一种串并联无缝转换的谐振变换器制造技术

本发明专利技术提供了一种串并联无缝转换的谐振变换器，属于电力电子技术领域，包括依次电连接的直流电源、开关电路、谐振电路、整流电路以及滤波电路；开关电路接受外部控制器控制；谐振电路包括连接在开关电路的谐振模块以及与谐振模块连接的变压器模块；变压器模块包括N个变压器，谐振模块包括N组谐振组，开关电路包括N组开关模块，N≥2且N为偶数；整流电路包含第一整流模块、第二整流模块和第三整流模块。解决了目前谐振变换器恒功率输出电压范围有限、输出电压范围不连续、成本高、体积大、不能输出零电压的问题。

A Series-Parallel Seamless Converter

The invention provides a series-parallel seamless conversion resonant converter, which belongs to the field of power electronics technology, including sequentially electrically connected DC power supply, switching circuit, resonant circuit, rectifier circuit and filter circuit; switching circuit is controlled by external controller; resonant circuit includes resonant module connected in switching circuit and transformer module connected with resonant module; Voltage transformer module includes N transformers, resonant module includes N groups of resonant groups, switching circuit includes N groups of switching modules, N (> 2) and N is even; rectifier circuit includes the first rectifier module, the second rectifier module and the third rectifier module. The problems of limited constant power output voltage range, discontinuous output voltage range, high cost, large volume and no zero voltage output of resonant converter are solved.

