专利名称：并联的功率变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率变换装置，更具体地说，涉及一种并联的功率变换装置。
背景技术：
对于交错并联的功率变换电路来说，特别地对于通过谐振方案，来达到 高效率的功率变换的目的的情况时，如何保证各个支路的功率变换电路输出 电流均衡，是一个很重要的问题。各个支路的电流不均衡，将造成支路电流 应力不一样，电流大的一路发热严重，可靠性降低，使用寿命减少。因此， 保证各个支路的功率变换电路的均流特性，是交错并联的功率变换电路的一 个非常重要的设计环节。
当功率变换电路采用谐振电路时，"" nAG，C2…，A，丄2，…)，其中，Vout 是输出电压，fs是开关频率，Cl、 C2…是参与谐振过程的电容，Ll、 L2…是 参与谐振过程的电感。这个关系式中默认的条件是，输入电压Vin保持不变。
因为谐振电路的输入电流和输出电流都是正弦波，因此输入/输出的纹波
电流比较大交错并联的方案，可以是以上2路交错，也可以是3路、4路甚
至更多路的交错并联，以进一步降低纹波电流。为方便起见，下面的论述都
只论述2路交错并联的情况，但是以下的结论同样适用于3路、4路甚至更多
路的交错并联。因为谐振电路在输入电压一定的情况下，其输出电压仅与电 路的工作频率有关，即^" ,(AC,，C2…,A，丄2，…)，因此如果电路交错并联，
要想保证2个支路相位差固定，则2个支路的开关频率fs必定相同，则2个 支路的C1、 C2…和L1、 L2…参数也必定要相同。而实际上，电路的谐振电感、 谐振电容的参数都存在一定的离散性和制造偏差，电感的电感量偏差一般在 10%内，电容的容量偏差一般在20%,这样的参数偏差，足以造成2路输出 电流存在极大的偏差。现有的并联均流技术有1、输出特性下垂法利用增加输出电阻，来形 成输出阻抗，使得输出特性下垂，负载大的支路输出电压降低，输出电流自 然减小。这种方案的缺点是，输出阻抗增加，导致整机的效率降低很多。2、 减小Q值法谐振电路的Q值，与电感、电容的阻尼有关，调整谐振电路的Q 值，也会达到类似输出特性下垂的效果。缺点是，Q值降低，导致整机效率降 低很多。
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缺陷，提供一种高 效并联的功率变换装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种并联的功率变换
装置，包括并联连接在电源和负载之间的N个功率变换电路、N或N-1个电压 调整电路、以及控制电路，其中，N》2,每一个所述的电压调整电路分别设置
在一个所述的功率变换电路的前端，所述控制电路用于检测每一个所述的功 率变换电路的输出电压，并向所述的电压调整电路发送控制信号，以调节所 述电压调整电路的输出电压，从而使得每一个所述的功率变换电路具有相同 的输出电流。
在本发明所述的并联的功率变换装置中，所述电压调整电路是Buck电路、 Boost电路、Buck-Boost电路、或附加了辅助电路的衍生电路。
在本发明所述的并联的功率变换装置中，所述衍生电路是软开关电路、 半桥电路、全桥电路或推挽电路。
在本发明所述的并联的功率变换装置中，所述功率变换电路是谐振电路。
在一优选的实施例中，包括第一谐振电路和第二谐振电路，在第一谐振 电路的前端设置有第一电压调整电路，在第二谐振电路的前端设置有第二电 压调整电路。
优选的，所述第一电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管 D1和电容C1;
其中，所述开关管S1的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述二极管Dl的阴极连接并连接到所述电感元件Ll的一端、控制端连接到所述控制电 路；
所述二极管D1的阳极耦合到电源的负极； 所述电感元件L1的另一端与所述电容CI的一端连接； 所述电容C1的另一端耦合到电源的负极；
所述第二电压调整电路包括开关管S2、电感元件L2、 二极管D2和电
容C2;
其中，所述开关管S2的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述二极管 D2的阴极连接并连接到所述电感元件L2的一端、控制端连接到所述控制电 路；
所述二极管D2的阳极耦合到电源的负极； 所述电感元件L2的另一端与所述电容C2的一端连接； 所述电容C2的另一端耦合到电源的负极。
