两侧，两个开关网络110并联在电容C1两端300，两个开关网络110并联在电容C2两端，两个整流模块的输出端连接在滤波电路的输入侧。
本领域技术人员进一步知悉，在本发明的其他优选实施例中，所述大电流大功率功率变换器可以包括五路、六路甚至N路串并联电路，如图15所示。基于本发明的教导，本领域技术人员能够构造这样的大电流大功率功率变换器，在此就不再累述了。
实施本发明的大电流大功率功率变换器，基于三相拓扑交错控制输出纹波电流小的优点，输入侧通过两路或多路三相变换器并联，通过每相的多个变压器原边分别并联或串联、副边交叉串联的方式，实现两个或多个单元的自然均流，因此无需专门的均流控制，控制简单可靠，且开关管不需要直接并联使用，解决了开关管并联的均流问题，解决器件参数差异导致的功率严重不均衡问题，满足大电流大功率需求，并且可以实现多路输入并串联和多路输出并联，可以实现大电流大功率输入高压输出的自然均流，同时具有三相拓扑交错并联输出纹波小的特点，大大降低输出滤波器的体积和成本。
本领域技术人员知悉，上述各个实施例中的各个模块，比如开关网络、电容电感组合、变压器组合、整流电路、滤波电路，均可以根据需要进行组合，基于本发明的教导，本领域技术人员可以知悉各种组合方式。进一步地，该各种组合方式可以构成多路并联拓扑结构。基于本发明的教导，本领域技术人员也能够构造具有多路，例如3路，4路，5路甚至N路并联拓扑结构的大电流大功率功率变换器。
进一步地，在图11-15所示实施例中，变压器原边之间采用并联连接，因此优选将采用多个整流模块串联构建整流电路，例如以参照图12d-12e所示实施例构建，各个整流模块可以采用二极管整流模块，开关管同步整流模块等等。当然，在本发明的其他优选实施例中，也可以采用多个整流模块并联构建整流电路。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
Claims (10)
1.一种大电流大功率功率变换器，其特征在于，包括：至少两个并联的三相变换器、整流电路和滤波电路；每个所述三相变换器的输入端均连接到电源电路、输出端均经所述整流电路连接所述滤波电路；每个所述三相变换器包括：依次串联的开关网络、电容电感组合模块和变压器组合模块；所述变压器组合模块包括三相变压器组合，每一相变压器组合包括至少两个变压器，所述两个变压器的原边绕组串联或并联，副边绕组串联；所述三相变压器组合的每一相变压器组合的原边绕组之间、副边绕组之间分别彼此连接形成星形连接或三角形连接。
2.根据权利要求1所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述电容电感组合模块包括第一相电容电感组合、第二相电容电感组合和第三相电容电感组合，所述三相变压器组合包括第一相变压器组合、第二相变压器组合和第三相变压器组合；所述第一相电容电感组合和所述第一相变压器组合串联之后连接到所述开关网络和所述整流电路之间；所述第二相电容电感组合和所述第二相变压器组合串联之后连接到所述开关网络和所述整流电路之间；所述第三相电容电感组合和所述第三相变压器组合串联之后连接到所述开关网络和所述整流电路之间。
3.根据权利要求2所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述第一相变压器组合包括第一变压器和第二变压器，所述第二相变压器组合包括第三变压器和第四变压器，所述第三相变压器组合包括第五变压器和第六变压器；所述第一变压器和所述第二变压器的原边绕组串联后连接到所述第一相电容电感组合的第一输入端和所述第一相电容电感组合的第一输出端之间，所述第三变压器和所述第四变压器的原边绕组串联后连接到所述第二相电容电感组合的第一输入端和所述第二相电容电感组合的第一输出端之间，所述第五变压器和所述第六变压器的原边绕组串联后连接到所述第三相电容电感组合的第一输入端和所述第三相电容电感组合的第一输出端之间；所述第一相电容电感组合的第二输出端、所述第二相电容电感组合的第二输出端和所述第三相电容电感组合的第二输出端连接。
4.根据权利要求2所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述第一相变压器组合包括第一变压器和第二变压器，所述第二相变压器组合包括第三变压器和第四变压器，所述第三相变压器组合包括第五变压器和第六变压器；所述第一变压器和所述第二变压器的原边绕组串联后连接到所述第一相电容电感组合的第一输入端和所述第一相电容电感组合的第一输出端之间，所述第三变压器和所述第四变压器的原边绕组串联后连接到所述第二相电容电感组合的第一输入端和所述第二相电容电感组合的第一输出端之间，所述第五变压器和所述第六变压器的原边绕组串联后连接到所述第三相电容电感组合的第一输入端和所述第三相电容电感组合的第一输出端之间；所述第一相电容电感组合的第二输出端连接所述第二相电容电感组合的第一输出端、所述第二相电容电感组合的第二输出端连接所述第三相电容电感组合的第一输出端、所述第三相电容电感组合的第二输出端连接所述第一相电容电感组合的第一输出端。
5.根据权利要求2所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述第一相变压器组合包括第一变压器和第二变压器，所述第二相变压器组合包括第三变压器和第四变压器，所述第三相变压器组合包括第五变压器和第六变压器；所述第一变压器和所述第二变压器的原边绕组并联后连接到所述第一相电容电感组合的第一输入端和所述第一相电容电感组合的第一输出端之间，所述第三变压器和所述第四变压器的原边绕组并联后连接到所述第二相电容电感组合的第一输入端和所述第二相电容电感组合的第一输出端之间，所述第五变压器和所述第六变压器的原边绕组并联后连接到所述第三相电容电感组合的第一输入端和所述第三相电容电感组合的第一输出端之间，所述第一相电容电感组合的第二输出端、所述第二相电容电感组合的第二输出端和所述第三相电容电感组合的第二输出端连接。
