[發明專利]一種冗余交錯并聯DC-DC變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 201811011710.9
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN110875683A
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 蔣順平;丁勇;李旭;王景霄;石祥建;劉為群
• 申請（專利權）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M1/32;H02M1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種冗余交錯并聯DC?DC變換器及其控制方法，所述變換器包括輸入濾波電容、直流電抗器、橋式電路1、橋式電路2、輸出濾波電容和控制裝置；直流電抗器包含六個支路；橋式電路為三相全橋結構，兩個橋式電路低壓側分別接入直流電抗器支路，輸出端正極、負極對應并聯后接入輸出濾波電容；所述控制方法為控制單元同時控制兩個橋式電路，每個橋式電路采用三相交錯控制，兩個橋式電路基準載波相位差為60°，實現單個橋式電路三相交錯運行和兩個橋式電路六相交錯運行的冗余結構。本發明具有結構緊湊、電流紋波小，系統成本低、滿足低壓大電流的接入需求等優點，同時在單個橋式電路故障時能夠保證低電流紋波繼續運行，可靠性高。

技術領域

本發明屬于電力電子變換器領域，特別涉及一種冗余交錯并聯DC-DC變換器及其控制方法。

背景技術

DC-DC變換器在航空航天電源、電池儲能系統等領域具有廣泛的應用，DC-DC變換器結構多種多樣。在非隔離應用領域，雙向半橋結構DC-DC變換器具有較低的電氣應力，可以選擇額定參數較低的器件，有利于提高系統的效率，降低成本。但是，單一橋臂結構由于功率單元容量限制及開關管應力等因素影響，無法滿足大容量領域需求；同時，單電感濾波后直流電流紋波較大，為了減低直流電流紋波，需要增大電感，導致變換器體積和成本增加。

交錯并聯結構由于直流電流紋波小，濾波電感小，容量大等優勢受到業界關注。如專利CN106787738A公開一種多相交錯的直流變換器，通過每個橋臂相差360°/K來實現交錯并聯運行，其中K為并聯橋臂個數。但是，在開關管故障或驅動回路故障等因素導致某個橋臂故障時，會引起系統交錯效果降低甚至導致整個系統停機，不具備冗余特性。因此，亟需提供一種結構緊湊、電流紋波小，系統成本低、滿足低壓大電流的接入需求，同時能夠實現穩定、控制效果良好的冗余運行的變換器。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種冗余交錯并聯DC-DC變換器及其控制方法，其具有結構緊湊、電流紋波小，系統成本低、滿足低壓大電流的接入需求等優點，同時在單個橋式電路故障時能夠保證低電流紋波繼續運行，可靠性高。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種冗余交錯并聯DC-DC變換器，包括：輸入濾波電容、直流電抗器、橋式電路1、橋式電路2、輸出濾波電容；

所述直流電抗器由六個并聯支路組成，包含一個輸入端六個輸出端，其輸入端和輸入濾波電容正極相連，輸出端前三個支路分別接入橋式電路1，后三個支路分別接入橋式電路2；

所述橋式電路1和橋式電路2均為三相全橋結構，三個輸入端和電抗器支路相連，輸出端為正極和負極；橋式電路1和橋式電路2輸出端正極、負極對應并聯后接入輸出濾波電容。

上述方案中：所述直流電抗器六個支路電感值相同，每個支路額定電流相同；

所述橋式電路1和橋式電路2的每個橋臂包含兩個開關管和兩個二極管，兩個開關管分為上管和下管，上管和下管互補導通；開關管和二極管反向并聯，二極管實現續流功能。

上述方案中：還包括控制裝置，所述控制裝置包含模擬量采集單元、數字量采集單元、控制保護單元；一個控制裝置完成兩個橋式電路的協調控制和監視，保證基準載波時序高度一致。

所述模擬量采集單元，用于采集輸入電容電壓，直流電抗器六個支路電流、輸出電容電壓，輸出電流；

所述數字量采集單元，用于采集外部控制開入信號、開關位置信號；

所述控制保護單元，用于根據采集的模擬量和數字量進行邏輯運算、保護功能實現和橋式電路驅動信號生成。

本發明還提出了一種上述冗余交錯并聯DC-DC變換器的控制方法：橋式電路1、橋式電路2的相鄰橋臂開關管均采用交錯120°的脈寬調制方式，每個橋臂的上管和下管互補導通控制；橋式電路1和橋式電路2對應橋臂的載波相位差為60°。