一种具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器制造技术

一种具有部分功率调节功能的两级DC

【技术实现步骤摘要】
一种具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器


[0001]本专利技术涉及变压器领域，具体涉及一种具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器。

技术介绍

[0002]高电平直流电压有广泛的引用，例如光伏系统，医疗和工业x射线和电信设备与行波管。传统的单级转换器，电路结构简单，在较宽的输入电压范围内，不能实现信号接地与电源接地之间的电气隔离和软开关。传统的二级或多级变换器，所有的输入功率要经过第一级和第二级变换器处理，并且总体来看，二级或多级变换器转化效率较低，在第一级变换器上的损耗较大。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种采用部分功率调节，不增加有源或者无源分量的两级直流变换器结构。本专利技术中，具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器包括：
[0004]输入电源；
[0005]初级变换单元；
[0006]中间电容单元；
[0007]谐振变换单元；
[0008]输出整流单元，负载单元；
[0009]所述输入电源与所述初级变换单元相连，所述中间电容单元与所述输入电源、所述初级变换单元、所述输出整流单元相连，所述负载单元连接到所述输出整流单元的输出端。
[0010]优选地，所述具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器的输出电压V0的计算公式为：
[0011][0012][0013][0014]G＝n2(1+f(n1,d))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0015]其中，V
in
为输入电源输入电压，V
m
为中间母线电压，V
t
为初级变换单元的输出电压，V0为所述具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器的输出电压，n2为LCLC谐振变换器的电压变化率，f(n1,d)为初级变换单元的电压变化率，n1为初级变换单元的电压变化率，d
为初级变换单元的占空比，G为所述具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器的电压增益。
[0016]优选地，所述具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器的系统总效率的计算公式为：
[0017][0018][0019][0020][0021]其中，P
t
为初级变换单元输出到下一级的输出功率，P
b
为直接从输入电源传递到下一级的功率，P
in
为整个变换器总的输入功率，η
ACF
为初级变换单元的效率，η
LCLC
为谐振单元的效率。R
tb
是P
t
与P
b
的功率比。
[0022]优选地，所述初级变换单元包括第一电容C
r1
、第一功率开关Q1、第二功率开关Q2、第一变压器及第七功率开关SR，所述第一电容C
r1
第一端与第二功率开关Q2的漏极相连，第二端与第一变压器一次侧的第一端连接，变压器一次侧的第二端与第二功率开关Q2的源极、第一功率开关Q1的漏极连接，第一变压器二次侧的第一端与第七功率开关SR的漏极相连，第一功率开关Q1的源极、第一电容C
r1
的第二端与输入电源连接；
[0023]优选地，所述中间电容单元包括第三电容Ct、第四电容Cb、第五电容C1，第三电容C
t
第一端与第一变压器二次侧的第二端、第五电容C1第一端均相连，第三电容C
t
第二端与第七功率开关SR的源极、第四电容C
b
第一端连接，第四电容C
b
第二端与第一功率开关Q1的源极、第五电容C1第二端连接；
[0024]优选地，所述谐振单元为LCLC谐振变换器，谐振单元包括第三功率开关Q3、第四功率开关Q4、第五功率开关Q5、第六功率开关Q6、第二电容C
r2
、第二变压器，第三功率开关Q3的漏极与第五功率开关Q5的漏极、第三电容Ct第一端相连，第三功率开关Q3的源极与第四功率开关Q4的漏极相连，第五功率开关Q5的源极与第六功率开关Q6的漏极相连，第四功率开关Q4的源极与第六功率开关Q6的源极、第四电容C
b
第二端相连，第二电容C
r2
第一端与第三功率开关Q3的源极连接，第二端与第二变压器一次侧的第一端相连，第二变压器一次侧的第二端与第五功率开关Q5的源极连接；
[0025]优选地，所述输出整流单元包括二极管D1、D2、D3、D4，第二变压器二次侧的第一端与二极管D1的正极、二极管D2的负极均相连，第二变压器二次侧的第二端与二极管D3的正极、二极管D4的负极均相连，二极管D1的负极与二极管D3的负极连接，二极管D2的正极与二极管D4的正极连接，第六电容C0第一端与二极管D3的负极连接，第二端与二极管D4的正极连
接，负载单元连接到二极管D3的负极、二极管D4的正极；
