CN114785130A - 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器 - Google Patents

多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN114785130A
CN114785130A CN202210453139.6A CN202210453139A CN114785130A CN 114785130 A CN114785130 A CN 114785130A CN 202210453139 A CN202210453139 A CN 202210453139A CN 114785130 A CN114785130 A CN 114785130A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge circuit
electrically connected
converter
switching tube
reference level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210453139.6A
Other languages
English (en)
Inventor
杜贵平
郑昊
朱天生
雷雁雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202210453139.6A priority Critical patent/CN114785130A/zh
Publication of CN114785130A publication Critical patent/CN114785130A/zh
Priority to PCT/CN2022/121398 priority patent/WO2023206953A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，或含有高频补偿电路；N级高变比DC/DC变换器用于实现高变比的电压变换，参考电平变换器为隔离型变换器或非隔离变换器，其输出端能够输出不同极性的可调电压，或者该变换器为独立的外接电源；参考电平变换器输出端电平值的正负与高低影响N级高变比DC/DC变换器的电压变比，通过调整该电平值，可抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化；高频补偿电路补偿高频功率波动。本发明对传统开关谐振变换器进行了改进，在提高变换器电压变比的同时，实现了变换器的宽范围增益调节，保证负载侧输出电压的稳定；若加入高频补偿电路可提高动态响应速度。

Description

多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器
技术领域
本发明涉及DC/DC变换器的技术领域，尤其是指一种多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器。
背景技术
目前，服务器电源普遍采用48V的中间总线架构，该48V由服务器主板上进行的功率变换而来。现有的技术方案多采用两级电压变换的架构，中间先经过一次电压变换到12V，再进行一次电压变换到所需的3.3V、1.2V等低电压，此处的两级电压变换会增加系统电能损耗从而降低系统的效率，增加系统的体积从而降低功率密度。传统的开关谐振腔变换器需要大量的开关管构成高级数的DC/DC变换器来实现高变比，并且这类高变比DC/DC变换器一般处于不调压的开环运行状态，对输入电压波动、负载功率波动的抗扰性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，该变换器由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，减少了电能损耗提高了电源效率，减小了电源体积提高了功率密度；与传统的开关谐振腔变换器相比，减小了体积与器件使用数量，本发明通过调整参考电平变换器输出端的电压值，从而调整N级变换器的电压变比，达到抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化，实现变换器的宽范围增益调节，保证负载侧输出电压稳定的效果。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，该变换器是由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，其中N级高变比DC/DC变换器是由N级变换单元构成的N级变换器，N为大于或等于2的整数，为非隔离变换器，用于实现高变比的电压变换；参考电平变换器为隔离型变换器或非隔离变换器，或者参考电平变换器为独立的外接电源；
所述N级变换器的第1级变换单元采用第一类基本变换单元，除第1级外的其它变换单元采用第一类基本变换单元或第二类基本变换单元，第一类基本变换单元与第二类基本变换单元均包含的部分有：
输入端口；
输出端口；
第一谐振腔，包含第一端以及第二端；
第二谐振腔，包含第一端以及第二端，该第二谐振腔的第一端电连接输出端口；
第一半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第一半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第一端，该第一半桥电路的第一端电连接输入端口，第二端电连接输出端口；
第二半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第二半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第二端，该第二半桥电路的第一端电连接输出端口，第二端电连接接地端口或者参考电平变换器的输出端；
