[发明专利]开关谐振腔直流变换器及其变比切换方法

说明书

本公开提供一种开关谐振腔直流变换器，包含输入端、输出端、2n个逆变开关管、2n个整流开关管、2n‑2个钳位开关管、n个谐振腔及n‑1个支撑电容。逆变开关管按序串联连接，相邻逆变开关管之间包含逆变节点。相串联的两整流开关管的一端连接于整流节点，另一端分别接地及连接于输出端。相串联的两钳位开关管的一端连接于钳位节点，另一端分别接地及连接于输出端。谐振腔连接于逆变节点与整流节点之间。支撑电容连接于逆变节点与钳位节点之间。每一支撑电容及谐振腔均可切换地处于正常状态或变比切换状态，使开关谐振腔直流变换器的变比对应变化。

技术领域

本公开涉及一种开关谐振腔直流变换器，特别涉及一种开关谐振腔直流变换器及其变比切换方法。

背景技术

考虑到供电效率和供电质量的综合性能，通常采用具有中间母线电源架构的电能转换模块来转换电能，其中中间母线电源架构包含中间母线变换器。现有技术的中间母线变换器通常为低频开关直流变压器或全桥LLC电路，其中，低频开关直流变压器可通过改变占空比来调节输出电压，从而实现输出电压可调；全桥LLC电路具备全范围零电压开通的特性，通过控制其开关频率等于其谐振腔的谐振频率，可确保在负载不同时具有相同变比，并具有较高的电能转换效率。

然而，低频开关直流变压器的电压转换比较高，故电能转换效率较低，而全桥LLC电路由于其变比固定，故无法实现输出电压可调。换言之，现有技术的低频开关直流变压器及全桥LLC电路均无法同时兼顾实现高效率及输出电压可调。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术的开关谐振腔直流变换器及其变比切换方法，实为目前迫切的需求。

发明内容

本公开的目的在于提供一种开关谐振腔直流变换器及其变比切换方法，开关谐振腔直流变换器的每一支撑电容及每一谐振腔均可切换地处于正常状态或变比切换状态，使开关谐振腔直流变换器的变比任意变化，故可于输入电压大范围变化时，通过调整开关谐振腔直流变换器的变比而有效地限制输出电压范围，以同时实现高电能转换效率及输出电压可调，并进而提升包含开关谐振腔直流变换器的电能转换模块的供电质量及供电效率。

为达上述目的，本公开提供一种开关谐振腔直流变换器，包含输入端、输出端、2n个逆变开关管、2n个整流开关管、2n-2个钳位开关管、n个谐振腔及n-1个支撑电容。2n个逆变开关管按序串联连接，并组成n个逆变半桥电路，n为大于等于2的整数，其中第1个逆变开关管电连接于输出端，第2n个逆变开关管电连接于输入端，任两个相邻的逆变开关管之间包含逆变节点，其中第2i个逆变开关管与第2i-1个逆变开关管之间为第2i-1个逆变节点，i为大于等于2且小于等于n的整数。2n个整流开关管按序组成n个整流半桥电路，每一个整流半桥电路包含串联连接的两个整流开关管，且两个整流开关管的一端均电连接于整流节点，两个整流开关管的另一端分别电连接于接地端及输出端，其中第2i个整流开关管与第2i-1个整流开关管之间为第i个整流节点。2n-2个钳位开关管按序组成n-1个钳位半桥电路，每一个钳位半桥电路包含串联连接的两个钳位开关管，且两个钳位开关管的一端均电连接于钳位节点，两个钳位开关管的另一端分别电连接于接地端及输出端，其中第2i-2个钳位开关管与第2i-3个钳位开关管之间为第i-1个钳位节点。谐振腔电连接于对应的逆变节点与整流节点之间，其中第i个谐振腔电连接于第2i-1个逆变节点与第i个整流节点之间。支撑电容电连接于对应的逆变节点与钳位节点之间，其中第i-1个支撑电容电连接于第2i-2个逆变节点与第i-1个钳位节点之间。其中，每一个支撑电容可切换地处于正常状态或变比切换状态，使开关谐振腔直流变换器的变比在n+1到2n之间变化，整流节点交替电连接于输出端及接地端，第i-1个钳位节点在第i-1个支撑电容处于正常状态时对应交替电连接于接地端及输出端，第i-1个钳位节点在第i-1个支撑电容处于变比切换状态时恒定电连接于接地端。