技术特征：
1.宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：该变换器包含前级调压电路、非隔离n级高变比dc/dc变换器、高频补偿电路以及控制系统，其中非隔离n级高变比dc/dc变换器是由n级变换单元构成的n级变换器，n为大于或等于2的整数；前级调压电路为由开关管与无源元件构成的非隔离变换单元，包括开关管、二极管、电容和电感这些元件，上述元件均包含第一端与第二端，开关管的第一端电连接二极管的第二端与电感的第一端，开关管的第二端电连接输入电源的负极，电感的第二端电连接输入电源的正极与电容的第二端，电容的第一端电连接二极管的第一端与n级变换器的正输入端，该n级变换器的接地端电连接输入电源的负极；通过控制前级调压电路中的开关管的导通时间与关断时间，实现电压增益的调节，从而抵抗电源侧输入电压的波动以及调整n级变换器输入电压，继而在负载侧得到稳定的输出电压；高频补偿电路包括输入端、输出端与接地端，该输入端电连接输入电源的正极，或者电连接n级变换器的正输入端，或者电连接n级变换器中的任意一级第一类基本变换单元的输出端口；高频补偿电路的输出端电连接负载的正极，高频补偿电路的接地端电连接输入电源的负极；控制系统提取电压误差值中的高频分量，用于控制高频补偿电路的工作状态与电流流向；高频补偿电路只在dc/dc变换器处于不稳定的暂态或状态切换瞬间时工作，当负载功率发生变化或负载功率与变换器输出功率不匹配导致实际输出电压波动时，该高频补偿电路补偿高频功率波动，提高dc/dc变换器的暂态响应，在dc/dc变换器处于稳态时停止工作，不进行电能变换。2.根据权利要求1所述的宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：控制系统集成采样单元、高通滤波器、控制单元与调制单元，采样单元包括电流采样、电压采样；高通滤波器提取电压误差值中的高频分量，高通滤波时间常数根据电路指标需求进行调整；控制单元采用模拟或数字控制算法，产生调制信号；调制单元将调制信号转换为控制开关管导通与关断的驱动信号，通过驱动信号实现对电路工作状态的控制；额定输出电压值v
ref
与实际输出电压值v
out
的差值进入高通滤波器进行频域分解，该高通滤波器的输出量i
tran
与输入量的传递函数关系为：其中，t表示高通滤波时间常数，s为频域计算中的一个复变量；该输出量i
tran
作为高频补偿电路的输出电流参考值，与高频补偿电路的实际输出电流值i
h
的差值进入控制单元，得到用于控制高频补偿电路工作状态的调制信号；前级调压电路的输出电流参考值i
avg
的计算式为：该参考值i
avg
与前级调压电路的实际输出电流值i
l
的差值进入控制单元，得到用于控制前级调压电路工作状态的调制信号。3.根据权利要求1所述的宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：高频补偿电路由一个半桥电路和一个lc滤波电路构成，该半桥电路由互补运行的第一开关管以及第二开关管构成，包含第一端、第二端以及中点，第一开关管电连接半桥电路的第一端
与中点，第二开关管电连接半桥电路的第二端与中点；lc滤波电路由滤波电感和滤波电容构成，包含第一端、第二端以及中点，滤波电感电连接lc滤波电路的第一端与中点，滤波电容电连接lc滤波电路的第二端与中点；半桥电路的第一端为高频补偿电路的输入端，电连接输入电源的正极，半桥电路的中点电连接lc滤波电路的第一端，半桥电路的第二端为高频补偿电路的接地端，lc滤波电路的中点为高频补偿电路的输出端，lc滤波电路的第二端电连接高频补偿电路的接地端，输入电源的负极电平值与负载的负极电平值相等；lc滤波电路的滤波电感与滤波电容的取值越小，高频补偿电路的截止频率越高，从而具有更快的响应速度；高频补偿电路的截止频率需要大于前级调压电路的截止频率。4.根据权利要求1所述的宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：n级变换器的第1级变换单元采用第一类基本变换单元，除第1级变换单元外的其它变换单元采用第一类基本变换单元或第二类基本变换单元，所述第一类基本变换单元与第二类基本变换单元均包含的部分有：输入端口；输出端口；第一谐振腔，包含第一端以及第二端；第二谐振腔，包含第一端以及第二端，该第二谐振腔的第一端电连接输出端口；第一半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第一半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第一端，该第一