[实用新型]一种功率转换模块及由该功率转换模块组成的电源系统

说明书

技术领域

本实用新型专利涉及一种功率转换模块及电源系统，特别涉及用于高压输入、模块化应用的场合。

背景技术

在开关电源的应用系统中，高压输入场合，如光伏电源，一般其输入范围宽且输入电压高，高压可达到1500V甚至更高，因此需要提高后一级变换器开关管的额定电压。而高压MOSFET 的通态电阻大，导致导通损耗大，且成本极高；有人说可以采用IGBT作为开关管，IGBT饱和压降虽小，但存在电流拖尾现象，限制了开关频率的提高，不利于减小变压器和滤波器件(电感、电容)的体积，再加上成本因素，明显不是好的选择。

为了解决光伏开关电源的高输入电压问题，有些开关电源厂家就想出了在开关电源内部进行功率器件的串并联，用多个低压功率器件来取代所需要的高压应用场合，但是这样的标准开关电源模块限制了用户的选择，一般的厂家为了减少产品型号的数量，都会做超宽范围的输入，导致产品的成本提高，但是对于客户来说却是冗余设计。也有人想到了组合变换器的设计思路，但是一般都是采用复杂的外部控制电路实现的，系统复杂且应用不够灵活。因此，对于电源模块厂家来说能否用标准电源模块直接组成客户端需要的电源系统是值得考虑的问题。如果可以，则可以大大减少电源生产公司所生产的电源品种，方便用户自行设计其需要的供电系统。

用标准电源模块来搭建电源系统，最基本的方法就是采用输入/输出的串并联组合。拿两个完全相同的电源模块作为例子，通过采用输入/输出的串并联方法，共有下列四种电源系统可以组合得到：

系统1：输入并联，输出并联的系统；

系统2：输入串联，输出并联的系统；

系统3：输入并联，输出串联的系统；

系统4：输入串联，输出串联的系统。

这四种系统中，已得到广泛应用的是第一种系统。典型的产品有大功率通信电源系统，大功率UPS系统等，另外三种系统，应用还不多。

系统2中的每个模块，从冗余性要求出发，最好相互独立，即各自有自己的控制与供电。但各个模块不能按单个标准电源一样，做成输出电压的精密稳压，因为那样的话，各模块在输出端并联后的电流，会由于模块电压的出厂设置值误差，而导致非常大的不均，这也将导致各模块在其输入电压上的极大不均，从而影响模块的可靠性，甚至损坏。所以，一般不能对具有精密稳压的电源模块进行直接的输入串联、输出并联。

在现有常用的拓扑中，正激、反激均从原理上就否决了输入串联输出并联系统的可行性。在常用的拓扑中Royer电路的小信号模型中的输入阻抗为正，较为适合串并联系统中，但是 Royer电路用于高压系统中，开关管的选取较为困难，并不适合高压下的串并联系统中。

开关电源作为其他电子设备的能量转换供给单元，其体积与灵活性也备受关注，比如大功率超薄产品，其高压器件的体积以及变压器的体积严重的影响了整体产品的高度。这里有两种解决方式，一种是利用变压器的串并联形式，将功率分散在几个变压器中，减少变压器的体积，从而达到减少整个开关电源体积的目的；另一种思路就是模块的串并联，通过几个小功率模块的串并联而进行功率拓展。但是目前市面上进行两个模块的输入串联输出并联的结构，都需要在模块外额外的添加均流电路，如此应用的外部控制复杂，对于客户来说有一定的专业限制，一些非电子专业的普通客户无法简单的实现。或者通过一些具有正阻抗特性的拓扑，利用其特有自然均压进行原边串联副边并联。

在申请号为201621402396.3的实用新型专利中提及的串并联结构中，采用的是开环控制的不对称半桥反激变换器开关电源模块进行串并联。

上述专利虽然可以实现两个开关电源模块的简单并联，但是由于负载调整率等原因，整个系统的输出电压范围比输入的电压范围还要大，因此需要添加第二级稳压系统，这对系统的整体效率影响很大。该实用新型专利的电路结构如图1、图2、图3、图4所示，其中图1为两个模块直接输入串联输出并联的结构示意图，图2为两个模块直接输入串联输出并联并添加稳压模块的结构示意图，图3为多个模块直接输入串联输出并联结构示意图，图4为多个模块直接输入串联输出并联并添加稳压模块的结构示意图。