电源转换系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电源转换系统，包括谐振电容C

【技术实现步骤摘要】
电源转换系统


[0001]本专利技术涉及一种电源转换系统。

技术介绍

[0002]现有的降压大电流输出直流电源转换系统应用多采用混合开关电容变换电路，如图1、图2所示。混合开关电容变换电路具有开关损耗小，开关管电流应力小等优势，因此变换器能以较高开关频率(几百千赫兹到几兆赫兹)工作，从而显著减小变换器磁元件的体积，大幅提升变换器的功率密度。
[0003]然而，图1和图2中的两种现有电路存在无法实现灵活电压变比的问题。对于图1的电路，其只能固定输入输出电压变比为4:1，对于图2的电路，其输入输出电压变比最小为6:1，虽然可以通过改变变压器绕组的匝数比，以实现7:1、8:1等更大电压变比。但是实际上，3:1，4:1，5:1等输入输出电压变比对于数据中心及车载应用中的固定电压变比母线变换器更有价值。
[0004]因此，如何发展一种可改善上述现有技术的电源转换系统，实为目前迫切的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种电源转换系统，该电源转换系统可灵活实现X:1直流电压变比，其中X可为大于2的任意整数，同时该电源转换系统具有开关损耗低、导通损耗低等技术优势，适合应用于数据中心、车载中的母线变换器。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种电源转换系统，包括输入正极接口、输入负极接口、输出正极接口、输出负极接口、谐振电容Cr、变压器、并联在输入正极接口、输入负极接口之间的近端功率变换单元和远端功率变换单元，输入正极接口、输入负极接口间设有输入电容；输出正极接口、输出负极接口间设有输出电容；近端功率变换单元包括串联的近端第一功率开关件S1、近端第二功率开关件S2、近端第三功率开关件S3，远端功率变换单元包括串联的远端第一功率开关件Q1、远端第二功率开关件Q2、远端第三功率开关件Q3；
[0007]所述变压器包含一个原边绕组T1和两个副边绕组T
21
、T
22
，两个副边绕组匝数相同，谐振电容C
r
和原边绕组T1串联后一端连接在近端功率变换单元的近端第一功率开关件S1、近端第二功率开关件S2之间，另一端连接在远端功率变换单元远端第一功率开关件Q1、远端第二功率开关件Q2之间；且变压器原边绕组T1的同名端位于远端第一功率开关件Q1和远端第二功率开关件Q2之间；一个变压器副边绕组T
21
的异名端与另一个变压器副边绕组T
22
的同名端相连，且该变压器副边绕组T
21
的同名端连接到近端第二功率开关件S2和近端第三功率开关件S3之间，另一个变压器副边绕组T
22
的异名端连接到远端第二功率开关件Q2和远端第三功率开关件Q3之间；
[0008]两个副边绕组T
21
、T
22
之间的连线上连接输出正极端口，输出负极端口通过接线与输入负极端口相连，输出负极端口与输入负极端口间的接线还连接有接地线。
[0009]作为一种优选的方案，所述近端第一功率开关件S1、远端第二功率开关件Q2、近端第三功率开关件S3，由控制信号一控制同时开通及关断，远端第一功率开关件Q1、近端第二功率开关件S2、远端第三功率开关件Q3由控制信号二控制同时开通及关断，控制信号一和控制信号二错相180度。
[0010]作为一种优选的方案，所述近端第一功率开关件S1、近端第二功率开关件S2、远端第一功率开关件Q1、远端第二功率开关件Q2都为Si MOSFET或GaN HEMT或SiC MOSFET。
[0011]作为一种优选的方案，所述近端第三功率开关件S3、远端第三功率开关件Q3为Si MOSFET或GaN HEMT或SiC MOSFET或二极管。
[0012]作为一种优选的方案，所述原边绕组T1与两个副边绕组T
21
、T
22
