[发明专利]用于高压大功率的高频隔离软开关DC-DC变换器及调制方法

说明书

一种用于高压大功率的高频隔离软开关DC‑DC变换器及调制方法，其为带辅助开关的半周期PWM调制型串联谐振变换器，包括输入母线电容、输入全桥逆变电路、LC串联谐振电路、高频变压器、输出全桥整流电路和输出母线电容，以上部分均与传统SRC谐振变换器相同。还包括开关管Q1支路部分称为辅助开关，为优化之后添加的谐振网络，可直接快速从电源获取能量注入谐振电感，以实现更高的电压增益。

技术领域

本发明涉及DC-DC变换器领域，特别涉及用于高压大功率隔离型基于辅助开关的半周期PWM调制型串联谐振变换器(SH-SRC)及其调制方法。

背景技术

谐振型DC-DC变换器可实现开关器件软开关运行，具有高效率、低损耗、电磁兼容性能好等优点，成为不同直流母线之间实现电气隔离的优选拓扑。

谐振型DC-DC变换器类型众多，其中开环控制的串联谐振变换器(SRC)因结构简单、控制方便等特性而得到广泛应用。然而，在实际应用中，由于谐振电感、变压器和谐振电容都具有一定的容差，同时谐振电感磁芯的磁滞曲线非线性， SRC的实际工作频率与理论计算频率有一定的偏差，谐振点很难精准锁定。由此，会导致当负载大幅度变化时，SRC变换器的电压增益随之变化，造成次级母线电压的波动。传统的LLC谐振变换器由于励磁电感的存在，可以通过令谐振腔工作于LLC模式下而实现升压。但是对于高压大功率场合，LLC变换器则较难应用。大功率场合下，50kW功率等级以上磁性元件的工作频率范围受到工艺限制，其最优工作状态工作频率范围一般为20kHz-50kHz，为避免谐振电容两端电压过高，往往需要增大谐振电容的容值。如此，在谐振频率一定时，谐振电容值较大，则需要降低谐振电感的感值，但在700V-800V初级母线电压等级下，励磁电感的取值较大，以限制励磁电流的幅值，如此，则励磁电感和谐振电感的比值就会很大，导致LLC无法得到较好的电压增益-频率特性。

因此，对传统的SRC变换器和LLC变换器进行拓扑和控制方式的优化，以提高电压增益非常重要。

发明内容

本发明提出了一种高频隔离软开关DC-DC变换器拓扑结构和一种与之相适应的调制方法。本拓扑及其调制方法解决了由于元器件容差、温漂及负载大幅度变化导致的输出母线电压跌落，而传统SRC变换器无法升压的问题。该拓扑灵活可控，应用简单，极大拓展了传统SRC的适用范围。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

用于高压大功率的高频隔离软开关DC-DC变换器，为带辅助开关的半周期 PWM调制型串联谐振变换器(SH-SRC)；

所述的带辅助开关的半周期PWM调制型串联谐振变换器，包括输入母线电容、输入全桥逆变电路、LC串联谐振电路、辅助开关、高频变压器、输出全桥整流电路和输出母线电容；所述的辅助开关包括二极管和开关管，所述二极管的负极与开关管的D极(D代指MOSFET器件的漏极和IGBT等器件的集电极)连接，所述二极管的正极连接于LC串联谐振电路的电感电容之间，所述开关管的S极(S 代指MOSFET器件的源极和IGBT等器件的发射极)连接输入母线的负极；

进一步，所述输入全桥逆变电路，为包括4个开关管S1、S2、S3、S4的H 全桥电路，开关管S1D极与S3D极相连，S1S极与S2D极相连，S3S极与 S4D极相连，S4S极与S2S极相连；所述LC串联谐振电路输入端连接于开关管S1、S2之间，输出端连接所述高频变压器一次绕组后连接于开关管S3、S4 之间；所述的辅助开关的二极管连接于LC串联谐振电路的电感电容之间，所述的辅助开关的开关管的S极连接于开关管S4S极；所述输入母线电容与所述输入全桥逆变电路的输入端并联。

进一步，所述输出全桥整流电路，为包括4个开关管S5、S6、S7、S8的H 全桥电路，所述开关管S5D极与S7D极连接，S5S极与S6D极连接，S6S 极与S8S极连接，S8D极与S7S极连接，所述高频变压器二次绕组一端连接于S5、S6之间，另一端连接于S7、S8之间，所述输出母线电容与所述输出全桥整流电路的输出端并联。