用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，该两级变换器第一级将高压直流降压至400V，并实现对输出电压的调控；第二级将400V的电压进行降压并实现隔离。第一级降压采用不隔离的电路拓扑，简化电路，易于对电压进行集中控制，合理的设计可获得98‑99％的转换效率。第二级采用LLC谐振变换器，可以实现变换器的效率最优化，转换效率可以达到97‑98％，这样就可以实现整机96％‑97％的转换效率；高频变压器一次侧串联/二次侧并联，能使两个高频隔离变压器均分输入功率，实现了高频隔离变压器磁均衡分布，同时能使散热均衡，从而提高变换器的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器
本专利技术属于电力电子
，涉及输入高电压、输出低压/大电流、高频、高功率密度模块电源的相关技术，尤其涉及一种用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器。
技术介绍
高功率密度DC-DC模块电源广泛应用于现代工业和国防等领域，随着现代科技的发展，对模块电源的功率等级、电压等级、效率以及体积与重量等要求不断提高。目前，国内的大功率全砖模块电源产品主要被国外公司垄断，如美国VICOR、SYNQOR以及日本LAMBDA、COSEL等。相比于国外，国内模块电源的研究起步较晚，总体技术水平相对落后，研究形势相当迫切，已引起国内相关行业及研究者的重视。传统的高功率密度模块电源电路拓扑多采用正激、半桥和全桥等变换器结构，但它们无法实现真正的软开关，使得在高频、高压工作条件下损耗严重，因而制约了开关频率及功率密度的进一步提高。近年来，由于LLC谐振变换器既能彻底实现一次侧开关管的零电压开通（ZVS），又能实现二次侧整流管的零电流关断（ZCS），使之开始大量应用于模块电源中。而在宽输入电压范围应用场合，由于单级LLC谐振变换器频率变化范围较大，不利于谐振参数的优化，还增大了磁心体积，降低了效率。因此，通常采用级联结构。而在隔离型LLC谐振变换器中，相较于采用单变压器，多变压器的一次侧串联/二次侧并联方式，能有效减小变压器绕组的磁动势，减小变压器漏感，便于优化谐振参数；同时还可有效分散磁芯发热，提高高频变压器的性能及可靠性。另外一个技术难题是高压器件的选择，常规开关器件(MOSFET)耐压在500～600V，800V甚至更高耐压的器件性能往往比较差，特别是开关特性上比低压器件差很多。如何将低压器件使用在高压环境中是一个很有价值的工作，有一些诸如三电平桥式电路，开关串联技术等能够解决这个问题，但电路往往比较复杂，需要引入一些辅助电路或控制方式；如果采用变换器输入侧直接串联的方式，又会面临空载时或者短路时输入电压平衡的问题。选用新型的半导体功率器件(如SiC)是可以在较高耐压下得到很好的性能，也可以大幅降低器件的损耗，同时可以提高开关频率，减少磁性元件的体积和重量。但是由于新型的半导体功率器件价格和可选型号的问题，将开关电源的所有开关器件都更新换代是不太现实的，如何配置功率电路的结构，充分发挥新型器件和传统器件的作用，将有利于提升开关电源的综合性能。多相交错并联技术由n相结构相同的供电单元相互并联，相邻两个单元相位依次错开1/n个周期，交错并联之后电流纹波被大大减小，输出电流的纹波频率增大为原来的n倍。此频率增加，可大大减小输出滤波电感，同时提高动态响应速度和提高功率密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，包括交错并联BUCK(降压斩波电路)电路、两个高频隔离变压器，所述两个高频隔离变压器的原边串联后接入一个LLC谐振网络，LLC谐振网络的另一端接入一个桥式电路，桥式电路的另一端接入交错并联BUCK(降压斩波电路)电路，所述两个高频隔离变压器的副边连接一个整流电路。进一步地，所述桥式电路为全桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边单绕组，所述整流电路为全桥整流电路，所述整流管为二极管。进一步地，所述桥式电路为全桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边单绕组，所述整流电路为全桥整流电路，所述整流管为MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）。进一步地，所述桥式电路为全桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边双绕组，所述整流电路为全波整流电路，所述整流管为二极管。进一步地，所述桥式电路为全桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边双绕组，所述整流电路为全波整流电路，所述整流管为MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）。进一步地，所述桥式电路为半桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边单绕组，所述整流电路为全桥整流电路，所述整流管为二极管。进一步地，所述桥式电路为半桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边单绕组，所述整流电路为全桥整流电路，所述整流管为MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）。