第一类基本变换单元的第二谐振腔的第二端电连接接地端口，第二类基本变换单元还包含：
第三半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第三半桥电路的中点电连接第二类基本变换单元的第二谐振腔的第二端，该第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，第二端电连接接地端口或者参考电平变换器的输出端；
所述N级变换器中第1级变换单元的输出端口为N级高变比DC/DC变换器的输出端，电连接负载的正极，除第1级变换单元外的其它变换单元的输出端口电连接低一级变换单元的输入端口，第N级变换单元的输入端口为N级高变比DC/DC变换器的输入端，电连接供电电源的正极；N级高变比DC/DC变换器的接地端口与负载的负极、供电电源的负极为同一电位；
除参考电平变换器为独立的外接电源的情况外，参考电平变换器的输入端电连接N级变换器的输入端、供电电源的正极或者N级变换器中的任意一级第一类基本变换单元的输出端口；输出端能够输出可调电压，该可调电压的电平值为正值、负值或者零电位；N级变换器中至少一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端电连接一个参考电平变换器的输出端；参考电平变换器内部的开关管的导通与关断时间的长短影响该变换器输出端的电压，因此控制开关管的占空比能够调节参考电平变换器输出端的电平值；
参考电平变换器输出端的电平值的正负与高低影响N级变换器的电压变比：参考电平变换器的输出端电压为正，N级变换器的电压变比将变小，输出端电压为负，N级变换器的电压变比将变大；参考电平变换器的输出端电压越高，N级变换器的电压变比越小，输出端电压越低，N级变换器的电压变比越大；通过调节N级变换器的电压变比，从而抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化，实现变换器的宽范围增益调节，保证负载输出电压的稳定。
优选的，参考电平变换器为非隔离变换器，由第一开关管、第二开关管、电感和电容这些元件构成，上述元件均为二端元件，包含第一端与第二端；互补运行的第一开关管以及第二开关管构成半桥电路，该半桥电路包含第一端、第二端以及中点，该第一端为参考电平变换器的输入端，该第二端为参考电平变换器的输出端；第一开关管的第一端电连接半桥电路的第一端，第一开关管的第二端电连接第二开关管的第一端以及半桥电路的中点，第二开关管的第二端电连接半桥电路的第二端；电感的第一端电连接半桥电路的中点，第二端电连接接地端口；电容的第一端电连接接地端口，第二端电连接半桥电路的第二端；
参考电平变换器的输入端电连接某一第一类基本变换单元的输出端口，输出端电连接N级变换器某一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端；设电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压，半桥电路的第一端与接地端口之间的电压为V1，第一开关管的占空比为D，第二开关管的占空比为1-D，D的取值为0-1，则Vc与V1之间的关系式为：
Figure BDA0003619626900000041
通过调整D的取值，能够使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
优选的，参考电平变换器为隔离变换器，由第一、二、三、四、五、六开关管，第一电感，第二电感，第一电容，第二电容和变压器构成；开关管、电感、电容均为二端元件，包含第一端与第二端；变压器有原边第一端、原边第二端、副边第一端、副边第二端和副边中点，原边第一端与原边第二端之间的电感绕组的匝数为p，副边第一端与副边中点之间的电感绕组的匝数为s，副边中点与副边第二端之间的电感绕组的匝数为s，原边绕组与副边绕组之间是电气隔离；
第一开关管的第一端电连接第二开关管的第一端、第一电容的第一端以及接地端口，变压器的副边中点为参考电平变换器的输出端，电连接第一电容的第二端；变压器的副边第一端电连接第一开关管的第二端，副边第二端电连接第二开关管的第二端；
互补运行的第三开关管以及第四开关管构成第一半桥电路，该第一半桥电路包含第一端、第二端以及中点，第三开关管的第一端电连接第一半桥电路的第一端，第三开关管的第二端电连接第一半桥电路的中点与第四开关管的第一端，第四开关管的第二端电连接第一半桥电路的第二端；互补运行的第五开关管以及第六开关管构成第二半桥电路，该第二半桥电路包含第一端、第二端以及中点，第五开关管的第一端电连接第二半桥电路的第一端，第五开关管的第二端电连接第二半桥电路的中点与第六开关管的第一端，第六开关管的第二端电连接第二半桥电路的第二端；
第一电感的第一端电连接第二半桥电路的中点，第一电感的第二端电连接第二电感的第一端以及变压器的原边第一端，第二电容的第一端电连接第一半桥电路的中点，第二电容的第二端电连接第二电感的第二端以及变压器的原边第二端；参考电平变换器的输入端电连接第一半桥电路的第一端以及第二半桥电路的第一端，第一半桥电路的第二端电连接第二半桥电路的第二端以及接地端口；
参考电平变换器的输入端电连接供电电源的正极，输出端电连接N级变换器某一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端；设第一电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压；在确定变压器的p和s的值后，该变压器的电压变比为固定值，通过调整开关管的占空比或开关频率，使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
