CN109874380A - 四开关三相dc-dc谐振转换器 - Google Patents

四开关三相dc-dc谐振转换器 Download PDF

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Abstract

切换电路包括彼此并联的第一半桥电路(100)、第二半桥电路(110)和分压电路以及DC输入电源(VDC)。第一半桥电路(120)包括第一对串联(30)的开关，第二半桥电路包括第二对串联的开关。

Description

四开关三相DC-DC谐振转换器
技术领域
本发明各方面一般涉及功率转换装置，更具体地涉及谐振DC-DC功率转换器。
背景技术
谐振DC-DC转换器被视为有吸引力的功率转换解决方案，因为它们可以提供的许多益处。变压器在谐振槽之后提供电隔离，这对于电平转换以及安全性很重要。在某些应用中，为了正常操作需要进行电隔离。谐振转换器也具有固有属性，例如半导体开关的软切换，从而带来高效率和低噪声。
隔离式直流转直流(direct current-direct current，简称DC-DC)转换器的发展趋势旨在实现极高的效率、高功率密度和低成本。由于用于实现软切换(即零电压切换(zero voltage switching，简称ZVS)和零电流切换(zero current switching，简称ZCS))的固有能力，谐振DC-DC转换器是适合在功率转换器中实现高效率的技术。还可以提高开关频率，以便减小系统的电抗部分的大小。
然而，在高频(high frequency，简称HF)下操作的传统三相谐振转换器仍然存在缺点。具体地，高频操作所需的开关数增加了谐振转换器的成本。尤其是在系统中使用SiC和GaN等宽带隙半导体的时候。
因此，可期望提供一种解决上述的至少一些问题的DC-DC转换器拓扑。
发明内容
本发明的目的在于提供改进的谐振DC-DC转换器拓扑，其可以以更小的封装提供更高的效率和更低的噪声。该目的通过独立权利要求的主题来实现。可以在从属权利要求中找到其它有利的修改。
根据本发明的第一方面，通过切换电路实现上述和其他目的和优点，所述切换电路包括：彼此并联的第一半桥电路、第二半桥电路和分压电路以及DC输入电源，其中，所述第一半桥电路包括第一对串联的开关，所述第二半桥电路包括第二对串联的开关。所公开的实施例的各方面提供开关数量减少的三相DC-DC转换器的拓扑电路。输入至输出电压增益减小，也减小了变压器电路和谐振槽电路的应力。实现了高效率、高功率密度和低成本。
根据第一方面，在所述切换电路的第一种可能的实现方式中，所述第一半桥电路、所述第二半桥电路和所述分压电路在所述切换电路的输出中产生了三相AC输入功率。所公开的实施例的各方面采用逆变器桥单元中数量减少的开关来产生三相功率，这增加了可靠性。
根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在所述切换电路的第二种可能的实现方式中，所述第一半桥和所述第二半桥中的每一个的切换模式都是相移。对每个半桥支路进行相移使得系统作为三相系统运行。
根据第一方面或前述任一可能的实现方式，在所述切换电路的第三种可能的实现方式中，所述相移为60度。对每个半桥支路进行相移使得系统作为三相系统运行。
根据第一方面或第三种可能的实现方式，在所述切换电路的第四种可能的实现方式中，所述相移在50度至70度的范围内。对每个半桥支路进行相移使得系统作为三相系统运行。
根据第一方面或前述任一可能的实现方式，在所述切换电路的第五种可能的实现方式中，第一节点用于连接所述DC输入电源的第一DC电压端子，第二节点用于连接所述DC输入电源的第二DC电压端子，所述第一节点将所述DC输入电源连接到所述第一半桥电路、第二半桥电路和分压电路的第一侧，第二节点将所述DC输入电源连接到第一半桥电路、第二半桥电路和分压电路的第二侧。所公开的实施例的各方面采用逆变器桥单元中数量减少的开关通过DC电压输入来产生三相功率。