优选的，所述第一电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管
Dl和电容Cl;
其中，所述电感元件L1的一端耦合到电源的正极，另一端与所述开关管
Sl的第一端连接并连接到所述二极管Dl的阳极；
所述开关管S1的第二端耦合到电源的负极,控制端连接到所述控制电路； 所述二极管Dl的阴极与所述电容Cl的一端连接； 所述电容Cl的另一端耦合到电源的负极；
所述第二电压调整电路包括开关管S2、电感元件L2、 二极管D2和电
容C2;
其中，所述电感元件L2的一端耦合到电源的正极，另一端与所述开关管 S2的第一端连接并连接到所述二极管D2的阳极；
所述开关管S2的第二端耦合到电源的负极，控制端连接到所述控制电路; 所述二极管D2的阴极与所述电容C2的一端连接； 所述电容C2的另一端耦合到电源的负极。
优选的，所述第一电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管D1和电容C1;
其中，所述电感元件L1的一端耦合到电源的正极，另一端与所述开关管
Sl的第一端连接并连接到所述二极管Dl的阳极；
所述开关管S1的第二端耦合到电源的负极，控制端连接到所述控制电路； 所述二极管D1的阴极与所述电容C1的一端连接； 所述电容C1的另一端耦合到电源的负极；
所述第二电压调整电路包括开关管S2、电感元件L2、 二极管D2和电
容C2;
其中，所述开关管S2的第一端耦合到电源的正极、第二端与电感元件L2 的一端连接并连接到所述二极管D2的阴极、控制端连接到所述控制电路； 所述二极管D2的阳极耦合到电源的负极； 所述电感元件L2的另一端与所述电容C2的一端连接； 所述电容C2的另一端耦合到电源的负极。
优选的，所述第一电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管 D1和电容C1;
其中，所述开关管si的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述电感元 件Ll的一端连接并连接到所述二极管Dl的阴极、控制端连接到所述控制电 路；
所述电感元件L1的另一端耦合到电源的负极；
所述二极管Dl的阳极与所述电容C1的一端连接； 所述电容C1的另一端耦合到电源的负极；
所述第二电压调整电路包括开关管S2、电感元件L2、 二极管D2和电
容C2;
其中，所述开关管S2的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述电感元 件L2的一端连接并连接到所述二极管D2的阴极、控制端连接到所述控制电 路；
所述电感元件L2的另一端耦合到电源的负极； 所述二极管D2的阳极与所述电容C2的一端连接；所述电容C2的另一端耦合到电源的负极。
在另一优选实施例中，包括第一谐振电路和第二谐振电路，在第一谐振 电路或第二谐振电路的前端设置有电压调整电路。
优选的，所述电压调整电路包括开关管S、电感元件L、 二极管D和电
容C;
其中，所述开关管s的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述电感元
件L的一端连接并连接到所述二极管D的阴极、控制端连接到所述控制电路; 所述电感元件L的另一端耦合到电源的负极； 所述二极管D的阳极与所述电容C的一端连接； 所述电容C的另一端耦合到电源的负极。
实施本发明的并联的功率变换装置，具有以下有益效果由于在功率变 换电路的前端设置有电压调整电路，可使各个支路的功率变换电路同频错相 工作，分别调节的电压调整电路的电压使各个支路的功率变换电路输出电压 相同，从而使各个支路的功率变换电路的输出电流相同。解决了功率变换电 路的谐振参数存在差异时，支路电流不均衡，甚至有支路不往副边传递功率 的问题。并且不会使得输出阻抗增加和降低功率变换电路的Q值，导致整机 的效率降低很多。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中
图1是本发明并联的功率变换装置的一优选实施例的原理框图2是图1所示的并联的功率变换装置电路原理图3是图1所示的并联的功率变换装置电路原理图4是图1所示的并联的功率变换装置电路原理图5是图1所示的并联的功率变换装置电路原理图6是本发明并联的功率变换装置的另一优选实施例的原理框图7是图6所示的并联的功率变换装置电路原理图。
10
具体实施例方式