优选的，参考电平变换器为非隔离变换器，由第一开关管、第二开关管、电感和电容这些元件构成，上述元件均为二端元件，包含第一端与第二端；互补运行的第一开关管以及第二开关管构成半桥电路，该半桥电路包含第一端、第二端以及中点，该第一端为参考电平变换器的输入端，电连接第一开关管的第一端；第一开关管的第二端电连接第二开关管的第一端以及半桥电路的中点，第二开关管的第二端电连接半桥电路的第二端；电感的第一端电连接半桥电路的中点，第二端为参考电平变换器的输出端，电连接电容的第一端；电容的第二端电连接半桥电路的第二端以及接地端口；
参考电平变换器的输入端电连接供电电源的正极，输出端电连接N级变换器某一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端；设电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压，供电电源的电压为Vin，第一开关管的占空比为D，第二开关管的占空比为1-D，D的取值为0-1，则Vc与Vin之间的关系式为：
Vc＝DVin
通过调整D的取值，能够使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
优选的，所述第一半桥电路由互补运行的第一开关管以及第二开关管构成，第一开关管的第一端电连接第二开关管的第二端以及第一半桥电路的中点，第一开关管的第二端电连接第一半桥电路的第二端，第二开关管的第一端电连接第一半桥电路的第一端；所述第二半桥电路由互补运行的第三开关管以及第四开关管构成，第三开关管的第一端电连接第四开关管的第二端以及第二半桥电路的中点，第三开关管的第二端电连接第二半桥电路的第二端，第四开关管的第一端电连接第二半桥电路的第一端；所述第三半桥电路由互补运行的第五开关管以及第六开关管构成，第五开关管的第一端电连接第六开关管的第二端以及第三半桥电路的中点，第五开关管的第二端电连接第三半桥电路的第二端，第六开关管的第一端电连接第三半桥电路的第一端。
优选的，第一谐振腔由电感和电容构成，该电感与电容串联电连接。
优选的，第二谐振腔由电感和电容构成，该电感与电容串联电连接，或者仅由电容构成。
优选的，第1级变换单元至第N级变换单元的所有第一开关管、所有第三开关管以及由第二类基本变换单元所构成的每一级变换单元的第六开关管是同时导通及同时关断，第1级变换单元至第N级变换单元的所有第二开关管、所有第四开关管以及由第二类基本变换单元所构成的每一级变换单元的第五开关管是同时导通及同时关断；不考虑死区时间的情况下，每个开关管的导通和关断的占空比为50％；第1级变换单元至该第N级变换单元中的每一级变换单元的所有开关管是变频或定频工作。
优选的，还配置高频补偿电路，该高频补偿电路包括输入端、输出端与接地端，高频补偿电路的输入端电连接N级变换器的输入端、供电电源的正极或者N级变换器中的任意一级第一类基本变换单元的输出端口，输出端电连接负载的正极，接地端电连接输入电源的负极；高频补偿电路只在DC/DC变换器处于不稳定的暂态或状态切换瞬间时工作，当供电电源的电压发生波动或者负载功率与变换器输出功率不匹配导致实际输出电压波动时，该高频补偿电路补偿高频功率波动，提高DC/DC变换器的暂态响应，在DC/DC变换器处于稳态时停止工作，不进行电能变换。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
与传统的两级串联相接的变换器相比，本发明只有一级进行电压变换的主功率变换器，减少了电能变换次数，减小了电能损耗，提高了变换器的效率，同时缩小了变换器的体积，提高了功率密度。
与现有的开关谐振腔变换器相比，本发明提高了输入电压与输出电压的变比，在采用同样级数变换单元的情况下，减小了开关器件与电感电容的使用数量，减小了电能损耗，提高了变换器的效率，降低了成本。
通过调整参考电平变换器输出端的电压值，从而调整N级变换器的电压变比，达到抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化，实现变换器的宽范围增益调节，保证负载侧输出电压稳定的效果，该电平值的正负与高低影响N级变换器的电压变比。
参考电平变换器的输入端电源可以选择外接电源，或者从整个变换器系统的内部取电，与此同时，参考电平变换器的输入端与输出端的连接点可根据实际应用电路中的器件的应力进行自由选择。
可在本发明提出的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器的基础上加入高频补偿电路，补偿DC/DC变换器处于不稳定的暂态或状态切换瞬间时的高频功率波动，从而可提高动态响应速度，减少负载侧的电压波动。
附图说明
图1为本实施例的第一类基本变换单元结构示意图。
图2为本实施例的第二类基本变换单元结构示意图。
图3为本实施例的谐振腔结构示意图。
图4为本实施例的半桥电路结构示意图。
图5为本实施例的参考电平变换器为外接电源时的电路结构与连接方式示意图(没加高频补偿)。
图6为本实施例的参考电平变换器为外接电源、加入高频补偿电路的电路结构与连接方式示意图。
图7为本实施例的参考电平变换器为非隔离、输入端接N级变换器内部连接点、输出端为负电压、变换单元级数N取4时的一种电路结构与连接方式示意图(没加高频补偿)。
图8为本实施例的参考电平变换器为隔离型、输入端接供电电源、输出端为负电压、变换单元级数N取3时的一种电路结构与连接方式示意图(没加高频补偿)。
图9为本实施例的参考电平变换器为非隔离、输入端接供电电源、输出端为正电压、变换单元级数N取3时的一种电路结构与连接方式示意图(没加高频补偿)。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本实施例提供了一种多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，该变换器是由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，其中N级高变比DC/DC变换器是由N级变换单元构成的N级变换器，N为大于或等于2的整数，为非隔离变换器，由开关管、电容、电感等元件构成，具有输入端和输出端，用于实现高变比的电压变换；参考电平变换器为隔离型变换器或非隔离变换器，由开关管、电感、电容、二极管、变压器中的某些元件构成，具有输入端和输出端，输出端能够输出不同极性的可调电压，或者参考电平变换器为独立的外接电源，具有能够输出不同极性的可调电压的输出端。
