[發明專利]一種隔離式雙全橋有源中點鉗位型三電平DC/DC變換器

有效

• 申請號: 201911001267.1
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110829848B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 張宇;關清心
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/487;H02M7/49
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種隔離式雙全橋有源中點鉗位型ANPC三電平DC/DC變換器，其特征在于，包括：兩個全橋ANPC有源橋、變壓器以及電感；兩個全橋ANPC分別連接于變壓器的兩側，電感連接于變壓器的一側；

每個全橋ANPC有源橋由兩個直流分壓電容和兩個半橋ANPC三電平電路組成；兩個直流分壓電容串聯接于對應全橋ANPC有源橋的直流母線電壓V_dc，每個直流分壓電容上的電壓均為V_dc/2，半橋ANPC將串聯開關管橋臂的中點通過有源開關器件連接到兩個直流分壓電容的串聯中點，使得每個半橋ANPC有源橋中的每個開關管承受的電壓應力均為V_dc/2；每個半橋ANPC有源橋可以輸出V_dc/2、0以及-V_dc/2三個電平，每個全橋ANPC的輸出電平由兩個半橋ANPC輸出電平的差值確定，可以輸出V_dc、V_dc/2、0、-V_dc/2以及-V_dc五種電平，兩個全橋ANPC有源橋均可輸出五種電平使得所述電感兩端的電壓波形可以有九種電平；

每個全橋ANPC有源橋包括：第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第六開關管、第七開關管、第八開關管、第九開關管、第十開關管、第十一開關管、第十二開關管、第一直流分壓電容以及第二直流分壓電容；

所述第一直流分壓電容和第二直流分壓電容串聯；

所述第一開關管、第二開關管、第三開關管以及第四開關管依次正向串聯，兩端分別連接直流母線電壓；所述第五開關管和第六開關管正向串聯，兩端分別與所述第一開關管和第二開關管的串聯中點及所述第三開關管和第四開關管的串聯中點相連；第五開關管和第六開關管的串聯中點與第一直流分壓電容和第二直流分壓電容的串聯中點相連；

所述第七開關管、第八開關管、第九開關管以及第十開關管依次正向串聯，兩端分別連接直流母線電壓；所述第十一開關管和第十二開關管正向串聯，兩端分別與所述第七開關管和第八開關管的串聯中點及所述第九開關管和第十開關管的串聯中點相連；第十一開關管和第十二開關管的串聯中點與第一直流分壓電容和第二直流分壓電容的串聯中點相連；

所述第二開關管和第三開關管的串聯中點連接電感的一端，所述電感的另一端連接變壓器一側的一端；所述第八開關管和第九開關管的串聯中點連接變壓器一側的另一端；

所述第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管以及第六開關管組成第一個半橋ANPC有源橋臂，所述第七開關管、第八開關管、第九開關管、第十開關管、第十一開關管以及第十二開關管組成第二個半橋ANPC有源橋臂；

當兩個半橋ANPC有源橋臂的輸出在正電平V_dc/2、零電平、負電平-V_dc/2以及零電平之間循環切換時，控制距離半橋ANPC有源橋臂輸出端最近的兩個開關管均在沒有承受電壓的情況下進行開關狀態切換，以使得距離半橋ANPC有源橋臂輸出端最近的兩個開關管的開關損耗為零，降低距離半橋ANPC有源橋臂輸出端最近的兩個開關管的總損耗，所述總損耗包括開關損耗和通態損耗；其中，距離半橋ANPC有源橋臂輸出端最近的兩個開關管的通態損耗相比半橋ANPC有源橋臂其他開關管的通態損耗高；

當第一個半橋ANPC有源橋臂輸出零電平時，若所述第二開關管、第三開關管、第五開關管和第六開關管導通；所述距離ANPC有源橋輸出端最近的兩個開關管為第二開關管和第三開關管；當第二個半橋ANPC有源橋臂輸出零電平時，若所述第十一開關管、第十二開關管、第八開關管和第九開關管導通；所述距離ANPC有源橋輸出端最近的兩個開關管為第八開關管和第九開關管；

則ANPC有源橋輸出各個電平之間通過如下方式切換：

當第一個半橋ANPC有源橋臂的正電平切換為零電平時，先關斷第一開關管，接著開通第五開關管，再開通第三開關管；

當第一個半橋ANPC有源橋臂的零電平切換為負電平時，先關斷第二開關管，再關斷第六開關管，接著開通第四開關管；

當第二個半橋ANPC有源橋臂的正電平切換為零電平時，先關斷第七開關管，接著開通第十一開關管，再開通第九開關管；

當第二個半橋ANPC有源橋臂的零電平切換為負電平時，先關斷第八開關管，再關斷第十二開關管，接著開通第十開關管；

當第一個半橋ANPC有源橋臂的負電平切換為零電平時，先關斷第四開關管，接著開通第六開關管，再開通第二開關管；

當第一個半橋ANPC有源橋臂的零電平切換為正電平時，先關斷第三開關管，再關斷第五開關管，接著開通第一開關管；

當第二個半橋ANPC有源橋臂的負電平切換為零電平時，先關斷第十開關管，接著開通第十二開關管，再開通第八開關管；

當第二個半橋ANPC有源橋臂的零電平切換為正電平時，先關斷第九開關管，再關斷第十一開關管，接著開通第七開關管。