專利名稱：多相交錯諧振變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到諧振變換器領(lǐng)域，特別涉及到一種多相交錯諧振變換器。
背景技術(shù)：
為適應(yīng)高效率，高功率密度需求，諧振變換器被廣泛應(yīng)用于直流-直流變換器，其輸出電容上的紋波電流與輸出負(fù)載電流的關(guān)系為i =I c_rms o Al g其中ic_rms是輸出電容的紋波電流有效值，Io為輸出負(fù)載電流?？梢娯?fù)載電流越大，輸出電容紋波電流越大，為降低輸出紋波電流，需要在輸出端并聯(lián)較多的輸出電容，這樣便會增加變換器的體積。采用多個諧振變換單元在輸出端并聯(lián)，通過交錯控制可以實現(xiàn)高頻紋波的相互抵消。現(xiàn)有技術(shù)中有以下三種交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)第一種是在諧振變換器的輸入端和輸出端分別并聯(lián)，各單體的驅(qū)動信號錯開一定角度，這種直接并聯(lián)的方式需要在控制方面采用一定措施實現(xiàn)各相之間的均流控制，否則會因電路參數(shù)的差異導(dǎo)致每相傳輸功率的不平衡。第二種是在輸入端串聯(lián)，輸出端并聯(lián)，并在每個單元的輸入端并聯(lián)一個電容，利用兩個電容動態(tài)調(diào)節(jié)兩相的輸入電壓，達到均流的目的。但是輸入端的串聯(lián)使單相的輸入電壓降低為原來的1/2，輸入電流則變?yōu)樵鹊膬杀?，?dǎo)致電路損耗很大，傳輸效率低下。第三種是在輸入端和輸出端分別并聯(lián)，將兩個諧振電感進行耦合連接，通過耦合電感實現(xiàn)兩相諧振電流平均分配。但是，諧振電感的耦合需要在電壓相位相差180°整數(shù)倍的條件下，只有兩相系統(tǒng)才能滿足，而兩相系統(tǒng)并不能對輸出電流紋波有所改善，而且耦合電感間的環(huán)流還會降低整個系統(tǒng)的效率。由此可見，現(xiàn)有的三種交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于自身存在的不足，很難同時保證各相之間均流的實現(xiàn)、降低輸出紋波電流及提高諧振變換電路系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的為提供一種多相交錯諧振變換器，是將至少兩個單元諧振電路進行并聯(lián)組成的，可實現(xiàn)多相功率轉(zhuǎn)換單元的均流，降低輸出紋波電流，并可提高諧振變換電路系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提供一種多相交錯諧振變換器，包括至少兩個單元諧振電路，所述單元諧振電路包括逆變電路、諧振電路、變壓器以及整流電路，所述逆變電路用于產(chǎn)生方波，與輸入電壓相連，所述諧振電路的輸入端口與逆變電路相連，諧振電路的輸出端口與變壓器的原邊并聯(lián)連接，變壓器副邊與整流電路相連，一單元諧振電路中的變壓器的副邊與其他單元諧振電路的變壓器的副邊之間為星型連接。優(yōu)選地，一單元諧振電路中的變壓器的原邊與其他單元諧振電路的變壓器的原邊之間為星型連接。
優(yōu)選地，所述諧振電路包括電感和電容。優(yōu)選地，所述諧振電路為串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、串并聯(lián)諧振或LLC串聯(lián)諧振。優(yōu)選地，所述逆變電路為半橋電路或全橋電路。優(yōu)選地，所述逆變電路包括兩個開關(guān)管，所述開關(guān)管為串聯(lián)連接。優(yōu)選地，所述逆變電路的橋臂兩端的中點與諧振電路的輸入端口相連。優(yōu)選地，所述整流電路為全橋整流電路，包括兩個開關(guān)器件。優(yōu)選地，所述開關(guān)器件為二極管或用于同步整流的開關(guān)管。
優(yōu)選地，所述變壓器原邊的下端與逆變電路的負(fù)端相連。本發(fā)明提供的一種多相交錯諧振變換器，是將至少三個單元諧振電路組成，單元諧振電路的變壓器之間呈星型連接，采用這種連接方式，結(jié)構(gòu)簡單，并可實現(xiàn)多相功率轉(zhuǎn)換單元的均流，降低輸出紋波電流，同時不會影響諧振變換電路系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
圖I為現(xiàn)有技術(shù)中第一種交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電路示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中第二種交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電路示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中第三種交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電路示意圖；圖4為本發(fā)明多相交錯諧振變換器單元諧振電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明多相交錯諧振變換器一實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明多相交錯諧振變換器一實施例中三相交錯諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明多相交錯諧振變換器一實施例中電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明一實施例中第一相驅(qū)動以及原副邊電壓電流波形；圖9為本發(fā)明一實施例中第一相驅(qū)動以及原副邊電壓電流波形；圖10為本發(fā)明一實施例中第一相驅(qū)動以及原副邊電壓電流波形。