所述N级变换器的第1级变换单元采用第一类基本变换单元，除第1级外的其它变换单元采用第一类基本变换单元或第二类基本变换单元。
如图1所示，第一类基本变换单元包括：输入端口、输出端口、第一谐振腔、第二谐振腔、第一半桥电路、第二半桥电路、接地端口。第一半桥电路的第一端电连接输入端口，第一半桥电路的第二端电连接输出端口；第一谐振腔的第一端电连接第一半桥电路的中点，第一谐振腔的第二端电连接第二半桥电路的中点；第二谐振腔的第一端电连接输出端口，第二谐振腔的第二端电连接接地端口。
如图2所示，第二类基本变换单元包括：输入端口、输出端口、第一谐振腔、第二谐振腔、第一半桥电路、第二半桥电路、第三半桥电路。第一半桥电路的第一端电连接输入端口，第一半桥电路的第二端电连接输出端口；第一谐振腔的第一端电连接第一半桥电路的中点，第一谐振腔的第二端电连接第二半桥电路的中点；第二谐振腔的第一端电连接输出端口，第二谐振腔的第二端电连接第三半桥电路的中点。
如图3所示，谐振腔包含第一端以及第二端，由电感和电容构成，该电感与电容串联电连接；或者仅由电容构成。
如图4所示，半桥电路包含第一端、第二端以及中点，由互补运行的第一开关管以及第二开关管构成，开关管是变频或定频工作。
所述N级变换器的第一半桥电路由互补运行的第一开关管Q1以及第二开关管Q2构成，第一开关管Q1的第一端电连接第二开关管Q2的第二端以及第一半桥电路的中点，第一开关管Q1的第二端电连接第一半桥电路的第二端，第二开关管Q2的第一端电连接第一半桥电路的第一端；第二半桥电路由互补运行的第三开关管Q3以及第四开关管Q4构成，第三开关管Q3的第一端电连接第四开关管Q4的第二端以及第二半桥电路的中点，第三开关管Q3的第二端电连接第二半桥电路的第二端，第四开关管Q4的第一端电连接第二半桥电路的第一端；第三半桥电路由互补运行的第五开关管Q5以及第六开关管Q6构成，第五开关管Q5的第一端电连接第六开关管Q6的第二端以及第三半桥电路的中点，第五开关管Q5的第二端电连接第三半桥电路的第二端，第六开关管Q6的第一端电连接第三半桥电路的第一端。
所述N级变换器的第1级变换单元至第N级变换单元的所有第一开关管Q1、所有第三开关管Q3以及由第二类基本变换单元所构成的每一级变换单元的第六开关管Q6是同时导通及同时关断，第1级变换单元至第N级变换单元的所有第二开关管Q2、所有第四开关管Q4以及由第二类基本变换单元所构成的每一级变换单元的第五开关管Q5是同时导通及同时关断。在不考虑死区时间的情况下，每个开关管的导通和关断的占空比为50％。第1级变换单元至第N级变换单元中的每一级变换单元的所有开关管是变频或定频工作。
所述N级变换器中第1级变换单元的输出端口为N级高变比DC/DC变换器的输出端，电连接负载的正极，除第1级变换单元外的其他变换单元的输出端口电连接低一级变换单元的输入端口，第N级变换单元的输入端口为N级高变比DC/DC变换器的输入端，电连接供电电源的正极；N级高变比DC/DC变换器的接地端口与负载的负极、供电电源的负极为同一电位。
除参考电平变换器为独立的外接电源的情况外，参考电平变换器的输入端电连接N级变换器的输入端、供电电源的正极或者N级变换器中的任意一级第一类基本变换单元的输出端口；输出端能够输出不同极性的可调电压，该可调电压的电平值为正值、负值或者零电位；N级变换器中至少一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端电连接一个参考电平变换器的输出端；参考电平变换器内部的开关管的导通与关断时间的长短影响该变换器输出端的电压，因此控制开关管的占空比能够调节参考电平变换器输出端的电平值。
参考电平变换器输出端的电平值的正负与高低影响N级变换器的电压变比：参考电平变换器的输出端电压为正，N级变换器的电压变比将变小，输出端电压为负，N级变换器的电压变比将变大；参考电平变换器的输出端电压越高，N级变换器的电压变比越小，输出端电压越低，N级变换器的电压变比越大。
如图5所示，参考电平变换器为独立的外接电源，该外接电源输出端的电压值可为正值、负值或者零电位；N级变换器第1级变换单元的第二谐振腔仅由电容构成，N级变换器的第二半桥电路的第一端电连接输出端口，第二端电连接参考电平变换器的输出端；第二类基本变换单元中的第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，第二端电连接参考电平变换器的输出端。
如图6所示，本示例为图5基础上加入高频补偿电路的示意图，高频补偿电路的输入端电连接供电电源的正极，输出端电连接负载的正极，接地端电连接输入电源的负极。
如图7所示，参考电平变换器为非隔离变换器，由第一开关管S1、第二开关管S2、电感L、电容C构成，上述元件均为二端元件，包含第一端与第二端；互补运行的第一开关管S1以及第二开关管S2构成半桥电路，该半桥电路包含第一端、第二端以及中点，该第一端为参考电平变换器的输入端，该第二端为参考电平变换器的输出端；第一开关管S1的第一端电连接半桥电路的第一端，第一开关管S1的第二端电连接第二开关管S2的第一端以及半桥电路的中点，第二开关管S2的第二端电连接半桥电路的第二端；电感L的第一端电连接半桥电路的中点，第二端电连接接地端口；电容C的第一端电连接接地端口，第二端电连接半桥电路的第二端；
