[发明专利]基于DC‑DC变换器的电力电子变压器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于DC-DC变换器的电力电子变换器，其特征在于，包括DC-AC变换器拓扑模块(1)和AC-DC变换器拓扑模块(2)和高频变压器(3)，所述DC-AC变换器拓扑模块(1)与所述AC-DC变换器拓扑模块(2)采用对称结构，所述DC-AC变换器拓扑模块(1)与高频变压器(3)的原边相连，所述AC-DC变换器拓扑模块(2)与高频变压器(3)的副边相连。

2.如权利要求1所述的电力电子变换器，其特征在于，所述DC-AC变换器拓扑模块(1)包括直流电源和DC-AC变换器，所述DC-AC变换器包括原边高频电能转换电路(11)和原边高频谐振电路(12)，所述直流电源通过所述原边高频电能转换电路(11)和所述原边高频谐振电路(12)与高频变压器(3)的原边相连；

所述原边高频电能转换电路(11)，用于对输入的直流电源进行转换得到恒频恒幅的交流方波信号；

所述原边高频谐振电路(12)，用于将所述恒频恒幅的交流方波信号转换为具有恒包络特性的高频励磁电流，并输入至所述高频变压器(3)进行电气隔离。

3.如权利要求2所述的电力电子变压器，其特征在于，所述AC-DC变换器拓扑模块(2)包括稳压电容、负载和AC-DC变换器，所述AC-DC变换器包括副边高频谐振电路(21)和副边高频电能转换电路(22)，所述高频变压器(3)的副边通过所述副边高频谐振电路(21)和副边高频电能转换电路(22)与负载相连，所述稳压电容与所述负载并联；

所述副边高频谐振电路(21)，用于根据所述高频励磁电流产生高频感应电动势；

所述副边高频电能转换电路(22)，用于对所述高频感应电动势进行交直流转换，得到稳定直流电压在负载上输出。

4.如权利要求3所述的电力电子变压器，其特征在于，所述原边高频电能转换电路(11)包括第一高频开关和第二高频开关，所述原边高频谐振电路(12)包括原边谐振电容和原边谐振电感，所述直流电源的正极与第一高频开关的一端连接，所述第一高频开关的另一端分别与所述第二高频开关的一端和所述原边谐振电容的一端连接，所述直流电源的负极与所述第二高频开关的另一端连接，所述原边谐振电容的另一端通过原边谐振电感与所述第二高频开关的另一端连接；

所述高频变压器(3)原边绕组的漏感代替所述原边谐振电感。

5.如权利要求4所述的电力电子变压器，其特征在于，所述副边高频谐振电路(21)包括副边谐振电感和副边谐振电容，所述副边高频电能转换电路(22)包括第三高频开关和第四高频开关，所述副边谐振电感的一端与所述副边谐振电容的一端连接，所述副边谐振电容的另一端分别与所述第四高频开关的一端和所述第三高频开关的一端连接，所述副边谐振电感的另一端与所述第四高频开关的另一端连接，所述第三高频开关的另一端通过负载与所述副边谐振电感的另一端连接；

所述高频变压器(3)副边绕组的漏感代替所述副边谐振电感。

6.一种权利要求1-5任一项所述的基于DC-DC变换器的电力电子变压器的控制方法，其特征在于，包括：

设计对称结构的DC-AC变换器拓扑模块(1)和AC-DC变换器拓扑模块(2)，所述DC-AC变换器拓扑模块(1)和所述AC-DC变换器拓扑模块(2)之间通过高频变压器(3)进行电气隔离。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，通过原边高频电能转换电路(11)控制DC-AC变换器拓扑模块(1)的工作模式，具体为：

能量注入模式：在能量正向传输、输入直流电和原边高频谐振电路(12)电流正向流通时，第一高频开关导通、第二高频开关关断，输入直流电经过高频开关注入原边谐振网络；

自由振荡模式：在能量正向传输和原边高频谐振电路(12)电流负向流通时，第二高频开关导通，第一高频开关关断，原边高频谐振电路(12)的谐振电流经过第二高频开关流动。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述DC-AC变换器拓扑模块(1)的能量注入时间和自由振荡时间均等于原边高频谐振电路(12)的谐振周期的一半。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述DC-AC变换器拓扑模块(1)的工作模式中，所述第一高频开关和所述第二高频开关导通时的导通角度为180度，导通周期为原边高频谐振电路(12)的谐振电流周期。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，通过副边高频电能转换电路(22)控制AC-DC变换器拓扑模块(2)的工作模式，具体为：

自由振荡模式：在能量正向传输和副边高频谐振电路(21)的谐振电流负向流通时，所述第四高频开关导通，第三高频开关关断，所述副边高频谐振电路(21)的谐振电流经过第四高频开关流动；

能量注入模式：在能量正向传输和副边高频谐振电路(21)的谐振电流正向流通时，所述第三高频开关导通，第四高频开关关断，所述副边高频谐振电路(21)的谐振电流经过第三高频开关注入负载。