一种升降压型交错并联变换器制造技术

本发明专利技术提供了一种升降压型交错并联变换器，包括：n个并联连接的大功率半桥单元、一个线性半桥单元和输出滤波电容；线性半桥单元与大功率半桥单元并联连接，用于产生与输出电流纹波反向的高频交流电流，降低输出电流纹波；输出滤波电容的一端连接至线性半桥单元与大功率半桥单元的共同输出端，输出滤波电容的另一端接地。线性半桥单元内两个线性调整管工作在有源区，通过控制调整管压控端电压调节半桥电流，在隔直电容器上产生高频纹波电流，与大功率桥臂总电流的交流分量反向抵消。半桥单元互为并联关系，而后与负载及滤波电容器的并联网络串联。本发明专利技术提供的交错并联拓扑在显著降低负载电流纹波的同时，减少了线性调整管的功耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种升降压型交错并联变换器


[0001]本专利技术属于电力电子变换器
，更具体地，涉及一种升降压型交错并联变换器。

技术介绍

[0002]电力电子变换器相较于线性供电装置具有高的功率密度和效率，顺应小型化轻量化的发展趋势，有助推进碳达峰碳中和。但电力电子变换器实现电能变换基于脉冲宽度等效定理，将连续的能量分成若干能量包发送到负载，势必导致输出电压的波动，限制了其在需要高的供电稳定度场合的推广和应用。
[0003]对于开关电源，提高负载电压稳定度常采用提高开关频率、增大输出滤波电容器容值等方法实现。提高开关频率在一定程度上可以提高输出电压稳定度，但高的开关频率将导致系统效率下降，另外，为提高响应速度及功率密度，常会减小储能元件，如电感的体积，反而会放大纹波。另一方面，增大输出滤波电容器容值也可以降低输出电压纹波，但其会劣化系统响应速度、增大无源器件体积，同时滤波器件寄生参数使得电压纹波不会无限制变小。
[0004]名为《An Extremely Low Ripple High Voltage Power Supply for Pulsed Current Applications》，作者Mostafa Zarghani，出处IEEE Transactions on Power Electronics，2020，35(8):7991
‑
8001.的文献提出一种利用半导体器件线性放大区的串联有源滤波方案，下文简称串联线性法，将器件串联到开关电源的输出侧，但是该半导体器件需要承担全部负载电流，导致其功耗极大，限制在大电流场合的应用。
[0005]申请号为201810411004.7的专利文献公开了一种将线性放大区开关器件并联在负载两侧的吸电流并联型滤波网络，下文简称无源并联线性法，线性调整管无需通流全部负载电流，是低压大电流工况较合理的滤波方式，但其滤波本质是通过调整线性调整管的通流调节外部电压变化，通过线性调整管电流以及线性调整管损耗依然较大。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种升降压型交错并联变换器，旨在解决传统交错并联结构的功耗大的问题。
[0007]本专利技术提供了一种升降压型交错并联变换器，包括：n个并联连接的大功率半桥单元、一个线性半桥单元和输出滤波电容C
out
；线性半桥单元与大功率半桥单元并联连接，用于产生与输出电流纹波反向的高频交流电流，降低输出电流纹波；输出滤波电容C
out
的一端连接至线性半桥单元与大功率半桥单元的共同输出端，输出滤波电容C
out
的另一端接地。
[0008]更进一步地，线性半桥单元包括：第一线性调整管、第二线性调整管和隔直电容；第一线性调整管和第二线性调整管串联组成半桥桥臂并位于直流母线正、负极之间，且半桥桥臂的中点连接隔直电容的输入端，隔直电容的输出端作为线性半桥单元的输出端并与输出滤波电容的输入端连接。
[0009]其中，第一线性调整管和第二线性调整管可以为IGBT。
[0010]更进一步地，大功率半桥单元包括：第一全控开关、第二全控开关和功率电感；第一全控开关和第二全控开关串联组成半桥桥臂并位于直流母线正、负极之间，且半桥桥臂的中点连接所述功率电感的输入端，功率电感的输出端作为大功率半桥单元的输出端并与输出滤波电容的输入端连接。
[0011]其中，大功率半桥单元中的全控开关平均电流之和为功率电感平均电流。
[0012]其中，第一线性调整管和第二性调整管的通流能力远远小于第一全控开关和第二全控开关的通流能力。
[0013]更进一步地，升降压型交错并联变换器还包括控制器及驱动单元；驱动单元用于驱动变换器内各开关管；控制器用于产生驱动单元所需的PWM信号。