其中N级变换器的第3级变换单元采用第一类基本变换单元，第二谐振腔仅由电容构成，第2、4级变换单元采用第二类基本变换单元，第二谐振腔由电感和电容构成；参考电平变换器的输入端电连接第3级变换单元的输出端口，输出端电连接第4级变换单元的第二半桥电路的第二端；N级变换器的第二半桥电路的第一端电连接输出端口，除第4级变换单元以外的第二半桥电路的第二端电连接接地端口；第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，第二端电连接接地端口；设电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压，半桥电路的第一端与接地端口之间的电压为V1，第一开关管的占空比为D，第二开关管的占空比为1-D，D的取值为0-1，则Vc与V1之间的关系式为：
Figure BDA0003619626900000131
通过调整D的取值，能够使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
如图8所示，参考电平变换器为隔离变换器，由第一、二、三、四、五、六开关管，第一电感，第二电感，第一电容，第二电容和变压器构成；开关管、电感、电容均为二端元件，包含第一端与第二端；变压器有原边第一端、原边第二端、副边第一端、副边第二端和副边中点，原边第一端与原边第二端之间的电感绕组的匝数为p，副边第一端与副边中点之间的电感绕组的匝数为s，副边中点与副边第二端之间的电感绕组的匝数为s，原边绕组与副边绕组之间是电气隔离；第一开关管的第一端电连接第二开关管的第一端、第一电容的第一端以及接地端口，变压器的副边中点为参考电平变换器的输出端，电连接第一电容的第二端；变压器的副边第一端电连接第一开关管的第二端，副边第二端电连接第二开关管的第二端；
互补运行的第三开关管以及第四开关管构成第一半桥电路，该第一半桥电路包含第一端、第二端以及中点，第三开关管的第一端电连接第一半桥电路的第一端，第三开关管的第二端电连接第一半桥电路的中点与第四开关管的第一端，第四开关管的第二端电连接第一半桥电路的第二端；互补运行的第五开关管以及第六开关管构成第二半桥电路，该第二半桥电路包含第一端、第二端以及中点，第五开关管的第一端电连接第二半桥电路的第一端，第五开关管的第二端电连接第二半桥电路的中点与第六开关管的第一端，第六开关管的第二端电连接第二半桥电路的第二端；
第一电感的第一端电连接第二半桥电路的中点，第一电感的第二端电连接第二电感的第一端以及变压器的原边第一端，第二电容的第一端电连接第一半桥电路的中点，第二电容的第二端电连接第二电感的第二端以及变压器的原边第二端；参考电平变换器的输入端电连接第一半桥电路的第一端以及第二半桥电路的第一端，第一半桥电路的第二端电连接第二半桥电路的第二端以及接地端口；
其中N级变换器的第2、3级变换单元采用第二类基本变换单元；参考电平变换器的输入端电连接供电电源的正极，输出端电连接第3级变换单元的第二半桥电路的第二端与第三半桥电路的第二端；N级变换器的第二半桥电路的第一端电连接输出端口，除第3级变换单元以外的第二半桥电路的第二端电连接接地端口；第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，除第3级变换单元以外的第三半桥电路的第二端电连接接地端口；设第一电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压；在确定变压器的p和s的值后，该变压器的电压变比为固定值，通过调整开关管的占空比或开关频率，使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
如图9所示，参考电平变换器为非隔离变换器，由第一开关管S1、第二开关管S2、电感L、电容C构成，上述元件均为二端元件，包含第一端与第二端；互补运行的第一开关管S1以及第二开关管S2构成半桥电路，该半桥电路包含第一端、第二端以及中点，该第一端为参考电平变换器的输入端，电连接第一开关管S1的第一端；第一开关管S1的第二端电连接第二开关管S2的第一端以及半桥电路的中点，第二开关管S2的第二端电连接半桥电路的第二端；电感L的第一端电连接半桥电路的中点，第二端为参考电平变换器的输出端，电连接电容C的第一端；电容C的第二端电连接半桥电路的第二端以及接地端口；
其中N级变换器的第2、3级变换单元采用第二类基本变换单元；参考电平变换器的输入端电连接供电电源的正极，输出端电连接第1级变换单元的第二半桥电路的第二端；N级变换器的第二半桥电路的第一端电连接输出端口，除第1级变换单元以外的第二半桥电路的第二端电连接接地端口；第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，第二端电连接接地端口；设电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压，供电电源的电压为Vin，第一开关管的占空比为D，第二开关管的占空比为1-D，D的取值为0-1，则Vc与Vin之间的关系式为：
Vc＝DVin
通过调整D的取值，能够使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、连接原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：该变换器是由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，其中N级高变比DC/DC变换器是由N级变换单元构成的N级变换器，N为大于或等于2的整数，为非隔离变换器，用于实现高变比的电压变换；参考电平变换器为隔离型变换器或非隔离变换器，或者参考电平变换器为独立的外接电源；
所述N级变换器的第1级变换单元采用第一类基本变换单元，除第1级外的其它变换单元采用第一类基本变换单元或第二类基本变换单元，第一类基本变换单元与第二类基本变换单元均包含的部分有：
输入端口；
输出端口；
