一种宽范围软开关直流变换电路及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种宽范围软开关直流变换电路及其控制方法。所述电路包括第一及第二串联谐振逆变电路、第一及第二高频隔离变压器、整流电路和控制器；所述第一及第二串联谐振逆变电路的输入端用于与直流源连接，所述第一及第二串联谐振逆变电路的两个输出端分别与第一及第二高频隔离变压器的原边的两端连接，所述第一及第二高频隔离变压器的副边串联后与接入所述整流电路，所述控制器向所述第一及第二串联谐振逆变电路输入控制信号，所述整流电路的两个输出端用于与负载连接。所述方法使逆变电路工作于同相位模式或者错相位模式。本发明专利技术不仅可以适应宽广的输入电压范围，还具有更宽的输出电压范围。

A wide range soft switching DC converter circuit and its control method

The present invention provides a wide range soft switching DC converter circuit and its control method. The circuit includes first and two series resonant inverter circuit, first and two high frequency isolation transformer, rectifier circuit and controller; the first and two series resonant inverter circuit input end is connected to a DC source, the first and two series resonant inverter circuit two output end of the both ends of the primary side of the first and two respectively. High frequency isolation transformer and connecting the secondary side of said first and two high frequency isolation transformer in series and connected to the rectifier circuit, the input of the controller to the first and two series resonant inverter circuit control signal, the two output of the rectifier circuit is connected with a load for the end. The method makes the inverter work in the same phase mode or the wrong phase mode. The present invention can not only adapt to wide input voltage range, but also have wider output voltage range.

【技术实现步骤摘要】
一种宽范围软开关直流变换电路及其控制方法
本专利技术涉及直流开关电源，特别涉及一种宽范围软开关直流变换电路及其控制方法。
技术介绍
现有的备电应用场合，如UPS、车载电池等，需要将电池的储能进行变换和释放。由于宽范围电压变换的原因，传统的变换电路大多以硬开关管方案为主，或者使用较高电压等级的元器件以满足宽范围变换带来的电压应力，但其输出电压范围仍旧较窄，限制了其适用范围。此外，还存在效率低下或者体积较大的问题，比如目前铁路的3.5KVA、110V逆变器电源产品，主流的产品效率大多在85％，即便使用了移相桥软开关等技术，效率也大多在88％，且体积较大。与相对较为成熟的逆变器技术相比，其关键问题就在DC/DC变换部分：没能很好的解决电池宽范围电压条件下的效率及功率密度的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术输出电压范围较窄的问题，提出一种宽范围软开关直流变换电路及其控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种宽范围软开关直流变换电路，包括第一及第二串联谐振逆变电路、第一及第二高频隔离变压器、整流电路和控制器；所述第一及第二串联谐振逆变电路的输入端用于与直流源连接，所述第一及第二串联谐振逆变电路的两个输出端分别与第一及第二高频隔离变压器的原边的两端连接，所述第一及第二高频隔离变压器的副边串联后与接入所述整流电路，所述控制器向所述第一及第二串联谐振逆变电路输入控制信号，所述整流电路的两个输出端用于与负载连接；所述控制器根据变换电路的预定电压比例判断输入电压乘以变压器匝比后与实际输出电压的实际比例的高低，从而控制串联谐振逆变电路的开通时序使第一串联谐振逆变电路与第二串联谐振逆变电路工作于错相位模式或者同相位模式。