[发明专利]无需均压控制的电气隔离双向DC-DC变换器

摘要

本发明提供无需均压控制的电气隔离双向DC‑DC变换器。该双向DC­‑DC变换器，由多个基于模块化多电平换流器（MMC）的DC‑AC变换器和交流变压器联合构建。模块化多电平换流器，能利用其模块化的特性方便地实现该双向DC­‑DC变换器在高压大功率场合的应用；多个模块化多电平换流器DC‑AC变换器的采用使变换器具备双向运行的特性；变压器则保证变换器两侧间的电气隔离。与此同时无需均压控制的电气隔离双向DC‑DC变换器依靠内部配置的辅助电容、辅助IGBT模块、钳位二极管能够在双向DC­‑DC变换器实现直流电压转换的基础上，自发地均衡DC‑AC变换器中子模块的电容电压，而无需专门的均压控制。

主权项

1.无需均压控制的电气隔离双向DC‑DC变换器，其特征在于：包括由模块化多电平换流器构成的DC‑AC变换器,包括连接DC‑AC变换器的交流输出的交流变压器；其中，交流变压器连接不同DC‑AC变换器中点处的交流输出，其中交流变压器可以是多绕组变压器，连接多个DC‑AC变换器；DC‑AC变换器中，辅助电容C₁正极经节点N_{a_03}连接辅助IGBT模块T₁集电极，负极经节点N_{b_03}连接箝位二极管D₁正极，随后三者构成的A、B相上桥臂跨接回路，通过T₁发射极及D₁负极并入直流母线正极；辅助电容C₂负极经节点N_{b_(2n+1)3}连接辅助IGBT模块T₂发射极，正极经节点N_{a_(2n+1)3}连接箝位二极管D₂负极，随后三者构成的A、B相下桥臂跨接回路，通过T₂集电极及D₂正极并入直流母线负极，其中n为自然数；DC‑AC变换器中A相、B相由改造后的半桥子模块、单箝位子模块、全桥子模块与钳位二极管组合而成，其中改造后的桥臂子模块均有三个端口；对于A相中第i个桥臂子模块SM_i，其中i的取值为1～2n，该桥臂子模块为改造后的半桥子模块时，端口N_{a_i1}连接半桥子模块内两个IGBT模块的中点，端口N_{a_i2}连接子模块电容C_{a_i}负极，端口N_{a_i3}经机械开关连接子模块电容C_{a_i}正极；该桥臂子模块为改造后的单箝位子模块时，单箝位子模块内二极管连接子模块电容C_{a_i}正极，同时端口N_{a_i1}连接单箝位子模块内两个IGBT模块的中点，端口N_{a_i2}连接单箝位子模块内二极管与IGBT模块联结点，端口N_{a_i3}连接附加IGBT模块发射极并经附加IGBT模块集电极连接子模块电容C_{a_i}正极；该桥臂子模块为改造后的全桥子模块时，端口N_{a_i1}连接一组全桥子模块内两个IGBT模块的中点，端口N_{a_i2}连接另一组全桥子模块内两个IGBT模块的中点，端口N_{a_i3}连接附加IGBT模块发射极并经附加IGBT模块集电极连接子模块电容C_{a_i}正极；端口N_{a_(k+1)1}向上经导线或桥臂电抗器连接于端口N_{a_k2}，端口N_{a_(k+1)3}经连接钳位二极管正极并经钳位二极管负极向上连接到端口N_{a_k3}，其中k的取值为0～2n；对于B相中第i个桥臂子模块SM_i，其中i的取值为1～2n，该桥臂子模块为改造后的半桥子模块时，端口N_{b_i1}连接子模块电容C_{b_i}正极，端口N_{b_i2}连接半桥子模块内两个IGBT模块的中点，端口N_{b_i3}经机械开关连接子模块电容C_{b_i}负极；该桥臂子模块为改造后的单箝位子模块时，单箝位子模块内二极管连接子模块电容C_{b_i}负极，同时端口N_{b_i1}连接单箝位子模块内IGBT模块与二极管的联结点，端口N_{b_i2}连接单箝位子模块内两个IGBT模块的中点，端口N_{b_i3}连接附加IGBT模块发射极并经附加IGBT模块集电极连接子模块电容C_{b_i}负极；该桥臂子模块为改造后的全桥子模块时，端口N_{b_i1}连接一组全桥子模块内两个IGBT模块的中点，端口N_{b_i2}连接另一组全桥子模块内两个IGBT模块的中点，端口N_{b_i3}连接附加IGBT模块发射极并经附加IGBT模块集电极连接子模块电容C_{b_i}负极；端口N_{b_(k+1)1}向上经导线或桥臂电抗器连接于端口N_{b_k2}，端口N_{b_(k+1)3}经连接钳位二极管正极并经钳位二极管负极向上连接到端口N_{b_k3}，其中k的取值为0～2n。