[發(fā)明專利]應用在DAB結(jié)構(gòu)中的ANPC有源橋的調(diào)制方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110798072B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 張宇;關(guān)清心
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/487
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明公開一種應用在雙有源橋型(DAB)DC/DC變換器中的有源中點鉗位型ANPC有源橋的調(diào)制方法及系統(tǒng)，ANPC有源橋應用于DAB拓撲中的至少一側(cè)，包括：通過控制ANPC有源橋所包含開關(guān)管的開通和關(guān)斷時序，使得ANPC有源橋輸出電平在正電平、零電平和負電平之間循環(huán)切換；當ANPC有源橋的輸出在正電平、零電平和負電平之間循環(huán)切換時，控制距離ANPC有源橋輸出端最近的兩個開關(guān)管均在沒有承受電壓的情況下進行開關(guān)狀態(tài)切換，以使得距離ANPC有源橋輸出端最近的兩個開關(guān)管的開關(guān)損耗為零，從而降低距離ANPC有源橋輸出端最近的兩個開關(guān)管的總損耗。本發(fā)明使通態(tài)損耗最高的兩個開關(guān)管上不產(chǎn)生硬開關(guān)損耗，能夠有效改善系統(tǒng)的功率器件損耗分布，降低系統(tǒng)成本。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及實體搜索領域，更具體地，涉及一種應用在雙有源橋型(Dual ActiveBridge，DAB)DC/DC變換器結(jié)構(gòu)中的有源中點鉗位型(Active Neutral Point Clamped，ANPC)有源橋的調(diào)制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

具有電流隔離和雙向傳輸功率能力的DC/DC變換器能夠?qū)崿F(xiàn)不同電壓等級電網(wǎng)間的功率傳輸和電壓變送。雙有源橋型(Dual Active Bridge，DAB)DC/DC變換器具有電氣隔離、功率密度高、能量可以雙向流動、和軟開關(guān)易于實現(xiàn)等優(yōu)點，已在可再生能源、電動汽車、儲能系統(tǒng)和直流配電等領域得到了廣泛的研究和應用。常見的DAB拓撲為雙H橋DAB，其中開關(guān)器件承受的電壓應力為直流母線電壓。由于全控型功率器件的耐壓等級遠小于中高壓直流電網(wǎng)的電壓等級，因此為滿足高壓大功率的DC/DC變換需求，提高單模塊DAB的電壓等級能夠有效降低中高壓電網(wǎng)接口整體系統(tǒng)中所需要的變壓器數(shù)量，從而降低整體系統(tǒng)的成本、提高功率密度和可靠性，對各電壓等級的直流配電系統(tǒng)都十分重要。

采用多電平電路拓撲可以利用較低電壓等級的開關(guān)器件實現(xiàn)較高直流電壓等級的變換電路，適用于直流母線電壓高的應用場合。在多電平拓撲中，以三電平拓撲的應用最為廣泛。相比于兩電平電路，三電平電路拓撲具有功率器件電壓應力低、電壓變化率dv/dt小、等效開關(guān)頻率高等優(yōu)點。在DC/DC領域中，基于三電平變換電路拓撲的DAB研究較少。目前在DAB中采用的三電平電路主要有4種，分別是：飛跨電容型(Flying Capacitor，F(xiàn)C)三電平、T型(T-Type)三電平、二極管中點鉗位型(Diode Neutral Point Clamped，DNPC)三電平、和二極管和電容混合箝位型的混合式NPC。其中，DNPC的器件電壓應力小，電路的整體成本較低，開關(guān)損耗較小。

但是，DNPC部分開關(guān)管需要選擇耐壓等級更高的器件，其開關(guān)損耗和通態(tài)損耗都會相應增加。考慮到高耐壓等級器件的成本更高，ANPC和DNPC間的成本差距較小。因此，基于ANPC電路可以利用較低耐壓等級、性能較好的開關(guān)器件構(gòu)建高直流母線電壓的DAB。同時，在DAB中，有源橋輸出不同電平時輸出電流及作用時間必然不相同，因此，電路存在著功率器件損耗分布不均衡的問題。功率器件損耗的分布越不均衡，相同輸出功率下的電路成本越高。由于DNPC電路沒有冗余開關(guān)狀態(tài)，因此，其功率器件損耗不均衡的問題無法改善，而ANPC電路具有大量的冗余開關(guān)狀態(tài)，通過調(diào)制方法和控制算法的設計能夠均衡開關(guān)器件的損耗分布，提高電路的性價比。因此，相比于基于DNPC的DAB，基于ANPC的DAB通過設計相應的調(diào)制方法和控制算法能夠調(diào)節(jié)DAB的功率器件損耗分布，實現(xiàn)更高的功率密度、降低成本。