谐振DC-DC功率转换器组件制造技术

本发明专利技术涉及谐振DC‑DC功率转换器组件，其包括具有相同电路拓扑的第一谐振DC‑DC功率转换器和第二谐振DC‑DC功率转换器。第一谐振DC‑DC功率转换器的第一电感器和第二谐振DC‑DC功率转换器的第二电感器被配置用于彼此磁耦合第一谐振DC‑DC功率转换器和第二谐振DC‑DC功率转换器以在第一谐振DC‑DC功率转换器和第二谐振DC‑DC功率转换器的对应谐振电压波形之间产生大致180度的相移或产生大致0度的相移。第一电感器和第二电感器为第一谐振DC‑DC功率转换器和第二谐振DC‑DC功率转换器的对应部件。

DC DC resonant power converter components

The present invention relates to DC resonant DC power converter module, a first resonant power converter and DC DC second DC resonant DC power converter includes a circuit topology with the same. The first second inductor resonant DC power converter DC first inductor and a second DC DC resonant power converter is configured to generate a roughly 180 degree phase shift or phase shift roughly 0 degrees between the first magnetic coupling resonant DC power converter and DC second DC resonant DC power converter in the first resonant DC DC second DC resonant power converter and power converter DC corresponding resonant voltage waveform. The first inductor and a second inductor for the corresponding component of the first DC resonant DC power converter and second DC resonant DC power converter.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及谐振DC-DC功率转换器组件，其包括具有相同电路拓扑的第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器。第一谐振DC-DC功率转换器的第一电感器和第二谐振DC-DC功率转换器的第二电感器被配置用于使第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器彼此磁耦接以促成在第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器的对应谐振电压波形之间大致有180度的相移或促成大致有0度的相移。第一电感器和第二电感器为第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器的对应部件。
技术介绍
对于给定的输出功率要求或规格，功率密度和部件成本是隔离和非隔离DC-DC功率转换器两者用以提供最小的可能物理尺寸和/或最低成本的关键性能指标。谐振功率转换器对于高开关频率，诸如高于1MHz的频率是特别有用的，在高开关频率处，标准SMPS拓扑(降压型、升压型等)的开关损耗由于转换效率原因而趋于不可接受的。高开关频率通常是期望的，这是因为得到的是功率转换器的电路部件(电感器和电容器)的电气和物理尺寸的下降。较小的部件允许增加DC-DC功率转换器的功率密度。在谐振功率转换器中，标准SMPS的输入“斩波器”半导体开关(通常是MOSFET或IGBT)用“谐振”半导体开关代替。谐振半导体开关依赖谐振网络的谐振，谐振网络通常涉及各种电路电容和电感以成形跨半导体开关的电流或电压的波形，使得在发生状态切换时，没有电流流过该半导体开关或没有跨该半导体开关的电压。因此，在输入半导体开关的至少一些固有电容或电感中大部分消除了功率耗散，使得开关频率的显著增加在VHF范围内变得可行，例如易于达到30MHz以上的值。这个概念在本领域中在名称为例如零电压切换和/或零电流切换(ZVS和/或ZCS)下是已知的。运行在ZVS和/或ZCS下的常用开关模式功率转换器通常被描述为E类、F类或DE类转换器或功率转换器。然而，找到可以以VHF范围内的开关频率运行并处理需要的器件电压和电流以向转换器负载产生所需的输出功率的合适开关器件仍然面临重大的挑战。解决这一挑战的一种方法在于，使用多个具有较低的单独输出功率性能的谐振DC-DC功率转换器和将这些谐振DC-DC功率转换器并联和/或串联连接以降低施加于任何单个谐振DC-DC功率转换器的最大输出功率要求。