进一步地，所述桥式电路为半桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边双绕组，所述整流电路为全波整流电路，所述整流管为二极管。进一步地，所述桥式电路为半桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边双绕组，所述整流电路为全波整流电路，所述整流管为MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）。本专利技术的有益效果是：用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，第一级将高压直流降压至400V，并实现对输出电压的调控；第二级将400V的电压进行降压并实现隔离，第一级降压电压采用不隔离的电路拓扑，简化电路，易于对电压进行集中控制，并采用SiC开关管和SiC二极管，降低开关器件的损耗，将降压电路的效率做到最优，合理的设计可获得98-99％的转换效率；采用输入交错并联BUCK(降压斩波电路)，能减小输入电流纹波，从而减小BUCK(降压斩波电路)电感的大小，同时能使散热更加均衡。第二级采用LLC谐振变换器，可以实现变换器的效率最优化，转换效率可以达到97-98％，这样就可以实现整机96％-97％的转换效率；高频变压器一次侧串联/二次侧并联，能使两个高频隔离变压器均分输入功率，实现了高频隔离变压器磁均衡分布，同时能使散热均衡，从而提高变换器的可靠性。附图说明图1为本专利技术两级级联变换器的第一种实施方式的电路原理图。图2为本专利技术两级级联变换器的第二种实施方式的电路原理图。图3为本专利技术两级级联变换器的第三种实施方式的电路原理图。图4为本专利技术两级级联变换器的第四种实施方式的电路原理图。图5为本专利技术两级级联变换器驱动信号1-6时序图。图6为本专利技术两级级联变换器驱动信号7-10时序图。具体实施方式如图1所示，作为本专利技术的第一种实施方式，主电路包括前级交错并联BUCK电路单元和后级半桥LLC谐振电路单元：变换器中的前级交错并联BUCK电路由两个储能电感L1、L2、两个开关管S1、S2、两个二极管D1、D2和一个母线电容C1构成，其中：输入Vin正极、开关管S1的漏极、开关管S2的漏极相连，输入Vin负极、二极管D1阳极、二极管D2阳极、母线电容C1的负端和母线Vbus负端相连；BUCK电感L1的第一端、开关管S1的源极、二极管D1阴极相连；BUCK电感L2的第一端、开关管S2的源极、二极管D2阴极相连；BUCK电感L1第二端、BUCK电感L2第二端、母线电容C1的正端和母线Vbus正端相连。变换器中后级半桥LLC谐振电路单元由一个半桥桥式电路HP，一个谐振网络LLC，两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，包括交错并联BUCK电路、一个桥式电路、一个LLC谐振网络、两个高频隔离变压器、两个整流电路，所述两个高频隔离变压器的原边串联后接入一个 LLC 谐振网络，LLC 谐振网络的另一端接入一个桥式电路，桥式电路的另一端接入交错并联BUCK( 降压斩波电路 )，所述两个高频隔离变压器的副边连接两个整流电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，包括交错并联BUCK电路、一个桥式电路、一个LLC谐振网络、两个高频隔离变压器、两个整流电路，所述两个高频隔离变压器的原边串联后接入一个LLC谐振网络，LLC谐振网络的另一端接入一个桥式电路，桥式电路的另一端接入交错并联BUCK(降压斩波电路)，所述两个高频隔离变压器的副边连接两个整流电路。


2.根据权利要求1所述的用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，其特征在于，所述桥式电路为全桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边单绕组，所述整流电路为全桥整流电路，所述整流管为二极管。


3.根据权利要求1所述的用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，其特征在于，所述桥式电路为全桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边单绕组，所述整流电路为全桥整流电路，所述整流管为MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）。


4.根据权利要求1所述的用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，其特征在于，所述桥式电路为全桥桥式电路，所述高频变压器的原边单绕组且变压器副边双绕组，所述整流电路为全波整流电路，所述整流管为二极管。


5.根据权利要求1所述的用于超薄高功率密度模块电源的输入级降压两级变换器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高龙，陈龙，王雪飞，
申请(专利权)人：合肥容杰电子技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34