根据第一方面或前述任一可能的实现方式，在所述切换电路的第六种可能的实现方式中，所述第一半桥电路包括与第二开关串联的第一开关，其中，所述第一开关的第一端子连接到与所述第一DC电压端子连接的所述第一节点，所述第二开关的第一端子连接到与所述第二DC电压端子连接的所述第二节点，所述第一开关的第二端子连接到所述第二开关的第二端子。所公开的实施例的各方面减少了产生三相功率输出所需的开关的数量。
根据第一方面或前述任一可能的实现方式，在所述切换电路的第七种可能的实现方式中，所述第二半桥电路包括与第四开关串联的第三开关，其中，所述第三开关的第一端子连接到与所述第一DC电压端子连接的所述第一节点，所述第四开关的第一端子连接到与所述第二DC电压端子连接的所述第二节点，所述第三开关的第二端子连接到所述第四开关的第二端子。所公开的实施例的各方面减少了产生三相功率输出所需的开关的数量。
根据第一方面或第六至第七种可能的实现方式中的任一种，在所述切换电路的第八种可能的实现方式中，所述第一半桥电路中的所述第一开关和所述第二开关以及所述第二半桥电路中的所述第三开关和所述第四开关包括氮化镓(gallium-nitride，简称GaN)晶体管。所公开的实施例的各方面使用了宽带隙半导体以实现高效率和高功率密度以及降低成本。
根据第一方面或前述任一可能的实现方式，在所述切换电路的第九种可能的实现方式中，所述分压电路是与第二电容串联的第一电容。所公开的实施例的各方面使用无源组件来代替有源半桥单元，其通过减少有源开关的数量来增加可靠性。
根据第一方面或前述任一可能的实现方式，在所述切换电路的第十种可能的实现方式中，所述第一电容的第一端子用于连接与所述第一DC电压端子连接的所述第一节点，所述第二电容的第一端子用于连接与第二DC电压端子连接的所述第二节点，所述第一电容的第二端子用于连接所述第二电容的第二端子。所公开的实施例的各方面使用无源组件来代替有源半桥单元，其通过减少有源开关的数量来增加可靠性。
根据第一方面或前述任一可能的实现方式，在所述切换电路的第十一种可能的实现方式中，所述第一半桥电路的第一输出节点用于提供第一功率信号，所述第二半桥电路的第二输出节点用于提供第二功率信号，所述分压电路的第三输出节点用于提供第三功率信号，所述第一功率信号、所述第二功率信号和所述第三功率信号包括所述三相AC输入功率。所公开的实施例的各方面提供了一种切换电路，用于通过逆变器桥单元中数量减少的开关产生三相AC功率信号。
根据第一方面或第十一种可能的实现方式，在所述切换电路的第十二种可能的实现方式中，所述第一输出节点连接在所述第一开关和所述第二开关之间，所述第二输出节点连接在所述第三开关和所述第四开关之间，所述第三输出节点连接在所述第一电容和所述第二电容之间。所公开的实施例的各方面提供了一种切换电路，用于通过逆变器桥单元中数量减少的开关产生三相AC功率信号。
根据第一方面或第十一至第十二种可能的实现方式中的任一种，在所述切换电路的第十三种可能的实现方式中，所述第一输出节点用于连接谐振槽电路的第一输入相位，以提供第一功率信号；所述第二输出节点用于连接所述谐振槽电路的第二输入相位，以提供第二功率信号；所述第三输出节点用于连接所述谐振槽电路的第三输入相位，以提供第三功率信号。该实现方式允许以成本更低、更可靠和有效的电路拓扑由DC电源驱动谐振电路。
根据本发明的第二方面，通过谐振转换器系统实现上述和其他目的和优点，所述谐振转换器系统包括：DC电压输入电路，与所述DC输入电路的端子连接的根据任一种前述可能的实现方式的切换电路，与所述切换电路的输出连接的谐振转换器电路，以及DC电压输出电路。所公开的实施例的各方面提供了一种谐振转换器系统，其由于逆变器桥单元中的开关数量的减少而提供了简化且更有效的转换器布局。
根据第二方面，在所述谐振转换器系统的第一种可能的实现方式中，所述谐振转换器电路是三相谐振转换器电路，由所述切换电路的第一输出将第一相位提供给所述谐振转换器电路，由所述切换电路的第二输出将第二相位提供给所述谐振转换器电路，由所述切换电路的所述第三输出将第三相位提供给所述谐振转换器电路。所公开的实施例的各方面由于逆变器桥单元中的开关数量的减少而提供了简化且更有效的三相谐振转换器电路布局。