如果具有较低输出功率性能的这些谐振DC-DC功率转换器中的一对谐振DC-DC功率转换器被控制，以使它们以180度相移运行，则产生这组转换器配置的若干新优点。由于来自该对较低功率谐振转换器的纹波电压将至少部分彼此抵消，所以输入纹波电压降低。这种抵消效果减少对输入滤波的需求，并从而降低谐振功率转换器的部件成本以及减少EMI发射。此外，转换器输出电压上的电压纹波也将至少部分抵消，从而导致谐振DC-DC功率转换器的输出侧上的相同有益效果。通过控制该对DC-DC功率转换器的所有开关的开关控制端上的驱动信号以产生适当的相移，180度相移得以正常实现。该控制方案导致对数字或高级模拟控制电路的需求，这使得相对大程度增加了DC-DC功率转换器的复杂性。美国2013年的“ECCE学报”第2052-2056页的IEEE论文“VHF SERIES-INPUT PARALLEL-OUTPUT INTERLEAVED SELF-OSCILLATING RESONANT SEPIC CONVERTER(VHF串行-输入并行输出交错自激振荡谐振SEPIC转换器)”公开了两个谐振所谓的SEPIC功率转换器电容性耦接在一起，使得第一转换器的MOSFET开关的漏极电压驱动第二转换器的另一MOSFET开关的栅极。两个谐振SEPIC转换器可以以180°的相移运行(交错运行)。美国专利2012/0300504A1公开了一种DC-DC转换器电路，其包括以交错模式运行的多个并联耦接的谐振功率转换器。多个谐振功率转换器的各个输出端是并行的以及其输入端经由电容式分压器被串联耦接。多个并联耦接的谐振功率转换器以基本相同的开关频率运行并且在它们之间具有一些相移。后一特征提供了通过输出电容器的较低交流电流。鉴于这些问题和与现有技术的多个串联或并联耦接的谐振DC-DC功率转换器的运行相关联的挑战，有利的是，提供了低复杂性和低成本控制机构以及将迫使多个互连谐振DC-DC功率转换器以180度相移运行或以0度相移运行的控制装置，并从而利用上述的降低EMI发射和较低的部件成本的益处。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及一种谐振DC-DC功率转换器组件，其包括具有相同电路拓扑的第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器。第一谐振DC-DC功率转换器的第一电感器和第二谐振DC-DC功率转换器的第二电感器被配置用于使第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器彼此磁耦合以迫使在第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器的对应谐振电压波形之间具有基本上180度的相移或基本上0度的相移。第一电感器和第二电感器为第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器的对应部件。本领域的技术人员应理解到，第一传感器和第二电感器被定义为第一和第二谐振DC-DC功率转换器的对应部件或元件意味着第一电感器在第一谐振DC-DC功率转换器的电路拓扑被布置的位置与第二电感器在第二谐振DC-DC功率转换器的电路拓扑中被布置的位置相同。因此，第一电感器和第二电感器在第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器中具有相同功能。本领域的技术人员应理解，在一组实施例中，第一电感器和第二电感器被配置用于通过迫使在第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器的对应谐振电压波形之间基于具有0度的相移，来使第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器彼此磁耦合。本谐振DC-DC功率转换器组件的这些0度相移或“同相”实施例是有用的，因为在第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器之间的磁耦合迫使它们的开关频率大致相同并彼此锁定，即，迫使第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器同步运行。通过第一电感器和第二电感器之间的磁耦合实现的同步运行消除或至少衰减了由一对标称相同但未被锁定或异步的谐振DC-DC功率转换器之间的小相位或开关频率差或偏移以其他方式固有生成的不同开关频率分量的总和或差。不同开关频率分量的该总和和差导致以远离第一和第二谐振DC-DC功率转换器的标称开关频率的频率发射不需要的EMI。这些固有相位偏移和开关频率偏移由第一和第二谐振DC-DC功率转换器的标称相同有源和无源部件间的制造公差、老化效果、温度漂移等引起。此外，谐振DC-DC转换器的“同相”实施例的第一和第二谐振DC-DC功率转换器能够共享单个整流电路和可选地共享谐振电感器，从而产生较少的部件数量、较小的尺寸和较低的制造成本等，如下面进一步详细论述的。