CN109639152A - 一种高变比谐振功率变换器 - Google Patents

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刘明雨
刘天成
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Abstract

本发明涉及电子设备领域，提供了一种高变比谐振功率变换器，包括单开关逆变电路，隔离型谐振电路和倍压整流电路。本发明有益的效果是：通过单开关逆变电路、隔离谐振电路以及倍压整流电路相的结合；有效解决隔离安全性问题，并且通过谐振电路吸收漏感方式解决变压器漏感问题，而单开关逆变电路可以实现输入电流连续以及开关管的软开关工作进一步提升效率和电磁兼容特性。

Description

一种高变比谐振功率变换器
技术领域
本发明涉及电学领域，特别是一种高变比谐振功率变换器。
背景技术
传统的高变比功率变换器如图1所示，包括斩波电路以及多级倍压整流电路。其中斩波电路包括输入电感Lin，开关管M及反并联二极管D1，输出二极管D2以及输出电容Cout1，其完成将直流电转化为交流电以驱动后级的多级倍压整流电路。而多级倍压整流电路包括若干整流二极管D1~D6以及倍压电容Cout1~Cout5和负载电阻Rdc，其中Cout1、Cout3、Cout5构成输出电容接负载电阻Rdc。
在传统的高变比功率变换器中，有以下一些主要的缺陷：输入电压和输出电压为非隔离结构，如果出现短路故障，输出端高电压会直接加载到输入电源端，造成较大的事故。
发明内容
为了解决上述现有的技术问题，本发明提供一种高变比谐振功率变换器，包括单开关逆变电路，隔离型谐振电路，倍压整流电路；单开关逆变电路连接隔离型谐振电路的输入端，倍压整流电路连接隔离型谐振电路的输出端。
所述单开关逆变电路：用于提供输入电压。
所述隔离型谐振电路：用于将单开关逆变电路和倍压整流电路隔离，能够有效解决安全性问题，并且通过谐振电路吸收漏感方式解决变压器漏感问题。
所述倍压整流电路：用于利用二极管的整流和导引作用，将电压分别贮存到各自的电容上，然后把它们按极性相加的原理串接起来，输出高于输入电压的高压来。
所述单开关逆变电路包括输入电感Lin、主开关管M、反并联二极管和开关管并联电容Cin，所述输入电感Lin与主开关管M串联，反并联二极管与主开关管M反向并联，开关管并联电容Cin与主开关管M并联。
所述隔离型谐振电路包括：一次侧串联谐振电路、变压器T和副端串联谐振电路，一次侧串联谐振电路与变压器T输入端连接，副端串联谐振电路与变压器T输出端连接。
所述一次侧串联谐振电路由一次侧串联谐振电路电容Cs和一次侧串联谐振电路电感Lst串联构成。
所述副端串联谐振电路由副端串联谐振电路电容Css和副端串联谐振电路电感Lss构成。
所述倍压整流电路包括：整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、倍压电容Cout1、倍压电容Cout2、倍压电容Cout3、倍压电容Cout4、倍压电容Cout5和负载电阻Rdc。
所述整流二极管D1负极连接整流二极管D2的正极，整流二极管D2的负极连接整流二极管D3的正极，整流二极管D3的负极连接整流二极管D4的正极，整流二极管D4的负极连接整流二极管D5的正极，整流二极管D5的负极连接整流二极管D6的正极。
所述整流二极管D1与整流二极管D2串联后与倍压电容Cout1并联，整流二极管D2与整流二极管D3串联后与倍压电容Cout2并联，整流二极管D3与整流二极管D4串联后与倍压电容Cout3并联，整流二极管D4与整流二极管D5串联后与倍压电容Cout5并联，整流二极管D5与整流二极管D6串联后与倍压电容Cout6并联。
所述倍压电容Cout1、倍压电容Cout3和倍压电容Cout5串联后与负载电阻Rdc并联。
所述隔离型谐振电路包括一次侧串联谐振电路、变压器T和副端串联谐振电路。
所述一次侧串联谐振电路由一次侧串联谐振电路电容Cs和一次侧串联谐振电路电感Lst串联构成。
所述变压器T包括源端自感线圈Lpri和副端自感线圈Lsec。
所述副端串联谐振电路由副端串联谐振电路电容Css和副端串联谐振电路电感Lss构成。
所述变压器T的源端自感线圈Lpri与所述一次侧串联谐振电路串联之后的电路与所述单开关逆变电路的开关管并联电容Cin并联。
所述变压器T的副端自感线圈Lsec与所述副端串联谐振电路串联之后的电路与所述整流二极管D1并联。
所述隔离型谐振电路包括一次侧串联谐振电路、变压器T和副端串联谐振电路。
所述一次侧串联谐振电路由一次侧串联谐振电路电容Cs构成。
