一种适用于低压大电流场景的变换电路制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于低压大电流场景的变换电路，属于电力电子变换器技术领域。所述变换电路拓扑包含输入滤波单元、开关单元、谐振单元、A相变压器及其整流单元、B相变压器及其整流单元、自耦变压器及其整流单元、输出滤波单元构成。变换电路利用多种变压器的组合来合理分配每个变压器处理的功率，大大减少了单个变压器的压力，同时变压器原边有一定的功率是直接通过自耦变压器传输到负载，能够有效提高变换器效率。该发明专利技术提供的变换电路在非隔离、高变比、大电流、高效率的场景使用。高效率的场景使用。高效率的场景使用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于低压大电流场景的变换电路


[0001]本专利技术是一种适用于低压大电流场景的变换电路，属于电力电子变换器领域。

技术介绍

[0002]在当今碳中和的背景下，追求高效绿色的发展理念，节能环保是的发展战略要求。然而，随着信息化时代的到来，大型数据中心在金融、通信、石化重要的国家，政府领域使用越来越多，数据中心的数量井喷式增长，其能耗越来越高。2020年中国数据中心能耗总量为939亿千瓦时，碳排放量为6464万吨。预计到2030年，中国数据中心能耗总量将达到3800亿千瓦时左右，碳排放增长率将超过300％。巨大的能增长速度不禁与绿色发展理念相违背。所以，寻求一种更高效、低能耗的供电模式是有必要的。对于数据中心使用的传统交流UPS位于机架外部，UPS供电时内部会经过AC/DC整流，DC/AC逆变的双变换，传输到服务器后还会有AC/DC、DC/DC的变换，且其内部直流配电母线电压为12V。可以看出UPS输入到末端设备负载变换次数多，每次变换都有能量损耗，且其配电母线电压低，配电母线电流大，母线上损耗大。同时随着数据中心规模不断扩大，其能耗也会不断增多，降低了系统供电效率。因此，提出新型的电能传输架构。其中，机架内部直流母线配电电压为48V，用直流UPS替代传统交流UPS，安装于机架内部直接与48V直流配电母线连接。这样去掉了DC/AC逆变环节以及传输到服务器后的AC/DC整流环节，减少了变换次数，由于电能转换产生的损耗有所降低。同时配电母线电压的提高会降低配电母线上的电流，这样配电母线上的损耗有所降低，电源的效率得以提升。此外，直流UPS直接与配电母线相连，进一步提高了供电的稳定性。
[0003]在直流母线与主机模块之间还会存在电压调节模组，其主要作用为通过对主机上直流到直流转换电路的控制来为处理器模块提供稳定的工作电压。为了使电能利用率得到提高，要求电压调节模块的损耗低，具有极高的效率要求。然而与传统12V母线相比，经过48V母线的电压调节模组具有更大的变比，对于调节模组另外一侧的模块而言，其电压波动范围更大，稳定性更差。然而，要想使损耗更低，可以选择更大的电压变比，而更大的电压变比意味着更加的不稳定。所以电能利用效率与副边电压稳定性之间存在着相对冲突的关系。
[0004]一般而言，48V调压模块通常是采用两级级连结构，第一级变压，第二级调压或稳压。相对于单级式直接将电压调整到所需电压值，两级调压的实现更为容易。
[0005]为了满足高效率高功率密度的要求，同时也要满足低成本等现实条件，LLC谐振变换电流成为备受青睐的选择。相较于其他DC
‑
DC变换器，LLC谐振变换器能够在全负载范围内是实现原边开关管零电压开通以及副边整流管的零电流关断，进一步减小开关损耗，具有结构简单、效率高、易于磁集成等优点。LLC谐振变换器中LLC电路实现电路软开关，而能量传输主要通过变压器实现。变换电路可以分为隔离型与非隔离型，非隔离型电路会将一部分原边电流输送至副边，同时还重复利用了变压器的闲置副边用于变换器的激励线圈，减少了原边绕组的匝数与电阻。但是，非隔离型LLC在需要转换比较大时，额外传输的部分功率会占比相对较小，效率趋近于普通LLC转换电流。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于解决上述LLC变换电路在大变比下效率不高的问题，提供了一种适用于低压大电流情况下的变换电路。