根据第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在所述谐振转换器系统的第二种可能的实现方式中，所述谐振转换器电路包括谐振槽电路，所述切换电路的第一输出连接到所述谐振槽电路的第一支路；所述切换电路的第二输出连接到所述谐振槽电路的第二支路；所述切换电路的第三输出连接到所述谐振槽电路的第三支路。该实现方式允许以成本更低、更可靠和有效的电路拓扑由DC电源驱动谐振电路。
根据第二方面或第二方面的第一至第二种可能的实现方式中的任一种，在所述谐振转换器系统的第三种可能的实现方式中，所述切换电路的第一输出节点用于连接所述谐振槽电路的第一支路的电感的第一端子；所述切换电路的第二输出节点用于连接所述谐振槽电路的第二支路的电感的第一端子；所述切换电路的所述第三输出节点用于连接所述谐振槽电路的第三支路的电感的第一端子。所公开的实施例的切换电路可以应用于任何三相拓扑电路。
根据第二方面或第二方面的第一至第二种可能的实现方式中的任一种，在所述谐振转换器系统的第四种可能的实现方式中，所述切换电路的第一输出节点用于连接所述谐振槽电路的第一支路的电容的第一端子；所述切换电路的第二输出节点用于连接所述谐振槽电路的第二支路的电容的第一端子；所述切换电路的第三输出节点用于连接所述谐振槽电路的第三支路的电容的第一端子。所公开的实施例的切换电路可以应用于任何三相拓扑电路。
根据第二方面或第二方面的第一至第四种可能的实现方式中的任一种，在所述谐振转换器系统的第五种可能的实现方式中，所述谐振转换器电路包括连接到所述谐振槽电路的输出的变压器电路。所公开的实施例的各方面提供了一种三相四开关谐振转换器，其可以通过与电隔离变压器的任何类型的连接来实现。
根据第二方面或第二方面的第五种可能的实现方式，在所述谐振转换器系统的第六种可能的实现方式中，所述DC电压输出电路连接到所述变压器电路的输出，包括三相整流桥单元和输出滤波器。所公开的实施例的各方面在需要电隔离和独立于系统的输出中的电压值的任意应用中提供高效率、高功率密度和低成本DC-DC转换器。
结合附图的此处描述的实施例中，这些和其他方面、实现方式和示例性实施例中的优点显而易见。然而，应当理解的是描述和附图仅仅旨在说明，而不能作为对本发明的限制，为此，应参考所附权利要求书。本发明的附加方面和优点将在随后的描述中进行阐述，部分在描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践而知。除此之外，本发明的各方面和优点可通过所附权利要求书特别指出的工具和组合获得与实现。
附图说明
在本公开内容的以下详述部分中，将参看附图中所展示的示例性实施例来更详细地解释本发明，其中：
图1是示出结合所公开实施例的各方面的示例性三相DC-DC谐振转换器系统的框图；
图2示出了结合所公开实施例的各方面的示例性切换电路的示意图；
图3示出了结合所公开实施例的各方面的示例性三相DC-DC谐振转换器系统的示意图；
图4示出了结合所公开实施例的各方面的示例性三相DC-DC谐振转换器系统的双三角变压器连接的示意图；
图5示出了结合所公开实施例的各方面的示例性三相DC-DC谐振转换器系统的双Y变压器连接的示意图；
图6示出了结合所公开实施例的各方面的谐振电路的电压增益特性的曲线图；
图7示出了结合所公开实施例的各方面的谐振电路的示例性开关控制信号的曲线图。
具体实施方式
参考图1，可见结合所公开的实施例的各方面的DC-DC三相谐振转换器系统400的示例性框图。如图1所示，三相谐振转换器系统400通常包括通常称为DC电压输入电路10的输入电路10、切换电路100、谐振转换器电路200和通常称为DC电压输出电路300的输出电路300。所公开的实施例的各方面涉及在切换电路100中仅包括四个高频(high frequency，简称HF)开关的三相DC-DC谐振转换器系统(400)的拓扑电路。通过减少开关的数量，减小了输入至输出电压增益，也减小了变压器电路和谐振槽电路的电压应力。以下将进行更详细的描述，所公开的实施例的各方面针对输入和输出电压的高度变化和电压调节的窄频率变化提供了高效率、高功率密度和低成本。尽管本文针对三相DC-DC谐振转换器系统对所公开的实施例的各方面进行了描述，但所公开的实施例的各方面适合于需要电隔离和独立于系统的输出中的电压值的任意应用。
