[发明专利]一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器

摘要

本发明提出一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器。若设定所述变换器含有m个桥臂，2m个输入相数，n个增益单元，则其构成如下：一个直流输入电压源、m个桥臂、每个桥臂包括4个功率开关和2个二极管，桥臂上下两侧接直流电源，同时并联两个电容C1、C2；2m个变比为1：n的高频变压器T1、T2、T3...T2m，变压器右端有n个高升压增益单元，负载RL，滤波电容C0以及二极管D0，所述每个高升压增益单元中增益单元1含有2m‑1个电容及二极管，其余增益单元均含有2m个电容及二极管。相比现有的三电平变换器，该变换器输入相数可自由调节，各输入相的电流可自动均流，使得变换器的控制策略简单，输入输出增益高且可调，开关器件电压和电流应力低且也可调，可应用于需要电气隔离的大容量高升压场合中。

主权项

1.一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器，其特征在于：该变换器包含一个多相三电平逆变器，1个直流输入电源，2m个输入相，2m个变比为1：N的高频变压器，n个增益单元，一个输出二极管D0，一个输出滤波电容C0，负载RL；其中：所述多相三电平逆变器包含：m个三电平逆变桥臂，两个输入侧滤波电容C1、C2，4m个功率开关S1 1、S12、S13、S1 4、S2 1、S2 2、S23、S2 4...Sm 1、Sm 2、Sm3、Sm4，2m个二极管Db1 1、Db1 2、Db2 1、Db2 2...Dbm 1、Dbm 2；电容C1的另一端、C2的一端与偶数个变压器一次侧相连的节点定义为节点0， 开关管S1 2的源极、S1 3的漏极与变压器T1一次侧相连的节点定义为节点1，开关管S2 2的源极、S2 3的漏极与变压器T3一次侧相连的节点定义为节点2，...，以此类推，开关管Sm 2的源极、Sm 3的漏极与变压器T2m‑1一次侧相连的节点定义为节点m；具体连接方式为：直流输入电源的正极与电容C1一端连接在一起，同时与下标尾数为1的开关管S1 1、S2 1、S3 1...Sm 1的漏极连接在一起，直流输入电源的负极与电容C2的另一端连接在一起，同时与下标尾数为4的开关管S1 4、S2 4...Sm 4的源极连接在一起；电容C1的另一端接电容C2的一端，开关管S1 1的源极接开关管S1 2的漏极，同时与二极管Db1 1的阴极相连，开关管S1 2的源极接开关管S1 3的漏极，开关管S1 3的源极接开关管S1 4的漏极，同时与二极管Db1 2的阳极相连，二极管Db1 2的阴极与二极管Db1 1的阳极相连，同时与二极管Db2 1的阳极以及节点0相连；开关管S2 1的源极接开关管S2 2的漏极，同时与二极管Db2 1的阴极相连，开关管S2 2的源极接开关管S2 3的漏极，开关管S2 3的源极接开关管S2 4的漏极，同时与二极管Db2 2的阳极相连，二极管Db2 2的阴极与二极管Db2 1的阳极相连，同时与二极管Db3 1的阳极相连，...，以此类推，开关管Sm‑1 1的源极接开关管Sm‑1 2的漏极，同时与二极管Dbm‑1 1的阴极相连，开关管Sm‑1 2的源极接开关管Sm‑1 3的漏极，开关管Sm‑1 3的源极接开关管Sm‑1 4的漏极，同时与二极管Dbm‑1 2的阳极相连，二极管Dbm‑1 2的阴极与二极管Dbm‑1 1的阳极相连，同时与二极管Dbm 1的阳极相连；开关管Sm 1的源极接开关管Sm 2的漏极，同时与二极管Dbm 1的阴极相连，开关管Sm 2的源极接开关管Sm 3的漏极，开关管Sm 3的源极接开关管Sm 4的漏极，同时与二极管Dbm 2的阳极相连，二极管Dbm 2的阴极与二极管Dbm 1的阳极相连；所述多相三电平逆变器与变压器的具体连接方式为：变压器T1一次侧一端接节点1，变压器T3一次侧一端接节点2，以此类推到第2m‑1相，变压器T2m‑1一次侧一端接节点m，下标为偶数的变压器T2、T4、...