半桥电路的第一端电连接输入端口，第二端电连接输出端口；第二半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第二半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第二端，该第二半桥电路的第一端电连接输出端口，第二端电连接接地端口；第一类基本变换单元的第二谐振腔的第二端电连接接地端口，第二类基本变换单元还包含：第三半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第三半桥电路的中点电连接第二类基本变换单元的第二谐振腔的第二端，该第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，第二端电连接接地端口；n级变换器中第1级变换单元的输出端口电连接负载的正极，除第1级变换单元外的其它变换单元的输出端口电连接低一级变换单元的输入端口，第n级变换单元的输入端口为n级变换器的正输入端，该正输入端电连接前级调压电路的电容的第一端以及二极管的第一端，其中n级变换器的接地端电平值、负载的负极电平值与接地端口的电平值相等；非隔离n级高变比dc/dc变换器的输入电压与输出电压的变比值为固定值，该变比值与级数n、变换器的接线方式、组成变换器的基本变换单元类型有关，最大变比值与n有关，满足如下规律：2级变换单元实现5倍变比，3级变换单元实现13倍变比，当n>3时，变比值为第n-1级实现的变比值至第2级实现的变比值的逐项累加，再加上第n-1级实现的变比值，再加3。5.根据权利要求4所述的宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：第一谐振腔由电感和电容构成，该电感与电容串联电连接。6.根据权利要求4所述的宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：第二谐振腔由电感和电容构成，该电感与电容串联电连接，或者仅由电容构成。7.根据权利要求4所述的宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：所
述第一半桥电路由互补运行的第一开关管以及第二开关管构成，第一开关管的第一端电连接第二开关管的第二端以及第一半桥电路的中点，第一开关管的第二端电连接第一半桥电路的第二端，第二开关管的第一端电连接第一半桥电路的第一端；所述第二半桥电路由互补运行的第三开关管以及第四开关管构成，第三开关管的第一端电连接第四开关管的第二端以及第二半桥电路的中点，第三开关管的第二端电连接第二半桥电路的第二端，第四开关管的第一端电连接第二半桥电路的第一端；所述第三半桥电路由互补运行的第五开关管以及第六开关管构成，第五开关管的第一端电连接第六开关管的第二端以及第三半桥电路的中点，第五开关管的第二端电连接第三半桥电路的第二端，第六开关管的第一端电连接第三半桥电路的第一端。8.根据权利要求7所述的宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：第1级变换单元至第n级变换单元的所有第一开关管、所有第三开关管以及由第二类基本变换单元所构成的每一级变换单元的第六开关管是同时导通及同时关断，第1级变换单元至第n级变换单元的所有第二开关管、所有第四开关管以及由第二类基本变换单元所构成的每一级变换单元的第五开关管是同时导通及同时关断；不考虑死区时间的情况下，每个开关管的导通和关断的占空比为50％。9.根据权利要求7所述的宽输入电压范围非隔离高变比dc/dc变换器，其特征在于：第1级变换单元至第n级变换单元中的每一级变换单元的所有开关管是变频或定频工作。
技术总结
本发明公开了一种宽输入电压范围非隔离高变比DC/DC变换器，包含前级调压电路、N级变换器、高频补偿电路以及控制系统。前级调压电路为非隔离变换单元，通过控制开关管的导通与关断调节电压增益，调节N级变换器输入电压；N级变换器的输入电压与输出电压的变比值为固定值，与级数N、变换器的接线方式、组成变换器的基本变换单元有关；高频补偿电路只在变换器处于暂态或状态切换瞬间时工作，补偿高频功率波动，提高暂态响应；控制系统可提取电压误差值中的高频分量，用于控制高频补偿电路的状态与电流流向。本发明在提高变换器电压变比的同时，实现了在输入电压宽范围变化时负载侧输出电压稳定可调，并提高了动态响应能力，输出电压波动更小。压波动更小。压波动更小。
技术研发人员：杜贵平 郑昊 朱天生
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/7/25