所公开的实施例的三相DC-DC转换器400通常用于从输入电路10接收DC输入电源并产生三相AC功率信号。切换电路100也称为逆变器桥单元，用于产生三相AC功率信号。
图2是示出切换电路100的一个实施例的示意性框图。与DC-DC谐振转换器的典型逆变器桥单元不同，所公开的实施例的切换电路100在电路中使用的开关数量减少。通过减少开关的数量，电路中的有源组件的数量减少且可靠性增加。开关数量的降低也降低了成本并为转换器400提供了更简化有效的布局。
参考图2，在该示例中，切换电路100是三相HF逆变器桥单元，其包括第一半桥电路110、第二半桥电路120和分压电路30。第一半桥电路110、第二半桥电路120和分压电路30彼此并联并与DC输入电源VDC并联。通过正(+)和负(–)输入轨道接收DC输入电源VDC，此处将该输入轨道称为第一节点101和第二节点102。切换电路100用于在三个输出节点111、112和113处产生三相AC功率。
在图2的示例中，第一半桥电路110包括第一对串联的开关Sp1和Sp2。第二半桥电路120包括第二对串联的开关Sp3和Sp4。切换电路100包括四个开关。在典型的三相转换器中，所使用的开关的数量是十二个，其中，六个在逆变器单元中，六个在整流桥单元中。所公开的实施例的各方面将在切换电路100或逆变器单元中使用的开关的数量减少到四个。减少开关的数量为转换器系统400提供了更简化有效的布局，同时实现了高效率、高功率密度和低成本。
开关Sp1、Sp2、Sp3和Sp4通常可以包括任何合适类型的切换设备或晶体管。示例包括MOSFET、IGBT、GaN-HEMT和MCT，即由包括硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)以及其它半导体材料或其组合的各种材料构成的设备。图4和图5示出了使用GaN的开关Sp1、Sp2、Sp3和Sp4的示例。
开关Sp1、Sp2、Sp3和Sp4分别用于通过开关控制信号进行操作，即打开或关闭，以产生适合于驱动谐振转换器电路200的三相功率。在一个实施例中，开关控制信号可以由控制器提供，例如图1所示的控制器1000。图7示出了针对开关Sp1、Sp2、Sp3和Sp4中的每一个的开关控制信号的示例性模式500。在一个实施例中，对切换模式500的开关控制信号进行相移。在示例性实施例中，相移θ约为60度。在替代实施例中，相移θ在大约50度到70度(包括70度)的范围内。将开关控制信号应用到开关Sp1、Sp2、Sp3和Sp4会在输出节点111和112中生成三相AC功率的三相中的两个相位。
在图2的示例中，第一开关Sp1具有第一端子Sp1-1和第二端子Sp1-2。第二开关Sp2具有第一端子Sp2-1和第二端子Sp2-2。类似地，第三开关Sp3具有第一端子Sp3-1和第二端子Sp3-2，而第四开关Sp4具有第一端子Sp4-1和第二端子Sp4-2。第一开关Sp1的第一端子Sp1-1连接到第一节点101，在该示例中，第一节点101连接到正DC电压端子P。第二开关Sp2的第一端子Sp2-1连接到第二节点102，在该示例中，第二节点102连接到负DC电压端子N。第一开关Sp1的第二端子Sp1-2和第二开关Sp2的第二端子Sp2-2在第一输出节点111上连接在一起或形成第一输出节点111。第一输出节点111用于提供三相AC功率信号的一个相位11。
第三开关Sp2的第一端子Sp3-1也连接到第一节点101。第四开关Sp4的第一端子Sp4-1也连接到第二节点102。第三开关Sp3的第二端子Sp3-2和第四开关Sp4的第二端子Sp3-2在第二输出节点112上连接在一起或形成第二输出节点112。第二输出节点112用于提供三相AC功率信号的其他相位或第二相位12。
图2所示的分压电路30包括与第二电容C2串联的第一电容C1。第一电容C1的第一端子C1-1用于连接与第一DC电压端子(P)连接的第一节点101。第二电容C2的第一端子C2-1用于连接与第二DC电压端子(N)连接的第二节点102。第一电容C1的第二端子C1-2用于连接第二电容C2的第二端子C2-2。第一电容C1的第二端子C1-2和第二电容C2的第二端子C2-2在输出节点113上连接在一起或形成输出节点113。输出节点113提供三相AC功率信号的第三相位13，并且允许切换电路100提供半桥操作模式。