[0014]其中，驱动单元用于驱动所述第一全控开关和所述第二全控开关互补导通。
[0015]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于新增了一个线性半桥单元，能够产生与传统交错并联结构输出电流纹波反向的高频交流电流，显著降低拓扑输出电流纹波。且线性半桥单元仅通过与传统交错并联结构输出电流纹波等幅值但反向的高频电流，线性半桥单元功耗远小于传统线性滤波方式，线性调整管体积、成本远优于传统方案。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例提供的升降压型交错并联变换器及其线性滤波电路的原理图；
[0017]图2是本专利技术实施例提供的线性半桥单元产生抵消开关纹波的高频交流电流控制原理图；
[0018]图3是本专利技术实施例提供的四个大功率半桥单元总的输出电流波形图；
[0019]图4是本专利技术实施例提供的大功率半桥单元总输出电流交流纹波、线性半桥单元输出电流及叠加后总的输出电流纹波波形图；
[0020]图5是本专利技术实施例提供的线性半桥单元两个线性调整管的电流波形图；
[0021]图6是本专利技术实施例提供的无源并联线性法负载电流、调整管电压以及电流波形图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]本专利技术在传统交错并联拓扑的基础上新增一个线性半桥单元，产生与传统交错并联结构输出电流纹波反向的高频交流电流，显著降低拓扑输出电流纹波。且线性半桥单元仅通过与传统交错并联结构输出电流纹波等幅值但反向的高频电流，线性半桥单元功耗远小于传统线性滤波方式，线性调整管体积、成本远优于传统方案。
[0024]图1为本专利技术实施例提供的升降压型交错并联变换器及其线性滤波电路原理图。参阅图1，结合图2
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6，对本实施例中的线性滤波方法进行详细说明。
[0025]参阅图1，升降压型交错并联变换器及其线性滤波电路包括n个大功率半桥单元(cell1、cell2
……
celln)、一个线性半桥单元cell(n+1)和输出滤波电容C
out
；大功率半桥单元和线性半桥单元互为并联关系；二者共同的输出端子接输出滤波电容C
out
与负载R
L
；输出滤波电容C
out
与负载R
L
并联连接。
[0026]大功率半桥单元由两个大容量全控开关器件以及一个功率电感构成。两个开关管串联组成半桥桥臂并位于直流母线正负极之间，半桥桥臂中点连接功率电感输入端连接，电感输出端与输出滤波电容及负载的输入端连接。大功率半桥模块为负载提供所需的电流。
[0027]其中，全控开关器件的通流能力至少为I
o
/n，I
o
表示升降压型交错并联变换器总输出电流。
[0028]线性半桥单元由两个小容量线性调整管以及一个隔直电容构成。两个线性调整管串联组成半桥桥臂并位于直流母线正负极之间，半桥桥臂中点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种升降压型交错并联变换器，其特征在于，包括：n个并联连接的大功率半桥单元、一个线性半桥单元和输出滤波电容C
out
；所述线性半桥单元与所述大功率半桥单元并联连接，用于产生与输出电流纹波反向的高频交流电流，降低输出电流纹波；所述输出滤波电容C
out
的一端连接至所述线性半桥单元与所述大功率半桥单元的共同输出端，所述输出滤波电容C
out
的另一端接地。2.如权利要求1所述的升降压型交错并联变换器，其特征在于，所述线性半桥单元包括：第一线性调整管、第二线性调整管和隔直电容；所述第一线性调整管和所述第二线性调整管串联组成半桥桥臂并位于直流母线正、负极之间，且半桥桥臂的中点连接所述隔直电容的输入端，所述隔直电容的输出端作为所述线性半桥单元的输出端并与所述输出滤波电容的输入端连接。3.如权利要求2所述的升降压型交错并联变换器，其特征在于，所述第一线性调整管和所述第二线性调整管为IGBT。4.如权利要求1或2所述的升...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩小涛，姜涛，张绍哲，王正磊，樊俊显，杨春辉，王曾文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：