[發明專利]基于負極預充的預充電電路以及飛跨電容三電平變換器

在審

• 申請號: 202110658419.6
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113285584A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 畢愷韜;李建飛;姜正茂;羅劼;劉德龍;陳保群;李丹
• 申請（專利權）人: 上能電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M1/36;H02M3/158
• 代理公司: 深圳盛德大業知識產權代理事務所(普通合伙) 44333
• 代理人: 賈振勇

本發明提供了基于負極預充的預充電電路，包括充電模塊，包括第一鉗位二極管、第二鉗位二極管、第一開關、軟啟動單元和第二開關，第一鉗位二極管的正極用于連接于第一電容與第二電容之間，第一鉗位二極管的負極用于與飛跨電容的正極連接，第二鉗位二極管的負極與第一鉗位二極管的正極連接，第二鉗位二極管的正極用于與飛跨電容的負極連接，第一開關的一端用于與飛跨電容的負極連接，第一開關的另一端與負母線連接，第二開關與正母線的兩側串聯，軟啟動單元與第二開關并聯，軟啟動單元閉合后用于對兩側的母線充電，第一開關和第二開關閉合后用于對飛跨電容充電。本發明通過軟啟動單元對兩側母線充電后，閉合第一開關和第二開關對飛跨電容充電。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種基于負極預充的預充電電路以及飛跨電容三電平變換器。

背景技術

飛跨電容三電平變換器常用于儲能系統中，以實現能量在儲能設備及直流電網間的雙向變換。一般在變換器的系統運行前，需要對變換器中的飛跨電容進行預充電至輸入電壓值的一半，完成軟啟動運行，避免電路拓撲中的功率半導體器件在導通的瞬間出現過壓損壞。

相關技術中，常用的軟啟動方式包括兩大類，第一種是增設外部充電電源，利用外部電源為飛跨電容單獨充電，飛跨電容的電壓值達到輸入側電壓一半時，停止對飛跨電容充電，并將外部增設的充電電路從變換器的主電路中切除，完成變換器系統的軟啟動；第二種是直接利用電網或儲能設備的能量對飛跨電容進行預充電，需要對電路拓撲進行改進，增加軟啟動開關，通常需要在飛跨電容與主電路的連線中增加開關或功率半導體器件。第一種方式實現簡單但是需要增加額外的充電電路，導致變換器系統的設計和結構復雜化，第二種方式所增加的開關或者功率半導體器件在軟啟動完成后成為電路拓撲的一部分，因此對增加的開關或功率半導體器件的功率等級有要求，長期以往會影響變換器系統的使用壽命。

發明內容

本發明提供基于負極預充的預充電電路，無需更改變換器自身的結構，能夠實現同時對所有飛跨電容進行預充電，且預充電電路結構簡單。

本發明是這樣實現的，一種基于負極預充的預充電電路，包括：

充電模塊，所述充電模塊包括兩組，每組所述充電模塊包括第一鉗位二極管、第二鉗位二極管、第一開關、軟啟動單元以及第二開關，兩個所述第一鉗位二極管的正極分別用于連接于飛跨電容三電平變換器兩側的第一電容與第二電容之間，其中，飛跨電容三電平變換器同一側的所述第一電容與第二電容串聯后連接于正母線和負母線上，兩個所述第一鉗位二極管的負極分別用于與飛跨電容三電平變換器兩側的飛跨電容的正極連接，兩個所述第二鉗位二極管的負極分別對應地與兩個所述第一鉗位二極管的正極連接，所述第二鉗位二極管的正極分別用于與所述飛跨電容的負極連接，兩個所述第一開關的一端分別用于與所述飛跨電容的負極連接，所述第一開關的另一端與負母線連接，兩個所述第二開關分別與正母線的兩側串聯，所述軟啟動單元分別與兩個所述第二開關并聯，所述軟啟動單元閉合后用于對兩側的母線充電，所述第一開關以及第二開關閉合后用于對所述飛跨電容充電。

更進一步地，所述充電模塊還包括第三開關，所述第三開關的一端用于連接于所述第一電容與第二電容之間，所述第三開關的另一端連接于同一組所述充電模塊的第一鉗位二極管與第二鉗位二極管之間。

更進一步地，所述軟啟動單元包括第四開關以及第一電阻，所述第四開關以及第一電阻串聯。

更進一步地，所述第一開關為第一開關管，所述充電模塊還包括第二電阻，所述第一開關管的發射極與負母線連接，所述第一開關管的集電極與所述第二電阻的一端連接，所述第二電阻的另一端用于與所述飛跨電容的負極連接。

本發明還提供一種飛跨電容三電平變換器，包括：