本發(fā)明涉及一種大功率DC/DC電源，特別是一種適用于高壓或大電流輸出的混合串并聯(lián)全橋電路，屬于電力電子變換領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

艦船及雷達(dá)系統(tǒng)中各類設(shè)備的供電系統(tǒng)多為分布式供電：輸入的三相380VAC交流電經(jīng)過整流濾波和功率因數(shù)校正電路后產(chǎn)生高壓直流電，再通過大功率DC/DC變換器將高壓直流電轉(zhuǎn)化為母線電壓給后級(jí)分布式用電設(shè)備供電。在傳輸線較長的場合，多使用高壓直流電供電以減小傳輸電流，降低傳輸阻抗，此時(shí)多將母線電壓設(shè)置為300VDC~450VDC。輸出電壓高導(dǎo)致副邊全波整流單元中二極管選型困難，即使有合適的型號(hào)，其元器件性能參數(shù)也較差，存在著損耗大，可靠性低等問題。

隨著分布式用電設(shè)備的增多，系統(tǒng)所需的功率增大，母線所提供的電流也越來越大，已經(jīng)達(dá)到幾百甚至上千安培。

目前大功率一次穩(wěn)壓電源多采用全橋拓?fù)洌瑐鹘y(tǒng)的變壓器多為單顆E型磁芯，體積較大，不易做到扁平化，限制了變換器的整體高度；在大電流輸出場合，變壓器的副邊繞組多使用銅箔，增大了繞制難度。同時(shí)，為了進(jìn)一步加大輸出功率，變換器內(nèi)部多采用兩個(gè)（或兩個(gè)以上）全橋變換器并聯(lián)實(shí)現(xiàn)功率擴(kuò)展，每個(gè)變換器獨(dú)立控制。為了避免工作時(shí)變換器之間不均流導(dǎo)致單個(gè)變換器過熱甚至損壞的情況發(fā)生，保證變換器之間輸出電流近似相等，功率平均分布，必須在變換器內(nèi)部增加均流電路，從而使得變換器的控制電路更加復(fù)雜，可靠性降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的適用于高壓或大電流輸出的混合串并聯(lián)全橋電路，能夠降低輸出整流器件電壓或電流應(yīng)力，降低變壓器的加工難度。

本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供了前述適用于高壓或大電流輸出的混合串并聯(lián)全橋電路的制控方法。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是 一種適用于高壓或大電流輸出的混合串并聯(lián)全橋電路，其特點(diǎn)是：該混合串并聯(lián)全橋電路是由m個(gè)全橋變換單元分別在輸入側(cè)并聯(lián)，輸出側(cè)串聯(lián)/并聯(lián)構(gòu)成；m為正整數(shù)且m≥2；輸出側(cè)串聯(lián)時(shí)適用于高電壓輸出場合，輸出側(cè)并聯(lián)時(shí)適用于大電流輸出場合。

本發(fā)明所述的適用于高壓或大電流輸出的混合串并聯(lián)全橋電路，優(yōu)選的全橋變換單元包括：

四個(gè)MOS管、一個(gè)串聯(lián)隔直電容、一個(gè)串聯(lián)諧振電感、n個(gè)隔離變壓器、2n個(gè)整流二極管、n個(gè)濾波電感以及濾波電容，n為正整數(shù)且n≥1；

其中四個(gè)MOS管構(gòu)成全橋變換器的原邊橋臂，n個(gè)變壓器的原邊繞組并聯(lián)或串聯(lián)成為全橋變換單元的原邊繞組，每個(gè)變壓器的副邊繞組與兩顆整流二極管構(gòu)成全波整流單元，n個(gè)全波整流單元通過輸出濾波電感后在輸出電容端串聯(lián)或并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓倍壓或輸出電流擴(kuò)流；變壓器原邊并聯(lián)對(duì)應(yīng)的輸出端為電容兩端串聯(lián)，變壓器原邊電壓相等保證副邊電容電壓均勻；變壓器原邊串聯(lián)對(duì)應(yīng)的輸出端為電容兩端并聯(lián)，變壓器原邊電流相等保證副邊各全波整流單元流經(jīng)的電流均流。

