[发明专利]一种单相交错并联三电平谐振式的高频隔离型AC-DC变换器

说明书

本发明公开了一种单相交错并联三电平谐振式的高频隔离型AC‑DC变换器，包括单相单级式交错并联三电平的PFC电路，用于将交流输入电压整流为直流电压；三电平的LLC谐振电路，其原边电路的功率器件实现零电压软开通(ZVS)，副边电路用于将交流电压整流为直流输出电压；所述PFC电路与所述LLC谐振电路共用交错并联的两个开关管桥臂。该高频隔离型AC‑DC变换器将功率因数矫正技术和谐振技术结合，使变换器输入电流很好地跟随输入电压变化，实现功率因数矫正功能；该变换器通过控制输出电压，实现稳定的直流电压输出；同时，该变换器具有高频变压器，可以实现电气隔离的功能。

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种单相交错并联三电平谐振式的高频隔离型AC-DC变换器。

背景技术

随着通讯技术、电动汽车和电力系统等的发展，对通讯用开关电源、电动汽车充电器和电力操作电源的性能、重量、体积、效率和可靠性提出了更高的要求，这些领域的电源通常从交流电网取电输出直流电能，并且从对电网电能质量的影响和安全角度考虑，要求变换器同时具备功率因数矫正和电气隔离的功能。

传统的桥式功率因数矫正电路(俗称为Boost PFC)由于在同一时刻电流流过的功率半导体器件较多，电路的效率提升受到限制；随着功率半导体器件的发展，尤其是宽禁带半导体器件的应用，无桥式PFC电路由于在同一时刻电流只流过两个功率半导体器件，可以提升变换器的效率，受到了越来越多的重视。其中，交错并联PFC电路由于共模干扰小等原因，得到了越来越多专家和学者的研究。

交错并联式功率因数矫正电路中每个功率因数矫正电路并联运行在交错状态，每个模块的开关管依次错开1/N个开关周期导通，可以有效减小输入电流纹波、降低EMI。后级电路通常采用隔离型的DC-DC变换器。考虑到变换器的体积、效率等因素，后级隔离型的DC-DC变换器通常需要实现软开关。通常采用的DC-DC变换器有移相全桥式DC-DC变换器和谐振式DC-DC变换器。但是两级式电路功率变换器需经过PFC电路和DC-DC两级电路，采用的器件较多，成本较高，体积较大。

Serkan Dusmez等人在标题为A Fully Integrated Three-Level IsolatedSingle-Stage PFC Converter中提出一种新型的单级式三电平PFC变换器，该变换器通过单级功率变换器即可以实现功率因数矫正和高频隔离。但是，该变换器只能运行在DCM模式下，电流纹波较大。Honggang Sheng在他的博士论文A High Power Density Three-LevelParallel Resonant Converter for Capacitor Charging中对比了三电平谐振变换器的两种控制方式，分别为移相模式(Phase shift modulation)和非移相模式(Non phaseshift modulation)。通过对比实验分析可知，在功率损耗，器件应力和寄生参数的影响等方面，非移相模式优于移相模式。

发明内容

本发明的目的是提供一种单相交错并联三电平谐振式的高频隔离型AC-DC变换器。该高频隔离型AC-DC变换器将功率因数矫正技术和谐振技术结合，使变换器输入电流很好地跟随输入电压变化，实现功率因数矫正功能；该变换器通过控制输出电压，实现稳定的直流电压输出；同时，该变换器具有高频变压器，可以实现电气隔离的功能。

本发明的技术方案为：

一种单相交错并联三电平谐振式的高频隔离型AC-DC变换器，包括：

单相单级式交错并联三电平的PFC电路，用于将交流输入电压整流为直流电压；

三电平的LLC谐振电路，其原边电路的功率器件实现零电压软开通(ZVS)，副边电路用于将交流电压整流为直流输出电压；

所述PFC电路与所述LLC谐振电路共用交错并联的两个开关管桥臂。