[发明专利]全软开关交直流输入固态变压器电路及其调制方法

说明书

本发明公开一种全软开关交直流输入固态变压器电路及其调制方法。其电路包括输入滤波电感，n个前级软开关电路与n个后级隔离型DC‑DC变换器，每个前级软开关电路的输出端与后级隔离型DC‑DC变换器的输入端连接组成一个子模块电路，n个子模块电路通过输入串联、输出并联的方式组合后，输入端经输入滤波电感接入中压交流或直流电网，输出端接低压直流电网或负载；其调制方法为，前级软开关电路根据输入电网电压的交直流特性进行基于SPWM的软开关调制或基于PWM的软开关调制，后级隔离型DC‑DC变换器采用PWM调制，调制时，n个前级软开关电路的载波之间具有一定的相移，n个后级隔离型DC‑DC变换器的载波之间也具有一定相移。

技术领域

本发明属于电力电子技术的技术领域，涉及固态变压器与软开关技术，尤其涉及一种全软开关交直流输入固态变压器电路及其调制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，固态变压器受到了广泛的关注，固态变压器除了具备传统变压器隔离和升、降电压功能外，同时集成了电网无功调节、功率控制、谐波抑制以及故障保护等功能；此外，固态变压器能够大幅度减小变压器的体积和重量，提升功率密度；不仅如此，采用模块化的结构可以大幅提升固态变压器耐压等级与功率容量，简化电路设计流程。

但是目前，关于交直流电网输入通用的固态变压器研究较少，且大部分的两级式固态变压器，其前级均工作在硬开关的条件下，这不利用固态变压器效率与功率密度的提升，因此有必要提出一种能够实现全软开关的交直流输入通用的固态变压器。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提出一种减小前级电路开关损耗、实现全软开关的，交直流输入通用的固态变压器电路及其调制方法。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明的一个方面，提出一种全软开关交直流输入固态变压器电路，包括输入滤波电感、n个相同的前级软开关电路和n个相同的后级隔离型DC-DC变换器。

n个前级软开关电路的交直流输入端串联后形成输入端口，输入端口与输入滤波电感串联后接入中压交流或直流电网；n个后级隔离型DC-DC变换器的直流输出端并联后形成输出端口，输出端口与低压直流电网或负载相连；每个前级软开关电路的直流输出端分别与一个后级隔离型DC-DC变换器的直流输入端相连，共同构成一个子模块电路，共形成n个子模块电路。

上述技术方案中，进一步地，前级软开关电路包括第一全桥电路、第一辅助电路与第一输出电容；后级隔离型DC-DC变换器包括第二全桥电路、第一LC谐振电路、第一变压器、第三全桥电路与第二输出电容；第一全桥电路、第二全桥电路与第三全桥电路均包括两组桥臂，第一全桥电路的两组桥臂均由两个串联的包含反并联二极管与谐振电容的全控型开关管组成，第二全桥电路与第三全桥电路各自的两组桥臂均由两个串联的包含反并联二极管的全控型开关管组成；每个全桥电路的两组桥臂的两个上开关管漏极相连，两个下开关管源极相连；第一全桥电路的两个桥臂中点构成前级软开关电路的交直流输入端；在第一全桥电路的上开关管漏极与第一输出电容正极间接入第一辅助电路，第一全桥电路的下开关管源极与第一输出电容负极相连；第一辅助电路由包含反并联二极管与谐振电容的全控型的辅助开关管、箝位电容以及辅助电感构成；辅助开关管与箝位电容串联形成串联支路，在该串联支路的两端并联辅助电感；第二全桥电路的上开关管漏极与下开关管源极构成后级隔离型DC-DC变换器的直流输入端；第一LC谐振电路由谐振电感与谐振电容串联而成；第二全桥电路的桥臂中点与第一LC谐振电路串联后连接第一变压器的原边；第三全桥电路的上开关管漏极与第二输出电容的正极相连，第三全桥电路的下开关管源极与第二输出电容的负极相连；第三全桥电路的桥臂中点与第一变压器的副边相连。