第一谐振腔，包含第一端以及第二端；
第二谐振腔，包含第一端以及第二端，该第二谐振腔的第一端电连接输出端口；
第一半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第一半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第一端，该第一半桥电路的第一端电连接输入端口，第二端电连接输出端口；
第二半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第二半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第二端，该第二半桥电路的第一端电连接输出端口，第二端电连接接地端口或者参考电平变换器的输出端；
第一类基本变换单元的第二谐振腔的第二端电连接接地端口，第二类基本变换单元还包含：
第三半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第三半桥电路的中点电连接第二类基本变换单元的第二谐振腔的第二端，该第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，第二端电连接接地端口或者参考电平变换器的输出端；
所述N级变换器中第1级变换单元的输出端口为N级高变比DC/DC变换器的输出端，电连接负载的正极，除第1级变换单元外的其它变换单元的输出端口电连接低一级变换单元的输入端口，第N级变换单元的输入端口为N级高变比DC/DC变换器的输入端，电连接供电电源的正极；N级高变比DC/DC变换器的接地端口与负载的负极、供电电源的负极为同一电位；
除参考电平变换器为独立的外接电源的情况外，参考电平变换器的输入端电连接N级变换器的输入端、供电电源的正极或者N级变换器中的任意一级第一类基本变换单元的输出端口；输出端能够输出可调电压，该可调电压的电平值为正值、负值或者零电位；N级变换器中至少一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端电连接一个参考电平变换器的输出端；参考电平变换器内部的开关管的导通与关断时间的长短影响该变换器输出端的电压，因此控制开关管的占空比能够调节参考电平变换器输出端的电平值；
参考电平变换器输出端的电平值的正负与高低影响N级变换器的电压变比：参考电平变换器的输出端电压为正，N级变换器的电压变比将变小，输出端电压为负，N级变换器的电压变比将变大；参考电平变换器的输出端电压越高，N级变换器的电压变比越小，输出端电压越低，N级变换器的电压变比越大；通过调节N级变换器的电压变比，从而抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化，实现变换器的宽范围增益调节，保证负载输出电压的稳定。
2.根据权利要求1所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：参考电平变换器为非隔离变换器，由第一开关管、第二开关管、电感和电容这些元件构成，上述元件均为二端元件，包含第一端与第二端；互补运行的第一开关管以及第二开关管构成半桥电路，该半桥电路包含第一端、第二端以及中点，该第一端为参考电平变换器的输入端，该第二端为参考电平变换器的输出端；第一开关管的第一端电连接半桥电路的第一端，第一开关管的第二端电连接第二开关管的第一端以及半桥电路的中点，第二开关管的第二端电连接半桥电路的第二端；电感的第一端电连接半桥电路的中点，第二端电连接接地端口；电容的第一端电连接接地端口，第二端电连接半桥电路的第二端；
参考电平变换器的输入端电连接某一第一类基本变换单元的输出端口，输出端电连接N级变换器某一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端；设电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压，半桥电路的第一端与接地端口之间的电压为V1，第一开关管的占空比为D，第二开关管的占空比为1-D，D的取值为0-1，则Vc与V1之间的关系式为：
Figure FDA0003619626890000031
通过调整D的取值，能够使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
3.根据权利要求1所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：参考电平变换器为隔离变换器，由第一、二、三、四、五、六开关管，第一电感，第二电感，第一电容，第二电容和变压器构成；开关管、电感、电容均为二端元件，包含第一端与第二端；变压器有原边第一端、原边第二端、副边第一端、副边第二端和副边中点，原边第一端与原边第二端之间的电感绕组的匝数为p，副边第一端与副边中点之间的电感绕组的匝数为s，副边中点与副边第二端之间的电感绕组的匝数为s，原边绕组与副边绕组之间是电气隔离；
第一开关管的第一端电连接第二开关管的第一端、第一电容的第一端以及接地端口，变压器的副边中点为参考电平变换器的输出端，电连接第一电容的第二端；变压器的副边第一端电连接第一开关管的第二端，副边第二端电连接第二开关管的第二端；
互补运行的第三开关管以及第四开关管构成第一半桥电路，该第一半桥电路包含第一端、第二端以及中点，第三开关管的第一端电连接第一半桥电路的第一端，第三开关管的第二端电连接第一半桥电路的中点与第四开关管的第一端，第四开关管的第二端电连接第一半桥电路的第二端；互补运行的第五开关管以及第六开关管构成第二半桥电路，该第二半桥电路包含第一端、第二端以及中点，第五开关管的第一端电连接第二半桥电路的第一端，第五开关管的第二端电连接第二半桥电路的中点与第六开关管的第一端，第六开关管的第二端电连接第二半桥电路的第二端；
