[发明专利]一种基于SiC器件串联的双向DC/DC变换器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，主要涉及一种基于SiC器件串联的双向隔离DC/DC变换器。

背景技术

随着港口岸电电源、电力机车牵引系统、电能质量治理、新能源发电、高压柔性直流输电等领域的发展，电力电子变压器应运而生，而其核心组件双向隔离DC/DC变换器的研究在电压等级、功率等级和工作频率等方面存在诸多限制，亟需取得突破。

传统的双向DC/DC变换器的器件一般采用Si材料的IGBT，但由于结构因素影响，其开关损耗大，且随电压等级的升高，开关频率很低，造成效率低、体积大。

为解决上述问题，一般采用软开关技术，华北电力大学的发明专利201110140067.1“一种的对称半桥LLC谐振式双向直流-直流变换器”，但因为IGBT关断时拖尾电流比较大，时间长，所以其关断损耗并不能完全消除。石家庄通和电子科技股份有限公司专利201410828951.8提出一种双向隔离直流-直流变换器，变压器原副边都是全桥结构，但是每个桥臂都是单只器件，耐压等级没有提升，且在高压条件下开关频率比较低。

SiCMOSFET模块是新兴器件，与Si材料的MOSFET相比，耐压高、电流大，更适合于大功率场合；而与Si材料的IGBT模块相比，开关速度快，开关损耗低，且其反并联二极管为SiC的肖特基二极管，没有反向恢复损耗，开关频率可以更高，这样后级传输电感和高频变压器体积可以大大减小，目前已经商业化的SiCMOSFET模块额定电压可达1700V，额定电流300A，工作频率可达几十KHz甚至上百KHz。

发明内容

本发明目的是：针对现有技术的不足，提供一种基于SiC器件串联的双向DC/DC变换器，该目的通过一种基于器件串联的移相全桥电路实现。

具体地说，本发明所采取的技术方案是：一种基于SiC器件串联的高压大功率双向DC/DC变换器，包括输入侧滤波电容、逆变全桥、传输电感、输入侧隔直电容、变压器、输出测隔直电容、整流全桥和输出滤波电容。其中直流输入端经输入侧滤波电容与逆变全桥的输入侧相连，逆变全桥的输出侧一端经传输电感和输入侧隔直电容与变压器的原边一端相连，变压器的原边另外一端与逆变全桥的另一输出端相连。变压器的副边输出端经输出测隔直电容与整流桥的输入端相连，整流桥的输出侧与输出侧滤波电容相连。

所述输入侧滤波电容和输出侧滤波电容为薄膜电容，对输入直流电压其滤波作用。

所述逆变全桥将直流电变换为交流电，其包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关，第一电子开关与第二电子开关串联后并联于输入侧滤波电容两端，第三电子开关与第四电子开关串联后并联于输入侧滤波电容两端。第一电子开关与第二电子开关的连接中点依次串联传输电感L和输入侧隔直电容，与变压器的原边一端子相连接；第三电子开关与第四电子开关的连接中点与变压器的原边另一端子相连接。

所述传输电感起到短时储存能量和传输能量的作用。

所述输入侧隔直电容和输出侧隔直电容起到隔离直流电信号的作用。

所述高频变压器将逆变全桥输出的高频交流电变换为整流桥输入侧的高频交流电，起到变压和隔离作用。

所述整流全桥将高频变压器输出的交流电变换为直流电，其包括第五电子开关、第六电子开关、第七电子开关、第八电子开关，第五电子开关与第六电子开关串联后并联于输出侧滤波电容两端，第七电子开关与第八电子开关串联后并联于输出侧滤波电容两端。变压器副边一端子经输出测隔直电容与第七电子开关和第八电子开关的连接中点相连；变压器的副边另一端子与第五电子开关和第六电子开关的中点相连。

所述第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、第五电子开关、第六电子开关、第七电子开关、第八电子开关均为2只或多只全控器件串联组成，该全控器件为SiCMOSFET模块。相互串联的每个全控器件并联有均压电路，该均压电路对串联的全控器件起均压作用，并能抑制电路中的电压过冲，保护器件不被损坏。

所述均压电路由静态均压电路和动态均压电路组成，静态均压电路由并联于SiCMOSFET两端的电阻组成，其阻值约为所并联SiCMOSFET关断时等效电阻阻值的1/10；动态均压电路为由电阻与二极管并联后再与吸收电容串联组成的RCD缓冲电路组成，并联于静态均压电路的两端。