在一些优选的实施方式中，第一高频隔离变压器的原边的线圈匝数与第二高频隔离变压器的原边的线圈匝数相同，所述第一高频隔离变压器的副边的线圈匝数与所述第二高频隔离变压器的副边的线圈匝数的比值范围为0.5至2。在一些优选的实施方式中，第一串联谐振逆变电路包括两个高频开关管(Q3A、Q4A)、第一驱动电路、第一滤波电容、第一谐振电容和第一谐振电感，所述高频开关管(Q3A)的源极连接所述高频开关管(Q4A)的漏极，所述第一谐振电容的一端与所述第一滤波电容的一端连接，所述高频开关管(Q3A)的漏极与所述第一滤波电容的另一端连接，所述高频开关管(Q4A)的源极与所述第一谐振电容的另一端连接，第一高频隔离变压器的一个输出端通过所述第一谐振电感连接到所述高频开关管(Q3A)与所述高频开关管(Q4A)的中间点，所述第一高频隔离变压器的另一个输出端与所述第一谐振电容与所述第一滤波电容的中间点连接，所述第一驱动电路与所述高频开关管(Q3A)和所述高频开关管(Q4A)连接；第二串联谐振逆变电路包括两个高频开关管(Q3B、Q4B)、第二驱动电路、第二滤波电容、第二谐振电容和第二谐振电感，所述高频开关管(Q3B)的源极连接所述高频开关管(Q4B)的漏极，所述第二谐振电容的一端与所述第二滤波电容的一端连接，所述高频开关管(Q3B)的漏极与所述第二滤波电容的另一端连接，所述高频开关管(Q4B)的源极与所述第二谐振电容的另一端连接，第二高频隔离变压器的一个输出端通过所述第二谐振电感连接到所述高频开关管(Q3B)与所述高频开关管(Q4B)的中间点，所述第二高频隔离变压器的另一个输出端与所述第二谐振电容与所述第二滤波电容的中间点连接，所述第二驱动电路与所述高频开关管(Q3B)和所述高频开关管(Q4B)连接；所述第一串联谐振逆变电路与所述第二串联谐振逆变电路并联；或者，所述第一串联谐振逆变电路与所述第二串联谐振逆变电路串联。在一些优选的实施方式中，第一串联谐振逆变电路、第二串联谐振逆变电路、第一高频隔离变压器和第二高频隔离变压器的数量均为至少一个；所述整流电路的整流元件为高频整流二极管或者具备反向并联二极管的高频开关管；所述第一及第二串联谐振逆变电路的形式包括半桥式电路和全桥式电路；所述整流电路的整流方式包括倍压整流和全桥整流；直流源的形式包括直流电源、电池和交流整流变换后的电源。在另一方面，本专利技术提供一种宽范围软开关直流变换电路的控制方法：一种宽范围软开关直流变换电路的控制方法，将第一高频隔离变压器的副边电压与第二高频隔离变压器的副边电压进行叠加，包括如下步骤：设置预定电压比例；采集输入电压；根据变换电路的预定电压比例判断输入电压乘以变压器匝比后与实际输出电压的实际比例的高低：若实际比例高，则控制串联谐振逆变电路的开通时序使第一串联谐振逆变电路与第二串联谐振逆变电路工作于错相位模式；若实际比例低，则控制串联谐振逆变电路的开通时序使第一串联谐振逆变电路与第二串联谐振逆变电路工作于同相位模式；逆变电路工作于错相位模式或者同相位模式使副边叠加后的电压下降或升高，从而加宽输出直流电压的范围。在一些优选的实施方式中，控制第一及第二串联谐振逆变电路的开通时序的同时改变第一及第二串联谐振逆变电路的工作频率以使输出电压进一步升高或者降低。在一些优选的实施方式中，整流电路的整流元件是高频整流二极管或者具备反向并联二极管的高频开关管，如果为高频开关管：根据直流源的实时电压以及释放电流大小，改变第一及第二串联谐振逆变电路以及整流电路的频率大小以升高或者降低输出电压。在一些优选的实施方式中，整流电路的整流元件为高频开关管时，整流电路的开通时序以串联谐振逆变电路的开通时序的中心为基础进行偏移且前后留有死区；若直流源的释放电流小于设定电流，整流电路的整流元件为高频开关管时，所述高频开关管不开通，整流电路工作于二极管整流状态；若直流源的释放电流在设定电流以上，整流电路中的高频开关管开通，整流电路工作于同步管整流状态。在进一步优选的实施方式中，若直流源的释放电流小于设定电流，整流电路的整流元件为高频开关管时，所述高频开关管不开通，整流电路工作于二极管整流状态；若直流源的释放电流在设定电流以上，整流电路中的高频开关管开通，整流电路工作于同步管整流状态。在进一步优选的实施方式中，整流电路的整流元件为高频开关管，直流源为可提供或者可吸收能量的装置或者电路，负载为可储能及可释放电能的装置或者电路，正向或者反向控制第一及第二串联谐振逆变电路的开通时序以及整流电路的开通时序，可实现直流源和负载的能量的双向流动。