一种减小双向直流电源滤波电感的电路及调制方法与流程

本发明涉及电子技术的双向直流电源领域，具体涉及一种减小双向直流电源滤波电感的电路及调制方法。

背景技术：

1、因双向直流电源具备源载两用的功能，在各个领域都得到了较多的应用，诸如动力电池测试，储能变流器测试，逆变器测试，回馈式负载应用等方面。而且多数应用场合功率都比较大，从几千瓦到几百千瓦都有分布。

2、大功率双向直流电源因功率需求大，如图1所示，多使用igbt或者mos管作为其关键部件，特别是igbt开关频率较低，通常在几khz的范围内，这意味着在电源转换过程中，电流的开关速度相对较慢。为了滤除开关过程中产生的纹波电流，确保直流输出的稳定性和平滑性，致使需要使用较大电感量的直流输出滤波电感。电感的大小与其电感量成正比，电感量越大，所需的电感线圈匝数越多，线圈的直径和长度也可能相应增加，从而增加了电感的体积和重量。此外，为了满足大功率应用的需求，电感还需要承受较高的电流和电压，这进一步增加了其体积和重量的要求。滤波电感感值大导致体积重量都很大，导致大功率双向直流电源可能占用更多的空间，增加了设备的整体尺寸和重量，从而提高了制造成本和运输成本。此外还可能带来散热问题，需要额外的散热措施来确保其稳定运行。

3、如能减小滤波电感感值，对于双向直流电源电感的体积重量将大幅减小，双向直流电源设备也会随之在体积和重量上有较大程度的降低，提高电源的性能和效率。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种减小双向直流电源滤波电感的电路及方法，不仅能够大幅降低双向直流电源输出滤波电感的感值，而且可以有效降低电感电流的高频干扰。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、一种减小双向直流电源滤波电感的电路，包括n个子电源模块、直流输出滤波电感l、直流输出滤波电容co，每个子电源模块包括母线电源vi、母线电容ci、两个串联的开关管si1、si2，第i个子电源模块的母线电源vi负极与第i+1个子电源模块中的开关管中点连接，n、i均为正整数且i<n。

4、进一步的，第i个子电源模块中：

5、母线电源vi与母线电容ci并联，开关管si1第一端与母线电源vi正极连接，si1第二端与开关管si2第一端连接，si2第二端与母线电源vi负极连接，vi的负极连接第i+1个子电源模块中开关管si+11、开关管si+12的连接点；

6、开关管s11、s12的连接点与直流输出滤波电感l的第一端连接，l的第二端连接直流输出滤波电容co的第一端，直流输出滤波电容co的第二端与母线电源vn的负极连接。

7、一种减小双向直流电源滤波电感的电路调制方法，基于上述减小双向直流电源滤波电感的电路，开关管si1、si2通过驱动波驱动导通或关断，驱动规则为：

8、设置n路同频率双极性三角波uc1、uc2、uci……ucn，定义uc1相位为0°，uci相位相对于uc1滞后(i-1)*2π/n；将直流调制波us与uci进行比较，直流调制波us大于uci则si1导通，直流调制波us小于uci则si2导通，n、i均为正整数且i<n。

9、进一步的，减小双向直流电源滤波电感的电路等效开关频freq＝n*fs，fs为开关管频率，n为子电源模块数量，输出滤波电感udc为每个母线电源v1、v2……vn的电压，δil为允许的电感电流纹波。

10、进一步的，直流调制比us的占空比d＝(vm+vc)/2vc＝0.5+0.5vm/vc，其中vc为载波幅值，vm为us的高度。

11、进一步的，工作过程分为n个阶段，每个阶段中：

12、直流输出电压uo的跳变范围为：(i-1)*udc＜uo＜i*udc；

13、占空比d的范围为：(i-1)/n＜d＜i/n；

14、电感充电时uab＝i*udc，电感承受电压uab-uo；

15、电感续流时uab＝(i-1)*udc，电感承受电压为uo-uab。

16、本发明的优点在于：将双向直流电源滤波电感感值降至原来的n分之一，常规双向直流电源输出滤波电感本发明可见，本发明电感感值为常规双向直流电源感值的1/n；

17、电感两端电压跳变幅值是常规双向直流电源的1/n，电感电流上升时电感两端电压ul＝iudc-uo，电感电流下降时ul＝uo-(i-1)udc，所以ul始终小于udc，而udc＝uin/n，uin为常规双向直流电源的母线电压，常规技术电感电压最大跳变为uo到0，uo最大接近uin。本发明电感两端电压跳变幅值是常规电源的1/n，高频干扰大幅减小。

技术特征：

1.一种减小双向直流电源滤波电感的电路，其特征在于，包括n个子电源模块、直流输出滤波电感l、直流输出滤波电容co，每个子电源模块包括母线电源vi、母线电容ci、两个串联的开关管si1、si2，第i个子电源模块的母线电源vi负极与第i+1个子电源模块中的开关管中点连接，n、i均为正整数且i<n。

2.根据权利要求减小双向直流电源滤波电感的电路，其特征在于，第i个子电源模块中：

3.一种减小双向直流电源滤波电感的电路调制方法，基于权利要求1或2所述减小双向直流电源滤波电感的电路，其特征在于，开关管si1、si2通过驱动波驱动导通或关断，驱动规则为：

4.根据权利要求3所述减小双向直流电源滤波电感的电路调制方法，其特征在于，减小双向直流电源滤波电感的电路等效开关频率freq＝n*fs，fs为开关管频率，n为子电源模块数量，输出滤波电感udc为每个母线电源v1、v2……vn的电压，δil为允许的电感电流纹波。

5.根据权利要求3所述减小双向直流电源滤波电感的电路调制方法，其特征在于，直流调制比us的占空比d＝(vm+vc)/2vc＝0.5+0.5vm/vc，其中vc为载波幅值，vm为us的高度。

6.根据权利要求5所述减小双向直流电源滤波电感的电路调制方法，其特征在于，工作过程分为n个阶段，每个阶段中：

技术总结本发明涉及电子技术的双向直流电源领域，公开了一种减小双向直流电源滤波电感的电路及其调制方法，包括n个子电源模块，每个子电源模块包括母线电源、母线电容、两个串联的开关管，上一个子电源模块的母线电源负极与下个子电源模块中的开关管中点连接，调制时设置n路同频率双极性三角波，相位依次滞后，分别与直流调制波比较产生驱动信号。本发明不仅能够大幅降低双向直流电源输出滤波电感的感值，而且可以有效降低电感电流的高频干扰。技术研发人员：白洪超,禹金标,董会娜受保护的技术使用者：山东艾诺智能仪器有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23