一种多电平谐振DC-DC变换器的制作方法

本实用新型涉及一种应用于高压输入场合(直流800V以上)三电平DC-DC直流变换器，具体涉及一种多电平谐振DC-DC变换器。

背景技术：

随着新能源电动汽车、高速铁路、地铁在国内的发展，直流输入电压越来越高，而车载的设备的供电都是低压供电，这对高压转换成低压的DC-DC变换器的需求越来越强烈。传统的方法都是采用经典的电路拓扑使用高压MOSFET实现高低压的转换，但是随着近几年高压MOSFET的全球缺货，造成了高压输入DC-DC变换器的供货生产造成了很大的瓶颈，同时高压MOSFET的价格也在不停地上涨，给产品的成本也造成了很大的压力。

技术实现要素：

为解决现有技术问题，本申请公开一种多电平谐振DC-DC变换器，通过分压电容C1,C2 的均压，提高了工作PWM工作频率，提高了DC-DC变换器的效率，减小了散热器和变压器的体积，进一步降低了成本，均压问题，同时也省略了传统的多电平技术中的飞跨电容，进一步降低了成本，减小了变换器的体积。

为解决现有技术问题，本申请技术方案如下。

一种多电平谐振DC-DC变换器，包括第一分压电容C1、第二分压电容C2、输入三电平半桥电路、变压器和输出整流电路；

输入三电平半桥电路包括输入半桥电路、第一钳位二极管D5、第二钳位二极管D6和谐振电感Lr；

输入半桥电路包括四个输入半桥电路，分别为第一半桥电路、第二半桥电路、第三半桥电路和第四半桥电路；

第一分压电容C1和第二分压电容C2串联连接在电压输入端，第一半桥电路、第二半桥电路、第三半桥电路和第四半桥电路依次相连接，第一钳位二极管D5和第二钳位二极管 D6串联连接后一端连接第一半桥电路与第二半桥电路的公共连接端，另一端连接第三半桥电路和第四半桥电路的公共连接端；

输入三电平半桥电路通过变压器与输出整流电路相连接。

变压器的初级绕组侧串联谐振电感Lr后连接第二半桥电路与第三半桥电路的公共连接点。

输出整流电路包括第一输出整流管Dr1、第二输出整流管Dr2、第三输出整流管Dr3和第四输出整流管Dr4、输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf和负载电阻V0；

第一输出整流管Dr1与第三输出整流管Dr3串联，第二输出整流管Dr2和第四输出整流管Dr4串联；第一输出整流管Dr1的导通端与第二输出整流管Dr2的导通端相连接；第三输出整流管Dr3的截止端与第四输出整流管Dr4的截止端相连接；输出滤波电感Lf与输出滤波电容Cf串联后，一端连接第二输出整流管Dr2的导通端，另一端连接第四输出整流管Dr4的截止端，负载电阻V0与输出滤波电容Cf并联连接；

变压器的次级绕组侧一端连接第一输出整流管Dr1的截止端，另一端连接第二输出整流管Dr2的截止端，初级绕组侧的另一端连接第一分压电容C1和第二分压电容C2的公共连接端，同时，连接第一钳位二极管D5和第二钳位二极管D6的公共连接端。

输入半桥电路包括开关管、二极管和并联电容；

二极管和并联电容并联连接，开关管的集电极连接二极管的导通端，开关管的发射极连接二极管的截止端。

第一半桥电路包括第一开关管Q1、第一二极管D1和第一并联电容Cr1；

第二半桥电路包括第二开关管Q2、第二二极管D2和第二并联电容Cr2；

第三半桥电路包括第三开关管Q3、第三二极管D3和第三并联电容Cr3；

第四半桥电路包括第四开关管Q4、第一二极管D4和第一并联电容Cr4；

第一开关管Q1的发射极与第二开关管Q2的集电极相连接，第二开关管Q2的发射极与第三开关管Q3的集电极相连接，第三开关管Q3的发射极与第四开关管Q4的集电极相连接。