现有技术中逆变器桥单元中一般的开关数量为六个，与此不同，所公开的实施例的切换电路100生成适用于仅使用四个开关的谐振转换器电路中的三相AC功率。这不仅降低了成本与简化了电路实现，还减少了有源组件的数量并提高了可靠性和效率。
图3示出了包括四开关切换电路100的三相DC-DC转换器400的示例性电路拓扑。为了此处描述的目的，将图3的DC-DC转换器系统400划分成若干部分。在该示例中，DC-DC转换器系统400包括DC输入电路10和DC输出电路300，也称为原边和副边。图3的DC-DC转换器400也包括三相逆变器桥单元或切换电路100和在DC输入电路10和DC输出300之间的谐振转换器电路200。DC输出电路300用于接收三相AC功率并产生DC输出电源Vo。
在图3的示例中，转换器系统400的DC输入电路10通常包括连接器部分，其提供正(+)和负(–)输入轨道或节点101和102两端的DC输入电源Vin。转换器系统400的切换电路100用于接收正(+)和负(–)输入轨道101和102两端的DC输入电源Vin。输入电容Cin耦合到输入轨道101和102两端，并提供DC输入电源Vin的滤波。对切换电路100进行操作以产生三相功率(11、12和13)。
图3所示的谐振转换器电路200通常包括谐振槽块或电路40，其后是变压器块或电路50。谐振转换器电路200用于在一般如图3所示的节点41、42和43的三个输入节点上接收来自切换电路100的三相AC电功率。在一个实施例中，切换电路100的节点111、112和113分别连接到谐振转换器电路200的节点41、42和43。节点41、42和43分别用于接收输入相位或功率信号11、12和13中不同的一个。如本文所使用的术语，此处所使用的三相功率是指一种电功率，其中，三个导体或相位用于承载交流(alternating current，简称AC)，每个相位相对于公共参考具有相同的频率和电压，并且每个相位相对其他两个相位偏移120度。通常，三相电功率的所有相位具有对称的波形，例如正弦或方形波，使得其中两个相位在任意给定时间均会偏离第三相位。
谐振槽电路40可以包括每个相位中的单谐振槽电路或多谐振槽电路。在图4的示例中，谐振槽电路40包括三个谐振设备RT1、RT2和RT3，也称为谐振槽设备。第一谐振槽设备RT1连接在节点111和节点121之间，第二谐振槽设备RT2连接在节点112和节点122之间，第三谐振槽设备RT3连接在节点113和节点123之间。第一、第二和第三谐振槽设备RT1、RT2和RT3通常分别包括能量存储型电子元件。如本文所使用的术语“谐振设备”通常是指用于存储电能的电子部件，例如电感或电容，或其组合。
例如，在一个示例性实施例中，三个谐振槽设备RT1、RT2和RT3均为电容。或者，三个谐振槽设备RT1、RT2和RT3可以均为电感。谐振槽设备RT1、RT2和RT3也可以是电容和电感的组合。
图4示出了谐振槽设备RT1、RT2和RT3的示例性实施例。在该示例中，谐振槽设备是LC型谐振槽设备或电路。电感Lra、Lrb和Lrc是可以分别由独立的核构成的谐振电感，或可以集成为一个单核的谐振电感。这可以简化转换器的构造和布局。电容Cra、Crb和Crc是谐振电容。虽然本文针对LC型谐振槽电路对所公开的实施例的各方面进行了大体的描述，但所公开的实施例的各方面不限于此。在替代实施例中，谐振槽电路40可包括任何合适的谐振槽电路，例如LLC型。在一个实施例中，分压电路30的电容C1和C2可以形成谐振电容Crc。通过将分压电路的电容C1和C2作为谐振电容Crc，减少了系统400中的电容的数量。
在图4-5的示例中，变压器电路50包括三个变压器或变压器绕组T1、T2和T3。变压器电路50是三相高频变压器，其用于在输入和输出之间提供电隔离。在一个实施例中，变压器T1-T3是具有匝数比n：1的高频隔离变压器。变压器T1-T3可以分别是一个单核变压器，或集成为一个单核变压器。Lm1-Lm3分别是变压器T1-T3的磁化电感。
