[实用新型]一种基于三电平拓扑的双向DC/DC变换系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于三电平拓扑的双向DC/DC变换系统。

背景技术

我国疆土面积较大，能源中心与负荷中心分布不平衡，往往需要长距离、大容量的传输线路将能源中心的电能输送到负荷中心，目前使用较多的为传统交流输电，但交流输电有效率不高、占地多及控制复杂等缺点，于是直流输电的优势就相对明显，需要的线路少，控制简单，调节速度快，因此高压大容量DC/DC装置引来了越来越多人的关注。

DC/DC装置的高密度及高效率是研究的重点，将LLC谐振应用到DC/DC装置中实现了输入端开关管的零电压导通及输出端二极管的零电流关断的软开关技术，大大减少装置的自身损耗，而且保持高效率的基础上提高开关频率，就能够减小装置的体积，增大功率密度，因此基于LLC谐振的DC/DC变换器得到了快速发展。

目前，我公司已研制的双向LLC谐振DC/DC变换装置原理图如附图1所示，该模块拓扑由高压侧全桥变换、双向LLC谐振网络、低压侧全桥变换3部分组成。有学者提出了高压侧和低压侧均为半桥的结构，原理图如2所示，但是和全桥电路一样，未导通开关管承受电压较高(全桥中仅有一个母线电容时，未导通开关管承受该母线电容上的电压，半桥中有两个母线电容，未导通开关管承受两个母线电容上的电压之和)。也有学者在研究将三电平拓扑用到DC/DC变换中，拓扑原理图如附图3所示，该模块也有高压侧变换、高频变压器和低压侧三部分组成，结合LLC谐振也能实现软开关技术，但此电路的能量只能单向流动。比如：申请公布号为CN102891602A的中国专利申请文件公开了几种三电平直流变换器，包括三电平电路、隔离变压器和桥式电路。这几种基于三电平电路的直流变换器由于是单个的变换装置，电压等级较低，无法满足越来越高的电压等级的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于三电平拓扑的双向DC/DC变换系统，用以解决传统的DC/DC变换装置的电压等级较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种基于三电平拓扑的双向DC/DC变换系统，包括至少两个DC/DC变换装置，各DC/DC变换装置包括依次连接的高压侧变换单元、变压器和低压侧变换单元，所述高压侧变换单元为三电平拓扑结构，各DC/DC变换装置的高压侧变换单元级联设置，各DC/DC变换装置的低压侧变换单元并联设置。

各DC/DC变换装置的低压侧变换单元为半桥拓扑结构。

各DC/DC变换装置中设置有双向LLC谐振网络。

所述三电平拓扑结构包括并联设置的第一电容串联支路和第一开关管串联支路，所述第一电容串联支路上依次串设有第一电容和第二电容，所述第一开关管串联支路上依次串设有第一开关管模块、第二开关管模块、第三开关管模块和第四开关管模块，所述第一电容和第二电容的连接点与所述第二开关管模块和第三开关管模块的连接点连接，所述第一开关管模块和第二开关管模块的连接点与第三开关管模块和第四开关管模块的连接点之间连接有一条并联支路，所述并联支路上串设有第三电容，所述第一电容串联支路的两端为所述三电平拓扑结构的直流端，所述第二开关管模块的两端为所述三电平拓扑结构的交流端。

第一开关管模块、第二开关管模块、第三开关管模块和第四开关管模块均由开关管和反向并联设置的二极管构成。

所述半桥拓扑结构包括并联设置的第二电容串联支路和第二开关管串联支路，所述第二电容串联支路上依次串设有第四电容和第五电容，所述第二开关管串联支路上依次串设有第五开关管模块和第六开关管模块，所述第四电容和第五电容的连接点与第五开关管模块和第六开关管模块的连接点为所述半桥拓扑结构的交流端，所述第二电容串联支路的两端为所述半桥拓扑结构的直流端。

所述第五开关管模块和第六开关管模块均由开关管和反向并联设置的二极管构成。