[发明专利]低压宽输入三电平全桥变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能变换装置的直流变换器及其控制方法，尤其涉及一种低压宽输入三电平全桥变换器及其控制方法。

背景技术

随着化石能源的不断紧缺和环境污染的不断加剧，基于新能源和可再生能源的分布式发电系统已成为现在研究的热点，直直变换器是其中的一个重要组成部分。而新能源和可再生能源，如：燃料电池、光伏电池等，输出电压随负载和环境的变化而变化，变化范围较宽。在宽输入电压的场合，传统两电平全桥变换器输出整流波形的高频分量大，从而导致输出滤波器体积大、重量重，而传统三电平全桥变换器由于可工作在三电平和两电平2种工作模式，减小了输出整流波形的高频分量，适合于宽输入电压的场合。但传统三电平全桥变换器需要8个功率开关管、2个箝位二极管和1个箝位电容，功率器件数量多，成本高，电路复杂。发明[200810234962.8]提出了1种低压宽输入推挽正激三电平直流变换器及其控制方法，只需要6个功率开关管，减少了功率器件的数量，输出整流波形的高频分量小，但还需要2个原边绕组和1个箝位电容，其成本还是很大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种低压宽输入三电平全桥变换器及其控制方法。

本发明低压宽输入三电平全桥变换器，包括输入分压电容电路、第一桥臂支路、第二桥臂支路、隔离变压器和整流滤波电路，其中输入分压电容电路包括输入电源、第一输入分压电容和第二输入分压电容，第一桥臂支路包括第一功率开关管和第二功率开关管，第二桥臂支路包括第三功率开关管和第四功率开关管，隔离变压器包括原边绕组和副边绕组，整流滤波电路包括四个整流二极管即第一整流二极管至第四整流二极管、滤波电感和滤波电容；输入电源的正极连接第一输入分压电容的正端构成输入分压电容电路的正输出端，输入电源的负极连接第二输入分压电容的负端构成输入分压电容电路的负输出端，第一输入分压电容的负端连接第二输入分压电容的正端构成输入分压电容电路的中端；第一功率开关管的漏极连接输入分压电容电路的正输出端，第二功率开关管的源极连接输入分压电容电路的负输出端；第三功率开关管的漏极连接输入分压电容电路的正输出端，第四功率开关管的源极连接输入分压电容电路的负输出端；隔离变压器的原边绕组的同名端分别接第一功率开关管的源极和第二功率开关管的漏极，隔离变压器的原边绕组的异名端分别接第三功率开关管的源极和第四功率开关管的漏极，隔离变压器的副边绕组的同名端分别接第一整流二极管的阳极和第二整流二极管的阴极，隔离变压器的副边绕组的异名端分别接第三整流二极管的阳极和第四整流二极管的阴极；第一整流二极管的阴极分别接第三整流二极管的阴极和滤波电感的输入端，滤波电感的输出端接滤波电容的正端，滤波电容的负端接第四整流二极管的阳极和第二整流二极管的阳极，第二整流二极管的阴极接第一整流二极管的阳极，第四整流二极管的阴极接第三整流二极管的阳极；

还包括三电平支路，所述三电平支路包括第五功率开关管和第六功率开关管；第五功率开关管的漏极接输入分压电容电路的中端，第五功率开关管的源极接第六功率开关管的源极，第六功率开关管的漏极接隔离变压器的原边绕组的同名端。

低压宽输入三电平全桥变换器的控制方法，将采样的低压宽输入三电平全桥变换器的输出电压与给定的基准电压经过电压环调节器后得到调节信号；将锯齿波发生器产生的第一锯齿波载波信号经过直流偏置电路得到第二锯齿波载波信号；

当低压宽输入三电平全桥变换器处于三电平模式，将所述调节信号与第一锯齿波载波信号依次经过第一比较器、第一逻辑开关产生电路分别得到第三功率开关管和第四功率开关管的开关信号，将第三功率开关管的开关信号经过第三驱动电路得到第三功率开关管的驱动信号，将第四功率开关管的开关信号经过第四驱动电路得到第四功率开关管的驱动信号，所述第三功率开关管的驱动信号与第四功率开关管的驱动信号为180°互补信号即第三功率开关管与第四功率开关管180°互补导通关断；将所述调节信号与第二锯齿波载波信号依次经过第二比较器、第二逻辑开关产生电路分别得到第一功率开关管和第二功率开关管的开关信号，将第一功率开关管的开关信号经过第一驱动电路得到第一功率开关管的PWM驱动信号即第一功率开关管为PWM调制，将第二功率开关管的开关信号经过第二驱动电路得到第二功率开关管的PWM驱动信号即第二功率开关管为PWM调制，将第一功率开关管的开关信号和第二功率开关管的开关信号分别经过或门、反相器和第五驱动电路得到第五功率开关管和第六功率开关管的驱动信号且第五功率开关管和第六功率开关管同时导通关断；