谐振槽电路40和变压器电路50之间的连接可以配置为任何合适类型的连接，包括双三角型连接、双Y型连接、双星型连接、三角-星型连接、星形-三角型连接、开口三角型连接、曲折星形-三角型连接和三角-曲折型连接。
图4示出了变压器电路50和谐振槽电路40的示例性双三角(Δ-Δ)型连接。在该示例中，变压器T1的第一端子连接到第一谐振槽设备RT1。变压器T1的第二端子连接到第二谐振槽设备RT2和第二变压器T2。第二变压器T2的第二端子连接到第三谐振槽设备RT3和第三变压器T3的第一端子。第三变压器T3的第二端子连接到第一谐振槽设备RT1和第一变压器T1的第一端子。
图5示出了变压器电路50和谐振槽电路40的示例性双Y(Y-Y)型连接。在该示例中，第一变压器T1的第一端子连接到第一谐振槽设备RT1。第一变压器T1的第二端子连接到第二变压器T2的第二端子和第三变压器T3。第二变压器T1的第一端子连接到第二谐振槽设备RT2，第三变压器T3的第一端子连接到第三谐振槽设备RT3。
参考图1和图3，谐振转换器电路200后面是DC输出电路300。DC输出电路300通常包括三相整流桥单元60，也称为三相整流器电路，其后有输出滤波电容电路70。三相整流桥单元60分别在节点131、132和133处连接到变压器电路50的输出51、52和53。三相整流桥单元60用于从变压器电路50接收三相AC功率并产生DC输出电源VO。图4的示例性整流器电路60在三个整流器电路输入节点131、132和133处接收来自变压器电路50的三相AC功率。
输出电路300包括DC输出电源VO的正(+)输出轨道301和负(–)输出轨道302。输出滤波电容电路70包括通过正(+)和负(–)输出轨道301和302耦合的输出滤波电容Co，并用于对噪声进行滤波以及减小来自输出功率VO的纹波。
在图3的示例中，三相整流桥单元60包括穿过输出轨道301和302并联耦合的三个半桥电路61、62和63。在图3的示例中，三个半桥电路61、62和63包括成对的串联的开关Ss1、Ss2、Ss3、Ss4、Ss5和Ss6。节点131、132和133连接在各对开关Ss1、Ss2、Ss3、Ss4、Ss5和Ss6之间。
如针对切换电路100的开关所述，开关Ss1、Ss2、Ss3、Ss4、Ss5和Ss6通常可以包括任何合适类型的同步整流切换设备或晶体管，例如包括MOSFET、IGBT、GaN-HEMT和MCT，即由包括硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)以及其它半导体材料或其组合的各种材料构成的设备。图4和图5示出了针对开关Ss1、Ss2、Ss3、Ss4、Ss5和Ss6使用宽带隙GaN晶体管的示例。如果不实现同步整流(synchronous rectification，简称SR)，则开关可以包括二极管。
图6示出了结合所公开的实施例的各方面的三相DC-DC谐振转换器系统400的不同质量因子的电压增益特性。沿着Y轴呈现DC输出电压VO，而沿着X轴呈现频率f(kHz)。如图中所示，固有谐振频率fres类似于LLC谐振转换器。
所公开的实施例的各方面减少了三相DC-DC谐振转换器系统400的逆变器桥单元中的开关的数量。这减少了部件的数量和拓扑电路的复杂性，从而降低了成本。当为开关实现宽带隙半导体技术时，也降低了成本。开关数量的减少也减少了输入和输出滤波器所需的电容的数量，从而也减小了体积、重量和成本。
随着开关的减少，所需的变压器中的绕组匝数可能也会减少，并且可能实现任何连接类型的三相变压器。不需要存储元件来实现原边中的零电压切换和副边中的零电流切换。由于谐振转换器的电压增益特性，所公开的实施例的各方面能使输入和输出电压变化更广。电压增益特性大于1，这使得升压和降压操作模式成为可能。所公开的实施例的电路也可以扩展用于任意数量的转换器，并且可与不同连接类型(串联/并联)的三相谐振转换器一起使用，或是独立使用或是在它们之间串联/并联。所公开的实施例的各方面也可以用于针对高电压应用的多电平型转换器中。