在另一方面，本专利技术还提供一种电能变换装置：一种电能变换装置，包括信号处理器、存储器和一个或多个程序，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述信号处理器执行，所述程序包括用于执行上述任一项方法的指令。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：根据变换电路的预定电压比例判断输入电压乘以变压器匝比后与实际输出电压的实际比例的高低，通过控制器控制第一串联谐振逆变电路和第二串联谐振逆变电路的开通时序，使第一串联谐振逆变电路与第二串联谐振逆变电路工作于同步或者错相位模式，从而改变第一高频隔离变压器和第二高频隔离变压器的副边电压的相位、瞬时电压或者极性中的一个或多个。由于两个变压器的副边是串联在一起的，它们的副边电压是叠加关系，彼此之间会相加、抑制或者抵消，如此，较低的输入电压可以获得较高或更低的输出电压，较高的输入电压可以获得较低或更高的输出电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽范围软开关直流变换电路，其特征在于：包括第一及第二串联谐振逆变电路、第一及第二高频隔离变压器、整流电路和控制器；所述第一及第二串联谐振逆变电路的输入端用于与直流源连接，所述第一及第二串联谐振逆变电路的两个输出端分别与第一及第二高频隔离变压器的原边的两端连接，所述第一及第二高频隔离变压器的副边串联后与接入所述整流电路，所述控制器向所述第一及第二串联谐振逆变电路输入控制信号，所述整流电路的两个输出端用于与负载连接；所述控制器根据变换电路的预定电压比例判断输入电压乘以变压器匝比后与实际输出电压的实际比例的高低，从而控制串联谐振逆变电路的开通时序使第一串联谐振逆变电路与第二串联谐振逆变电路工作于错相位模式或者同相位模式。

【技术特征摘要】
1.一种宽范围软开关直流变换电路，其特征在于：包括第一及第二串联谐振逆变电路、第一及第二高频隔离变压器、整流电路和控制器；所述第一及第二串联谐振逆变电路的输入端用于与直流源连接，所述第一及第二串联谐振逆变电路的两个输出端分别与第一及第二高频隔离变压器的原边的两端连接，所述第一及第二高频隔离变压器的副边串联后与接入所述整流电路，所述控制器向所述第一及第二串联谐振逆变电路输入控制信号，所述整流电路的两个输出端用于与负载连接；所述控制器根据变换电路的预定电压比例判断输入电压乘以变压器匝比后与实际输出电压的实际比例的高低，从而控制串联谐振逆变电路的开通时序使第一串联谐振逆变电路与第二串联谐振逆变电路工作于错相位模式或者同相位模式。2.如权利要求1所述的宽范围软开关直流变换电路，其特征在于：第一高频隔离变压器的原边的线圈匝数与第二高频隔离变压器的原边的线圈匝数相同，所述第一高频隔离变压器的副边的线圈匝数与所述第二高频隔离变压器的副边的线圈匝数的比值范围为0.5至2。3.如权利要求1所述的宽范围软开关直流变换电路，其特征在于：第一串联谐振逆变电路包括两个高频开关管(Q3A、Q4A)、第一驱动电路、第一滤波电容、第一谐振电容和第一谐振电感，所述高频开关管(Q3A)的源极连接所述高频开关管(Q4A)的漏极，所述第一谐振电容的一端与所述第一滤波电容的一端连接，所述高频开关管(Q3A)的漏极与所述第一滤波电容的另一端连接，所述高频开关管(Q4A)的源极与所述第一谐振电容的另一端连接，第一高频隔离变压器的一个输出端通过所述第一谐振电感连接到所述高频开关管(Q3A)与所述高频开关管(Q4A)的中间点，所述第一高频隔离变压器的另一个输出端与所述第一谐振电容与所述第一滤波电容的中间点连接，所述第一驱动电路与所述高频开关管(Q3A)和所述高频开关管(Q4A)连接；第二串联谐振逆变电路包括两个高频开关管(Q3B、Q4B)、第二驱动电路、第二滤波电容、第二谐振电容和第二谐振电感，所述高频开关管(Q3B)的源极连接所述高频开关管(Q4B)的漏极，所述第二谐振电容的一端与所述第二滤波电容的一端连接，所述高频开关管(Q3B)的漏极与所述第二滤波电容的另一端连接，所述高频开关管(Q4B)的源极与所述第二谐振电容的另一端连接，第二高频隔离变压器的一个输出端通过所述第二谐振电感连接到所述高频开关管(Q3B)与所述高频开关管(Q4B)的中间点，所述第二高频隔离变压器的另一个输出端与所述第二谐振电容与所述第二滤波电容的中间点连接，所述第二驱动电路与所述高频开关管(Q3B)和所述高频开关管(Q4B)连接；所述第一串联谐振逆变电路与所述第二串联谐振逆变电路并联；或者，所述第一串联谐振逆变电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伦全，刘嘉键，燕沙，郑车晓，
申请(专利权)人：深圳市保益新能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44