[发明专利]基于三电平CLLLC谐振变换器的直流变压器拓扑及控制方法

说明书

本发明涉及一种基于三电平双向CLLLC谐振变换器的直流变压器拓扑及控制方法，拓扑包括高压侧拓扑、低压侧拓扑以及双向CLLLC谐振变换器；所述高压侧拓扑包括N个串联的半桥三电平电路，所述低压侧拓扑包括N个串联的全桥电路，每组所述半桥三电平电路与全桥电路通过所述双向CLLLC谐振变换器对应连接。此拓扑具有电压等级高的特点，从而降低直流变压器系统所需模块数量，减少系统占地面积和成本，降低系统发生故障的概率，并且该拓扑采用等效脉冲扩展发波法，可以实现能量双向流动、全范围软开关以及串联器件的均压。本发明提出了模块间移相控制，减小了低压侧并联模块输出总电流的纹波。N个模组的高压侧串联、低压侧并联的拓扑结构，适合于高压大容量场合。

技术领域

本发明涉及变压器设计技术领域，尤其涉及一种基于三电平CLLLC谐振变换器的直流变压器拓扑及控制方法。

背景技术

两电平LLC谐振变换器因为其结构简单、软开关特性优越，在业界得到了越来越广泛的应用，但是主要存在以下缺点：

1)两电平拓扑中开关管的电压应力较大，特别在较高的电压应用场合，需要多个模块串联才能满足要求，较多的串联模块数导致系统发生故障的概率增大、体积增大、成本增加，影响系统的稳定性和可靠性，并增加了系统维护的工作量及系统占地面积；

2)目前，三电平LLC拓扑多集中于充电机等能量单向流动领域，无法满足直流变压器隔离级能量双向流动的要求。

专利申请《一种三电平LLC谐振变换器》，其核心思想为：当谐振变换器负载过载或短路时，通过箝位绕组和谐振电感或变压器的耦合以及二极管的共同作用将谐振电容的电压箝位在输入电压或其他值，从而避免主开关失去零电压开通，抑制原边开关电流应力的目的。但是该专利申请电路拓扑较复杂；副边为二极管整流，能量只能单向流动，无法实现能量的双向流动；电路拓扑适合于低压应用场合，无法用于中压或高压场合。

专利申请《三电平LLC电路的控制方法》，技术方案为：(a)采样输出电压和输出电流,闭环检测电路得到开关频率和占空比；(b)将开关频率和参考开关频率进行比较,根据比较结果,闭环检测电路调节控制信号中的开关率和控制信号中的占空比,使输出电压保持在设定电压。但是该专利申请副边为二极管整流，能量只能单向流动，无法实现能量的双向流动；电路拓扑适合于低压应用场合，无法用于中压或高压场合。

专利申请《一种三相三电平LLC谐振变换器》，技术方案为：一种三相三电平LLC谐振变换器，包括由三个三电平桥臂并联构成的逆变器、三相变压器、由三组谐振电容和谐振电感串联连接后和三相变压器的三个励磁电感构成的谐振电路、与三相变压器副边连接的三相整流电路、连接在三相整流电路输出端的滤波电路。每个开关管的电压应力为输入电压的一半。但是该专利申请副边为二极管整流，能量只能单向流动，无法实现能量的双向流动；电路拓扑适合于低压应用场合，无法用于中压或高压场合。

发明内容

针对现有直流变压器模块数量多、体积大、成本高、系统故障发生概率大等问题，提出一种基于三电平CLLLC谐振变换器的直流变压器拓扑及控制方法，此拓扑具有电压等级高的特点，从而降低直流变压器系统所需模块数量，减少系统占地面积和成本，降低系统发生故障的概率。该拓扑采用等效脉冲拓展PWM控制方法，可以实现能量双向流动、全范围软开关以及串联器件的均压。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于三电平双向CLLLC谐振变换器的直流变压器拓扑，包括高压侧拓扑、低压侧拓扑以及双向CLLLC谐振变换器；所述高压侧拓扑包括N个串联的半桥三电平电路，所述低压侧拓扑包括N串联的全桥电路，每组所述半桥三电平电路与全桥电路通过所述双向CLLLC谐振变换器对应连接，N为大于2的整数。