、T2m一次侧一端均接节点0；各个变压器一次侧的另一端接到一起，二次侧的另一端也接在一起；所述增益单元1包含：二极管D2 1、D3 1、D4 1...D2m 1，电容C2 1、C3 1、C4 1...C2m 1；其具体连接方式为：二极管D2 1的阴极接电容C2 1的一端，同时与二极管D3 1的阳极相连，二极管D3 1的阴极接电容C3 1的一端，同时与二极管D4 1的阳极相连，...，以此类推，二极管D2m‑1 1的阴极接电容C2m‑1 1的一端，同时与二极管D2m 1的阳极相连，二极管D2m 1的阴极接电容C2m 1的一端；所述增益单元2包含：二极管D1 2、D2 2、D3 2...D2m 2，电容C1 2、C2 2、C3 2...C2m 2；其具体连接方式为：二极管D1 2的阴极接电容C1 2的一端，同时与二极管D2 2的阳极相连，二极管D2 2的阴极接电容C2 2的一端，同时与二极管D3 2的阳极相连，...，以此类推二极管D2m‑1 2的阴极接电容C2m‑1 2的一端，同时与二极管D2m 2的阳极相连，二极管D2m 2的阴极接电容C2m 2的一端；所述增益单元3包含：二极管D1 3、D2 3、D3 3...D2m 3，电容C1 3、C2 3、C3 3...C2m 3；其具体连接方式为：二极管D1 3的阴极接电容C1 3的一端，同时与二极管D2 3的阳极相连，二极管D2 3的阴极接电容C2 3的一端，同时与二极管D3 3的阳极相连，...，以此类推二极管D2m‑1 3的阴极接电容C2m‑1 3的一端，同时与二极管D2m 3的阳极相连，二极管D2m 3的阴极接电容C2m 3的一端；...以此类推，所述增益单元n包含：二极管D1 n、D2 n、D3 n...D2mn， 电容C1 n、 C2 n、C3 n...C2mn；其具体连接方式为：二极管D1 n的阴极接电容C1 n的一端，同时与二极管D2 n的阳极相连，二极管D2 n的阴极接电容C2 n的一端，同时与二极管D3 n的阳极相连，...，以此类推二极管D2m‑1 n的阴极接电容C2m‑1 n的一端，同时与二极管D2mn的阳极相连，二极管D2mn的阴极接电容C2mn的一端；所述增益单元之间以及与变压器及其它元器件的具体连接方式为：变压器T1二次侧一端接增益单元1中二极管D2 1的阳极以及输出滤波电容CO和负载RL的另一端，同时与增益单元2中电容C1 2，增益单元3中电容C1 3，...，增益单元n中电容C1 n的另一端相连，变压器T2二次侧一端接增益单元1中电容C2 1，增益单元2中电容C2 2，...，增益单元n中电容C2 n的另一端相连，变压器T3二次侧一端接增益单元1中电容C3 1， 增益单元2中电容C3 2，...，增益单元n中电容C3 n的另一端相连，...，以此类推，变压器T2m二次侧一端接增益单元1中电容C2m 1，增益单元2中电容C2m 2，...，增益单元n中电容C2mn的另一端相连；增益单元1中二极管D2m 1阴极与电容C2m 1一端之间的节点与增益单元2中二极管D1 2的阳极相连，增益单元2中二极管D2m 2阴极与电容C2m 2一端之间的节点与增益单元3中二极管D1 3的阳极相连，...，以此类推，增益单元n‑1中二极管D2mn‑1阴极与电容C2mn‑1一端之间的节点与增益单元n中二极管D1 n的阳极相连，增益单元n中二极管D2mn阴极与电容C2mn一端之间的节点与二极管DO阳极相连；负载RL与C0并联，负载RL一端接二极管D0的阴极。