第一电感的第一端电连接第二半桥电路的中点，第一电感的第二端电连接第二电感的第一端以及变压器的原边第一端，第二电容的第一端电连接第一半桥电路的中点，第二电容的第二端电连接第二电感的第二端以及变压器的原边第二端；参考电平变换器的输入端电连接第一半桥电路的第一端以及第二半桥电路的第一端，第一半桥电路的第二端电连接第二半桥电路的第二端以及接地端口；
参考电平变换器的输入端电连接供电电源的正极，输出端电连接N级变换器某一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端；设第一电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压；在确定变压器的p和s的值后，该变压器的电压变比为固定值，通过调整开关管的占空比或开关频率，使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
4.根据权利要求1所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：参考电平变换器为非隔离变换器，由第一开关管、第二开关管、电感和电容这些元件构成，上述元件均为二端元件，包含第一端与第二端；互补运行的第一开关管以及第二开关管构成半桥电路，该半桥电路包含第一端、第二端以及中点，该第一端为参考电平变换器的输入端，电连接第一开关管的第一端；第一开关管的第二端电连接第二开关管的第一端以及半桥电路的中点，第二开关管的第二端电连接半桥电路的第二端；电感的第一端电连接半桥电路的中点，第二端为参考电平变换器的输出端，电连接电容的第一端；电容的第二端电连接半桥电路的第二端以及接地端口；
参考电平变换器的输入端电连接供电电源的正极，输出端电连接N级变换器某一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端；设电容的第一端与第二端之间的电压为Vc，为参考电平变换器的输出端电压，供电电源的电压为Vin，第一开关管的占空比为D，第二开关管的占空比为1-D，D的取值为0-1，则Vc与Vin之间的关系式为：
Vc＝DVin
通过调整D的取值，能够使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
5.根据权利要求1所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：所述第一半桥电路由互补运行的第一开关管以及第二开关管构成，第一开关管的第一端电连接第二开关管的第二端以及第一半桥电路的中点，第一开关管的第二端电连接第一半桥电路的第二端，第二开关管的第一端电连接第一半桥电路的第一端；所述第二半桥电路由互补运行的第三开关管以及第四开关管构成，第三开关管的第一端电连接第四开关管的第二端以及第二半桥电路的中点，第三开关管的第二端电连接第二半桥电路的第二端，第四开关管的第一端电连接第二半桥电路的第一端；所述第三半桥电路由互补运行的第五开关管以及第六开关管构成，第五开关管的第一端电连接第六开关管的第二端以及第三半桥电路的中点，第五开关管的第二端电连接第三半桥电路的第二端，第六开关管的第一端电连接第三半桥电路的第一端。
6.根据权利要求5所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：第一谐振腔由电感和电容构成，该电感与电容串联电连接。
7.根据权利要求5所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：第二谐振腔由电感和电容构成，该电感与电容串联电连接，或者仅由电容构成。
8.根据权利要求5所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：第1级变换单元至第N级变换单元的所有第一开关管、所有第三开关管以及由第二类基本变换单元所构成的每一级变换单元的第六开关管是同时导通及同时关断，第1级变换单元至第N级变换单元的所有第二开关管、所有第四开关管以及由第二类基本变换单元所构成的每一级变换单元的第五开关管是同时导通及同时关断；不考虑死区时间的情况下，每个开关管的导通和关断的占空比为50％；第1级变换单元至该第N级变换单元中的每一级变换单元的所有开关管是变频或定频工作。
9.根据权利要求1所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：还配置高频补偿电路，该高频补偿电路包括输入端、输出端与接地端，高频补偿电路的输入端电连接N级变换器的输入端、供电电源的正极或者N级变换器中的任意一级第一类基本变换单元的输出端口，输出端电连接负载的正极，接地端电连接输入电源的负极；高频补偿电路只在DC/DC变换器处于不稳定的暂态或状态切换瞬间时工作，当供电电源的电压发生波动或者负载功率与变换器输出功率不匹配导致实际输出电压波动时，该高频补偿电路补偿高频功率波动，提高DC/DC变换器的暂态响应，在DC/DC变换器处于稳态时停止工作，不进行电能变换。
CN202210453139.6A 2022-04-24 2022-04-24 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器 Pending CN114785130A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210453139.6A CN114785130A (zh) 2022-04-24 2022-04-24 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器