如图1和6所示，在本发明的并联的功率变换装置中，是在功率变换电 路的前端，再增加一路电压调整电路，因为输入电压的变化，也会引起输出 电压的变化，通过调整功率变换电路的输入电压的变化，来调整支路的功率 变换电路的电压增益，达到调整均流的目的。对于功率变换电路是谐振电路 时，在谐振电路的fs固定的情况下，谐振电路的输入电压的变化，会引起输 出电压的变化，通过调整电路输出电压的调节，可以调整谐振电路的输出电 压，达到调整均流的目的。在此所指的谐振电路是以谐振方式工作的所有拓 扑电路。即包括并联谐振电路、串联谐振电路、LLC谐振电路等所有通过开 关频率来控制输出电压的电路。
如图1所示的一优选实施例中，包括并联连接在电源和负载之间的N个 功率变换电路、N个电压调整电路、以及控制电路；其中，N^2，每一个的电压 调整电路分别设置在一个功率变换电路的前端，控制电路用于检测每一个功 率变换电路的输出电压，并向电压调整电路发送控制信号，以调节电压调整 电路的输出电压，从而使得每一个功率变换电路具有相同的输出电流。
特别地，对于功率变换电路是谐振电路时，该并联的功率变换装置，包 括第一谐振电路和第二谐振电路，在第一谐振电路的前端设置有第一电压调 整电路，在第二谐振电路的前端设置有第二电压调整电路。
如图2所示，在一优选的具体实施中，电压调整电路采用Buck电路调节 方法，第一电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管D1和电容 Cl;其中，开关管S1的第一端耦合到电源的正极、第二端与二极管D1的阴 极连接并连接到电感元件L1的一端、控制端连接到控制电路；二极管D1的 阳极耦合到电源的负极；电感元件L1的另一端与电容C1的一端连接；电容 Cl的另一端耦合到电源的负极；第二电压调整电路包括开关管S2、电感元 件L2、 二极管D2和电容C2;其中，开关管S2的第一端耦合到电源的正极、 第二端与二极管D2的阴极连接并连接到电感元件L2的一端、控制端连接到 控制电路；二极管D2的阳极耦合到电源的负极；电感元件L2的另一端与电容C2的一端连接；电容C2的另一端耦合到电源的负极。
如图3所示，在另一优选的具体实施中，电压调整电路采用Boost电路 调节方法，述第一电压调整电路包括开关管Sl、电感元件Ll、 二极管Dl 和电容Cl;其中，电感元件Ll的一端耦合到电源的正极，另一端与开关管
Sl的第一端连接并连接到二极管Dl的阳极；开关管Sl的第二端耦合到电源
的负极，控制端连接到控制电路；二极管D1的阴极与电容C1的一端连接； 电容C1的另一端耦合到电源的负极；第二电压调整电路包括开关管S2、电 感元件L2、 二极管D2和电容C2;其中，电感元件L2的一端耦合到电源的正 极，另一端与开关管S2的第一端连接并连接到二极管D2的阳极；开关管S2 的第二端耦合到电源的负极，控制端连接到控制电路；二极管D2的阴极与电 容C2的一端连接；电容C2的另一端耦合到电源的负极。
如图4所示，在又一优选的具体实施中，电压调整电路采用Buck/Boost 电路调节方法，第一电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管D1 和电容Cl;其中，电感元件Ll的一端耦合到电源的正极，另一端与开关管
Sl的第一端连接并连接到二极管Dl的阳极；开关管Sl的第二端耦合到电源
的负极，控制端连接到控制电路；二极管D1的阴极与电容C1的一端连接；
电容C1的另一端耦合到电源的负极；第二电压调整电路包括开关管S2、电
感元件L2、 二极管D2和电容C2;其中，开关管S2的第一端耦合到电源的正 极、第二端与电感元件L2的一端连接并连接到二极管D2的阴极、控制端连 接到控制电路；二极管D2的阳极耦合到电源的负极；电感元件L2的另一端 与电容C2的一端连接；电容C2的另一端耦合到电源的负极。
如图5所示，在再一优选的具体实施中，电压调整电路采用Buck-Boost 电路调节方法，第一电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管D1 和电容C1;其中，开关管S1的第一端耦合到电源的正极、第二端与电感元件 Ll的一端连接并连接到二极管Dl的阴极、控制端连接到控制电路；电感元件 Ll的另一端耦合到电源的负极；二极管D1的阳极与电容C1的一端连接；电 容C1的另一端耦合到电源的负极；第二电压调整电路包括开关管S2、电感
