基于开关电容的谐振变换器、方法和列车与流程

本公开涉及电力电子和变换器，更具体地，涉及一种基于开关电容的谐振变换器、方法和列车。

背景技术：

1、逻辑链路控制谐振变换器（logical link control resonant converter，llcrc）因其优秀的软开关特性广泛地应用于高频与高效率应用场合，但是，llcrc在谐振频率附近的工作效率是比较好的。因此，在面临宽范围电压调节需求的情况下，llcrc的转换效率会下降且增加了磁元件的设计难度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供了一种基于开关电容的谐振变换器、方法和列车。

2、本公开的一个方面提供了一种基于开关电容的谐振变换器，包括谐振电路和开关电容电路；

3、其中，上述谐振电路的输入端与上述开关电容电路的输入端串联连接，上述谐振电路的输出端与上述开关电容电路的输出端并联连接，上述开关电容电路包括n个串联的开关电容子电路，上述开关电容电路用于根据上述谐振变换器的输入电压和上述谐振电路的电压增益范围，控制n个上述开关电容子电路的工作状态，以使上述谐振电路对上述输入电压的增益保持在上述电压增益范围，n为正整数。

4、根据本公开的实施例，上述开关电容子电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和开关电容；

5、上述第一开关管的第一端连接上述开关电容电路的输入端，上述第一开关管的第二端连接上述第二开关管的第一端和上述开关电容的第一端，上述第三开关管的第一端连接上述开关电容电路的输入端，上述第三开关管的第二端连接上述第四开关管的第一端和上述开关电容的第二端，上述第二开关管的第二端和上述第四开关管的第二端连接。

6、根据本公开的实施例，每个上述开关电容子电路连接母线电容，上述母线电容的第一端连接上述第一开关管的第一端，上述母线电容的第二端连接上述第三开关管的第一端，上述母线电容用于对输入至上述开关电容子电路的电压进行滤波。

7、根据本公开的实施例，上述开关电容子电路的工作状态包括第一导通状态、第二导通状态和短路状态，在上述第一导通状态或上述第二导通状态下，上述开关电容子电路的电压增益为1/2。

8、根据本公开的实施例，在上述第一导通状态下，上述第一开关管和上述第四开关管导通，上述第二开关管和上述第三开关管关断，上述输入电压向上述开关电容和负载供电；

9、在上述第二导通状态下，上述第二开关管和上述第三开关管导通，上述第一开关管和上述第四开关管关断，上述开关电容向上述负载供电；

10、在上述短路状态下，上述第一开关管和上述第二开关管导通，上述第三开关管和上述第四开关管关断。

11、根据本公开的实施例，上述开关电容电路用于根据上述谐振变换器的上述输入电压和上述谐振电路的上述电压增益范围，从n个上述开关电容子电路中确定m个目标开关电容子电路，其中，m个上述目标开关电容子电路在上述第一导通状态或第二导通状态、n-m个非上述目标开关电容子电路为短路状态，以使上述谐振电路对上述输入电压的增益保持在上述电压增益范围，m个上述目标开关电容子电路的电压增益为1/2m，m为小于或等于n的正整数。

12、根据本公开的实施例，上述谐振电路包括第五开关管、第六开关管、谐振电感、谐振电容、励磁电感、变压器、第一二极管、第二二极管；

13、上述第五开关管的第一端连接上述谐振电路的输入端，上述第五开关管的第二端连接上述第六开关管的第一端，上述第六开关管的第二端连接上述谐振电路的输入端，上述谐振电感的第一端连接上述第五开关管的第二端，上述谐振电感的第二端连接上述励磁电感的第一端，上述谐振电容的第一端连接上述第六开关管的第二端，上述谐振电容的第二端连接上述励磁电感的第二端，上述励磁电感与上述变压器的原边连接，上述变压器的副边的第一端连接上述第一二极管的第一端，上述变压器的副边的第二端连接上述第二二极管的第一端，上述第一二极管的第二端和上述第二二极管的第二端接地。

14、根据本公开的实施例，上述第五开关管和上述第六开关管构成的半桥逆变电路将输入至上述谐振电路的电压逆变为方波电压，上述方波电压通过上述谐振电感和上述谐振电容构成的谐振网络产生正弦波谐振电流，上述方波电压在上述励磁电感上产生三角波励磁电流，上述正弦波谐振电流与上述三角波励磁电流相减之后的电流分量通过上述变压器的原边传递至副边，并通过上述第一二极管和上述第二二极管构成的全波整流电路后向负载供电。