本發(fā)明混合串并聯(lián)全橋電路中，m 、n 的取值按照需要進(jìn)行選取，沒有限制，優(yōu)選：2≤m≤10、1≤n≤10；進(jìn)一步優(yōu)選：2≤m≤6、1≤n≤6。

本發(fā)明還公開了一種如以上技術(shù)方案所述的混合串并聯(lián)全橋電路的控制方法，其特點(diǎn)是：

（1）全橋變換單元采用移相控制ZVS PWM或下管調(diào)制ZVS PWM全橋軟開關(guān)控制方法，通過原邊的串聯(lián)諧振電感加快實(shí)現(xiàn)滯后MOS管的軟開關(guān)；

服（2）m=1的全橋變換單元為主控單元，其控制輸入信號(hào)為輸出電壓反饋信號(hào)和變壓器原邊電流隔離采樣信號(hào)，其控制輸出信號(hào)為四個(gè)MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；m≥2的全橋變換單元為不控單元，其四個(gè)MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由m=1的主控單元給出，相位相同，移相角度或占空比相等。

移相控制ZVS PWM或下管調(diào)制ZVS PWM全橋軟開關(guān)控制方法中通過增加諧振電感來幫助實(shí)現(xiàn)滯后MOS管的ZVS。串聯(lián)諧振電感及變壓器漏感導(dǎo)致變壓器原邊電流存在明顯的換向時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)雖然變壓器原邊有正方向方波，但原邊電流不足以提供負(fù)載電流，負(fù)載仍處于續(xù)流狀態(tài)，在這段時(shí)間內(nèi)副邊丟失了相應(yīng)的電壓方波，造成占空比丟失。在相同的串聯(lián)諧振電感條件下，負(fù)載電流越大，原邊電流換向時(shí)間越長，占空比丟失越嚴(yán)重，相同驅(qū)動(dòng)占空比時(shí)，輸出電壓越低。

下面分別就全橋變換單元間均壓/均流的機(jī)理進(jìn)行說明：

對(duì)于m個(gè)全橋變換器單元，其串聯(lián)諧振電感相同，驅(qū)動(dòng)移相角度或占空比相等，當(dāng)某個(gè)全橋變換單元由于參數(shù)不一致導(dǎo)致輸出電壓升高，輸出串聯(lián)保證其電流相等，則該全橋變換單元的輸出功率變大，原邊電壓相等必然導(dǎo)致原邊電流增大，增大的原邊電流導(dǎo)致原邊換流時(shí)間變長，等效占空比丟失變嚴(yán)重，全橋變換單元的輸出電壓變低，進(jìn)而強(qiáng)迫其輸出電壓降低，經(jīng)過一段時(shí)間后，各全橋變換單元之間的輸出電壓近似相等，實(shí)現(xiàn)了各全橋變換單元間的自主均壓。

對(duì)于全橋變換單元內(nèi)部的n個(gè)變壓器，其原邊繞組并聯(lián)，變壓器原邊電壓相等，變壓器副邊電壓跟隨原邊電壓，副邊全波整流和輸出電感的電壓相等，從而實(shí)現(xiàn)全橋變換單元中各變壓器及副邊并聯(lián)的全波整流和輸出濾波單元間的強(qiáng)迫均壓。

對(duì)于m個(gè)全橋變換器單元，其串聯(lián)諧振電感相同，驅(qū)動(dòng)移相角度或占空比相等，當(dāng)其中某個(gè)全橋變換單元的輸出電流變大后，諧振電感會(huì)導(dǎo)致原邊換流時(shí)間變長，等效占空比丟失變嚴(yán)重，全橋變換單元的輸出電壓變低，進(jìn)而強(qiáng)迫其輸出電流減小，經(jīng)過一段時(shí)間后，各全橋變換單元之間的輸出電流近似相等，實(shí)現(xiàn)了各全橋變換單元間的自主均流。

對(duì)于全橋變換單元內(nèi)部的n個(gè)變壓器，其原邊繞組串聯(lián)，變壓器原邊電流相等，變壓器副邊電流跟隨原邊電流，副邊全波整流和輸出電感的電流相等，從而實(shí)現(xiàn)全橋變換單元中各變壓器及副邊并聯(lián)的全波整流和輸出濾波單元間的強(qiáng)迫均流。