因此，尽管文中已示出、描述和指出应用于本发明的示例性实施例的本发明的基本新颖特征，但应理解，所述领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对装置和方法的形式和细节以及装置操作进行各种省略、取代和改变。进一步地，明确希望，以大体相同的方式执行大体相同的功能以实现相同结果的那件元件的所有组合均在本发明的范围内。此外，应认识到，结合所揭示的本发明的任何形式或实施例进行展示和/或描述的结构和/或元件可作为设计选择的通用项而并入所揭示或描述或建议的任何其他形式或实施例中。因此，本发明仅受限于随附权利要求书所述的范围。

Claims (19)

1.一种切换电路(100)，其特征在于，包括：
彼此并联的第一半桥电路(110)、第二半桥电路(120)和分压电路(30)以及DC输入电源(VDC)，其中，所述第一半桥电路(110)包括第一对串联的开关(Sp1和Sp2)，所述第二半桥电路(120)包括第二对串联的开关(Sp3和Sp4)。
2.根据权利要求1所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第一半桥电路(110)、所述第二半桥电路(120)和所述分压电路(30)在所述切换电路(100)的输出(111、112和113)中产生了三相AC输入功率。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第一半桥(110)和所述第二半桥(120)中的每一个的切换模式都是相移。
4.根据权利要求3所述的切换电路(100)，其特征在于，所述相移为60度。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的切换电路(100)，其特征在于，所述相移在50度至70度的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的切换电路(100)，其特征在于，第一节点(101)用于连接所述DC输入电源(VDC)的第一DC电压端子(P)，第二节点(102)用于连接所述DC输入电源(VDC)的第二DC电压端子(N)，所述第一节点(101)将所述DC输入电源(VDC)连接到所述第一半桥电路(110)、第二半桥电路(120)和分压电路(30)的第一侧，第二节点(102)将所述DC输入电源(VDC)连接到第一半桥电路(110)、第二半桥电路(120)和分压电路(30)的第二侧。
7.根据前述权利要求中任一项所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第一半桥电路(110)包括与第二开关(Sp2)串联的第一开关(Sp1)，其中，所述第一开关(Sp1)的第一端子(Sp1-1)连接到与所述第一DC电压端子(P)连接的所述第一节点(101)，所述第二开关(Sp2)的第一端子(Sp2-1)连接到与所述第二DC电压端子(N)连接的所述第二节点(102)，所述第一开关(Sp1)的第二端子(Sp1-2)连接到所述第二开关(Sp2)的第二端子(Sp2-2)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第二半桥电路(120)包括与第四开关(Sp4)串联的第三开关(Sp3)，其中，所述第三开关(Sp3)的第一端子(Sp3-1)连接到与所述第一DC电压端子(P)连接的所述第一节点(101)，所述第四开关(Sp4)的第一端子(Sp4-1)连接到与所述第二DC电压端子(N)连接的所述第二节点(102)，所述第三开关(Sp3)的第二端子(Sp3-2)连接到所述第四开关(Sp4)的第二端子(Sp4-2)。
9.根据权利要求7和8所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第一半桥电路(110)中的所述第一开关(Sp1)和所述第二开关(Sp2)以及所述第二半桥电路(120)中的所述第三开关(Sp3)和所述第四开关(Sp4)包括氮化镓(gallium-nitride，简称GaN)晶体管。
