(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 208063055 U(45)授权公告日 2018.11.06
(21)申请号 201820516500.4(22)申请日 2018.04.11
(73)专利权人 南京南瑞继保电气有限公司
地址 211106 江苏省南京市江宁区苏源大
道69号
专利权人 南京南瑞继保工程技术有限公司(72)发明人 杨晨 张中锋 刘洪德 祁琦
王宇 谢晔源 李海英 (51)Int.Cl.
H02M 3/335(2006.01)H02M 3/156(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
CN 208063055 U(54)实用新型名称
一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器(57)摘要
本实用新型公开一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，采用两种模组，定义为类型Ⅰ模组和类型Ⅱ模组，通过将这些模组的一个端口串联，而另一个端口并联组成功率等级和电压等级更高的双向直流变换器。二种模组的使用个数不限，但每种类型的模组至少使用1个。其中，类型Ⅰ模组由一个基于LC谐振技术的电路和一个非隔离直直电路级联构成；类型Ⅱ模组由基于LC谐振技术的电路构成。本实用新型的双向直流变换器，能够通过对所有类型Ⅰ模组中非隔离直直电路的自由控制，实现整体双向直流变换器的功率调节，改善其运行效率或控制性能。
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权 利 要 求 书
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1.一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，其特征在于：所述双向直流变换器由两种模组组成，分别定义为类型Ⅰ模组与类型Ⅱ模组，每种模组至少采用1个；将所有两种类型模组的一个端口，即串联侧端口，串联后作为双向直流变换器的第一端口，该端口的直流输入正极直接接入中/高压直流电网的正极，负极接入中/高压直流电网的负极；将所有两种类型模组的另一个端口，即并联侧端口，通过并联形成双向直流变换器的第二端口，该端口连接负载或者连接直流母线；其中，所述类型Ⅰ模组至少包含一个基于LC谐振技术的电路和一个非隔离直直电路；所述类型Ⅱ模组仅包含基于LC谐振技术的电路。
2.根据权利要求1所述的一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，其特征在于：
所述非隔离直直电路为boost半桥电路或boost全桥电路。
3.根据权利要求1所述的一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，其特征在于：
所述LC谐振型电路包含八个含有反并联二极管的全控型开关器件，一个双绕组高频变压器，一个LC谐振电路和两个电容；八个含有反并联二极管的全控型开关器件中，将每四个开关器件为一组，两两正向串联再并联，构成二个含有二个桥臂的全桥电路结构；二个全桥电路并联桥臂两端再分别并联一个电容，构成LC谐振型电路的二个直流端口；二个全桥电路的二桥臂中点分别连接高频变压器的一个绕组，LC谐振电路串联在高频变压器其中一个绕组和全桥电路桥臂中点之间。
4.根据权利要求2所述的一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，其特征在于：
所述boost半桥电路包含一个电感、一个电容和二个含有反并联二极管的全控型开关器件；所述boost半桥电路连接方式如下：所述二个全控型开关器件经正向串联构成只有一个桥臂的半桥电路，该半桥电路与电容并联后形成非隔离直直电路的一个端口；半桥电路的中点连接电感后同半桥正极或负极构成非隔离直直电路的另一个端口。
5.根据权利要求2所述的一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，其特征在于：
所述boost全桥电路包含一个电感、一个电容和四个含有反并联二极管的全控型开关器件；所述四个全控型开关器件，两两分别经正向串联再并联后构成一个含有二个桥臂的全桥电路，该全桥电路与电容并联后形成非隔离直直电路的一个端口；全桥电路的二个桥臂中点串联电感后，构成非隔离直直电路的另一个端口。
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说 明 书
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一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器
技术领域
[0001]本实用新型属于电力电子应用领域，涉及直流电网和双向直流变换器，特别涉及一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器。
