[发明专利]实现瞬时电压电流平衡的级联式DC/DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电能转换领域，更具体地说，涉及一种实现瞬时电压电流平衡的级联式DC/DC变换器。

背景技术

    大功率电能变换装置一般采用三相交流输入，三相PFC（PFC—power factor correction)变换电路的直流输出电压通常在760V～820V左右，甚至更高，这就要求在后级DC/DC变换器中使用高电压等级的开关器件。但开关器件电压等级的提高会导致成本的增加和变换效率的下降。目前解决此问题的方法主要是通过采用三电平直流变换器或级联式直流变换器，这两类变换器都能有效的降低开关管的电压应力。三电平直流变换器通过采用分压电容、箝位二极管和一定的控制方法保证其功率管的电压应力为输入直流电压的一半。其缺点在于：功率管工作时序较复杂，需要采取比较复杂的控制技术来实现功率管的三电平开关；必须采取有效措施确保在稳态和各种动态情况下分压电容电压和桥臂中点电压的均衡。而级联式变换器采用电容分压来降低单个变换器的输入电压，各个变换器的输出通过并联或串联的方式获得所需的电压。其电路结构简单，级联结构中每个变换器分别连接到对应的分压电容，只需采用基本变换器拓扑的控制方式。其缺点在于：高压母线分压电容的平均值虽然可以得到较好的控制，但由于三相交流输入相位的不一致，导致分压电容电压瞬时值不能完全均衡，而且两个变换器的电路参数也必然存在一定的差异，如果两个变换器的输出并联工作，输入电压和电路参数的差异会引起变换器输出电压存在差异，变换器原副边瞬时电流和功率不能均分。因此，在现有技术中，在使用级联式直流变换器时，为保证变换器的可靠性，设计时需要提高变换器功率器件的额定电流和磁性器件的最大功率的余量，造成产品成本的增加、功率密度的下降和变换效率的下降，增加了变换器设计和制造的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述由于瞬时电流和功率存在差异，导致需要加大设计余量，继而使得成本增加、功率密度下降、效率下降的缺陷，提供一种成本较低、功率密度较高、效率较高的实现瞬时电压电流平衡的级联式DC/DC变换器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种实现瞬时电压电流平衡的级联式DC/DC变换装置，包括：将高电压值的输入直流电压分压的分压单元，所述分压单元包括一个其电压为所述输入直流电压的一半的分压输出端；由所述分压单元的一个输出端和所述分压输出端取得分压后的交流电压并将其转换为设定电压值的直流电压输出的第一变换单元；由所述分压单元的另一个输出端和所述分压输出端取得分压后的直流电压并将其转换为设定电压值的交流电压输出的第二变换单元；所述第一变换单元与所述分压输出端电连接的电压输入端为第一输入端；所述第二变换单元与所述分压输出端电连接的电压输入端为第二输入端；所述第一输入端和第二输入端相互连接；还包括连接所述分压输出端和所述第一输入端的平衡单元。

更进一步地，所述平衡单元包括串接在所述分压输出端和所述第一变换单元、第二变换单元电压输入端一端的平衡电容；所述平衡电容一端连接在所述分压输出端上，另一端连接在所述第一输入端上。

更进一步地，所述第一变换单元和第二变换单元分别为具有相同的拓扑结构的DC/DC变换器。 

更进一步地，所述第一变换单元和第二变换单元的拓扑结构包括脉冲宽度调制、移相软开关或LLC串联谐振变换器。

更进一步地，还包括整流滤波单元，所述整流滤波单元分别将所述第一变换单元和所述第二变换单元输出的交流电压通过单独的整流模块整流后并联，滤波后供给所述变换装置的负载或所述第一变换单元和所述第二变换单元输出的交流电压并联后通过整流模块整流、滤波并供给所述变换装置的负载。

更进一步地，所述整流模块包括全波整流、半波整流或同步整流电路。

更进一步地，所述分压单元包括第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容串接后并接在电压输入端；所述第一电容和第二电容的连接点为所述分压输出端。 

更进一步地，所述第一变换单元的电压输入端电连接于所述第一电容两端；其一端与所述第一电容未与所述第二电容连接的一端连接，其另一端通过所述平衡单元与所述分压输出端连接；所述第二变换单元的电压输入端电连接于所述第二电容两端；其一端与所述第二电容未与所述第一电容连接的一端连接，其另一端通过所述平衡单元与所述分压输出端连接。