[发明专利]单相高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器

说明书

单相高频隔离型可变拓扑AC‑DC变换器，属于电能变换技术领域，本发明为解决现有单相交直流变换器存在体积大、成本高、视在功率利用率低的问题。本发明交流侧LC滤波器的两个输出端分别连接矩阵变换器的两个输入端，矩阵变换器的两个输出端分别连接高频隔离变压器的第一绕组的两端；第一桥式变换器和第二桥式变换器结构相同，第一桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第二绕组的两端，第二桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第三绕组的两端，第一桥式变换器和第二桥式变换器串联或并联后的输出端与直流侧LC滤波器的输入端相连，直流侧LC滤波器输出变换后的直流电压。本发明用于单相交直流变换器。

技术领域

本发明涉及一种单相高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器，属于电能变换技术领域。

背景技术

以蓄电池和超级电容为代表的储能系统在分布式可再生发电微电网、电动车等领域获得了广泛应用。在上述储能系统中，通常需要具有双向功率传输功能的交-直流变换器对储能元件进行充放电。另外，为消除漏电流和提高系统安全性，要求该交-直流变换器具有电气隔离功能。

在现有应用于储能系统的交-直流变换器中，所采取的一种电气隔离方案包括以下几种：

第一种方案是在交流侧和电网之间加入工频隔离变压器，这种方案虽然能够实现变换器和交流电网之间的电气隔离，但是由于工频隔离变压器工作在电网频率，体积较大，同时由于其功率和所连接的变换器功率相同，造成成本增加和功耗加大。

另一种获得广泛应用的方案是采用带有高频隔离变压器的DC-DC变换器结合DC-AC变换器的两级式结构，这种结构消除了工频变压器，从而大幅降低了整个系统的体积，但是这种结构的器件数量较多，造成成本和损耗均较大，而且其中间环节所使用的大容值电解电容使用寿命较短，也造成整个系统的使用寿命受限。

第三种方案是采用交-直流直接变换器的单级式结构，这种结构消除了中间DC-DC变换环节，也无需使用直流环节的大容值电解电容，从而在大幅降低体积的同时，也显著提高了整个系统的使用寿命。正是由于上述优点，使得这种结构在储能系统中具有广阔的发展前景。

由蓄电池和超级电容的工作特性可知，其端电压会随着内部存储能量的变化而大幅变化，而为了维持恒功率充放电特性，需要在端电压较低时维持较大工作电流，而在端电压较高时只需较小工作电流即可。现有用于储能系统的变换器的功率器件的额定容量均需按照储能系统的最大工作电压和电流来选取，造成整个系统的视在功率存在较大浪费，并且系统成本、体积和损耗均显著增加。

发明内容

本发明目的是为了解决现有单相交直流变换器存在体积大、成本高、视在功率利用率低的问题，提供了一种单相高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器。

本发明所述单相高频隔离型可变拓扑AC-DC变换器，它包括交流侧LC滤波器、双向功率开关构成的矩阵变换器、高频隔离变压器、第一桥式变换器、第二桥式变换器和直流侧LC滤波器；

交流侧LC滤波器的两个输出端分别连接矩阵变换器的两个输入端，矩阵变换器的两个输出端分别连接高频隔离变压器的第一绕组的两端；

第一桥式变换器和第二桥式变换器结构相同，第一桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第二绕组的两端，第二桥式变换器的两个输入端分别连接高频隔离变压器的第三绕组的两端，第一桥式变换器和第二桥式变换器串联或并联后的输出端与直流侧LC滤波器的输入端相连，直流侧LC滤波器输出变换后的直流电压。

优选的，它还包括两个单刀双掷开关，第一桥式变换器和第二桥式变换器通过两个单刀双掷开关实现串联或并联连接。