[发明专利]一种功率可调LC输入串联输出并联直流变压器及控制方法

说明书

本发明公开了一种功率可调LC输入串联输出并联直流变压器及控制方法，该直流变压器包括多个LC串联谐振变换器模块和一个辅助功率控制桥臂。其中LC串联谐振电路开环工作在谐振频率下，实现零电流开关。正向传输功率时，辅助桥臂模块上管持续关断利用二极管进行续流，下管以一定的占空比导通；而功率反向传输时，辅助桥臂模块下管持续关断利用二极管进行续流，上管以一定的占空比导通。通过调节辅助桥臂模块上管或者下管的占空比大小实现整个直流变压器的功率可调。从而在无需变频的情况下，达到了功率可调的目的。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及的一种功率可调LC输入串联输出并联直流变压器及控制方法。

背景技术

作为电力电子集成技术的重要分支，多变换器串并联系统一直是近年来研究的热点。由于多模块串并联系统具有降低开发难度、方便扩容、实现系统冗余、可靠性高等优点，其广泛运用于分布式发电、电力电子变压器及不间断电源等系统中。对于多变换器串并联系统，不同串并联组合方式的系统应用于不同的场合。以ISOP(输入串联输出并联)系统为例，其适用于高电压输入，大电流输出的场合。例如城市轨道交通、电气化铁路以及船舶供电系统中的大功率直流开关电源。

由LC串联谐振变换器模块串并联而成的LC谐振型直流变压器以其拓扑结构简单，以准正弦型电流波形工作，易于实现软开关，变换器效率高，参数设计方便，控制理论较为成熟而得到广泛的使用。而且，串联谐振变换器具有短路自保护特性，当负载短路时，谐振电感可以阻止电流突增，使保护电路有充分的时间动作。由于谐振电流会随着负载电流的减小而减小，因此电路在轻载时仍能保证较高的效率。谐振电容具有阻断直流的作用，能够有效阻隔谐振电流中的直流分量，这样不用外加控制就可以解决由功率器件开关速度不同、开关导通时间不相等和导通压降不等而带来的伏·秒不平衡的问题。此外，其负载侧的滤波采用了容性滤波器，减小了变换器的体积和成本。但是串联谐振变换器的主要缺点是空载时电压传输增益曲线近似为水平线，为了调节输出电压，需要大幅度改变开关频率，这样便不利于滤波器的设计。

发明内容

发明目的：本发明针对LC谐振型直流变压器开环工作在谐振点时电压、功率不可控，但效率高的特点，加入一个辅助桥臂模块，通过调节辅助桥臂模块开关管占空比的大小，能够实现在不需变频的情况下实现该直流变压器功率可调的目的。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

基于辅助桥臂模块的功率可调LC输入串联输出并联直流变压器，

包括N+1个DC-DC变换器，N为整数且大于等于2：

所述DC-DC变换器包括N个LC串联谐振变换器模块，以及一个辅助桥臂模块；其中，N个LC串联谐振变换器模块，用于作为所述DC-DC变换器的功率传输模块；

辅助桥臂模块，用作控制所述DC-DC变换器的功率；

每个LC串联谐振变换器模块的输入端分别并联于相应的输入分压电容C_di的两端，输出端并联后接在负载的两侧，每个LC串联谐振变换器均有自己的控制环路，模块间控制器无互联线，实现了每个模块的独立控制。

作为本发明基于辅助桥臂模块的功率可调LC输入串联输出并联直流变压器的进一步优选方案，LC串联谐振变换器模块包括输入分压电容C_di、变换器原边、变换器副边以及输出电容C_oi，变换器原边的输入端并联于相应的输入分压电容C_di的两端，则变换器原边与变换器副边通过磁路耦合连接，变换器副边的输出端并联于输出电容C_oi的两端，然后并联于低压直流端，i＝1,2,...,N。