本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。參照圖4和圖5，提出本發(fā)明一種多相交錯諧振變換器一實施例。本實施例中，多相交錯諧振變換器由至少兩個單元諧振電路組成，其中每一個單元諧振電路包括逆變電路110、諧振電路120、變壓器130以及整流電路140，其中，逆變電路110用于產(chǎn)生方波，與輸入電壓相連，諧振電路120的輸入端口與逆變電路110相連，諧振電路120的輸出端口與變壓器130的原邊并聯(lián)連接，變壓器130的副邊與整流電路140相連，一單元諧振電路中的變壓器的副邊與其他單元諧振電路的變壓器的副邊之間為星型連接。在一實施例中，上述多相交錯諧振變換器中，每個單元諧振電路的結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)都相同，其中逆變電路110可產(chǎn)生方波電壓，通過諧振電路120過濾掉高次諧波電流，將逆變電路110輸入的方波電壓通過諧振網(wǎng)絡(luò)120輸出正弦交流電壓，整流電路130可將諧振電路120輸出的正弦交流電壓進行調(diào)整，輸出直流電壓。變壓器130的副邊與其他單元諧振電路的變壓器的副邊為星型連接，這種連接可通過無中線的中性點實現(xiàn)能量的均衡分配。本發(fā)明提供的多相交錯諧振變換器，是將至少兩個單元諧振電路組成，每個單元諧振電路的結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)都相同，單元諧振電路的變壓器之間呈星型連接，采用這種連接方式，通過無中線的中性點實現(xiàn)能量的均衡分配，且結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)多相功率轉(zhuǎn)換單元的均流，降低輸出紋波電流，同時不會影響諧振變換電路系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明所提出的一種多相交錯諧振變換器，可包括多個單元諧振電路，組成多相交錯諧振變換器，以下以三相交錯諧振變換器，采用LLC串聯(lián)結(jié)構(gòu)的諧振電路為例，做詳細(xì)說明。參照圖6，在本發(fā)明一實施例中，上述單元諧振電路中的變壓器的原邊與其他單元諧振電路的變壓器的原邊之間為星型連接。在本實施例中，將三個單元諧振電路中的變壓器TXl、TX2和TX3的原邊呈星型連接，且三相星型系統(tǒng)完全對稱，可更好地實現(xiàn)多相諧振電流的平均分配?！ぴ诒景l(fā)明一實施例中，諧振電路包括電感和電容。本實施例中，諧振電路為由電感和電容組成的二端口無源網(wǎng)絡(luò)，諧振電路可以濾掉高次諧波電流，將逆變電路輸入的方波電壓通過諧振網(wǎng)絡(luò)輸出正弦交流電壓。諧振電路的連接方式可為串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、串并聯(lián)諧振或LLC串聯(lián)諧振。本實施例中，三相交錯諧振變換器采用LLC串聯(lián)諧振，包括諧振電感Lrl、Lr2和Lr3，諧振電容CrUCr2和Cr3，以及勵磁電感Lml、Lm2和Lm3，其中，諧振電感Lrl、Lr2和Lr3分別與諧振電容Crl、Cr2和Cr3串聯(lián)連接，諧振電容Crl、Cr2和Cr3分別與變壓器TX1、TX2和TX3的原邊串聯(lián)連接。在本發(fā)明一實施例中，逆變電路為半橋電路或全橋電路。逆變電路連接在輸入電壓一端，可設(shè)置為半橋電路或全橋電路，本實施例中，逆變電路為全橋電路，三相交錯諧振變換器包括三個逆變電路，三個逆變電路的橋臂分別與直流輸入母線并聯(lián)。本實施例中，逆變電路包括兩個開關(guān)管，開關(guān)管為串聯(lián)連接。具體的，每個逆變電路由兩個開關(guān)管串聯(lián)組成，三相交錯諧振變換器中，三個逆變電路包括6個開關(guān)管Ql Q6，開關(guān)管Ql和Q2，Q3和Q4，Q5和Q6分別串聯(lián)，組成三對橋臂。本實施例中，逆變電路橋臂兩端的中點與諧振電感相連。三個逆變電路中,三對橋臂的中點作為逆變電路方波電壓的輸出端分別與諧振電感Lrl、Lr2和Lr3相連。整流電路為全橋整流電路，包括兩個開關(guān)器件。整流環(huán)節(jié)設(shè)計為全橋整流電路，每個整流環(huán)節(jié)由兩個開關(guān)器件組成，還包括一電容器，本實施例中，三個整流環(huán)節(jié)包括6個開關(guān)器件，每2個開關(guān)器件組成一個整流橋臂，通過開關(guān)器件和電容器調(diào)整交流電，可輸出直流電。整流環(huán)節(jié)采用橋式結(jié)構(gòu)，其反向電壓應(yīng)力就是最大輸出電壓，相比通常采用的抽頭結(jié)構(gòu)其電壓應(yīng)力只有原來的一半，因此可以有效降低器件的成本和體積。本實施例中，開關(guān)器件為二極管或用于同步整流的開關(guān)管。整流環(huán)節(jié)所包括的開關(guān)器件可為二極管或用于同步整流的開關(guān)管，本實施例中，采用6個整流二極管SRl SR6，其中，SRl和SR2，SR3和SR4，SR5和SR6分別組成三個整流橋臂，其中點分別與變壓器的副邊一端相連。
