[发明专利]谐振功率转换器

说明书

本发明涉及一种具有并联谐振电路的功率转换器(100)，包括逆变器(101)，谐振电路(LC)，包括初级电路(2)和次级电路(3)的变压器(T1)，用于逆变器(101)的控制装置(4)，逆变器(101)连接到谐振电路(LC)，旨在经由变压器(T1)连接到输出负载(Rout)，功率转换器的特征在于，逆变器(101)包括第一半桥(D1)和与第一半桥(D1)并联的第二半桥(D2)，在第一半桥(D1)和谐振电路(LC)之间的第一电感器(Lc1)，在第二半桥(D2)和谐振电路(LC)之间的第二电感器(Lc2)，并且第一和第二电感器(Lc1、Lc2)具有相同的电感，并以相反的方向彼此耦合。

技术领域

本发明的领域是谐振功率转换器领域。直流电压的转换用在许多技术领域中，范围从需要针对设备转换电源电压(例如由便携式计算机电池向处理器传递的电压的转换)到在更关键的环境中移动的应用(例如航天工业)。本发明特别适用于航天工业领域，但也可用于需要在负载供电或输入电压方面具有灵活性的其他领域，特别是汽车领域。

背景技术

通常，功率转换器的输出的功能是向目标提供其操作所需的电压和电流。

谐振转换器被设计用于给定范围的输入电压和输出电流。在传统的谐振结构中，以谐振频率或接近的频率来确保操作。在这些条件下，为了获得足够高水平的选择性，结构中的电流呈正弦或准正弦形式。

通常通过改变谐振转换器的电源的操作频率来改变输入电压或负载。现在，改变操作频率会影响有功功率和无功功率之间的比率，并且不允许在谐振转换器的整个操作范围内优化输出。

改变谐振转换器的电源的操作频率也使得难以确定谐振功率转换器周围的磁性元件和滤波器的尺寸。

此外，对于非常广泛的操作范围，难以确保在所有使用场景中的有效操作。

图1示出了从现有技术已知的结构。通常，谐振功率转换器1包括：

-由两个开关Qi1和Qi2提供的逆变器10，

-包含电感器Lr和电容器Cr的串联谐振电路LC，

-变压器T1，包括具有N1匝绕组的初级电路2和具有N2匝绕组的次级整流器电路3，其允许执行DC隔离功能，

-和用于逆变器10的控制装置4。

这里的逆变器10允许直流(DC)输入电压Vin被斩波并因此产生方波信号。如果该方波信号处于正确的频率，即处于谐振频率或处于接近Lr、Cr对的谐振频率的频率，则对于足够高水平的选择性，电流可以被认为是纯正弦的。然后电流流经允许直流隔离的变压器T1，并通过次级整流器电路3传输到输出负载Rout。

如图1所示，添加与变压器Tl并联的电感器Lm允许分离两个谐振。在这两个谐振之间通过改变频率进行操作使得可以改变输出负载Rout并适应输入和输出电压的变化。

这些负载之间的差异越大，所需增益之间的差异就越大，并且改变频率以便扫描期望的输出电压范围Vout的需求就越大。这有四个缺点。第一缺点在于磁性元件，即电感器和变压器，它们被设计用于精确的操作频率并且在操作频率离开其操作区域的情况下会带来损耗。

第二缺点在于动态范围。扫描大频率范围涉及降低系统的动态范围。

电池中无功功率的增加会导致电流的增加(转换器和电源之间的能量交换)并因此导致损耗的增加。

最后，改变操作频率会导致输出电流的不连续性，增加传输到次级的电流值并因此增加损耗。

发明内容

本发明旨在通过提出一种创新的串并联谐振功率转换器结构来克服上述所有或一些问题，该结构能够将其使用扩展到更宽的操作范围同时保证良好的性能。因此，本发明提供了一种能够针对所有负载操作并且具有高动态范围的谐振功率转换器。