一种高频开关电源及其控制方法、燃料电池发电系统与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种高频开关电源及其控制方法、燃料电池发电系统。

背景技术：

1、随着科技发展进步，电子电力设备在各行各业的作用越来越重要，而电子设备正常运行往往需要一个长期稳定可靠的高频开关电源来将外界的电能转换成符合电子设备用电要求的电能，例如在燃料电池发电系统内部，电机作为用电器，其电能来源于母线，电机用电通常为交流电(例如ac-230v)，而母线为直流电(例如dc-400～800v)，且一般情况下两者的电压也不同，因此需要通过高频开关电源将电能从母线的较高电压的直流电转成较低电压的交流电。对于高频开关电源期望要求具备高输入电压、低输入端纹波电流、高电能转换效率以及高电流采集精度。然而，目前市面上传统的高频开关电源大多基于常规移相全桥电路结构，变压器原边占空比丢失的优化方面与滞后臂实现软开关方面存在相互矛盾，无法进一步提高电能转换效率。

技术实现思路

1、本发明提供一种高频开关电源及其控制方法、燃料电池发电系统，以解决现有的高频开关电源变压器原边占空比丢失的优化方面与滞后臂实现软开关方面存在相互矛盾的问题，本发明通过电路结构和控制逻辑的改进，实现了在任何负载工况下，只要辅助电感的储能量达标，就可以使谐振辅助开关断开。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种高频开关电源，包括：移相全桥电路、变压器、逆变电路、控制芯片、驱动模块和辅助网络；

3、所述移相全桥电路分别与所述变压器、所述驱动模块、所述辅助网络、母线连接，所述变压器、所述控制芯片分别与所述逆变电路连接，所述驱动模块分别与所述控制芯片、所述辅助网络连接；

4、所述辅助网络包括辅助网络回路信号采集模块、逻辑电路、辅助电感、隔离驱动变压器、以及分别与所述辅助电感连接的第一谐振辅助开关、第一辅助电容、第二谐振辅助开关、第二辅助电容；其中，所述信号采集模块的输入端与所述辅助电感连接，所述信号采集模块的输出端分别与所述驱动模块、所述逻辑电路连接，所述逻辑电路与所述隔离驱动变压器的原边绕组连接，所述第一谐振辅助开关连接所述隔离驱动变压器的第一副边绕组，所述第二谐振辅助开关连接所述隔离驱动变压器的第二副边绕组。

5、作为上述方案的改进，所述移相全桥电路包括：

6、第一开关管、与所述第一开关管连接的第一谐振电容和第一二极管；

7、第二开关管、与所述第二开关管连接的第二谐振电容和第二二极管；

8、第三开关管、与所述第三开关管连接的第三谐振电容和第三二极管；

9、第四开关管、与所述第四开关管连接的第四谐振电容和第四二极管；

10、移相全桥谐振电容、与所述移相全桥谐振电容串联连接的移相全桥谐振电感；

11、其中，所述母线的正极分别连接所述第一开关管的漏极、所述第二开关管的漏极、所述第一谐振辅助开关的漏极，所述母线的负极分别连接所述第三开关管的源极、所述第四开关管的源极、所述第二谐振辅助开关的源极；

12、所述驱动模块分别连接所述第一开关管的栅极、所述第二开关管的栅极、所述第三开关管的栅极、所述第四开关管的栅极；

13、所述辅助电感与所述移相全桥谐振电感连接。

14、作为上述方案的改进，所述移相全桥谐振电感由所述变压器的漏感形成。

15、作为上述方案的改进，所述辅助网络回路信号采集模块包括信号采集器和用于采集所述辅助网络回路电流信息的电流互感器，所述电流互感器串联在所述移相全桥谐振电感和所述辅助电感之间，所述信号采集器的输入端与所述电流互感器的输出端连接，所述信号采集器的输出端分别与所述逻辑电路的输入端和所述驱动模块的输出端连接。