參照圖7，變壓器原邊的下端與逆變電路的負(fù)端相連。本實施例中，每個變壓器原邊的下端可分別與三個逆變電路的負(fù)端相連，并相互交錯構(gòu)成星型結(jié)構(gòu)。本實施例所提供的三相交錯諧振變換器，采用變壓器星型連接方式，可以有效解決三相交錯諧振變換器均流的問題，同時可以減小輸出紋波電流，并提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。以下以采用LLC串聯(lián)結(jié)構(gòu)的諧振電路的三相交錯諧振變換器，來說明其均流的實現(xiàn)過程。本實施例中三相星型系統(tǒng)完全對稱，可通過單相系統(tǒng)的輸入輸出特性來分析整個系統(tǒng)的性能。相電壓基波幅值為2Vin/ji，變壓器原邊電壓基波幅值為2nV0/ji，所以單相諧振電路的增益M與輸入和輸出電壓的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種多相交錯諧振變換器，包括至少兩個單元諧振電路，所述單元諧振電路包括逆變電路、諧振電路、變壓器以及整流電路，所述逆變電路用于產(chǎn)生方波，與輸入電壓相連，所述諧振電路的輸入端口與逆變電路相連，諧振電路的輸出端口與變壓器的原邊并聯(lián)連接，變壓器副邊與整流電路相連，其特征在于，一單元諧振電路中的變壓器的副邊與其他單元諧振電路的變壓器的副邊之間為星型連接。
2.如權(quán)利要求I所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述單元諧振電路中的變壓器的原邊與其他單元諧振電路的變壓器的原邊之間為星型連接。
3.如權(quán)利要求2所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述諧振電路包括電感和電容。
4.如權(quán)利要求3所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述諧振電路為串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、串并聯(lián)諧振或LLC串聯(lián)諧振。
5.如權(quán)利要求4所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述逆變電路為半橋電路或全橋電路。
6.如權(quán)利要求5所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述逆變電路包括兩個開關(guān)管，所述開關(guān)管為串聯(lián)連接。
7.如權(quán)利要求6所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述逆變電路的橋臂兩端的中點與諧振電路的輸入端口相連。
8.如權(quán)利要求7所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述整流電路為全橋整流電路，包括兩個開關(guān)器件。
9.如權(quán)利要求8所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述開關(guān)器件為二極管或用于同步整流的開關(guān)管。
10.如權(quán)利要求I至9中任一項所述的多相交錯諧振變換器，其特征在于，所述變壓器原邊的下端與逆變電路的負(fù)端相連。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種多相交錯諧振變換器，包括至少兩個單元諧振電路，所述單元諧振電路包括逆變電路、諧振電路、變壓器以及整流電路，所述逆變電路用于產(chǎn)生方波，與輸入電壓相連，所述諧振電路的輸入端口與逆變電路相連，諧振電路的輸出端口與變壓器的原邊并聯(lián)連接，變壓器副邊與整流電路相連，一單元諧振電路中的變壓器的副邊與其他單元諧振電路的變壓器的副邊之間為星型連接。本發(fā)明提供的一種多相交錯諧振變換器，是將至少兩個單元諧振電路進行并聯(lián)組成的，可實現(xiàn)多相功率轉(zhuǎn)換單元的均流，降低輸出紋波電流，并可提高諧振變換電路系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02M1/12GK102790533SQ201110130638
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者范杰 申請人:中興通訊股份有限公司