[发明专利]一种超宽范围大功率变换器电路

说明书

本发明涉及一种新型超宽范围大功率变换器电路，包括变压器模块、第一和第二原边输入模块、副边输出模块、高低压模式控制模块，以及负载输出模块。所述第一原边输入模块包括第一原边均压网络、第一开关模块和第一LC模块，所述第二原边输入模块包括第二原边均压网络、第二开关模块和第二LC模块，所述第一原边均压网络连接在第一输入电容和第二开关模块之间，所述第二原边均压网络连接在第二输入电容和所述第一开关模块之间。在本发明中，令人惊讶地发现，通过设置谐振均压网络，在LLC谐振变换器在轻载下发波控制的变化引起的特定的原边偏压问题可以完美地解决。

技术领域

本发明涉及电源模块领域，更具体地说，涉及一种超宽范围大功率变换器电路。

背景技术

在大功率应用领域，输入为三相交流电网，因为功率因素的要求，前级需要设计三相有源功率因素校正电路。因为三相电网输入，三相有源功率因素校正电路输出母线电压较高，根据目前器件的情况，通常采用电解电容串联的方式，如图1所示。

在充电电源模块两级拓扑的应用中，前级电路的输出BUS+和BUS-作为后级DC/DC变换器的输入。通常，根据需求不同有两种不同的连接方式，如图2A-2B所示。两个方式各有优缺点，图2A把DC输入母线电容中点和PFC输出母线电容中点连接在一起，这样DC 变换器输入母线电容没有均压的问题，但是PFC输出母线电容有较大的均压压力，需要PFC侧进行均压控制。同时DC变换器高频纹波会进入PFC输出母线电容。图2B中，DC输入母线电容中点和PFC输出母线电容中点经过电阻隔开，这样PFC侧不受DC影响，高频纹波不会影响PFC输出母线电容。

为了实现能够同时兼顾高低压、实现宽范围恒功率输出，我司开发了一种宽范围恒功率变换器，其可以用作图2A-2B中的DC/DC变换器，从而可以实现可以覆盖1000V~250V高低压电动汽车的超宽范围恒功率充电，可以给不同电压等级的车进行快充。图3中示出了该宽范围恒功率变换器的结构示意图。在图3所示的拓扑结构中，电路元件例如谐振电容Lr，谐振电容Cr，变压器励磁电感Lm等谐振元件参数的差异，这些谐振元件参数的偏差通常在5%，10%的范围。为了解决拓扑结构中电路参数差异导致的均压问题，在变压器的副边设置了4个均压网络以解决拓扑中电路参数差异导致的均压问题，从而确保原副边电容的均压能力。

在后期应用中我们发现，当将图3所示的宽范围恒功率变换器应用到图2A所示的拓扑结构中时，其能够正常运行。但是，当将图3所示的宽范围恒功率变换器应用到图2B所示的拓扑结构中时，在轻载或者带轻载启机时，可能会面临原边和副边串联电容均压的问题。

经过长期的研究实验，我们发现，鉴于LLC谐振变换器，在常用的PFM 发波控制下，轻载会存在增益不单调的问题，导致输出电压不稳定。因此，轻载情况下，LLC的发波控制需要改变。不同的人，可能采用不同的发波方式，如改为移相发波（移相全桥拓扑的发波方式），PWM发波，间歇发波（Burst）等。轻载不同的发波方式，有各自的优点，能够解决PFM发波的问题，但也可能带来其他的问题。对于PWM发波或间歇发波等情况，会有一段时间不发波。在不发波的情况下，功率管的寄生参数，PCB寄生参数等会参与和谐振电容Cr，谐振电感Lr，以及变压器励磁电感Lm的自由谐振。在特定输入电压，输出电压，轻载不同的负载，及不同的负载形式（如逆变器负载，电子负载的CC档，CV档，CR档等），在特定的动态过程中，发现图3所示的宽范围恒功率变换器并不能保证原副边电容均压。

例如：在输出电压700V，电子负载CC档带载0.1A时，在启机过程中，输出电容出现较大偏压，不能自动调节，触发副边偏压关机。如果只是更换负载形式，换成电子负载的CR档，或者CV档（限流保证同样负载），同样负载同样输出电压则不会偏压关机。同样负载情况，输出电压换到500V，也不会出现偏压关机。或者只是更改负载大小，也不会出现偏压关机。或者带其它更大的负载，启机后调节到0.1A稳态，也不会出现偏压关机。这种的偏压，只会出现在特定情况下轻载，重载则不会发生。原边偏压关机同样类似，这里不详细描述。