绕制在同一磁芯柱上。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]本电源转换系统通过控制功率开关件动作，谐振电容Cr与变压器的谐振电感产生谐振，从而实现所有功率开关件软开关运行，具体而言，功率开关件S1、S2、Q1、Q2可实现零电压开通，因此无开通损耗；关断损耗被大幅降低。功率开关件S3、Q3可以实现零电流开通和零电流关断，无开关损耗。
[0015]由于所有功率开关件工作于以软开关运行，变换器开关频率可以提升到高频段(几百千赫兹到几兆赫兹)，从而可以显著减小磁元件体积，获得更高的功率密度。
[0016]本技术方案可灵活实现X:1直流电压变比，其中X可为大于2的任意整数，使得本技术方案在数据中心48V母线变换器和车载48V母线变换器应用领域具备明显优势。
[0017]本技术方案的变压器绕组耦合方式更简单，显著降低了高频变压器设计难度。且本技术方案的谐振电容无直流电压偏置，因此可以选用能量密度更高的第二类陶瓷电容作为谐振电容，从而进一步提升变换器的功率密度。
附图说明
[0018]图1为现有的一种混合开关电容变换电路；
[0019]图2为现有的另一种混合开关电容变换电路；
[0020]图3为本电源转换系统的电路拓扑示意图；
[0021]图4为本电源转换系统的等效电路示意图；
[0022]图5为本电源转换系统的正半周期等效电路示意图；
[0023]图6为本电源转换系统的负半周期等效电路示意图；
[0024]图7为本电源转换系统的波形图；
[0025]图8为本电源转换系统的实施例2的电路示意图；
[0026]图9为本电源转换系统的实施例3外加电感放置位置的电路示意图；
具体实施方式
[0027]下面结合附图，详细描述本专利技术的具体实施方案。
[0028]如图3所示，一种电源转换系统，包括输入正极接口V
in
+、输入负极接口V
in
‑
、输出正极接口V
o
+、输出负极接口V
o
‑
、谐振电容Cr、变压器、并联在输入正极接口V
in
+、输入负极接口V
in
‑
的近端功率变换单元和远端功率变换单元，输入正极接口V
in
+、输入负极接口V
in
‑
间设有输入电容Cin；输出正极接口V
o
+、输出负极接口V
o
‑
间设有输出电容Co；近端功率变换单元包括串联的近端第一功率开关件S1、近端第二功率开关件S2、近端第三功率开关件S3，远端功率变换单元包括串联的远端第一功率开关件Q1、远端第二功率开关件Q2、远端第三功率开关件Q3；
[0029]所述变压器包含一个原边绕组T1和两个副边绕组T
21
、T
22
，两个副边绕组匝数相同，谐振电容C
r
和原边绕组T1串联后一端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电源转换系统，包括输入正极接口、输入负极接口、输出正极接口、输出负极接口、谐振电容C
r
、变压器、并联在输入正极接口、输入负极接口之间的近端功率变换单元和远端功率变换单元，输入正极接口、输入负极接口间设有输入电容；输出正极接口、输出负极接口间设有输出电容；近端功率变换单元包括串联的近端第一功率开关件S1、近端第二功率开关件S2、近端第三功率开关件S3，远端功率变换单元包括串联的远端第一功率开关件Q1、远端第二功率开关件Q2、远端第三功率开关件Q3，其特征在于：所述变压器包含一个原边绕组T1和两个副边绕组T
21
、T
22
，两个副边绕组匝数相同，谐振电容C
r
和原边绕组T1串联后一端连接在近端功率变换单元的近端第一功率开关件S1、近端第二功率开关件S2之间，另一端连接在远端功率变换单元远端第一功率开关件Q1、远端第二功率开关件Q2之间；且变压器原边绕组T1的同名端位于远端第一功率开关件Q1和远端第二功率开关件Q2之间；一个变压器副边绕组T
21
的异名端与另一个变压器副边绕组T
22
的同名端相连，且该变压器副边绕组T
21
的同名端连接到近端第二功率开关件S2和近端第三功率开关件S3之间，另一个变压器副边绕组T...

【专利技术属性】
技术研发人员：任绪甫，龙腾，胥鹏程，
申请(专利权)人：南京能利芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：