[0026]优选地，所述第一变压器包括第一电感L
r1
、励磁电感L
m1
、初级绕组线圈、次级绕组线圈，所述第一励磁电感L
m1
为第一变压器等效到第一初级绕组的励磁电感，所述第一电容C
r1
第二端与第一电感L
r1
的第一端相连，第一电感L
r1
的第二端与第一励磁电感L
m1
的第一端、第一初级绕组的第一端相连，第一励磁电感L
m1
、初级绕组线圈并联，第二功率开关Q2的源极与励磁电感L
m1
的第二端、第一初级绕组的第二端、第一功率开关Q1的漏极相连，第一次级绕组的第一端与第七功率开关SR的漏极相连；
[0027]优选地，所述第二变压器包括第二电感L
r2
、第六电容C
p
、第二励磁电感L
m2
、第二初级绕组、第二次级绕组，所述第二励磁电感L
m2
为第二变压器等效到第二初级绕组的励磁电感，第二电容C
r2
第二端与第二电感L
r2
的第一端相连，第二电感Lr2的第二端与第六电容C
p
的第一端、第二励磁电感L
m2
的第一端、第二初级绕组的第一端连接，第六电容C
p
、第二励磁电感L
m2
、第二初级绕组与第六电容C
p
并联，第六电容C
p
的第二端、第二励磁电感L
m2
的第二端、第二初级绕组的第二端与第五功率开关Q5的源极连接。
[0028]与传统的两级直流变换器总系统效率在前后两级都有较明显的功率损失不同，本专利技术的改进两级DC-DC变换器，通过部分功率调节的方式，提高了两级直流变换器的效率。部分输入功率由初级变换单元处理，实现输出电压的调节，大部分的输入功率直接通过高频高效的第二级输送给负载，提供了电偶隔离和高升压比。初级变换单元选择ACF电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器，其特征在于，包括：输入电源；初级变换单元；中间电容单元；谐振变换单元；输出整流单元，负载单元；所述输入电源与所述初级变换单元相连，所述中间电容单元与所述输入电源、所述初级变换单元、所述输出整流单元相连，所述负载单元连接到所述输出整流单元的输出端。2.根据权利要求1所述的具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器，其特征在于，所述高功率密度的两级DC-DC变换器的输出电压V0的计算公式为：的计算公式为：的计算公式为：G＝n2(1+f(n1，d))其中，V
in
为输入电源输入电压，V
m
为中间母线电压，V
t
为初级变换单元的输出电压，V0为所述具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器的输出电压，n2为LCLC谐振变换器的电压变化率，f(n1,d)为初级变换单元的电压变化率，n1为初级变换单元的电压变化率，d为初级变换单元的占空比，G为所述具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器的电压增益。3.根据权利要求1所述的具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器，其特征在于，所述高功率密度的两级DC-DC变换器的系统总效率的计算公式为：DC变换器的系统总效率的计算公式为：DC变换器的系统总效率的计算公式为：DC变换器的系统总效率的计算公式为：其中，P
t
为初级变换单元的输出到下一级的输出功率，P
b
为直接从输入电源传递到中间电容单元的功率，P
in
为整个变换器总的输入功率，η
ACF
为初级变换单元的效率，η
LCLC
为谐振单元的效率。RTB是P
t
与P
b
的功率比。
4.根据权利要求1-3任一项所述的具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器，其特征在于，所述初级变换变换单元为ACF电路，包括第一电容C
r1
、第一功率开关Q1、第二功率开关Q2、第一变压器及第七功率开关SR，所述第一电容C
r1
第一端与第二功率开关Q2的漏极相连，第二端与第一变压器一次侧的第一端连接，变压器一次侧的第二端与第二功率开关Q2的源极、第一功率开关Q1的漏极连接，第一变压器二次侧的第一端与第七功率开关SR的漏极相连，第一功率开关Q1的源极、第一电容C
r1
的第二端与输入电源连接。5.根据权利要求4所述的具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器，其特征在于，所述电容单元包括第三电容C
t
、第四电容C
b
、第五电容C1，第三电容C
t
第一端与第一变压器二次侧的第二端、第五电容C1第一端均相连，第三电容C
t
第二端与第七功率开关SR的源极、第四电容C
b
第一端连接，第四电容C
b
第二端与第一功率开关Q1的源极、第五电容C1第二端连接。6.根据权利要求5所述的具有部分功率调节功能的两级DC-DC变换器，其特征在于，所述谐振单元为LCLC谐振变换器，谐振单元包括第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文博，欧阳紫威，张国旗，
申请(专利权)人：深圳第三代半导体研究院，
类型：发明
国别省市：