[0007]本文提供了一种适用于低压大电流情况下的变换电路，用于对输入电压进行降压处理。所述一种适用于低压大电流场景的变换电路有输入端口和输出端口，其中所述输入端口包含输入端第一端(V
in+
)、输入端第二端(V
in
‑
)；所述输出端口包含输出端第一端(V
o+
)、输出端第二端(V
o
‑
)；所述一种适用于低压大电流场景的变换电路包含输入滤波单元(01)、开关单元(02)、谐振单元(03)、A相变压器及其整流单元(04)、B相变压器及其整流单元(05)、自耦变压器及其整流单元(06)、输出滤波单元(07)。
[0008]所述输入滤波单元(01)包含1个输入滤波电容；所述开关单元(02)包含2个开关管；所述谐振单元(03)包含1个谐振电容、2个谐振电感；所述A相变压器及其整流单元(04)包含1个变压器、2个开关管；所述B相变压器及其整流单元(05)包含1个变压器、2个开关管；所述自耦变压器及其整流单元(06)包含2个自耦变压器、3个开关管；所述输出滤波单元(07)包含1个输出滤波电容。
[0009]所述输入滤波单元(01)包含与所述输入端第一端(V
in+
)相连的输入滤波电容(C
in
)，所述输入滤波电容(C
in
)的另一端与所述输入端第二端(V
in
‑
)相连。
[0010]所述开关单元(02)包含开关管(P1)、开关管(P2)，所述开关管(P1)的一端与所述输入端第一端(V
in+
)相连，所述开关管(P1)的另一端与所述开关管(P2)的一端相连形成结点(J1)。
[0011]所述谐振单元(03)包含谐振电容(C
r
)、谐振电感(L
ra
)、谐振电感(L
rb
)，所述谐振电容(C
r
)的一端与所述结点(J1)相连，所述谐振电容(C
r
)的另一端与所述谐振电感(L
ra
)的一端相连形成结点(J2)，所述谐振电感(L
rb
)的一端与所述结点(J2)相连。
[0012]所述A相变压器及其整流单元(04)包含A相变压器(T
a
)、开关管(SR
a1
)、开关管(SR
a2
)，所述A相变压器(T
a
)包含A相变压器第一绕组(T
a1
)、A相变压器第二绕组(T
a2
)、A相变压器第三绕组(T
a3
)，所述A相变压器第一绕组(T
a1
)的一端与所述谐振电感(L
ra
)的另一端相连，所述A相变压器第二绕组(T
a2
)的一端与所述开关管(SR
a1
)的一端相连，所述A相变压器第二绕组(T
a2
)的另一端与所述输出端第一端(V
o+
)相连，所述开关管(SR
a1
)的另一端与所述输出端第二端(V
o
‑
)相连，所述A相变压器第三绕组(T
a3
)的一端与所述输出端第一端(V
o+
)相连，所述A相变压器第三绕组(T
a3
)的另一端与所述开关管(SR
a2
)的一端相连，所述开关管(SR
a2
)的另一端与所述输出端第二端(V
o
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于低压大电流场景的变换电路，其特征在于：所述一种适用于低压大电流场景的变换电路有输入端口和输出端口，其中所述输入端口包含输入端第一端(V
in+
)、输入端第二端(V
in
‑
)；所述输出端口包含输出端第一端(V
o+
)、输出端第二端(V
o
‑