二极管为金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。

本实用新型的有益效果包括：

本申请公开一种多电平谐振DC-DC变换器，通过输入第一分压电容C1和第二而保证了MOSFET上承受的最高电压为Vin/2,保证了电路的可靠性；实现了MOSFET的软开关；保证了在全负载范围内高效率工作；实现了电容的均压，输出的稳压，以及以及过流保护、过压保护、过热保护保护；解决了没有飞跨电容下实现MOSFET的均压和开关，采用变压器隔离输入和输出，保证了使用此DC-DC变换器的系统的安全性，解决了高压DC-DC的供货瓶颈和成本的压力。

附图说明

图1本申请一种多电平谐振DC-DC变换器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

为了使本实用新型的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效，且为了使该评价方法易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种多电平谐振DC-DC变换器，包括第一分压电容C1、第二分压电容C2、输入三电平半桥电路、变压器和输出整流电路；

第一分压电容C1、第二分压电容C2、第一钳位二极管D5、第二钳位二极管D6，共同工作实现MOSFET漏极和源极的最高电压不超过输入电压的二分之一。

输入三电平半桥电路包括输入半桥电路、第一钳位二极管D5、第二钳位二极管D6；

输入半桥电路包括第一半桥电路、第二半桥电路、第三半桥电路和第半桥电路；

第一分压电容C1和第二分压电容C2串联连接在电压输入端，第一半桥电路、第二半桥电路、第三半桥电路和第四半桥电路依次相连接，第一钳位二极管D5和第二钳位二极管 D6串联连接后一端连接第一半桥电路与第二半桥电路的公共连接端，另一端连接第三半桥电路和第四半桥电路的公共连接端；

输入三电平半桥电路通过变压器与输出整流电路相连接。

变压器的初级绕组侧串联谐振电感Lr后连接第二半桥电路与第三半桥电路的公共连接点，初级绕组侧的另一端连接第一分压电容C1和第二分压电容C2的公共连接端，同时，连接第一钳位二极管D5和第二钳位二极管D6的公共连接端。

输出整流电路包括第一输出整流管Dr1、第二输出整流管Dr2、第三输出整流管Dr3和第四输出整流管Dr4、输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf和负载电阻V0；

第一输出整流管Dr1与第三输出整流管Dr3串联，第二输出整流管Dr2和第四输出整流管Dr4串联；第一输出整流管Dr1的导通端与第二输出整流管Dr2的导通端相连接；第三输出整流管Dr3的截止端与第四输出整流管Dr4的截止端相连接；输出滤波电感Lf与输出滤波电容Cf串联后，一端连接第二输出整流管Dr2的导通端，另一端连接第四输出整流管Dr4的截止端，负载电阻V0与输出滤波电容Cf并联连接；

变压器的次级绕组侧一端连接第一输出整流管Dr1的截止端，另一端连接第二输出整流管Dr2的截止端。

输入半桥电路包括开关管、二极管和并联电容；二极管和并联电容并联连接，开关管的集电极连接二极管的导通端，开关管的发射极连接二极管的截止端。

第一半桥电路包括第一开关管Q1、第一二极管D1和第一并联电容Cr1；

第二半桥电路包括第二开关管Q2、第二二极管D2和第二并联电容Cr2；

第三半桥电路包括第三开关管Q3、第三二极管D3和第三并联电容Cr3；

第四半桥电路包括第四开关管Q4、第一二极管D4和第一并联电容Cr4；

第一开关管Q1的发射极与第二开关管Q2的集电极相连接，第二开关管Q2的发射极与第三开关管Q3的集电极相连接，第三开关管Q3的发射极与第四开关管Q4的集电极相连接。

二极管为金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。

第一开关管Q1、第三开关管Q3为超前管,第二开关管Q2和第四开关管Q4为滞后管，输入半桥电路实现MOSFET的零电压关断第一钳位二极管D5、第二钳位二极管D6保证四个MOSFET上承受的最高电压为输入电压。

本领域内的技术人员可以对本实用新型进行改动或变型的设计但不脱离本实用新型的思想和范围。因此，如果本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同的技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。