三电平整流DC/DC变换器制造技术

本案提供一种三电平整流DC/DC变换器，包含原边电路、谐振腔电路及副边电路。谐振腔电路的两原边端之间的电压为第一电压，两副边端之间的电压为第二电压。副边电路包含开关桥臂及电容桥臂。开关桥臂包含串联的四个开关。第一及第二开关之间的节点连接于第一副边端，第三及第四开关之间的节点连接于第二副边端。第二及第三开关之间的节点连接于电容桥臂的两输出电容之间。在第一电压的连续两个变化周期中，第一及第四开关至少分别在两个下降沿后的预设时长内处于导通状态，第二及第三开关至少分别在两个上升沿后的预设时长内处于导通状态。态。态。

【技术实现步骤摘要】
三电平整流DC/DC变换器


[0001]本案关于DC/DC变换器，尤指一种三电平整流DC/DC变换器。

技术介绍

[0002]低压/DC/DC变换器、双向OBC(on
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board charger，车载充电器)及牵引逆变器为电动车的三个主要功率变换单元，其中OBC作为AC与DC之间的能量转换单元而为动力电池进行能量补给，在电动车的配置中不可或缺。近年来，随着电动车的续航能力不断提升，电池电压正由传统的400V向800V转变，且OBC由传统的单相充电逐渐过渡至三相充电，故AC至DC的整流电压将达到800V。由此看来，DC/DC变换器的原边及副边均会涉及到800V的应用。
[0003]在无法使用传统的耐压650V的器件的情况下，需采用耐压1200V的SiC器件，然其成本较高，且随之造成的高dv/dt亦将引发有关EMI(electromagnetic interference，电磁干扰)问题。另外，宽禁带半导体器件GaN作为未来功率器件的发展趋势，由于其耐压有限，很难在800V等高电压工作场景进行直接应用，采用多电平技术可以打破该限制，从而拓展实际产品的开发应用。
[0004]此外，对于实际工程中有关宽输出电压范围的应用，为了满足高效率及高输出电压增益的需求，通常多采用基于双主动桥式电路(dual active bridge，DAB)的定频PWM(pulse width modulation，脉冲宽度调制)控制和基于LLC电路的谐振型软开关变频控制。
[0005]针对双主动桥式电路，通常采用多重相移技术来实现宽输出范围情况下的开关ZVS(zero
‑
voltage switching)动作，然其控制相对复杂，且由于关断电流较大，易造成较高的关断应力及EMI问题。
[0006]而针对LLC电路，通常采用变频控制，使得所有开关均可实现ZVS动作，且其控制实现方法相对简单。然而，LLC电路难以满足实际应用中的双向工作需求。
[0007]因此，如何发展一种可改善上述已知技术的三电平整流DC/DC变换器，实为目前迫切的需求。

