[發明專利]一種集成三端口功率變換器

有效

• 申請號: 201610405112.4
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN107482917B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 馬小林
• 申請（專利權）人: 馬小林
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02J3/32
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳

一種集成三端口功率變換器，所述功率變換器包括具有三個獨立繞組的變壓器、第一電壓型逆變單元、第二電壓型逆變單元、輸出整流單元、控制模塊單元以及端口P1、P2和P3，其中，一個端口P3作為負載端口，另外兩個端口P1、P2作為源或負載端口；端口P3與輸出整流單元連接，所述端口P1與第一電壓型逆變單元連接，所述端口P2與第二電壓型逆變單元連接，其中一個變壓器的獨立繞組與所述輸出整流單元連接，所述第一電壓型逆變單元、第二電壓型逆變單元分別與變壓器的另外兩個獨立繞組連接，所述第一電壓型逆變單元、第二電壓型逆變單元、輸出整流單元的受控開關均與所述控制模塊單元連接。本發明集中控制、成本低、可靠性良好。

技術領域

本發明涉及本發明屬于電力電子功率變換領域，具體涉及到在電動汽車應用中的三端口功率變換器。

背景技術

隨著新能源發展，尤其是電動汽車的發展，出現了多端口之間的功率變換需求，且部分端口功率變換需求為雙向傳輸。而目前在電動汽車中實際應用情況為：從電網整流直流高壓端到高壓儲能電池端，基本采用AC/DC變換器來實現，一般稱為充電機；而從高壓儲能電池端返回到電網端直流高壓采用DC/AC變換器來實現,一般稱為逆變器（部分低端需求不配置該逆變模塊）；從高壓儲能電池端到低壓電器（電池）端則采用DC/DC變換器來實現；從電網整流直流高壓端到低壓電器端，目前沒有相對應的模塊來實現。為了完成以上功能，目前至少采用三個以上模塊來實現，成本高、體積大、重量重；又由于模塊間分開控制，很難得到最優化設計；可靠性也存在較大挑戰。

發明內容

為了克服電動汽車功率變換中存在的分開控制、成本高、可靠性較差的不足，本發明提供一種集中控制、成本低、可靠性良好的集成三端口功率變換器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種集成三端口功率變換器，所述功率變換器包括具有三個獨立繞組的變壓器、第一電壓型逆變單元、第二電壓型逆變單元、輸出整流單元、控制模塊單元以及端口P1、P2和P3，其中，一個端口P3作為負載端口，另外兩個端口P1、P2作為源或負載端口；端口P3與輸出整流單元連接，所述端口P1與第一電壓型逆變單元連接，所述端口P2與第二電壓型逆變單元連接，其中一個變壓器的獨立繞組與所述輸出整流單元連接，所述第一電壓型逆變單元、第二電壓型逆變單元分別與變壓器的另外兩個獨立繞組連接，所述第一電壓型逆變單元、第二電壓型逆變單元、輸出整流單元的受控開關均與所述控制模塊單元連接。

進一步，所述功率變換器還包括第一阻抗匹配單元和第二阻抗匹配單元，所述第一電壓型全橋單元與所述第一阻抗匹配單元連接，所述第一阻抗匹配單元與變壓器的另外兩個獨立繞組中的一個獨立繞組連接；所述第二電壓型全橋單元與所述第二阻抗匹配單元連接，所述第二阻抗匹配單元與變壓器的另外兩個獨立繞組中的另一個獨立繞組連接。

再進一步，所述第一阻抗匹配單元和/或第二阻抗匹配單元采用一個電感。

所述變壓器為在同一個鐵芯上設有三個獨立繞組，所述三個獨立繞組之間相互電氣隔離。

所述第一電壓型逆變單元和第二電壓型逆變單元均為電壓型全橋單元，所述電壓型全橋單元由四個功率管組成兩個并聯橋臂，橋臂一個中點連接一電容，通過該電容與阻抗匹配單元相連，橋臂另外一個中點與阻抗匹配單元相連。當然，也可以是半橋形式。

所述輸出整流單元為全波整流單元，所述由兩個功率管和一個電感組成，其中兩個功率管和電感分別與三繞組變壓器的一個獨立端口相連，兩個功率管另外一端相連之后與端口P3相連，電感另外一端與端口P3相連。當然，也可以是半波形式。

所述的控制模塊單元包括用于采集各端口的電壓和電流信號的采樣和隔離電路、調理電路、計算和控制電路以及隔離和驅動電路，所述采樣和隔離電路與調理電路連接，所述調理電路與所述計算和控制電路連接，所述計算和控制電路與所述隔離和驅動電路連接。可以采用DSP或ARM等帶有數字運算處理的芯片。