PCT/CN2022/121398 WO2023206953A1 (zh) 2022-04-24 2022-09-26 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210453139.6A CN114785130A (zh) 2022-04-24 2022-04-24 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114785130A true CN114785130A (zh) 2022-07-22

Family

ID=82432202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210453139.6A Pending CN114785130A (zh) 2022-04-24 2022-04-24 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114785130A (zh)
WO (1) WO2023206953A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114793064A (zh) * 2022-04-24 2022-07-26 华南理工大学 宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器
WO2023206953A1 (zh) * 2022-04-24 2023-11-02 华南理工大学 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6462962B1 (en) * 2000-09-08 2002-10-08 Slobodan Cuk Lossless switching DC-to-DC converter
CN109462337B (zh) * 2018-12-29 2024-04-16 北京中科绿能科技有限公司 一种高升压比级联电桥型阻抗网络dc/dc变换器及控制方法
CN113992010B (zh) * 2021-11-23 2023-10-20 华中科技大学 一种宽增益dc-dc变换器及其控制方法
CN114785130A (zh) * 2022-04-24 2022-07-22 华南理工大学 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114793064A (zh) * 2022-04-24 2022-07-26 华南理工大学 宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器
WO2023206953A1 (zh) * 2022-04-24 2023-11-02 华南理工大学 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器
CN114793064B (zh) * 2022-04-24 2024-07-02 华南理工大学 宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023206953A1 (zh) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109687717B (zh) 一种功率可调lc输入串联输出并联直流变压器及控制方法
WO2023206953A1 (zh) 多参考电平宽范围增益调节高变比dc/dc变换器
CN107546959B (zh) 一种开关电源、电子设备及开关电源控制方法
WO2023206952A1 (zh) 宽输入电压范围的增益可调高变比dc/dc变换器
CN111446854B (zh) 一种可扩展Zeta DC-DC变换器
CN112701923B (zh) 一种高增益Zeta DC-DC变换器
CN112713766B (zh) 一种高增益Cuk DC-DC变换器
CN112737330B (zh) 一种高增益Buck-Boost DC-DC变换器
CN111464024A (zh) 一种具备高增益升压能力的Buck-Boost DC-DC变换器
CN112054687A (zh) 一种多路均流的llc谐振变换器
Zhao et al. A novel transformerless high step‐Up DC‐DC converter with active switched‐inductor and quasi‐Z‐source network
CN112087143A (zh) 一种多端输入单端输出的准并联谐振变换器
CN110661424B (zh) 一种高变压器利用率高增益反激式dc/dc变换器
TW202207598A (zh) 高電壓增益轉換器
CN109639132B (zh) 一种谐振开关电容变换器
CN115051572B (zh) 带有串联谐振型lc功率自均衡单元的iios变换器及方法
US20220376619A1 (en) Switched capacitor converter
CN110912407A (zh) 一种新型的宽范围高频直流变换装置
CN114900044A (zh) 一种串联电压补偿式脉冲电源及控制方法
CN110071651B (zh) 一种结构对称的非隔离型升压逆变电路
CN112737316A (zh) 准z源逆变器及供电系统
CN114793064B (zh) 宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器
CN109245578B (zh) 一种单磁芯四绕组高增益单级式Buck-Boost型逆变器
CN214014110U (zh) 一种具有扩展输出电压的降压-升压型dc-dc转换器结构
CN114552970B (zh) 一种二次型sepic变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination