[发明专利]一种基于移相控制的串联型谐振软开关高压直流-直流变换器

说明书

本发明属于软开关直流变换器技术领域，尤其为一种基于移相控制的串联型谐振软开关高压直流‑直流变换器，包括基本串联谐振软开关单元、高频整流单元和移相控制单元，基本串联谐振软开关单元包括高频隔离变压器T，各基本串联谐振软开关单元输入端采用串联方式连接，基本串联谐振软开关单元采用电感、电容串联方式驱动高频隔离变压器T。本发明可提高直流‑直流变换器的输入电压等级和输出电压的脉动频率、减小输出电压的脉动幅度，进而减小整流输出侧直流电压纹波以及直流滤波电容容量，有利于减小直流‑直流变换器的体积、提高其电压等级和功率容量，同时相比传统直流‑直流变换器，省却了直流输出侧电解电容。

技术领域

本发明涉及软开关直流变换器技术领域，具体为一种基于移相控制的串联型谐振软开关高压直流-直流变换器。

背景技术

电力电子技术广泛应用于工业、交通、医疗、IT、通信、国防以及日常生活中，基于电力电子技术的电力电子装置也得到了高速发展，电力电子装置主要分为直流电源、无功电源、传动装置。直流电源作为电力电子装置的重要分支之一，广泛应用于国民生产各个领域，目前高效、大功率的直流电源系统主要由基于电力电子开关技术的直流-直流变换器构成，因此，有必要对直流-直流变换器展开深入的研究和探讨，并对现有的直流-直流变换器进行必要的改进和技术升级。

直流-直流变换器是将一组电参数的直流电能变换成为另一组电参数的直流电能的电力变换电路，是直流电源系统的重要组成部分。直流-直流变换器可实现直流电压幅值变换、直流电极性变换、直流电路阻抗变换和有源滤波，广泛应用直流电机调速、直流焊机、电解电镀电源、开关电源、功率因数校正等工业领域。早期的直流电源常采用模拟电子技术进行直流电能的电压幅值变换和有源滤波，即在直流-直流变换器的输入端和输出端串联一大功率线性调整管，通过线性调节调整管的导通阻抗实现输出电压的实时控制，由于调整管压降较大，此类线性直流变换器损耗较大，电能转换效率较低，并且需要工频变压器进行隔离，其应用领域受到一定的限制。为提高电能转换效率、降低隔离变压器体积，现代直流-直流变换器普遍采用开关变换技术，基于开关变换技术的电力变换器称为开关变换器。

相比于线性直流变换器，基于开关技术的直流-直流变换器在提高转换效率、减小体积的同时，在输出电压纹波、开关噪声控制等方面有待进一步优化。同时电力电子设备逐步朝着高频化和小型化方向发展，高频化给电力电子技术带来诸多方面的效益：如提高功率密度，降低噪声、用材和重量，是小型化、轻量化的技术保障，是现代电力电子技术的特点之一。

然而，直流-直流变换器中的电力电子器件并非理想开关，其开通和关断存在延时，导致电力电子器件两端的电压和通过的电流出现重叠时间，引起开关损耗。此外，电路中存在寄生电感和寄生电容，开关过程中会在电路中产生电压尖峰和电流尖峰，造成电能损耗和电磁干扰，此类开关电路称为硬开关电路，硬开关电路中的器件开关损耗与开关频率成正比，高频化将导致整机效率降低，因此，为提高效率必须采取必要的改进措施。

为了克服硬开关电路的缺点，软开关技术及其控制理论成为国内外专家、学者的研究热点。软开关技术可减少电力电子器件在开通和关断瞬间加在电力电子器件两端电压和通过电流的重叠时间，减少电力电子器件的开关损耗，抑制电压尖峰和电流尖峰，降低电力电子装置的电磁干扰。软开关变换器具有较低的开关损耗，因此可提高软开关变换器的开关频率以降低电力电子设备的体积，提高功率密度。相比于绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)，电力场效应管具有良好的开关特性，更适宜应用于软开关电路中。但是，电力场效应管导通压降较大，单个器件的容量较小，并且电力场效应管的开关特性随着其容量的增加而变差，大功率应用场合采用电力场效应管需对其电路拓扑结构和控制方法进行必要的改进和创新，同时电力电子设备常需要采用电解电容作为其滤波元件，电解电容因体积大、寿命短而严重制约电力电子设备的小型化和稳定性。因此如何提高采用电力场效应管的软开关变换器输入电压等级和功率密度成为软开关直流-直流变换器亟待解决的重点问题之一。