[發明專利]一種基于SiC器件串聯的雙向DC/DC變換器

有效

• 申請號: 201510901533.1
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105720822A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 董長城;侯凱;駱健;王志剛;辛甜;呂宏水;何安然;盧文兵;徐建松;王后生;范鎮淇
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;南京南瑞集團公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，主要涉及一種基于SiC器件串聯的雙向隔離DC/DC變換器。

背景技術

隨著港口岸電電源、電力機車牽引系統、電能質量治理、新能源發電、高壓柔性直流輸電等領域的發展，電力電子變壓器應運而生，而其核心組件雙向隔離DC/DC變換器的研究在電壓等級、功率等級和工作頻率等方面存在諸多限制，亟需取得突破。

傳統的雙向DC/DC變換器的器件一般采用Si材料的IGBT，但由于結構因素影響，其開關損耗大，且隨電壓等級的升高，開關頻率很低，造成效率低、體積大。

為解決上述問題，一般采用軟開關技術，華北電力大學的發明專利201110140067.1“一種的對稱半橋LLC諧振式雙向直流-直流變換器”，但因為IGBT關斷時拖尾電流比較大，時間長，所以其關斷損耗并不能完全消除。石家莊通和電子科技股份有限公司專利201410828951.8提出一種雙向隔離直流-直流變換器，變壓器原副邊都是全橋結構，但是每個橋臂都是單只器件，耐壓等級沒有提升，且在高壓條件下開關頻率比較低。

SiCMOSFET模塊是新興器件，與Si材料的MOSFET相比，耐壓高、電流大，更適合于大功率場合；而與Si材料的IGBT模塊相比，開關速度快，開關損耗低，且其反并聯二極管為SiC的肖特基二極管，沒有反向恢復損耗，開關頻率可以更高，這樣后級傳輸電感和高頻變壓器體積可以大大減小，目前已經商業化的SiCMOSFET模塊額定電壓可達1700V，額定電流300A，工作頻率可達幾十KHz甚至上百KHz。

發明內容

本發明目的是：針對現有技術的不足，提供一種基于SiC器件串聯的雙向DC/DC變換器，該目的通過一種基于器件串聯的移相全橋電路實現。

具體地說，本發明所采取的技術方案是：一種基于SiC器件串聯的高壓大功率雙向DC/DC變換器，包括輸入側濾波電容、逆變全橋、傳輸電感、輸入側隔直電容、變壓器、輸出測隔直電容、整流全橋和輸出濾波電容。其中直流輸入端經輸入側濾波電容與逆變全橋的輸入側相連，逆變全橋的輸出側一端經傳輸電感和輸入側隔直電容與變壓器的原邊一端相連，變壓器的原邊另外一端與逆變全橋的另一輸出端相連。變壓器的副邊輸出端經輸出測隔直電容與整流橋的輸入端相連，整流橋的輸出側與輸出側濾波電容相連。

所述輸入側濾波電容和輸出側濾波電容為薄膜電容，對輸入直流電壓其濾波作用。

所述逆變全橋將直流電變換為交流電，其包括第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關、第四電子開關，第一電子開關與第二電子開關串聯后并聯于輸入側濾波電容兩端，第三電子開關與第四電子開關串聯后并聯于輸入側濾波電容兩端。第一電子開關與第二電子開關的連接中點依次串聯傳輸電感L和輸入側隔直電容，與變壓器的原邊一端子相連接；第三電子開關與第四電子開關的連接中點與變壓器的原邊另一端子相連接。

所述傳輸電感起到短時儲存能量和傳輸能量的作用。

所述輸入側隔直電容和輸出側隔直電容起到隔離直流電信號的作用。

所述高頻變壓器將逆變全橋輸出的高頻交流電變換為整流橋輸入側的高頻交流電，起到變壓和隔離作用。

所述整流全橋將高頻變壓器輸出的交流電變換為直流電，其包括第五電子開關、第六電子開關、第七電子開關、第八電子開關，第五電子開關與第六電子開關串聯后并聯于輸出側濾波電容兩端，第七電子開關與第八電子開關串聯后并聯于輸出側濾波電容兩端。變壓器副邊一端子經輸出測隔直電容與第七電子開關和第八電子開關的連接中點相連；變壓器的副邊另一端子與第五電子開關和第六電子開關的中點相連。

所述第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關、第四電子開關、第五電子開關、第六電子開關、第七電子開關、第八電子開關均為2只或多只全控器件串聯組成，該全控器件為SiCMOSFET模塊。相互串聯的每個全控器件并聯有均壓電路，該均壓電路對串聯的全控器件起均壓作用，并能抑制電路中的電壓過沖，保護器件不被損壞。

所述均壓電路由靜態均壓電路和動態均壓電路組成，靜態均壓電路由并聯于SiCMOSFET兩端的電阻組成，其阻值約為所并聯SiCMOSFET關斷時等效電阻阻值的1/10；動態均壓電路為由電阻與二極管并聯后再與吸收電容串聯組成的RCD緩沖電路組成，并聯于靜態均壓電路的兩端。