【技术实现步骤摘要】
一种串并联无缝转换的谐振变换器
本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种串并联无缝转换的谐振变换器。
技术介绍
目前，常见的谐振变换器包括串联、并联、串并谐振变换器。由于谐振变换器的简单电路拓扑，以及能够在全负载范围实现软开关的特性，因而谐振变换器广泛应用于提供最高功率密度和效率的最先进电源。谐振变换器虽然有实现开关器件软开关，开关损耗小，效率高以及相对于硬开关具有优越的EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)性能等诸多优点，但缺陷仍然明显，如图1所示，以目前基本的谐振变换器为例，该谐振变换器的输出电压通常通过调整工作频率对输出电压进行调整，由于调整频率的范围以及谐振变换器的增益特性，其调节范围非常有限，为额定电压的0.8倍-1.2倍之间；设谐振频率条件下变压器T1的输出电压Vo为额定电压。为了解决上述问题，如图2所示，业界常见的方案是采用继电器切换两个变压器之间的串并联方式，达到输出宽范围恒功率变换。假设两个变压器参数一致，在不考虑输出电压可能会在额定电压附近调整的情况下，当继电器RY3闭合、RY1和RY2断开时，两个变压器工作在串联模式，则该拓扑的输出电压为额定电压(该拓扑即谐振变换器)；当继电器RY1和RY2闭合、RY3断开时，两个变压器工作在并联模式，则该拓扑的输出电压为1/2倍的额定电压，输出功率保持恒定(不降低)。在考虑该谐振变换器输出电压可能会通过调整频率在额定电压附近调整的条件下，即按照前述单个谐振变换器的调节范围为额定电压的0.8倍-1.2倍之间，图2所示的谐振变换器输出恒功率电压调节范围为额定电压的0.4倍-1.2倍，可见其输出电压范围非常宽，但由于该谐振变换器仅仅是通过继电器进行简单的串并联切换，其恒功率范围并不是连续的(比如在0.6-0.8倍的额定电压范围内就不能实现恒功率输出甚至无法实现该范围段的输出电压)，而且存在继电器体积较大且昂贵，进而导致整个谐振变换器成本高、体积大的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于一种串并联无缝转换的谐振变换器，解决目前谐振变换器虽能拓展其输出电压范围，但导致整个谐振变换器成本高、体积大的问题。本专利技术的目的采用如下技术方案实现：一种串并联无缝转换的谐振变换器，包括依次电连接的直流电源、开关电路、谐振电路、整流电路以及滤波电路；所述开关电路接受外部控制器控制；所述谐振电路包括谐振模块和变压器模块，所述变压器模块包括N个变压器，所述谐振模块包括N组谐振组，所述开关电路包括N组开关模块，N≥2且N为偶数；所述整流电路包含第一整流模块、第二整流模块和第三整流模块；其中，所述变压器的初级侧同名端经对应所述谐振组连接至对应所述开关模块的一端，所述变压器的初级侧非同名端连接至对应所述开关模块的另一端；若N＝2时，第一个所述变压器的次级侧同名端连接至所述第一整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端与第二个所述变压器的次级侧同名端相连，第二个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第二整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第三整流模块的桥臂中点；或若N＞2且N为偶数时，第一个所述变压器的次级侧同名端连接至所述第一整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端与第二个所述变压器的次级侧同名端相连，相邻所述变压器的次级侧非同名端与次级侧同名端相连，第N个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第二整流模块的桥臂中点，第N/2个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第三整流模块的桥臂中点。基于上述谐振变换器，当N＝2时，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使两个变压器的次级侧在串联或并联模式之间无缝转换，当两个变压器工作在串联模式时，则谐振变换器的输出电压为额定电压；当两个变压器工作在并联模式时，则谐振变换器的输出电压为1/2的额定电压；当N＞2且N为偶数时，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使第一个变压器至第N/2个变压器与第1+(N/2)个变压器至第N个变压器的次级侧在串联或并联模式之间无缝转换，当第一个变压器至第N/2个变压器与第1+(N/2)个变压器至第N个变压器工作在串联模式时，则谐振变换器的输出电压高于额定电压；当第一个变压器至第N/2个变压器与第1+(N/2)个变压器至第N个变压器工作在并联模式时，则谐振变换器的输出电压低于1/2的额定电压；进而不仅能拓展目前谐振变换器的输出电压范围，还可实现连续恒功率电压范围调节，并且减少继电器的数量，降低目前谐振变换器的成本，减小目前谐振变换器的体积，甚至能输出零电压。可选的，若N＝2时，第一个所述变压器的次级侧非同名端与所述第三整流模块的桥臂中点之间设有继电器；或若N＞2且N为偶数时，第N/2个所述变压器的次级侧非同名端与所述第三整流模块的桥臂中点之间设有继电器。基于在谐振变换器内增加继电器，可以实现谐振变换器输出零电压。可选的，所述直流电源包括单个直流电源或多个直流电源或多个正负直流电源。可选的，所述开关模块包括半桥开关模块或全桥开关模块。该半桥开关模块成本低，而全桥开关模块适合更大功率场合。可选的，所述半桥开关模块包括两个开关管；其一所述开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，其一所述开关管的第二端连接对应所述谐振组，其一所述开关管的第二端还连接另一所述开关管的第一端；另一所述开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，另一所述开关管的第二端接地，另一所述开关管的第二端还连接对应所述变压器的初级侧非同名端。可选的，所述半桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管；所述第一开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，所述第四开关管的第二端接地；所述第一电容的一端连接所述第一开关管的第一端，所述第一电容的另一端经所述第二电容连接所述第四开关管的第二端；所述第一二极管的负极连接所述第一开关管的第二端，所述第一二极管的正极连接所述第一电容的另一端，所述第一二极管的正极连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第三开关管的第二端；所述第二开关管的第二端连接对应所述谐振组，所述第一二极管的正极还连接对应所述变压器的初级侧非同名端。可选的，所述全桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，所述第二开关管的第二端接地；所述第三开关管的第一端连接所述第一开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述第二开关管的第二端；所述第一开关管的第二端连接对应所述谐振组，所述第三开关管的第二端连接对应所述变压器的初级侧非同名端。可选的，所述全桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串并联无缝转换的谐振变换器，包括依次电连接的直流电源、开关电路、谐振电路、整流电路以及滤波电路；所述开关电路接受外部控制器控制；其特征在于，所述谐振电路包括谐振模块和变压器模块，所述变压器模块包括N个变压器，所述谐振模块包括N组谐振组，所述开关电路包括N组开关模块，N≥2且N为偶数；所述整流电路包含第一整流模块、第二整流模块和第三整流模块；其中，所述变压器的初级侧同名端经对应所述谐振组连接至对应所述开关模块的一端，所述变压器的初级侧非同名端连接至对应所述开关模块的另一端；若N＝2时，第一个所述变压器的次级侧同名端连接至所述第一整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端与第二个所述变压器的次级侧同名端相连，第二个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第二整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第三整流模块的桥臂中点；或若N＞2且N为偶数时，第一个所述变压器的次级侧同名端连接至所述第一整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端与第二个所述变压器的次级侧同名端相连，相邻所述变压器的次级侧非同名端与次级侧同名端相连，第N个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第二整流模块的桥臂中点，第N/2个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第三整流模块的桥臂中点。...