16、作为上述方案的改进，所述高频开关电源还包括桥式整流电路；

17、所述变压器的副边绕组通过所述桥式整流电路与所述逆变电路连接，所述变压器的原边绕组与所述移相全桥电路的输出端连接。

18、作为上述方案的改进，所述桥式整流电路由整流桥和箝位电路组成。

19、本发明实施例还提供了一种燃料电池发电系统，包括：燃料电池、输出电能调节模块、系统管控模块、电机和上述任一项所述的高频开关电源。

20、本发明实施例还提供了一种高频开关电源的控制方法，适用于上述任一项所述的高频开关电源，所述方法包括：

21、所述辅助网络回路信号采集模块在检测到流经所述辅助电感的电流达到第一预设值时，向所述逻辑电路发送触发信号；

22、所述逻辑电路接收并响应于所述触发信号，控制所述第一谐振辅助开关或所述第二谐振辅助开关断开。

23、作为上述方案的改进，在同一个时间周期内，所述逻辑电路控制所述第一谐振辅助开关断开的时间小于等于所述第四开关管断开的时间，所述逻辑电路控制所述第二谐振辅助开关断开的时间小于等于所述第二开关管断开的时间。

24、相对于现有技术，本发明实施例提供的高频开关电源及其控制方法、燃料电池发电系统的有益效果在于：通过增加辅助网络，优化了变压器原边占空比丢失的问题，实现了滞后臂的软开关，扩大了开关器件的软开关范围，提高了电能转换效率；降低了开关器件的尖峰电压，有助于提高电源输入电压；降低了输入端的纹波电流。

技术特征：

1.一种高频开关电源，其特征在于，包括：移相全桥电路、变压器、逆变电路、控制芯片、驱动模块和辅助网络；

2.如权利要求1所述的高频开关电源，其特征在于，所述移相全桥电路包括：

3.如权利要求2所述的高频开关电源，其特征在于，所述移相全桥谐振电感由所述变压器的漏感形成。

4.如权利要求3所述的高频开关电源，其特征在于，所述辅助网络回路信号采集模块包括信号采集器和用于采集所述辅助网络回路电流信息的电流互感器，所述电流互感器串联在所述移相全桥谐振电感和所述辅助电感之间，所述信号采集器的输入端与所述电流互感器的输出端连接，所述信号采集器的输出端分别与所述逻辑电路的输入端和所述驱动模块的输出端连接。

5.如权利要求1所述的高频开关电源，其特征在于，所述高频开关电源还包括桥式整流电路；

6.如权利要求5所述的高频开关电源，其特征在于，所述桥式整流电路由整流桥和箝位电路组成。

7.一种燃料电池发电系统，其特征在于，包括燃料电池、输出电能调节模块、系统管控模块、电机和如权利要求1至6任一项所述的高频开关电源。

8.一种高频开关电源的控制方法，适用于如权利要求1～6任一项所述的高频开关电源，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的高频开关电源的控制方法，其特征在于，在同一个时间周期内，所述逻辑电路控制所述第一谐振辅助开关断开的时间小于等于所述第四开关管断开的时间，所述逻辑电路控制所述第二谐振辅助开关断开的时间小于等于所述第二开关管断开的时间。

技术总结
本发明公开了一种高频开关电源及其控制方法、燃料电池发电系统，所述高频开关电源的移相全桥电路分别与变压器、驱动模块、辅助网络、母线连接，变压器、控制芯片分别与逆变电路连接；辅助网络包括辅助网络回路信号采集模块、逻辑电路、辅助电感、隔离驱动变压器、以及分别与辅助电感连接的第一谐振辅助开关、第一辅助电容、第二谐振辅助开关、第二辅助电容；逻辑电路与隔离驱动变压器的原边绕组连接，第一谐振辅助开关连接隔离驱动变压器的第一副边绕组，第二谐振辅助开关连接隔离驱动变压器的第二副边绕组。本发明实施例通过电路结构和控制逻辑的改进，实现了在任何负载工况下，只要辅助电感的储能量达标，就可以使谐振辅助开关断开。

技术研发人员：陈烁烁,张东羽
受保护的技术使用者：深圳三环电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15