背景技术
[0002]双向直流变换器作为直流电网中，实现电压变换的重要组成设备，获得了越来越多直流电网领域学者们的关注。为实现中/高压至低压的变换，受开关管器件应力和成本的影响，该类应用的双向直流变换器多采用多个模组输入串联输出并联的结构，即ISOP结构，模组则一般采用基于双有源桥和基于LC谐振技术的隔离型直直电路。其中，双有源桥电路，也被称为DAB电路，相比该电路，基于LC谐振技术的隔离型直直电路，由于其能够实现所有开关管的软开通和软关断，所以工作效率将高于DAB电路结构。然而，基于LC谐振技术的隔离型直流变换器受到其开关频率和谐振频率关系的限制，一般不宜实现较好的电压或电流闭环控制。
[0003]为解决LC谐振型隔离直直电路的可控制问题，有学者提出了在其前级级联一个半桥电路的方案，将所有半桥电路的前级进行串联，后级的并联部分保持不变。这样LC谐振型隔离直直电路变为两级结构，所有前级电路都可以通过对半桥电路的控制实现对双向直流变换器的控制。但该方案由于给所有模组都增加一个半桥电路，在不改变开关管电压应力的情况下，增加了整体双向直流变换器的体积和成本，同时，两级变换电路也增加了整体电路的损耗。
发明内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，能够解决通过LC谐振型隔离直直电路组成的双向直流变换器的控制问题，同时，相比全部采用两级电路结构的方案，能够减少开关器件的使用个数，降低双向直流变换器的成本和损耗。
[0005]为了达成上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
[0006]一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，其特征在于：[0007]所述双向直流变换器由两种模组组成，分别定义为类型Ⅰ模组与类型Ⅱ模组，每种模组至少采用1个；将所有两种类型模组的一个端口，即串联侧端口，串联后作为双向直流变换器的第一端口，该端口的直流输入正极直接接入中/高压直流电网的正极，负极接入中/高压直流电网的负极；将所有两种类型模组的另一个端口，即并联侧端口，通过并联形成双向直流变换器的第二端口，该端口连接负载或者连接直流母线；其中，所述类型Ⅰ模组至少包含一个基于LC谐振技术的电路和一个非隔离直直电路；所述类型Ⅱ模组仅包含基于LC谐振技术的电路。
[0008]所述非隔离直直电路为boost半桥电路或boost全桥电路。
[0009]所述LC谐振型电路包含八个含有反并联二极管的全控型开关器件，一个双绕组高
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频变压器，一个LC谐振电路和两个电容；八个含有反并联二极管的全控型开关器件中，将每四个开关器件为一组，两两正向串联再并联，构成二个含有二个桥臂的全桥电路结构；二个全桥电路并联桥臂两端再分别并联一个电容，构成LC谐振型电路的二个直流端口；二个全桥电路的二桥臂中点分别连接高频变压器的一个绕组，LC谐振电路串联在高频变压器其中一个绕组和全桥电路桥臂中点之间。
[0010]所述boost半桥电路包含一个电感、一个电容和二个含有反并联二极管的全控型开关器件；所述boost半桥电路连接方式如下：所述二个全控型开关器件经正向串联构成只有一个桥臂的半桥电路，该半桥电路与电容并联后形成非隔离直直电路的一个端口；半桥电路的中点连接电感后同半桥正极或负极构成非隔离直直电路的另一个端口。[0011]所述boost全桥电路包含一个电感、一个电容和四个含有反并联二极管的全控型开关器件；所述四个全控型开关器件，两两分别经正向串联再并联后构成一个含有二个桥臂的全桥电路，该全桥电路与电容并联后形成非隔离直直电路的一个端口；全桥电路的二个桥臂中点串联电感后，构成非隔离直直电路的另一个端口。[0012]有益效果：[0013](1)相比现有应用中全部采用LC谐振型电路模组构成的双向直流变换器，根据本专利提出的方案，将一部分LC谐振型电路模组改造为两级结构的模组，能够解决原有双向直流变换器无法进行电压或电流调节的缺点，能够令原有双向直流变换器具备多套并联运行的可行性，能够应用于更大容量的系统。[0014](2)相比现有应用中全部采用两级结构模组构成的双向直流变换器，如采用boost半桥级联LC谐振型电路的模组，根据本专利提出的方案，将一部分两级结构改造为单级结构，减少了开关管的使用个数，能够在一定程度上降低所应用双向直流变换器的成本，提高其运行效率。
附图说明
[0015]图1为：本实用新型提出的一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器；
[0016]图2为：类型Ⅰ模组采用包含两个直直电路时的结构图；[0017]图3为：基于LC谐振电路的隔离直直电路组成示意图；[0018]图4为：boost半桥电路组成示意图；[0019]图5为：boost全桥电路组成示意图。具体实施方式
[0020]本实用新型提供一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