本领域的技术人员应理解，在另一组实施例中，第一电感器和第二电感器被配置用于通过迫使第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器的对应谐振电压波形之间具有基本上180度的相移，来使第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振DC‑DC功率转换器组件，包括：具有相同电路拓扑的第一谐振DC‑DC功率转换器和第二谐振DC‑DC功率转换器，所述第一谐振DC‑DC功率转换器的第一电感器和所述第二谐振DC‑DC功率转换器的第二电感器被配置用于使所述第一谐振DC‑DC功率转换器和所述第二谐振DC‑DC功率转换器彼此磁耦合，以在所述第一谐振DC‑DC功率转换器和所述第二谐振DC‑DC功率转换器的对应谐振电压波形之间产生大致180度的相移或产生大致0度的相移，其中所述第一电感器和第二电感器为所述第一谐振DC‑DC功率转换器和所述第二谐振DC‑DC功率转换器的对应部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.15 EP 14164749.51.一种谐振DC-DC功率转换器组件，包括：具有相同电路拓扑的第一谐振DC-DC功率转换器和第二谐振DC-DC功率转换器，所述第一谐振DC-DC功率转换器的第一电感器和所述第二谐振DC-DC功率转换器的第二电感器被配置用于使所述第一谐振DC-DC功率转换器和所述第二谐振DC-DC功率转换器彼此磁耦合，以在所述第一谐振DC-DC功率转换器和所述第二谐振DC-DC功率转换器的对应谐振电压波形之间产生大致180度的相移或产生大致0度的相移，其中所述第一电感器和第二电感器为所述第一谐振DC-DC功率转换器和所述第二谐振DC-DC功率转换器的对应部件。2.根据权利要求1所述的谐振DC-DC功率转换器组件，其中，所述第一谐振DC-DC功率转换器包括：第一输入侧电路，包括用于接收第一输入电压的正输入端子和负输入端子；第一可控开关装置，由设定所述第一转换器的开关频率的第一开关控制信号驱动；第一谐振网络，与所述第一可控开关装置的输出端耦接以根据所述第一开关控制信号在所述第一谐振网络中生成增加和减少交替的谐振电流，第一整流电路，被连接到所述第一谐振网络的输出端；以及所述第二谐振DC-DC功率转换器包括：第二输入侧电路，包括用于接收所述第一输入电压或第二输入电压的正输入端子和负输入端子，第二可控开关装置，由设定所述第二转换器的开关频率的第二开关控制信号驱动；第二谐振网络，与所述第二可控开关装置的输出端耦接以根据所述第二开关控制信号在所述第二谐振网络中生成增加和减少交替的谐振电流；其中，所述第二谐振网络的输出端被连接到所述第一整流电路或连接到第二整流电路。3.根据权利要求1或2所述的谐振DC-DC功率转换器组件，其中，所述第一电感器和所述第二电感器被配置成用于在所述第一谐振DC-DC功率转换器和所述第二谐振DC-DC功率转换器的对应谐振电压波形之间产生大致0度相移，以及所述第二谐振网络的输出端被连接到所述第一整流电路以用于在所述第一谐振DC-DC功率转换器和所述第二谐振DC-DC功率转换器之间共享所述第一整流电路。4.根据权利要求3所述的谐振DC-DC功率转换器组件，包括输出侧电路，所述输出侧电路与所述第一整流电路的输出端耦接；其中，所述输出侧电路包括用于向转换器组件负载供应转换器输出电压并连接到所述转换器组件负载的正输出端子和负输出端子。5.根据权利要求2所述的谐振DC-DC功率转换器组件，其中，所述第一电感器和所述第二电感器被配置成用于在所述第一谐振DC-DC功率转换器和所述第二谐振DC-DC功率转换器的对应谐振电压波形之间产生大致180度相移，以及所述第二谐振网络的输出端被连接到所述第二整流电路，从而在所述第一整流电路的输出端生成第一转换器输出电压并在所述第二整流电路的输出端生成第二转换器输出电压。6.根据权利要求2或5中任一项的谐振DC-DC功率转换器组件，其中，所述第一电感器形成所述第一谐振网络的部分，以及所述第二电感器形成所述第二谐振网络的部分，以在所述第一可控开关装置和所述第二可控开关装置的输出电压之间产生大致180度相移或在所述第一可控开关装置和所述第二可控开关装置的输出电压之间产生大致0度相移。7.根据权利要求2或5中任一项的谐振DC-DC功率转换器组件，其中，所述第一电感器被布置为与所述第一可控开关装置的控制端子串联；以及所述第二电感器被布置为与所述第二可控开关装置的控制端子串联，从而在所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号之间产生大致180度相移，或在所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号之间产生大致0度相移。8.根据权利要求2-7中任一项的谐振DC-DC功率转换器组件，其中，所述第一谐振DC-DC功率转换器的正输入端子和负输入端子以及所述第二谐振DC-DC功率转换器的正输入端子和负输入端子跨共用交流或直流输入电压源串联耦接。9.根据权利要求2-7中任一项的谐振DC-DC功率转换器组件，其中，所述第一谐振DC-DC功率转换器的正输入端子和负输入端子以及所述第二谐振DC-DC功率转换器的正输入端子和负输入端子被并联耦接到共用交流或直流输入电压源。10.根据权利要求5-9中任一项的谐振DC-DC功率转...

【专利技术属性】
技术研发人员：米基·P·马德森，
申请(专利权)人：丹麦技术大学，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK