[实用新型]一种串联型半桥DC-DC变换器

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种串联型半桥DC-DC(直流-直流)变换器。

背景技术

近年来，各种电源设备已经被广泛的应用于通讯、照明、军工等行业。为了规范电源设备的用电质量，一些世界性的学术组织和国家开始制定并实施了一系列电源设备的标准。限制电源设备对交流电网的谐波污染是重要的标准之一，如IEC555-2、IEEE519等。为了满足谐波标准，行业内通常使用多级级联型高频变换器，并在第一级整流设备中使用功率因素校正技术(Power Factor Correction，PFC)。

在三相电力系统中使用多级级联型高频变换器时，第一级三相PFC整流变换器的输出母线电压一般为600-800V，甚至某些场合会高达1000V。这使得后级变换器中开关器件的电压应力大大增加。

现有的应用于三相PFC后级的DC-DC变换器一般采用由高压器件组成的传统桥式结构或由低压器件组成的三电平结构。其中由IGBT或高压MOSFET等高压器件组成的传统桥式结构，如图1所示；虽然控制方便、技术成熟，但是由于高压器件开关频率低、导通电阻大，致使变换器无法满足高效高性能的需求，同时高压器件成本比较高。

而由低压功率器件组成的三电平结构，如图2所示；可以使得每个功率器件承受的电压降为母线电压的二分之一；同时，三电平结构中的开关器件工作频率较高，有利于提高变换器功率密度、减小变换器的体积；另外，三电平结构还具有较小的电压变换应力、器件开关损耗低等优点。

因此三电平结构已经开始取代由高压器件组成的传统桥式结构，被应用于高输入电压场合的DC-DC变换器中。但是，由低压功率器件组成的三电平结构中，开关器件的数量多，同时三电平结构中两个母线电容串联后接入直流母线电压，在使用过程中需要增加额外的硬件电路或控制方法来实现直流母线电容的电压均衡。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本实用新型提供了一种串联型半桥DC-DC变换器，能够自动实现直流母线电容的电压均衡，且开关器件应力低，系统稳定性高。

一种串联型半桥DC-DC变换器，包括变压器、与变压器原边绕组相连的原边电路、与变压器副边绕组相连的副边电路；

所述的原边电路包括一个直流电源、一个原边电感、两个母线电容、两条隔直电容支路和四个功率开关管；其中：原边电感与变压器原边绕组串联构成原边支路；直流电源的正极与第一母线电容的一端和第一功率开关管的漏极相连，负极与第二母线电容的一端和第四功率开关管的源极相连；第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极和第一隔直电容支路的一端相连；第四功率开关管的漏极与第三功率开关管的源极和第二隔直电容支路的一端相连；第一母线电容的另一端与第二母线电容的另一端、第二功率开关管的源极、第三功率开关管的漏极和原边支路的一端相连；原边支路的另一端与第一隔直电容支路的另一端和第二隔直电容支路的另一端相连；

所述的功率开关管为带有反并二极管的功率开关管；所述的功率开关管的栅极接收外部设备提供的开关信号。

第一功率开关管与第三功率开关管接收的开关信号相同，第一功率开关管与第二功率开关管接收的开关信号互补，第三功率开关管与第四功率开关管接收的开关信号互补。

所述的四个功率开关管的开关控制方式采用不对称半桥控制方式、移相控制方式或谐振控制方式。

不对称半桥控制方式：所有功率开关管的开关信号的频率相同且固定；第一、第三功率开关管的开关信号相同且占空比为0～50％，第一、第二功率开关管的开关信号互补，第三、第四功率开关管的开关信号互补；通过调节开关信号的占空比来调节输出电压。

谐振控制方式：所有功率开关管的开关信号的频率相同且可调；第一、第三功率开关管的开关信号相同且占空比固定为50％，第一、第二功率开关管的开关信号互补，第三、第四功率开关管的开关信号互补；通过调节开关信号的频率来调节输出电压。

移相控制方式：副边电路为由功率开关管所构成的可控整流电路，原边电路中所有功率开关管的开关信号的频率相同且固定；第一、第三功率开关管的开关信号相同且占空比固定为50％，第一、第二功率开关管的开关信号互补，第三、第四功率开关管的开关信号互补；副边电路中所有功率开关管的开关信号的频率相同且固定；通过调节副边电路中功率开关管开关信号的占空比及调节原副两边开关信号的相位差来调节输出电压。

所述的功率开关管为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或MOS管。