[發明專利]基于DC?DC變換器的電力電子變壓器及其控制方法

在審

• 申請號: 201710058735.3
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106602882A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 楊建;寧思捷;朱奇;趙梓亦;馬昂;粟梅;孫堯
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M3/338;H02M3/315
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 湯財寶

1.一種基于DC-DC變換器的電力電子變換器，其特征在于，包括DC-AC變換器拓撲模塊(1)和AC-DC變換器拓撲模塊(2)和高頻變壓器(3)，所述DC-AC變換器拓撲模塊(1)與所述AC-DC變換器拓撲模塊(2)采用對稱結構，所述DC-AC變換器拓撲模塊(1)與高頻變壓器(3)的原邊相連，所述AC-DC變換器拓撲模塊(2)與高頻變壓器(3)的副邊相連。

2.如權利要求1所述的電力電子變換器，其特征在于，所述DC-AC變換器拓撲模塊(1)包括直流電源和DC-AC變換器，所述DC-AC變換器包括原邊高頻電能轉換電路(11)和原邊高頻諧振電路(12)，所述直流電源通過所述原邊高頻電能轉換電路(11)和所述原邊高頻諧振電路(12)與高頻變壓器(3)的原邊相連；

所述原邊高頻電能轉換電路(11)，用于對輸入的直流電源進行轉換得到恒頻恒幅的交流方波信號；

所述原邊高頻諧振電路(12)，用于將所述恒頻恒幅的交流方波信號轉換為具有恒包絡特性的高頻勵磁電流，并輸入至所述高頻變壓器(3)進行電氣隔離。

3.如權利要求2所述的電力電子變壓器，其特征在于，所述AC-DC變換器拓撲模塊(2)包括穩壓電容、負載和AC-DC變換器，所述AC-DC變換器包括副邊高頻諧振電路(21)和副邊高頻電能轉換電路(22)，所述高頻變壓器(3)的副邊通過所述副邊高頻諧振電路(21)和副邊高頻電能轉換電路(22)與負載相連，所述穩壓電容與所述負載并聯；

所述副邊高頻諧振電路(21)，用于根據所述高頻勵磁電流產生高頻感應電動勢；

所述副邊高頻電能轉換電路(22)，用于對所述高頻感應電動勢進行交直流轉換，得到穩定直流電壓在負載上輸出。

4.如權利要求3所述的電力電子變壓器，其特征在于，所述原邊高頻電能轉換電路(11)包括第一高頻開關和第二高頻開關，所述原邊高頻諧振電路(12)包括原邊諧振電容和原邊諧振電感，所述直流電源的正極與第一高頻開關的一端連接，所述第一高頻開關的另一端分別與所述第二高頻開關的一端和所述原邊諧振電容的一端連接，所述直流電源的負極與所述第二高頻開關的另一端連接，所述原邊諧振電容的另一端通過原邊諧振電感與所述第二高頻開關的另一端連接；

所述高頻變壓器(3)原邊繞組的漏感代替所述原邊諧振電感。

5.如權利要求4所述的電力電子變壓器，其特征在于，所述副邊高頻諧振電路(21)包括副邊諧振電感和副邊諧振電容，所述副邊高頻電能轉換電路(22)包括第三高頻開關和第四高頻開關，所述副邊諧振電感的一端與所述副邊諧振電容的一端連接，所述副邊諧振電容的另一端分別與所述第四高頻開關的一端和所述第三高頻開關的一端連接，所述副邊諧振電感的另一端與所述第四高頻開關的另一端連接，所述第三高頻開關的另一端通過負載與所述副邊諧振電感的另一端連接；

所述高頻變壓器(3)副邊繞組的漏感代替所述副邊諧振電感。

6.一種權利要求1-5任一項所述的基于DC-DC變換器的電力電子變壓器的控制方法，其特征在于，包括：

設計對稱結構的DC-AC變換器拓撲模塊(1)和AC-DC變換器拓撲模塊(2)，所述DC-AC變換器拓撲模塊(1)和所述AC-DC變換器拓撲模塊(2)之間通過高頻變壓器(3)進行電氣隔離。

7.如權利要求6所述的控制方法，其特征在于，通過原邊高頻電能轉換電路(11)控制DC-AC變換器拓撲模塊(1)的工作模式，具體為：

能量注入模式：在能量正向傳輸、輸入直流電和原邊高頻諧振電路(12)電流正向流通時，第一高頻開關導通、第二高頻開關關斷，輸入直流電經過高頻開關注入原邊諧振網絡；

自由振蕩模式：在能量正向傳輸和原邊高頻諧振電路(12)電流負向流通時，第二高頻開關導通，第一高頻開關關斷，原邊高頻諧振電路(12)的諧振電流經過第二高頻開關流動。

8.如權利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述DC-AC變換器拓撲模塊(1)的能量注入時間和自由振蕩時間均等于原邊高頻諧振電路(12)的諧振周期的一半。

9.如權利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述DC-AC變換器拓撲模塊(1)的工作模式中，所述第一高頻開關和所述第二高頻開關導通時的導通角度為180度，導通周期為原邊高頻諧振電路(12)的諧振電流周期。

10.如權利要求9所述的控制方法，其特征在于，通過副邊高頻電能轉換電路(22)控制AC-DC變換器拓撲模塊(2)的工作模式，具體為：

自由振蕩模式：在能量正向傳輸和副邊高頻諧振電路(21)的諧振電流負向流通時，所述第四高頻開關導通，第三高頻開關關斷，所述副邊高頻諧振電路(21)的諧振電流經過第四高頻開關流動；

能量注入模式：在能量正向傳輸和副邊高頻諧振電路(21)的諧振電流正向流通時，所述第三高頻開關導通，第四高頻開關關斷，所述副邊高頻諧振電路(21)的諧振電流經過第三高頻開關注入負載。