技术实现思路

[0008]本案的目的在于提供一种三电平整流DC/DC变换器，其在具备谐振型电路特点的同时亦可满足双向工作的需求。此外，其具有副边短路储能特性，可借此实现高电压增益输出。
[0009]为达上述目的，本案提供一种三电平整流DC/DC变换器，包含原边电路、谐振腔电路及副边电路。原边电路接收输入电压，且包含多个原边开关。谐振腔电路包含谐振电感、谐振电容及变压器。谐振腔电路的第一原边端及第二原边端电连接于原边电路，变压器的原边绕组电连接于第一原边端与第二原边端之间，变压器的副边绕组电连接于谐振腔电路的第一副边端与第二副边端之间。第一原边端与第二原边端之间的电压为第一电压，第一副边端与第二副边端之间的电压为第二电压。副边电路包含开关桥臂及电容桥臂。开关桥臂包含依序串联连接的第一副边开关、第二副边开关、第三副边开关及第四副边开关。第一
副边开关与第二副边开关之间的节点连接于第一副边端，第三副边开关与第四副边开关之间的节点连接于第二副边端。电容桥臂包含串联连接的第一输出电容及第二输出电容，第一输出电容与第二输出电容之间的节点连接于第二副边开关与第三副边开关之间的节点。电容桥臂的两端分别连接于开关桥臂的两端，且电容桥臂的该两端之间的电压为输出电压。第一副边开关、第二副边开关、第三副边开关及第四副边开关具有相同的开关频率。第一电压的连续两个变化周期中共具有两个上升沿及两个下降沿，第一副边开关及第四副边开关至少分别在两个下降沿后的预设时长内处于导通状态，第二副边开关及第三副边开关至少分别在两个上升沿后的预设时长内处于导通状态。
附图说明
[0010]图1为本案较佳实施例的三电平整流DC/DC变换器的电路架构示意图；
[0011]图2示出了图1的三电平整流DC/DC变换器的等效电路；
[0012]图3A为图1的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序控制时的关键波形示意图；
[0013]图3B为图1的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用负序控制时的关键波形示意图；
[0014]图4A至4L示出了图1的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序控制时的一个周期内的工作状态；
[0015]图5A示出了图1的三电平整流DC/DC变换器在其原边第一电压为高电平且其副边开关正向导通期间的等效电路；
[0016]图5B示出了图1的三电平整流DC/DC变换器在其原边第一电压为低电平且其副边开关正向导通期间的等效电路；
[0017]图6A为图1的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序控制及部分同步整流时的关键波形示意图；
[0018]图6B为图1的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用负序控制及部分同步整流时的关键波形示意图；
[0019]图7A为图1的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序控制及完全同步整流时的关键波形示意图；
[0020]图7B为图1的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用负序控制及完全同步整流时的关键波形示意图；
[0021]图8A为针对图1的三电平整流DC/DC变换器采用变频控制时的控制框图；
[0022]图8B为针对图1的三电平整流DC/DC变换器采用定频控制时的控制框图；
[0023]图9例示出了图1的谐振腔电路的一种具体实施态样；
[0024]图10例示出了图1的原边电路的一种具体实施态样；
[0025]图11A及图11B分别为图10的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序及负序控制时的关键波形示意图；
[0026]图12A为图10的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序控制及部分同步整流时的关键波形示意图；
[0027]图12B为图10的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用负序控制及部分同步
整流时的关键波形示意图；
[0028]图13A为图10的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序控制及完全同步整流时的关键波形示意图；
[0029]图13B为图10的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用负序控制及完全同步整流时的关键波形示意图；
[0030]图14例示出了图1的原边电路的另一种具体实施态样；
[0031]图15A及图15B分别为图14的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序及负序控制时的关键波形示意图；
[0032]图16A为图14的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序控制及部分同步整流时的关键波形示意图；
[0033]图16B为图14的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用负序控制及部分同步整流时的关键波形示意图；
[0034]图17A为图14的三电平整流DC/DC变换器在其副边开关采用正序控制及完全同步整流时的关键本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，包含：一原边电路，接收一输入电压，且包含多个原边开关；一谐振腔电路，包含谐振电感、谐振电容及一变压器，其中该谐振腔电路的第一原边端及第二原边端电连接于该原边电路，该变压器的原边绕组电连接于该第一原边端与该第二原边端之间，该变压器的副边绕组电连接于该谐振腔电路的第一副边端与第二副边端之间，且该第一原边端与该第二原边端之间的电压为第一电压，该第一副边端与该第二副边端之间的电压为第二电压；以及一副边电路，包含开关桥臂及电容桥臂，其中该开关桥臂包含依序串联连接的第一副边开关、第二副边开关、第三副边开关及第四副边开关，该第一副边开关与该第二副边开关之间的节点连接于该第一副边端，该第三副边开关与该第四副边开关之间的节点连接于该第二副边端；该电容桥臂包含串联连接的第一输出电容及第二输出电容，该第一输出电容与该第二输出电容之间的节点连接于该第二副边开关与该第三副边开关之间的节点，该电容桥臂的两端分别连接于该开关桥臂的两端，且该电容桥臂的该两端之间的电压为输出电压，其中，该第一副边开关、该第二副边开关、该第三副边开关及该第四副边开关具有相同的开关频率，该第一电压的连续两个变化周期中共具有两个上升沿及两个下降沿，该第一副边开关及该第四副边开关至少分别在该两个下降沿后的一预设时长内处于导通状态，该第二副边开关及该第三副边开关至少分别在该两个上升沿后的该预设时长内处于导通状态。2.如权利要求1所述的三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，在该第一电压的该连续两个变化周期中，依序出现第一上升沿、第一下降沿、第二上升沿及第二下降沿，该第一副边开关及该第四副边开关分别至少在该第一下降沿及该第二下降沿后的该预设时长内处于导通状态，该第二副边开关及该第三副边开关分别至少在该第一上升沿及该第二上升沿后的该预设时长内处于导通状态。3.如权利要求2所述的三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，该第二副边开关、该第一副边开关、该第三副边开关及该第四副边开关的相位依序相差90度。4.如权利要求2所述的三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，该第一副边开关、该第二副边开关、该第三副边开关及该第四副边开关的该开关频率等于该第一电压的频率的一半。5.如权利要求1所述的三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，在该第一电压的该连续两个变化周期中，依序出现第一上升沿、第一下降沿、第二上升沿及第二下降沿，该第一副边开关及该第四副边开关分别至少在该第二下降沿及该第一下降沿后的该预设时长内处于导通状态，该第二副边开关及该第三副边开关分别至少在该第一上升沿及该第二上升沿后的该预设时长内处于导通状态。6.如权利要求5所述的三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，该第四副边开关、该第三副边开关、该第一副边开关及该第二副边开关的相位依序相差90度。7.如权利要求5所述的三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，该第一副边开关、该第二副边开关、该第三副边开关及该第四副边开关的该开关频率为该第一电压的频率的一半。8.如权利要求1所述的三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，该第一副边开关、该第二
副边开关、该第三副边开关及该第四副边开关还分别在该第一副边开关、该第二副边开关、该第三副边开关及该第四副边开关处于电流反向流通期间的部分时间段处于导通状态。9.如权利要求8所述的三电平整流DC/DC变换器，其特征在于，该第一副边开关、该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾民立，孙浩，张弛，章进法，包彼得，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：