所述变压器T包括源端自感线圈Lpri和副端自感线圈Lsec。
所述副端串联谐振电路由副端串联谐振电路电容Css和副端串联谐振电路电感Lss构成。
所述变压器T的源端自感线圈Lpri与所述一次侧串联谐振电路串联之后的电路与所述单开关逆变电路的开关管并联电容Cin并联。
所述变压器T的副端自感线圈Lsec与所述副端串联谐振电路串联之后的电路与所述整流二极管D1并联。
所述隔离型谐振电路包括一次侧串联谐振电路、变压器T和副端串联谐振电路。
所述一次侧串联谐振电路由一次侧串联谐振电路电容Cs和一次侧串联谐振电路电感Lst串联构成。
所述变压器T包括源端自感线圈Lpri和副端自感线圈Lsec。
所述副端串联谐振电路由副端串联谐振电路电容Css构成。
所述变压器T的源端自感线圈Lpri与所述一次侧串联谐振电路串联之后的电路与所述单开关逆变电路的开关管并联电容Cin并联。
所述变压器T的副端自感线圈Lsec与所述副端串联谐振电路串联之后的电路与所述整流二极管D1并联。
所述电路加入二次谐波消除支路，所述二次谐波消除支路由二次谐波消除支路电感LB和二次谐波消除支路电容CB串联构成，所述二次谐波消除支路与所述开关管并联电容Cin并联。
相较于现有技术，本发明的有益效果是:通过单开关逆变电路、隔离谐振电路以及倍压整流电路相的结合；有效解决隔离安全性问题，并且通过谐振电路吸收漏感方式解决变压器漏感问题，而单开关逆变电路可以实现输入电流连续以及开关管的软开关工作进一步提升效率和电磁兼容特性。
附图说明
图1是传统的高变比功率变换器电路图。
图2是传统的高变比功率变换器开关尖峰电压电流波形图。
图3是本发明的单开关管谐振逆变倍压整流电路图。
图4是本发明单开关管谐振逆变倍压整流电路的开关管电压电流波形图。
图5是另一种单开关管谐振逆变倍压整流电路图。
图6是另一种单开关管谐振逆变倍压整流电路的开关管电压电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图3所示，是本发明的单开关管谐振逆变倍压整流电路图。
图3中所提出的主要技术方案，其中包括三个主要组成部分：单开关逆变电路，隔离型谐振电路，倍压整流电路。其中单开关逆变电路包括输入电感Lin，主开关管M（含反并联二极管），开关管并联电容Cin。隔离型谐振电路包括一次侧串联谐振电路Cs以及Lst，源端自感Lpri以及副端自感Lsec构成的变压器T（包括耦合系数k），副端串联谐振电路Css以及Lss。倍压整流电路包括若干整流二极管D1~D6以及倍压电容Cout1~Cout5和负载电阻Rdc，其中Cout1、Cout3、Cout5构成输出电容接负载电阻Rdc。
图3中的倍压整流电路以三阶为例，实际使用时不限于三阶可以是其它阶数以适应应用的需求。
图3中的隔离型谐振电路不限于图上形式，根据耦合系数及应用的需求也可以进行简化，例如不含Lst或不含Lss的结构。
图3中主开关管的电压电流波形为E类工作模式。
如图4所示，是本发明单开关管谐振逆变倍压整流电路的开关管电压电流波形图。
由于图3中主开关管的电压电流波形为E类工作模式，所以其处于软开关状态，效率很高也适合于高频率运行。
如图5是，另一种单开关管谐振逆变倍压整流电路图。
图5中，单开关谐振逆变倍压整流电路，加入了二次谐波消除支路，能够有效减少开关管应力并且提高系统波形的对称性。其主开关管的电压电流波形为E/F2模式。
如图6所示，是另一种单开关管谐振逆变倍压整流电路的开关管电压电流波形图。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：包括单开关逆变电路，隔离型谐振电路，倍压整流电路；单开关逆变电路连接隔离型谐振电路的输入端，倍压整流电路连接隔离型谐振电路的输出端；
所述单开关逆变电路：用于提供输入电压；
所述隔离型谐振电路：用于将单开关逆变电路和倍压整流电路隔离，能够有效解决安全性问题，并且通过谐振电路吸收漏感方式解决变压器漏感问题；
所述倍压整流电路：用于利用二极管的整流和导引作用，将电压分别贮存到各自的电容上，然后把它们按极性相加的原理串接起来，输出高于输入电压的高压来。
2.根据权利要求1所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：所述单开关逆变电路包括输入电感Lin、主开关管M、反并联二极管和开关管并联电容Cin，所述输入电感Lin与主开关管M串联，反并联二极管与主开关管M反向并联，开关管并联电容Cin与主开关管M并联。
3.根据权利要求1所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：所述