10.根据前述权利要求中任一项所述的切换电路(100)，其特征在于，所述分压电路(130)是与第二电容(C2)串联的第一电容(C1)。
11.根据权利要求10所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第一电容(C1)的第一端子(C1-1)用于连接与所述第一DC电压端子(P)连接的所述第一节点(101)，所述第二电容(C2)的第一端子(C2-1)用于连接与所述第二DC电压端子(N)连接的所述第二节点(102)，所述第一电容(C1)的第二端子(C1-2)用于连接所述第二电容(C2)的第二端子(C2-2)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第一半桥电路(110)的第一输出节点(111)用于提供第一功率信号(11)，所述第二半桥电路(120)的第二输出节点(112)用于提供第二功率信号(12)，所述分压电路(30)的第三输出节点(113)用于提供第三功率信号(13)，所述第一功率信号(11)、所述第二功率信号(12)和所述第三功率信号(13)包括所述三相AC输入功率。
13.根据权利要求12所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第一输出节点(111)连接在所述第一开关(Sp1)和所述第二开关(Sp2)之间，所述第二输出节点(112)连接在所述第三开关(Sp3)和所述第四开关(Sp4)之间，所述第三输出节点(113)连接在所述第一电容(C1)和所述第二电容(C2)之间。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的切换电路(100)，其特征在于，所述第一输出节点(111)用于连接谐振槽电路(40)的第一输入相位，以提供第一切换信号(11)；所述第二输出节点(112)用于连接所述谐振槽电路(40)的第二输入相位，以提供第二切换信号(12)；所述第三输出节点(113)用于连接所述谐振槽电路(40)的第三输入相位，以提供第三切换信号(13)。
15.一种谐振转换器系统(400)，其特征在于，包括：
DC电压输入电路(10)；
与所述DC输入电路(10)的端子(P和N)连接的根据前述权利要求中任一项所述的切换电路(100)；
与所述切换电路(100)的输出(111、112和113)连接的谐振转换器电路(200)；
DC电压输出电路(300)。
16.根据权利要求15所述的谐振转换器系统(400)，其特征在于，所述谐振转换器电路(200)是三相谐振转换器电路，由所述切换电路(100)的第一输出节点(111)将第一相位(11)提供给所述谐振转换器电路(200)，由所述切换电路(100)的第二输出节点(112)将第二相位(12)提供给所述谐振转换器电路(200)，由所述切换电路(100)的所述第三输出节点(113)将第三相位(13)提供给所述谐振转换器电路(200)。
17.根据权利要求15或16中任一项所述的谐振转换器系统(400)，其特征在于，所述谐振转换器电路(200)包括谐振槽电路(40)，所述切换电路(100)的第一输出节点(111)连接到所述谐振槽电路(40)的第一支路(RT1)；所述切换电路(100)的第二输出节点(112)连接到所述谐振槽电路(40)的第二支路(RT2)；所述切换电路(100)的所述第三输出节点(113)连接到所述谐振槽电路(40)的第三支路(RT3)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的谐振转换器系统(400)，其特征在于，所述谐振转换器电路(200)包括连接到所述谐振槽电路(40)的输出(121、122和123)的变压器电路(50)。
19.根据权利要求15至17中任一项所述的谐振转换器系统(400)，其特征在于，所述DC电压输出电路(300)连接到所述变压器电路(50)的输出(131、132和133)，包括三相整流桥单元(60)和输出滤波器(70)。
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