6.根据权利要求2所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述第一相变压器组合包括第一变压器和第二变压器，所述第二相变压器组合包括第三变压器和第四变压器，所述第三相变压器组合包括第五变压器和第六变压器；所述第一变压器和所述第二变压器的原边绕组并联后连接到所述第一相电容电感组合的第一输入端和所述第一相电容电感组合的第一输出端之间，所述第三变压器和所述第四变压器的原边绕组并联后连接到所述第二相电容电感组合的第一输入端和所述第二相电容电感组合的第一输出端之间，所述第五变压器和所述第六变压器的原边绕组并联后连接到所述第三相电容电感组合的第一输入端和所述第三相电容电感组合的第一输出端之间，所述第一相电容电感组合的第二输出端连接所述第二相电容电感组合的第一输出端、所述第二相电容电感组合的第二输出端连接所述第三相电容电感组合的第一输出端、所述第三相电容电感组合的第二输出端连接所述第一相电容电感组合的第一输出端。
7.根据权利要求3-6中任意一项权利要求所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述第一变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第一输入端、所述第二变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第二输入端、所述第三变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第三输入端、所述第四变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第四输入端、所述第五变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第五输入端、所述第六变压器的副边绕组的第一输出端连接所述整流电路的第六输入端；所述第一变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的另一三相变换器的第一变压器的副边绕组的第一输出端、所述第二变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的所述另一三相变换器的第二变压器的副边绕组的第一输出端、所述第三变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的所述另一三相变换器的第三变压器的副边绕组的第一输出端、所述第四变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的另一三相变换器的第四变压器的副边绕组的第一输出端、所述第五变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的另一三相变换器的第五变压器的副边绕组的第一输出端，所述第六变压器的副边绕组的第二输出端连接并联的另一三相变换器的第六变压器的副边绕组的第一输出端。
8.根据权利要求7所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述另一三相变换器的第一变压器的副边绕组的第二输出端、所述另一三相变换器的第三变压器的副边绕组的第二输出端和所述另一三相变换器的第五变压器的副边绕组的第二输出端彼此连接；所述另一三相变换器的第二变压器的副边绕组的第二输出端、所述另一三相变换器的第四变压器的副边绕组的第二输出端和所述另一三相变换器的第六变压器的副边绕组的第二输出端彼此连接。
9.根据权利要求7所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述第一变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第五变压器的副边绕组的第二输出端，所述第三变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第一变压器的副边绕组的第二输出端，所述第五变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第三变压器的副边绕组的第二输出端，所述第二变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第六变压器的副边绕组的第二输出端，所述第四变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第二变压器的副边绕组的第二输出端，所述第六变压器的副边绕组的第一输出端还连接所述另一三相变换器的第四变压器的副边绕组的第二输出端。
10.根据权利要求7所述的大电流大功率功率变换器，其特征在于，所述开关网络包括三相两电平桥式电路或三相三电平桥式电路；所述电容电感组合模块包括三相LLC串联谐振变换模块、三相SRC串联谐振变换模块或三相LCC串并联谐振变换模块；所述整流电路包括彼此并联或者串联的多个整流模块。
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