元件L2、 二极管D2和电容C2;其中，开关管S2的第一端耦合到电源的正极、第二端与电感元件L2的一端连接并连接到二极管D2的阴极、控制端连接到 控制电路；电感元件L2的另一端耦合到电源的负极；二极管D2的阳极与电 容C2的一端连接；电容C2的另一端耦合到电源的负极。
如图6所示的另一优选实施例中，包括并联连接在电源和负载之间的N 个功率变换电路、N-l个电压调整电路、以及控制电路；因为调节N-1个支 路的输出电压的变化，就可以调整N路的均流，因此也可以简化前级电压调 整电路，只增加N-l个调整电路。其中，1fe2，每一个的电压调整电路分别设 置在一个功率变换电路的前端，控制电路用于检测每一个功率变换电路的输 出电压，并向电压调整电路发送控制信号，以调节电压调整电路的输出电压， 从而使得每一个功率变换电路具有相同的输出电流。
特别地，对于功率变换电路是谐振电路时，该并联的功率变换装置，包 括第一谐振电路和第二谐振电路，在第一谐振电路或第二谐振电路的前端。
如图7所示，在一优选的具体实施中，电压调整电路包括开关管S、电 感元件L、 二极管D和电容C;其中，开关管S的第一端耦合到电源的正极、 第二端与电感元件L的一端连接并连接到二极管D的阴极、控制端连接到控 制电路；电感元件L的另一端耦合到电源的负极；二极管D的阳极与所述电 容C的一端连接；电容C的另一端耦合到电源的负极。
在本发明并联的功率变换装置中，电压调整电路的基本电路为Buck、 Boost、 Buck-Boost等电路，也可以是附加了辅助电路的衍生电路，如软开关 电路、半桥、全桥、推挽等电路。
本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离 本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等 效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适 应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此 处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例 都属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种并联的功率变换装置，包括并联连接在电源和负载之间的N个功率变换电路，其中，N≥2，其特征在于，还包括N或N-1个电压调整电路、以及控制电路；每一个所述的电压调整电路分别设置在一个所述的功率变换电路的前端，所述控制电路用于检测每一个所述的功率变换电路的输出电压，并向所述的电压调整电路发送控制信号，以调节所述电压调整电路的输出电压，从而使得每一个所述的功率变换电路具有相同的输出电流。
2、 根据权利要求1所述的并联的功率变换装置，其特征在于，所述电压 调整电路是Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路、或附加了辅助电路的 衍生电路。
3、 根据权利要求2所述的并联的功率变换装置，其特征在于，所述衍生 电路是软开关电路、半桥电路、全桥电路或推挽电路。
4、 根据权利要求1 3任一所述的并联的功率变换装置，其特征在于， 所述功率变换电路是谐振电路。
5、 根据权利要求4所述的并联的功率变换装置，其特征在于，包括第一 谐振电路和第二谐振电路，在第一谐振电路的前端设置有第一电压调整电路， 在第二谐振电路的前端设置有第二电压调整电路。
6、 根据权利要求5所述的并联的功率变换装置，其特征在于，所述第一 电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管D1和电容C1;其中，所述开关管S1的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述二极管 Dl的阴极连接并连接到所述电感元件Ll的一端、控制端连接到所述控制电 路；所述二极管D1的阳极耦合到电源的负极； 所述电感元件L1的另一端与所述电容C1的一端连接； 所述电容C1的另一端耦合到电源的负极；所述第二电压调整电路包括开关管S2、电感元件L2、 二极管D2和电 容C2;其中，所述开关管S2的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述二极管 D2的阴极连接并连接到所述电感元件L2的一端、控制端连接到所述控制电 路；所述二极管D2的阳极耦合到电源的负极； 所述电感元件L2的另一端与所述电容C2的一端连接； 所述电容C2的另一端耦合到电源的负极。
