CN209805682U - 一种基于isop的高压直流变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于ISOP的高压直流变压器，包括输入端、高频DC/DC变压器和输出电路组成；其中，输入端由功率开关管Q1、Q2组成；高频DC/DC变压器由高频推挽式双向DC/DC变压器T1‑T4组成，采用并联的组合方式；输出电路包括二极管组成的桥式整流电路、滤波电感L1‑L4以及滤波电容组成。利用该高压直流变压器实现了输出电压均压，不需要额外的反馈电路或者闭环电流电路，不需要电流检测单元，而且输出整流电路的电压应力低。

Description

一种基于ISOP的高压直流变换器

技术领域

本实用新型涉及基于ISOP的直流变换器领域，特别是涉及高压变换器。

背景技术

随着生产效能的发展，高压直流电源的应用场景越来越多，如应用在电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站和其他使用直流设备的用户，如石化、矿山、铁路或者机房等。现有技术中，高压直流电源的产生通常采用标准模块输入端串联、输出端并联的结构组成的输入串联输出并联（Input Series Output Parralle, ISOP）的组合变换器，这种变换器的原理是通过调节各模块输入/输出功率使得各模块的输入分压电容进行充放电，实现输入端均压，输入端所承受的电压应力为原系统的N分之一，输入电压过高的问题得以解决，同时还能提升整个系统的功率等级。而且通过这样的标准的输入端模块、输出端模块能够方便系统的生产，提高生产效率，降低成本，同时又方便对故障模块的替换，因此ISOP的高压直流变换器是主流的研究热点。现有技术中，通过采用主从均流控制策略或者采用单独的电压环来使得占空比相同这些方式，来确定模块输出电压均匀，电流均流，但是这种情况下都需要增加额外的稳压电路来实现。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种基于ISOP的高压直流变换器，以应用到高速列车上为例，提出一种新的技术方案来实现输出电压的均流均压。

为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

依据本实用新型的第一方面，提供了一种基于ISOP的高压直流变换器，包括输入端、高频DC/DC变压器和输出电路组成；其中，输入端由功率开关管Q1、Q2组成；高频DC/DC变压器由高频推挽式双向DC/DC变压器T1-T4组成，采用并联的组合方式；输出电路包括二极管组成的桥式整流电路、滤波电感L1-L4以及滤波电容组成；高频DC/DC变压器T1-T4的初级绕组分别连接到功率开关管的漏极和输入电源的正极，次级绕组与桥式整流电路连接，再经过滤波电感、滤波电容进行滤波，输出端相互串联。

优选的，高频DC/DC变压器T1-T4的初级绕组匝数相同。

优选的，高频DC/DC变压器的磁芯选用PQ2625磁芯，初级匝数为8000匝，次级匝数为9000匝。

优选的，输出滤波电容采用47μF。

优选的，输出滤波电感L1-L4采用470μH。

优选的，功率开关管采用IRF540N。

优选的，输出电压为直流1000V。

与现有技术相比，本实用新型实施例中通过两个功率开关管将4个高频DC/DC变压器初级并联，因此在开关模态任意时刻输入电流相等，实现了输出电压均压，不需要额外的反馈电路或者闭环电流电路，不需要电流检测单元，而且输出整流电路的电压应力低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型 实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中 的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的整体电路结构图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中 显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，本实用新型可以以各种 形式实现而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了 能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给 本领域的技术人员。

本申请实施例提出一种基于ISOP的高压直流变换器，其电路结构图如图1所示，其中Vin为输入电压，Q1和Q2为功率开关管，T1、T2、T3、T4为4个高频DC/DC变压器，D11-D14、D21-D24、D31-D34、D41-D44为4组整流二极管，L1-L4为电感，Vo1-Vo4为输出电压。

如图1所示，基于ISOP的高压直流变压器，包括输入端、高频DC/DC变压器和输出电路组成；其中，输入端由功率开关管Q1、Q2组成；高频DC/DC变压器由高频推挽式双向DC/DC变压器T1-T4组成，采用并联的组合方式；输出电路包括二极管组成的桥式整流电路、滤波电感L1-L4以及滤波电容组成；高频DC/DC变压器T1-T4的初级绕组分别连接到功率开关管的漏极和输入电源的正极，次级绕组与桥式整流电路连接，再经过滤波电感、滤波电容进行滤波，输出端相互串联。

高频DC/DC变压器T1-T4的初级绕组匝数相同。

高频DC/DC变压器的磁芯选用PQ2625磁芯，初级匝数为8000匝，次级匝数为9000匝。

输出滤波电容采用47μF。

输出滤波电感L1-L4采用470μH。

功率开关管采用IRF540N。

输出电压为直流1000V。

工作原理：在ISOP变换器中，图1中的高频DC/DC变压器与桥式整流电路被认为是一个具有输入端口和输出端口的模组。在稳态时，高频DC/DC变压器的输出电压保持一致，且输出端相互串联，输出电流也能保持一致。因此只要确保各个模组的输入电流相同，就可以保证高频DC/DC变压器的输出滤波电容的电压相同。而本申请的ISOP高压直流变换器中输入端包括2个功率开关管Q1、Q2，这两个功率开关管将4个高频DC/DC变压器初级并联，因此在开关模态任意时刻输入电流相等，实现了输出电压均压，不需要额外的反馈电路或者闭环电流电路，不需要电流检测单元，而且输出整流电路的电压应力低。但是本申请中高频DC/DC变压器采用的是推挽变换器，其本质上还是有磁通不平衡的问题，对变压器设计和工艺要求比较严格。

经试验验证，本系统能够稳定运行，输出电压均压。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变 体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品 或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是 还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的 情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过 程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不 局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是 限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用 新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实 用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种基于ISOP的高压直流变换器，其特征在于，包括输入端、高频DC/DC变压器和输出电路组成；其中，输入端由功率开关管Q1、Q2组成；高频DC/DC变压器由高频推挽式双向DC/DC变压器T1-T4组成，采用并联的组合方式；输出电路包括二极管组成的桥式整流电路、滤波电感L1-L4以及滤波电容组成；高频DC/DC变压器T1-T4的初级绕组分别连接到功率开关管的漏极和输入电源的正极，次级绕组与桥式整流电路连接，再经过滤波电感、滤波电容进行滤波，输出端相互串联。

2.根据权利要求1所述的高压直流变换器，其特征在于，高频DC/DC变压器T1-T4的初级绕组匝数相同。

3.根据权利要求1所述的高压直流变换器，其特征在于，高频DC/DC变压器的磁芯选用PQ2625磁芯，初级匝数为8000匝，次级匝数为9000匝。

4.根据权利要求1所述的高压直流变换器，其特征在于，输出滤波电容采用47μF。

5.根据权利要求1所述的高压直流变换器，其特征在于，输出滤波电感L1-L4采用470μH。

6.根据权利要求1所述的高压直流变换器，其特征在于，功率开关管采用IRF540N。

7.根据权利要求1所述的高压直流变换器，其特征在于，输出电压为直流1000V。