穩(wěn)定工作時(shí)，對(duì)于輸出電容串聯(lián)的情況，每個(gè)全橋變換單元的輸出電壓為Vo/m，輸出電流為Io，全橋變換單元中輸出全波整流二極管的電壓應(yīng)力降低至原來的1/（m×n），電流應(yīng)力一致，有利于二極管的選型和性能參數(shù)的提升。

對(duì)于輸出電容并聯(lián)的情況，每個(gè)全橋變換單元的輸出電壓為Vo，輸出電流為Io/m，全橋變換單元中輸出全波整流二極管電流和平均濾波電感電流為Io/(m×n)，輸出整流二極管和濾波電感的電流應(yīng)力降低，有利于二極管的選型和輸出濾波電感設(shè)計(jì)。

穩(wěn)定工作時(shí)，對(duì)于輸出電容串聯(lián)情況，每個(gè)變壓器原邊的電壓為Vin，變壓器副邊電壓整流后輸出電壓為Vo/（m×n），相同原邊匝數(shù)時(shí)，原邊匝數(shù)可降低至1/（m×n），有利于降低變壓器高度，實(shí)現(xiàn)變換器扁平化設(shè)計(jì)

每個(gè)變壓器原邊的電壓為Vin/n，變壓器副邊電壓整流后輸出電壓為Vo，相同副邊匝數(shù)時(shí)，原邊匝數(shù)可降低至1/n，同時(shí)流經(jīng)的電流減小，可以選擇更細(xì)的線徑，有利于降低變壓器高度，實(shí)現(xiàn)變換器扁平化設(shè)計(jì)。

本發(fā)明混合串并聯(lián)全橋電路結(jié)構(gòu)是由m（m≥2）個(gè)全橋變換單元分別在輸入端并聯(lián)和輸出端并聯(lián)或串聯(lián)構(gòu)成，負(fù)載為單個(gè)大電流大功率負(fù)載。

本發(fā)明可應(yīng)用于大電流大功率DC/DC設(shè)計(jì)，能夠降低整流器件及變壓器繞組的電流應(yīng)力，降低大電流所產(chǎn)生的線壓降，提高電源設(shè)計(jì)效率；此外還有利于分散變壓器和功率器件上的功耗，有利于電源模塊的熱傳到和扁平化設(shè)計(jì)。電源同時(shí)并具備良好的擴(kuò)容能力，具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。能夠降低輸出整流器件電壓/電流應(yīng)力，降低變壓器的加工難度，各個(gè)全橋變換單元之間具備自主均壓/均流能力，全橋變換單元內(nèi)部的各變壓器和輸出全波整流及濾波電路強(qiáng)迫均壓或均流，具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明適用于高壓輸出的混合串并聯(lián)全橋電路的整體電路框圖；

圖2為本發(fā)明適用于大電流輸出的混合串并聯(lián)全橋電路的整體電路框圖;

圖3為實(shí)施例3的混合串并聯(lián)全橋電路的電路圖。

圖1、圖2中：1為全橋變換單元中原邊橋臂，2為全橋變換單元中串并隔離變壓器，3為全波整流單元；

Lx——諧振電感，L1···Ln——輸出濾波電感，Ca——母線輸入濾波電容，Cx——隔直電容、Cg1···Cgn——串聯(lián)輸出時(shí)濾波電容，Cg——輸出并聯(lián)時(shí)濾波單元中的公共電容；Va、Vb、Vc、Vd——MOS管，T1···Tn——高頻隔離變壓器，D1a-D1b···Dna-Dnb——整流二極管。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖，進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明混合串并聯(lián)全橋電路結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式進(jìn)行說明，以使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步地理解本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明權(quán)利的限制。

實(shí)施例1，參照圖1和圖2，一種適用于高壓或大電流輸出的混合串并聯(lián)全橋電路：該混合串并聯(lián)全橋電路是由m個(gè)全橋變換單元分別在輸入側(cè)并聯(lián)，輸出側(cè)串聯(lián)/并聯(lián)構(gòu)成；m 為正整數(shù)且m≥2；輸出側(cè)串聯(lián)時(shí)適用于高電壓輸出場合，輸出側(cè)并聯(lián)時(shí)適用于大電流輸出場合。