15、本公开的另一个方面提供了一种基于开关电容的谐振变换方法，应用于如上述谐振变换器，其中，上述谐振变换器包括谐振电路和开关电容电路；上述方法包括：

16、利用上述开关电容电路根据上述谐振变换器的输入电压和上述谐振电路的电压增益范围，控制n个上述开关电容子电路的工作状态，以使上述谐振电路对上述输入电压的增益保持在上述电压增益范围，其中，上述谐振电路的输入端与上述开关电容电路的输入端串联连接，上述谐振电路的输出端与上述开关电容电路的输出端并联连接，上述开关电容电路包括n个串联的开关电容子电路。

17、本公开的另一个方面提供了一种列车，包括：

18、如上述谐振变换器。

19、根据本公开的实施例，通过将谐振电路与开关电容电路在输入端串联、输出端并联的方式，使得开关电容电路可以在输入端分担输入电压，在输出端输出与谐振电路相同的电压，构成部分功率处理的结构，减少功率损耗，提高系统效率，并且通过控制开关电容电路中n个开关电容子电路的工作状态可以利用开关电容电路承担一部分输出电压的增益，提升谐振变换器的电压调节范围。

技术特征：

1.一种基于开关电容的谐振变换器，包括谐振电路和开关电容电路；

2.根据权利要求1所述的谐振变换器，其中，所述开关电容子电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和开关电容；

3.根据权利要求2所述的谐振变换器，其中，每个所述开关电容子电路连接母线电容，所述母线电容的第一端连接所述第一开关管的第一端，所述母线电容的第二端连接所述第三开关管的第一端，所述母线电容用于对输入至所述开关电容子电路的电压进行滤波。

4.根据权利要求2或3所述的谐振变换器，其中，所述开关电容子电路的工作状态包括第一导通状态、第二导通状态和短路状态，在所述第一导通状态或所述第二导通状态下，所述开关电容子电路的电压增益为1/2。

5.根据权利要求4所述的谐振变换器，其中，其中，在所述第一导通状态下，所述第一开关管和所述第四开关管导通，所述第二开关管和所述第三开关管关断，所述输入电压向所述开关电容和负载供电；

6.根据权利要求4所述的谐振变换器，其中，所述开关电容电路用于根据所述谐振变换器的所述输入电压和所述谐振电路的所述电压增益范围，从n个所述开关电容子电路中确定m个目标开关电容子电路，其中，m个所述目标开关电容子电路在所述第一导通状态或第二导通状态、n-m个非所述目标开关电容子电路为短路状态，以使所述谐振电路对所述输入电压的增益保持在所述电压增益范围，m个所述目标开关电容子电路的电压增益为1/2m，m为小于或等于n的正整数。

7.根据权利要求1~3中任一项所述的谐振变换器，其中，所述谐振电路包括第五开关管、第六开关管、谐振电感、谐振电容、励磁电感、变压器、第一二极管、第二二极管；

8.根据权利要求7所述的谐振变换器，其中，所述第五开关管和所述第六开关管构成的半桥逆变电路将输入至所述谐振电路的电压逆变为方波电压，所述方波电压通过所述谐振电感和所述谐振电容构成的谐振网络产生正弦波谐振电流，所述方波电压在所述励磁电感上产生三角波励磁电流，所述正弦波谐振电流与所述三角波励磁电流相减之后的电流分量通过所述变压器的原边传递至副边，并通过所述第一二极管和所述第二二极管构成的全波整流电路后向负载供电。

9.一种基于开关电容的谐振变换方法，应用于如权利要求1~8中任一项所述谐振变换器，其中，所述谐振变换器包括谐振电路和开关电容电路；所述方法包括：

10.一种列车，包括：

技术总结本公开提供了一种基于开关电容的谐振变换器、方法和列车，可以应用于电力电子和变换器技术领域。该谐振变换器包括：谐振电路和开关电容电路；其中，谐振电路的输入端与开关电容电路的输入端串联连接，谐振电路的输出端与开关电容电路的输出端并联连接，开关电容电路包括N个串联的开关电容子电路，开关电容电路用于根据谐振变换器的输入电压和谐振电路的电压增益范围，控制N个开关电容子电路的工作状态，以使谐振电路对输入电压的增益保持在电压增益范围，N为正整数。技术研发人员：曹建刚,杜凯军,赵冬玉,冯程程,于雷受保护的技术使用者：中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/23