)；所述一种适用于低压大电流场景的变换电路包含输入滤波单元(01)、开关单元(02)、谐振单元(03)、A相变压器及其整流单元(04)、B相变压器及其整流单元(05)、自耦变压器及其整流单元(06)、输出滤波单元(07)；所述输入滤波单元(01)包含1个输入滤波电容；所述开关单元(02)包含2个开关管；所述谐振单元(03)包含1个谐振电容、2个谐振电感；所述A相变压器及其整流单元(04)包含1个变压器、2个开关管；所述B相变压器及其整流单元(05)包含1个变压器、2个开关管；所述自耦变压器及其整流单元(06)包含2个自耦变压器、3个开关管；所述输出滤波单元(07)包含1个输出滤波电容。2.根据权利要求1所述的一种适用于低压大电流场景的变换电路，其中，所述输入滤波单元(01)包含与所述输入端第一端(V
in+
)相连的输入滤波电容(C
in
)，所述输入滤波电容(C
in
)的另一端与所述输入端第二端(V
in
‑
)相连；所述开关单元(02)包含开关管(P1)、开关管(P2)，所述开关管(P1)的一端与所述输入端第一端(V
in+
)相连，所述开关管(P1)的另一端与所述开关管(P2)的一端相连形成结点(J1)；所述谐振单元(03)包含谐振电容(C
r
)、谐振电感(L
ra
)、谐振电感(L
rb
)，所述谐振电容(C
r
)的一端与所述结点(J1)相连，所述谐振电容(C
r
)的另一端与所述谐振电感(L
ra
)的一端相连形成结点(J2)，所述谐振电感(L
rb
)的一端与所述结点(J2)相连；所述A相变压器及其整流单元(04)包含A相变压器(T
a
)、开关管(SR
a1
)、开关管(SR
a2
)，所述A相变压器(T
a
)包含A相变压器第一绕组(T
a1
)、A相变压器第二绕组(T
a2
)、A相变压器第三绕组(T
a3
)，所述A相变压器第一绕组(T
a1
)的一端与所述谐振电感(L
ra
)的另一端相连，所述A相变压器第二绕组(T
a2
)的一端与所述开关管(SR
a1
)的一端相连，所述A相变压器第二绕组(T
a2
)的另一端与所述输出端第一端(V
o+
)相连，所述开关管(SR
a1
)的另一端与所述输出端第二端(V
o
‑
)相连，所述A相变压器第三绕组(T
a3
)的一端与所述输出端第一端(V
o+
)相连，所述A相变压器第三绕组(T
a3
)的另一端与所述开关管(SR
a2
)的一端相连，所述开关管(SR
a2
)的另一端与所述输出端第二端(V
o
‑
)相连；所述B相变压器及其整流单元(05)包含B相变压器(T
b
)、开关管(SR
b1
)、开关管(SR
b2
)，所述B相变压器(T
b
)包含B相变压器第一绕组(T
b1
)、B相变压器第二绕组(T
b2
)、B相变压器第三绕组(T
b3
)，所述B相变压器第一绕组(T
b1
)的一端与所述谐振电感(L
rb
)的另一端相连，所述B相变压器第二绕组(T
b2
)的一端与所述开关管(SR
b1
)的一端相连，所述B相变压器第二绕组(T
b2
)的另一端与所述输出端第一端(V
o+
)相连，所述开关管(SR
b1
)的另一端与所述输出端第二端(V
o
‑
)相连，所述B相变压器第三绕组(T
b3
)的一端与所述输出端第一端(V
o+
)相连，所述B相变压器第三绕组(T
b3
)的另一端与所述开关管(SR
b2
)的一端相连，所述开关管(SR
b2
)的另一端与所述输出端第二端(V
o
‑
)相连；所述自耦变压器及其整流单元(06)包含A相自耦变压器(AT
a
)、B相自耦变压器(AT
b
)、开关管(S
a
)、开关管(S
b
)、开关管(S)，所述A相自耦变压器(AT
a
)包含A相自耦变压器第一绕组(AT
a1
)、A相自耦变压器第二绕组(AT
a2
)，所述B相自...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽伟，张瑜，吴红飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：