[0021]应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022]本实用新型提供一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，所述双向直流变换器由两种模组组成，分别定义为类型Ⅰ模组与类型Ⅱ模组，每种模组至少采用
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1个；将所有两种类型模组的一个端口，即串联侧端口，串联后作为双向直流变换器的第一端口，该端口的直流输入正极直接接入中/高压直流电网的正极，负极接入中/高压直流电网的负极；将所有两种类型模组的另一个端口，即并联侧端口，通过并联形成双向直流变换器的第二端口，该端口连接负载或者连接直流母线；其中，所述类型Ⅰ模组至少包含一个基于LC谐振技术的电路和一个非隔离直直电路；所述类型Ⅱ模组仅包含基于LC谐振技术的电路。所述非隔离直直电路为boost半桥电路或boost全桥电路。
[0023]一种混合谐振型电路和非隔离直直电路的双向直流变换器，如图1所示。图1中，组件101和组件102分别表示类型Ⅰ模组和类型Ⅱ模组。所有类型Ⅰ模组和类型Ⅱ模组的一个端口串联，另一个端口并联，构成一个能够实现电压等级更高、功率等级更大的双向直流变换器。类型Ⅰ模组和类型Ⅱ模组的串联次序不限，图1中的串联方式仅为示意。[0024]类型Ⅰ模组至少包含一个基于LC谐振技术的电路和一个非隔离直直电路。如图2所示，图2中展示了包含两个直直电路框图的类型Ⅰ模组，组件201是非隔离型直直电路，组件202是LC谐振型电路，两个组件的各一个端口连接在一起，构成级联结构，其余端口为类型Ⅰ模组的两个端口，组件201和组件202的级联先后次序可以调换。
[0025]本方案所述LC谐振型电路包含八个含有反并联二极管的全控型开关器件，一个双绕组高频变压器，一个LC谐振电路和两个电容；八个含有反并联二极管的全控型开关器件中，将每四个开关器件为一组，两两正向串联再并联，构成二个含有二个桥臂的全桥电路结构；二个全桥电路并联桥臂两端再分别并联一个电容，构成LC谐振型电路的二个直流端口；二个全桥电路的二桥臂中点分别连接高频变压器的一个绕组，LC谐振电路串联在高频变压器其中一个绕组和全桥电路桥臂中点之间。LC谐振型电路，如图3所示。图3中，组件301和组件302是分别由四个含有反并联二极管全控器件构成的二个全桥电路，组件303是高频变压器，组件304是LC谐振支路，组件305和306是电容。LC谐振型电路依靠组件303实现隔离功能，其所有开关管开断方式如下：给组件301和组件302所有开关管相同占空比的驱动脉冲，占空比恒定为0.5，并且每个桥臂上管和下管互补导通，不考虑死区；每个全桥电路的两个桥臂之间，要求其中一个上管开通时刻滞后另一个上管的开通时刻半个开关周期，即T/2，其中T为一个开关周期的时间，为固定值，且固定在半个开关周期T/2；以连接高频变压器同名端为参考，组件301和组件302对应开关管开通时刻完全相同。即LC谐振型电路没有可以主动调节的控制量，其功率不可主动调节。根据现有研究，基于LC谐振技术的电路正常工作时，其两侧端口电压比与高频变压器变比相同。
[0026]本方案的所述boost半桥电路包含一个电感、一个电容和二个含有反并联二极管的全控型开关器件；所述boost半桥电路连接方式如下：所述二个全控型开关器件经正向串联构成只有一个桥臂的半桥电路，该半桥电路与电容并联后形成非隔离直直电路的一个端口；半桥电路的中点连接电感后同半桥正极或负极构成非隔离直直电路的另一个端口。boost半桥电路如图4所示。图4中，组件401是电感，组件402是由两个含有反并联二极管全控器件构成的半桥电路桥臂，组件403是电容。正常工作时，boost半桥电路所有开关管开断方式如下：半桥电路桥臂的上下管互补导通工作，不考虑死区；定义上管的占空比为Dbh，满足Dbh∈[0,1]。
[0027]本方案所述boost全桥电路包含一个电感、一个电容和四个含有反并联二极管的全控型开关器件；所述四个全控型开关器件，两两分别经正向串联再并联后构成一个含有
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二个桥臂的全桥电路，该全桥电路与电容并联后形成非隔离直直电路的一个端口；全桥电路的二个桥臂中点串联电感后，构成非隔离直直电路的另一个端口。Boost全桥电路，如图5所示。图5中，组件501是电感，组件502是由四个含有反并联二极管全控器件构成的全桥电路两个桥臂，组件503是电容。正常工作时，boost全桥电路所有开关管开断方式如下：全桥电路二桥臂上下开关器件均为互补导通工作，不考虑死区；每个桥臂的上管与另一个桥臂的下管开通时刻相同，占空比也相同。定义其中一个上管的占空比为Dbf，满足Dbf∈[0,1]。[0028]可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
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