[发明专利]一种直流变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种直流变换器及其控制方法，包括软开关网络、组合式电路、谐振网络、变压器、整流器和输出电容，通过调节开关频率控制输出电压。所述组合式电路包括串联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂，各桥臂均包含N个串联的子模块。通过引入三角波补偿电流，在宽输入电压范围内扩展各桥臂开关的软开关能力。本发明提供的控制方法，在桥臂间引入固定相移及占空比，实现倍频操作且获取高降压比。本发明可实现所有开关管在宽输入电压范围内的零电压开通，同时有效减小谐振电流，减小开关损耗和导通损耗，提高组合式谐振变换器的转换效率。

技术领域

本发明涉及开关变换器技术领域，具体涉及电力电子技术领域中组合式谐振变换器的零电压开通实现方法。

背景技术

随着中压直流输电系统的快速发展，对不同层级系统的远距离互联需求越来越迫切。大功率降压直流变换器作为直流输电的关键设备之一，在构建多端直流电网中不可或缺。高效功率输送、高功率密度、高降压比和宽输入范围且稳定运行是降压直流变换器的关键技术指标。发明“一种谐振型电力电子变流器及变流器装置”(申请号201310309952.7)提出的模块化多电平谐振变换器MMR(Modular Multilevel Resonant，后级DC/DC隔离电路)集成了组合式变换器和谐振变换器的优势，具有较好的应用前景。

组合式结构使得MMR输入侧能承受高压且便于冗余设计，谐振网络有利于实现变换器宽范围调节，提高整体效率。但是，组合式结构设计引入直流环流，不同桥臂开关存在不同软开关特性，部分开关难以在宽工作范围内实现零电压开通。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种直流变换器及其控制方法，实现所有开关管宽输入电压范围的零电压开通，减小变换器的开关损耗。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种变换器，包括依次连接的软开关网络、组合式电路、谐振网络、变压器、整流器和输出电容；所述软开关网络包括四个级联的电容，所述组合式电路包括四个级联的桥臂，每个所述电容与一个所述桥臂并联；第二桥臂的输入端、第三桥臂的输出端分别与谐振网络的第一组谐振电感、第二组谐振电感串联；所述第一组谐振电感、第二组谐振电感分别与谐振网络励磁电感的两端连接；所述第二组谐振电感与所述励磁电感之间接有谐振电容；所述励磁电感与变压器原边并联；所述变压器副边接所述整流器。

本发明的变换器结合了模块化多电平拓扑与谐振变换器两者的优点。组合式电路的模块化多电平设计使其适应于高压大功率场合，具备冗余容错能力，谐振电路则有利于开关实现零电压开通，减小了变换器的开关损耗，提高了功率密度。

所述第一组谐振电感、第二组谐振电感均包括两个串联的谐振电感。本发明将谐振电感裂变置于桥臂之上，既能参与谐振环节，也能有效抑制干扰引起的桥臂电流波动。

为了保证软开关网络的可靠运行，所述四个级联的电容的容值相同。

第二电容正端通过第一电感与所述第一组谐振电感的中点连接；第四电容正端通过第二电感与所述第二组谐振电感的中点连接；所述第一电感、第二电感的电感值相同。第一电感、第二电感的作用在于提供不对称三角波电流以消除桥臂子模块下管中环流引入的偏置，进而实现零电压开通。整体电路中，一、四桥臂与二、三桥臂的工作是相对称的，参数相同，因此第一电感和第二电感的电感值是相同的。

所述第一电感、第二电感的电感值满足以下关系式：