【技术特征摘要】
1.一种串并联无缝转换的谐振变换器，包括依次电连接的直流电源、开关电路、谐振电路、整流电路以及滤波电路；所述开关电路接受外部控制器控制；其特征在于，所述谐振电路包括谐振模块和变压器模块，所述变压器模块包括N个变压器，所述谐振模块包括N组谐振组，所述开关电路包括N组开关模块，N≥2且N为偶数；所述整流电路包含第一整流模块、第二整流模块和第三整流模块；其中，所述变压器的初级侧同名端经对应所述谐振组连接至对应所述开关模块的一端，所述变压器的初级侧非同名端连接至对应所述开关模块的另一端；若N＝2时，第一个所述变压器的次级侧同名端连接至所述第一整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端与第二个所述变压器的次级侧同名端相连，第二个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第二整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第三整流模块的桥臂中点；或若N＞2且N为偶数时，第一个所述变压器的次级侧同名端连接至所述第一整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端与第二个所述变压器的次级侧同名端相连，相邻所述变压器的次级侧非同名端与次级侧同名端相连，第N个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第二整流模块的桥臂中点，第N/2个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第三整流模块的桥臂中点。2.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，若N＝2时，第一个所述变压器的次级侧非同名端与所述第三整流模块的桥臂中点之间设有继电器；或若N＞2且N为偶数时，第N/2个所述变压器的次级侧非同名端与所述第三整流模块的桥臂中点之间设有继电器。3.根据权利要求1或2所述的谐振变换器，其特征在于，所述直流电源包括单个直流电源或多个直流电源或多个正负直流电源。4.根据权利要求1所述的谐振变换器，其特征在于，所述开关模块包括半桥开关模块或全桥开关模块。5.根据权利要求3所述的谐振变换器，其特征在于，所述开关模块包括半桥开关模块或全桥开关模块。6.根据权利要求4所述的谐振变换器，其特征在于，所述半桥开关模块包括两个开关管；其一所述开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，其一所述开关管的第二端连接对应所述谐振组，其一所述开关管的第二端还连接另一所述开关管的第一端；另一所述开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，另一所述开关管的第二端接地，另一所述开关管的第二端还连接对应所述变压器的初级侧非同名端。7.根据权利要求4所述的谐振变换器，其特征在于，所述半桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管；所述第一开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，所述第四开关管的第二端接地；所述第一电容的一端连接所述第一开关管的第一端，所述第一电容的另一端经所述第二电容连接所述第四开关管的第二端；所述第一二极管的负极连接所述第一开关管的第二端，所述第一二极管的正极连接所述第一电容的另一端，所述第一二极管的正极连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第三开关管的第二端；所述第二开关管的第二端连接对应所述谐振组，所述第一二极管的正极还连接对应所述变压器的初级侧非同名端。8.根据权利要求4所述的谐振变换器，其特征在于，所述全桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，所述第二开关管的第二端接地；所述第三开关管的第一端连接所述第一开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述第二开关管的第二端；所述第一开关管的第二端连接对应所述谐振组，所述第三开关管的第二端连接对应所述变压器的初级侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建山，徐增新，曾瑞龙，岑央群，徐利敏，
申请(专利权)人：杭州中恒电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33