[发明专利]功率变换电路和功率变换系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术，尤其是涉及一种功率变换电路和功率变换系统。

背景技术

目前，采用交错关联技术的多电平逆变器得到广泛应用。多电平逆变器包括并联的多个功率桥臂，多个功率桥臂通过耦合电感中的多个绕组或线圈耦合，并且以交错方式运行。采用交错并联技术，既可以提高多电平逆变器的功率等级，又可以减小输入、输出电流波纹，还可以提高变换器的动态响应，减小电路中磁性元件的体积和实现变换器的自动均流。

通常，耦合电感要求磁路要完全对称，而在实际生产时，作为多绕组变压器，很难使耦合电感的磁路完全对称。

然而，耦合电感的磁路的不对称会造成耦合电感上的环流和滤波电感上的纹波电流增大，导致耦合电感工作时磁通密度的变化值增大，从而要求在设计时使用更大体积的电感(增大匝数或磁芯截面积)，才能保证磁芯在工作时不发生饱和。这样，造成耦合电感的成本增加。

发明内容

本发明实施例提供一种功率变换电路和功率变换系统，能够降低耦合电感的成本。

第一方面，提供了一种功率变换电路，该功率变换电路包括：第一功率变换模块，第一功率变换模块包括M个第一功率桥臂和第一耦合电感，M个第一功率桥臂与功率变换电路的第一端子相连接，并且以交错并联方式工作，第一耦合电感包括第一磁芯和绕制在第一磁芯上的M个绕组，M个绕组分别与M个第一功率桥臂相连接，用以耦合M个第一功率桥臂，M为大于或等于2的正整数，M个绕组的匝数相同；第二功率桥臂，与功率变换电路的第一端子相连接；第二耦合电感，第二耦合电感包括第二磁芯和绕制在第二磁芯上的第一绕组和第二绕组，第一绕组与第一耦合电感的耦合端相连接，第二绕组与第二功率桥臂相连接，用以耦合第二功率桥臂和第一功率变换模块，第二耦合电感的耦合端与功率变换电路的第二端子相连接，第一绕组和第二绕组的匝数不同。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，第一磁芯为相互连接的M个柱体，M个绕组分别绕制在M个柱体上，并且M个绕组的绕制方向相同，M个绕组的匝数相同，第一绕组和第二绕组的匝数比为第二绕组连接的功率桥臂的数目与第一绕组连接的功率桥臂的数目之比。

结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，该功率变换电路还包括：P个第三功率桥臂和P个第三耦合电感，P个第三功率桥臂分别与功率变换电路的第一端子相连接，P个第三耦合电感分别用于耦合P个第三功率桥臂、第二功率桥臂和第一功率变换模块，其中，P个第三耦合电感中的每个第三耦合电感包括第三绕组和第四绕组，第三绕组和第四绕组的匝数比等于第四绕组连接的功率桥臂的数目与第三绕组连接功率桥臂的数目之比，P为大于或等于1的正整数。

结合第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，P个第三功率桥臂包括一个第三功率桥臂，与功率变换电路的第一端子相连接；P个第三耦合电感包括一个第三耦合电感，第三耦合电感包括第三绕组和第四绕组，第三绕组与第二耦合电感的耦合端相连接，第四绕组与第三功率桥臂相连接，用以耦合第三功率桥臂、第二功率桥臂和第一功率变换模块，其中，第二耦合电感的耦合端通过第三耦合电感与功率变换电路的第二端子相连接，第三绕组和第四绕组的匝数比为1：(M+1)。

结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，该功率变换电路还包括：第二功率变换模块，第二功率变换模块包括N个第四功率桥臂和第四耦合电感，N个第四功率桥臂与功率变换电路的第一端子相连接，并且以交错并联方式工作，第四耦合电感包括第四磁芯和绕制在第四磁芯上的N个绕组，N个绕组分别与N个第四功率桥臂相连接，用于耦合N个第四功率桥臂；第五耦合电感，包括第五绕组和第六绕组，用于耦合第二功率变换模块和第一功率变换模块，其中，第五绕组与第一耦合电感的耦合端相连接，第六绕组与第四耦合电感的耦合端相连接，M个绕组的匝数相同，N个绕组的匝数相同，第一绕组和第二绕组的匝数比为1：(N+M)，第五绕组和第六绕组的匝数比为N：M，N为大于或等于2的整数，第一绕组通过第五耦合电感与第一耦合电感的耦合端相连接。

结合第一方面或上述任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，该功率变换电路还包括：滤波电路，包括电容，滤波电路与第二端子相连接，用于对交流电进行滤波。

结合第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，滤波电路还包括滤波电感，第二磁芯包括第一磁柱、第二磁柱和第三磁柱，第一绕组和第二绕组分别绕制在第一磁柱和第二磁柱上，滤波电感绕制在第三磁柱上，第一绕组和第二绕组分别与滤波电感耦合。