每個(gè)全橋變換單元包括：

四個(gè)MOS管、一個(gè)串聯(lián)隔直電容、一個(gè)串聯(lián)諧振電感、n個(gè)隔離變壓器、2n個(gè)整流二極管、n個(gè)濾波電感以及濾波電容，n為正整數(shù)且n≥1；

其中四個(gè)MOS管構(gòu)成全橋變換器的原邊橋臂1，n個(gè)變壓器2的原邊繞組并聯(lián)或串聯(lián)成為全橋變換單元的原邊繞組，每個(gè)變壓器2的副邊繞組與兩顆整流二極管構(gòu)成全波整流單元3，n個(gè)全波整流單元通過輸出濾波電感后在輸出電容端串聯(lián)或并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓倍壓或輸出電流擴(kuò)流；變壓器原邊并聯(lián)對(duì)應(yīng)的輸出端為電容兩端串聯(lián)，變壓器原邊電壓相等保證副邊電容電壓均勻；變壓器原邊串聯(lián)對(duì)應(yīng)的輸出端為電容兩端并聯(lián)，變壓器原邊電流相等保證副邊各全波整流單元流經(jīng)的電流均流。

實(shí)施例2，利用實(shí)施例1所述的混合串并聯(lián)全橋電路的控制方法是：

（1）全橋變換單元采用移相控制ZVS PWM或下管調(diào)制ZVS PWM全橋軟開關(guān)控制方法，通過原邊的串聯(lián)諧振電感加快實(shí)現(xiàn)滯后MOS管的軟開關(guān)；

（2）m=1的全橋變換單元為主控單元，其控制輸入信號(hào)為輸出電壓反饋信號(hào)和變壓器原邊電流隔離采樣信號(hào)，其控制輸出信號(hào)為四個(gè)MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；m≥2的全橋變換單元為不控單元，其四個(gè)MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由m=1的主控單元給出，相位相同，移相角度或占空比相等。

實(shí)施例3，一種適用于高壓或大電流輸出的混合串并聯(lián)全橋電路應(yīng)用實(shí)例：

參照圖3，實(shí)例的輸入為三相380V交流，輸出為50V/200A，三相380V交流經(jīng)三相PFC電路升壓值630V直流作為后級(jí)混合串并聯(lián)全橋電路的輸入；后級(jí)混合串并聯(lián)全橋電路包含兩個(gè)全橋變換單元，m=1全橋變換單元為主控單元，主控單元中的主控制板采集輸出電壓信號(hào)，同時(shí)通過電流互感器Ts采集原邊電流信號(hào)，將采集到的電壓和電流信號(hào)作為反饋輸入信號(hào)控制輸出電壓穩(wěn)定，主控板中的控制芯片選擇intersil公司的ISL6754，采用下管調(diào)制ZVS控制方式，ISL6754的四路驅(qū)動(dòng)輸出供給主控單元內(nèi)的隔離驅(qū)動(dòng)電路以驅(qū)動(dòng)原邊橋臂，同時(shí)輸出給從控單元控制電路；m=2全橋變換單元為從控單元，其從控制板的輸入為主控單元中主控制板的驅(qū)動(dòng)輸出和電流互感器Ts2采集的原邊電流信號(hào)，電流采樣信號(hào)僅作為過流保護(hù)和短路保護(hù)電路的輸入信號(hào)，從控板輸出給隔離驅(qū)動(dòng)電路以驅(qū)動(dòng)從控單元的原邊橋臂，從控單元的四路驅(qū)動(dòng)與主空單元的四路驅(qū)動(dòng)同相位同占空比。

每個(gè)全橋變換單元內(nèi)部包含4個(gè)變壓器和4個(gè)輸出全波整流單元，四顆電容C1~C4并聯(lián)構(gòu)成輸出電容Cg1，4各變壓器原邊繞組串聯(lián)，4個(gè)全波整流單元在電容Cg1兩端并聯(lián)，變壓原副邊匝比為11:5:5。