[發明專利]一種高頻隔離型DC-DC雙級功率變換系統結構

在審

• 申請號: 201510895604.1
• 申請日: 2015-12-03
• 公開（公告）號: CN105356758A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 劉闖;蔡國偉
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及功率變換系統領域，具體涉及一種高頻隔離型DC-DC雙級功率變換系統結構。

背景技術

隨著社會發展速度的日益加快，人類對能源的需求不斷提高，化石能源的日益枯竭與社會發展對能源的高需求之間的矛盾，迫使人們越來越關注可再生能源的開發和利用，為了應對石油資源的短缺以及節能減排的環保要求，電動汽車以其高效率、低排放的特點成為研究熱點。電動汽車關鍵問題是快速充電，電動汽車快速充電站的發明與建設是推動電動汽車產業發展關鍵因素之一，近年來電動汽車充電站核心裝置的研發成為了世界各大高校與企業研究的熱點。

電動汽車充電技術能夠將電網電能轉換為車載動力電池所需要的電能，從而用于汽車驅動。目前電動汽車充電形式多種多樣，但主要可以分為交流充電和直流充電，交流充電電壓低、電流小，存在負荷低，充電時間長等問題，所以用途非常局限。而直流充電又稱為快速充電，目的是短時間內沖入大量電能以實現快速充電，直流充電能夠實現大功率能量變換，能夠大大縮短充電時間，彌補了電動汽車續航能力差的缺點因此進年來發展不斷加快。

現有對電動汽車直流快速充電結構的研究主要分為兩類：一種為應用公共交流配電網通過AC-DC變換器實現電動汽車快速充電，另一種為采用大功率的整流裝置如三相整流器構建出公共直流母線再進行DC-DC變換對電池進行充電，綜合考慮顯然是第二種方式更加的合理，不僅可以減少整體系統變換裝置的數量，而且更容易將新能源發電系統接入。本發明主要面對直流母線至電動汽車之間的功率變換應用。現有對電動汽車快速充電站中的DC-DC功率變換裝置的研究主要包括隔離型與非隔離型兩種，其主要差別為是否采用高頻變壓器將輸入與輸出之間進行電氣隔離，同時電動汽車快速充電站必須能夠滿足多輛電動汽車同時充電，為了消除同時充電的多輛電動汽車之間的影響，隔離型DC-DC變換器是一種更好的選擇。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種高頻隔離型DC-DC雙級功率變換系統結構，系統前端采用三電平拓撲結構對于輸入電壓高的應用場合也非常適用，系統后端采用串聯諧振變換器實現高頻隔離作用，可以提高功率密度，可以滿足絕大多數電動汽車的充電要求。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種高頻隔離型DC-DC雙級功率變換系統結構，包括結合為一體的三電平降壓變換器和串聯諧振變換器，所述三電平降壓變換器包括三電平功率變換模塊和LC低通濾波器，三電平功率變換模塊直接與LC低通濾波器串聯；所述串聯諧振變換器包括全橋逆變器及高頻變壓器和整流橋，LC低通濾波器右端直接與全橋逆變器連接，全橋逆變器的中點分別與高頻變壓器中的漏感L_r和諧振電容C_r連接，高頻變壓器二次側與整流橋的兩個橋臂中點相連，整流橋右端并聯輸出穩壓電容。

其中，所述的三電平功率變換模塊由兩個輸入穩壓電容C_s1、C_s2，兩個開關管Q1、Q2(絕緣柵雙極晶體管IGBT或金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET等)和兩個續流二極管或開關管(絕緣柵雙極晶體管IGBT或金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET等)D_s1、D_s2構成，上橋臂開關管Q1與續流二極管D_s1串聯然后與輸入穩壓電容C_s1并聯，下橋臂開關管Q2與續流二極管D_s1串聯同時與輸入穩壓電容C_s2并聯，輸入穩壓電容C_s1、C_s2串聯，輸入穩壓電容C_s1的上端為輸入電源正極T，輸入穩壓電容C_s2的下端為輸入電源負極B，上下兩個橋臂串聯，上端與輸入電源正極T相連，下端與輸入電源負極B相連，兩個橋臂的中點與直流側穩壓電容C_s1、C_s2引出中點電位M連接，三電平功率變換模塊的輸入側設有輸入端口T、M、B，可以將T、M、B三個端口接入雙極型直流母線的三個輸出端口，也可以只將T、B兩個端口接入單極型直流母線的輸出端口，三電平功率變換模塊輸出側直接與LC低通濾波器串聯。