7、 根据权利要求5所述的并联的功率变换装置，其特征在于，所述第一 电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管D1和电容C1;其中，所述电感元件L1的一端耦合到电源的正极，另一端与所述开关管 Sl的第一端连接并连接到所述二极管Dl的阳极；所述开关管Sl的第二端耦合到电源的负极，控制端连接到所述控制电路； 所述二极管D1的阴极与所述电容C1的一端连接； 所述电容Cl的另一端耦合到电源的负极；所述第二电压调整电路包括开关管S2、电感元件L2、 二极管D2和电容C2;其中，所述电感元件L2的一端耦合到电源的正极，另一端与所述开关管 S2的第一端连接并连接到所述二极管D2的阳极；所述开关管S2的第二端耦合到电源的负极,控制端连接到所述控制电路； 所述二极管D2的阴极与所述电容C2的一端连接； 所述电容C2的另一端耦合到电源的负极。
8、 根据权利要求5所述的并联的功率变换装置，其特征在于，所述第一 电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管D1和电容C1;其中，所述电感元件L1的一端耦合到电源的正极，另一端与所述开关管Sl的第一端连接并连接到所述二极管Dl的阳极；所述开关管Sl的第二端耦合到电源的负极，控制端连接到所述控制电路;所述二极管Dl的阴极与所述电容C1的一端连接； 所述电容C1的另一端耦合到电源的负极；所述第二电压调整电路包括开关管S2、电感元件L2、 二极管D2和电容C2;其中，所述开关管S2的第一端耦合到电源的正极、第二端与电感元件L2 的一端连接并连接到所述二极管D2的阴极、控制端连接到所述控制电路； 所述二极管D2的阳极耦合到电源的负极； 所述电感元件L2的另一端与所述电容C2的一端连接； 所述电容C2的另一端耦合到电源的负极。
9、 根据权利要求5所述的并联的功率变换装置，其特征在于，所述第一 电压调整电路包括开关管S1、电感元件L1、 二极管D1和电容C1;其中，所述开关管S1的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述电感元 件Ll的一端连接并连接到所述二极管Dl的阴极、控制端连接到所述控制电 路；所述电感元件L1的另一端耦合到电源的负极； 所述二极管D1的阳极与所述电容C1的一端连接； 所述电容C1的另一端耦合到电源的负极；所述第二电压调整电路包括开关管S2、电感元件L2、 二极管D2和电 容C2;其中，所述开关管S2的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述电感元 件L2的一端连接并连接到所述二极管D2的阴极、控制端连接到所述控制电 路；所述电感元件L2的另一端耦合到电源的负极； 所述二极管D2的阳极与所述电容C2的一端连接； 所述电容C2的另一端耦合到电源的负极。
10、 根据权利要求4所述的并联的功率变换装置，其特征在于，包括第 一谐振电路和第二谐振电路，在第一谐振电路或第二谐振电路的前端设置有 电压调整电路。
11、 根据权利要求10所述的并联的功率变换装置，其特征在于，所述电 压调整电路包括开关管S、电感元件L、 二极管D和电容C;其中，所述开关管S的第一端耦合到电源的正极、第二端与所述电感元件L的一端连接并连接到所述二极管D的阴极、控制端连接到所述控制电路； 所述电感元件L的另一端耦合到电源的负极； 所述二极管D的阳极与所述电容C的一端连接； 所述电容C的另一端耦合到电源的负极。
全文摘要
本发明涉及一种并联的功率变换装置，包括并联连接在电源和负载之间的N个功率变换电路、N或N-1个电压调整电路、以及控制电路，其中，N≥2，每一个电压调整电路分别设置在一个功率变换电路的前端，控制电路用于检测每一个功率变换电路的输出电压，并向电压调整电路发送控制信号，以调节电压调整电路的输出电压，从而使得每一个功率变换电路具有相同的输出电流。解决了功率变换电路的谐振参数存在差异时，支路电流不均衡，甚至有支路不往副边传递功率的问题。并且不会使得输出阻抗增加和降低功率变换电路的Q值，导致整机的效率降低很多。
文档编号H02M1/00GK101527501SQ20081008611
公开日2009年9月9日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者吕华军, 强 张, 朱春辉, 柳树渡, 潘诗峰 申请人:艾默生网络能源系统有限公司