隔离型谐振电路包括：一次侧串联谐振电路、变压器T和副端串联谐振电路，一次侧串联谐振电路与变压器T输入端连接，副端串联谐振电路与变压器T输出端连接。
4.根据权利要求3所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：所述一次侧串联谐振电路由一次侧串联谐振电路电容Cs和一次侧串联谐振电路电感Lst串联构成。
5.根据权利要求3所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：所述副端串联谐振电路由副端串联谐振电路电容Css和副端串联谐振电路电感Lss构成。
6.根据权利要求1所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：所述倍压整流电路包括：整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、倍压电容Cout1、倍压电容Cout2、倍压电容Cout3、倍压电容Cout4、倍压电容Cout5和负载电阻Rdc；
所述整流二极管D1负极连接整流二极管D2的正极，整流二极管D2的负极连接整流二极管D3的正极，整流二极管D3的负极连接整流二极管D4的正极，整流二极管D4的负极连接整流二极管D5的正极，整流二极管D5的负极连接整流二极管D6的正极；
所述整流二极管D1与整流二极管D2串联后与倍压电容Cout1并联，整流二极管D2与整流二极管D3串联后与倍压电容Cout2并联，整流二极管D3与整流二极管D4串联后与倍压电容Cout3并联，整流二极管D4与整流二极管D5串联后与倍压电容Cout5并联，整流二极管D5与整流二极管D6串联后与倍压电容Cout6并联；
倍压电容Cout1、倍压电容Cout3和倍压电容Cout5串联后与负载电阻Rdc并联。
7.根据权利要求6所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：所述隔离型谐振电路包括一次侧串联谐振电路、变压器T和副端串联谐振电路；
所述一次侧串联谐振电路由一次侧串联谐振电路电容Cs和一次侧串联谐振电路电感Lst串联构成；
所述变压器T包括源端自感线圈Lpri和副端自感线圈Lsec；
所述副端串联谐振电路由副端串联谐振电路电容Css和副端串联谐振电路电感Lss构成；
所述变压器T的源端自感线圈Lpri与所述一次侧串联谐振电路串联之后的电路与所述单开关逆变电路的开关管并联电容Cin并联；
所述变压器T的副端自感线圈Lsec与所述副端串联谐振电路串联之后的电路与所述整流二极管D1并联。
8.根据权利要求6所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：所述隔离型谐振电路包括一次侧串联谐振电路、变压器T和副端串联谐振电路；
所述一次侧串联谐振电路由一次侧串联谐振电路电容Cs构成；
所述变压器T包括源端自感线圈Lpri和副端自感线圈Lsec；
所述副端串联谐振电路由副端串联谐振电路电容Css和副端串联谐振电路电感Lss构成；
所述变压器T的源端自感线圈Lpri与所述一次侧串联谐振电路串联之后的电路与所述单开关逆变电路的开关管并联电容Cin并联；
所述变压器T的副端自感线圈Lsec与所述副端串联谐振电路串联之后的电路与所述整流二极管D1并联。
9.根据权利要求6所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：所述隔离型谐振电路包括一次侧串联谐振电路、变压器T和副端串联谐振电路；
所述一次侧串联谐振电路由一次侧串联谐振电路电容Cs和一次侧串联谐振电路电感Lst串联构成；
所述变压器T包括源端自感线圈Lpri和副端自感线圈Lsec；
所述副端串联谐振电路由副端串联谐振电路电容Css构成；
所述变压器T的源端自感线圈Lpri与所述一次侧串联谐振电路串联之后的电路与所述单开关逆变电路的开关管并联电容Cin并联；
所述变压器T的副端自感线圈Lsec与所述副端串联谐振电路串联之后的电路与所述整流二极管D1并联。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种高变比谐振功率变换器，其特征在于：加入二次谐波消除支路，所述二次谐波消除支路由二次谐波消除支路电感LB和二次谐波消除支路电容CB串联构成，所述二次谐波消除支路与所述开关管并联电容Cin并联。
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