[发明专利]一种高功率密度辅助变流器的设计方法及变流器

权利要求书

1.一种高功率密度辅助变流器的设计方法，其特征在于，应用于有轨电车，所述高功率密度辅助变流器包括串联连接的DCDC电路及逆变器电路，所述设计方法包括：

有效占空比和隔直电容确定步骤：根据DCDC电路输出电压、输入电压及DCDC电路的变压器的匝数比获得DCDC电路在额定电压工作时的有效占空比以及DCDC电路的隔直电容；

原边电流确定步骤：根据所述有效占空比获得DCDC电路的输出滤波电感及电感电流纹波，根据所述输出滤波电感及所述电感电流纹波获得有效占空比开始时刻及结束时刻的所述变压器的原边电流；

软开关范围确定步骤：根据所述DCDC电路的谐振电感确定所述DCDC电路的软开关范围；

滤波器参数确定步骤：从滤波器无功容量角度确定所述逆变器电路的滤波器参数；

所述原边电流确定步骤中根据以下公式获得所述滤波电感：

式中，L₀为滤波电感，V₀为输出电压，V_c为隔直电容，n为变压器的匝数比，D_eff为有效占空比，P为输出负载功率，f为开关频率；

所述原边电流确定步骤中根据以下公式获得所述电感电流纹波：

式中，ΔI为电感电流纹波。

2.根据权利要求1所述的高功率密度辅助变流器的设计方法，其特征在于，所述原边电流确定步骤进一步包括：

根据所述DCDC电路的平均输出电流和所述电感电流纹确定输出滤波电感电流的最大值和最小值，并进一步根据所述输出滤波电感电流的最小值和所述变压器的匝数比确定所述有效占空比开始时刻的所述变压器的原边电流，根据所述输出滤波电感电流的最大值和所述变压器的匝数比确定所述有效占空比结束时刻的所述变压器的原边电流。

3.根据权利要求1所述的高功率密度辅助变流器的设计方法，其特征在于，所述软开关范围确定步骤中进一步包括，对所述有效占空比赋值，确定所述占空比丢失值，以确定所述谐振电感，并根据所述谐振电感确定所述软开关范围。

4.根据权利要求1所述的高功率密度辅助变流器的设计方法，其特征在于，所述DCDC电路的超前臂具有第一碳化硅器件和第三碳化硅器件，所述DCDC电路的滞后臂具有第二碳化硅器件和第四碳化硅器件，所述设计方法进一步包括：

超前臂死区确定步骤：确定所述DCDC电路的超前臂死区，所述超前臂死区时间大于第一碳化硅器件断开后，所述第一碳化硅器件和所述第三碳化硅器件的寄生电容电荷转换时间；

滞后臂死区确定步骤：确定所述DCDC电路的滞后臂死区，所述滞后臂死区时间大于所述第四碳化硅器件断开后，第二碳化硅器件和第四碳化硅器件件的寄生电容电荷转换时间，并且所述滞后臂死区时间小于所述变压器的原边电流下降至0所需的时间。

5.根据权利要求1所述的高功率密度辅助变流器的设计方法，其特征在于，所述滤波器参数确定步骤中确定所述逆变器电路的滤波器参数的具体步骤为：

将所述滤波器无功容量表示为：

式中，Q_LC为无功容量，L为三相滤波电感的电感值，S为逆变器的视在功率，λ为功率因数，f_L为截止频率；

根据所述无功容量，确定所述逆变器电路的滤波器参数。

6.一种高功率密度辅助变流器，其特征在于，应用于有轨电车，采用如权利要求1-5中任一项所述的高功率密度辅助变流器的设计方法，所述高功率密度辅助变流器包括：

DCDC电路，将系统输入电压变换成稳定的直流电压输出；

逆变器电路，串联连接于所述DCDC电路，所述逆变器电路将所述直流电压逆变为三相交流电压后，经输出接触器输出至列车中压负载。

7.根据权利要求6所述的高功率密度辅助变流器，其特征在于，所述DCDC电路包括依次电性连接的输入电路、变压器及输出回路，所述输入电路包括四个碳化硅开关器件。

8.根据权利要求7所述的高功率密度辅助变流器，其特征在于，包括驱动电路，接收一驱动电压后控制所述碳化硅开关器件的导通或关断。