一种基于辅助变压器的无环流直流变换器及其调制方法与流程

本发明涉及直流变换器领域，特别是一种基于辅助变压器的无环流直流变换器及其调控方法。

背景技术：

1、直流变换器是新能源中压直流汇集系统中的关键部分之一，可以实现不同电压等级的直流输配电网互联，提高直流输配电灵活性。复用桥臂组合型全桥变换器基于器件复用原理，采用两个全桥变换器的复用方案，能够减少开关管数量，并通过辅助支路中开关管斩波调制整个变换器的端口电压，使得流过大电流的主开关管实现zcs。但一次侧辅助电路续流期间不向二次侧传递能量，因此增加了辅助支路的导通损耗，降低了变换器效率。

技术实现思路

1、鉴于现有的基于辅助变压器的无环流直流变换器及其调控方法中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何在一次侧辅助电路续流期间向二次侧传递能量，减小辅助支路的导通损耗。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种基于辅助变压器的无环流直流变换器，其包括，直流变换器一次侧，包括全桥主电路和复合式全桥三电平辅助电路；所述全桥主电路和复合式全桥三电平辅助电路通过并联连接；以及直流变换器二次侧，包括主整流单元和辅助整流单元，所述主整流单元和辅助整流单元通过并联连接；所述直流变换器一次侧和直流变换器二次侧通过中频升压变压器进行连接。

5、作为本发明所述基于辅助变压器的无环流直流变换器的一种优选方案，其中：所述全桥主电路包括，开关管q5、开关管q6、开关管q7、开关管q8、主变压器tr1的一次绕组以及电感lt1；所述复合式全桥三电平辅助电路包括分压电容cin1和分压电容cin2、续流二极管dc1和续流二极管dc2、开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、开关管q5、开关管q6、辅助变压器tr2的一次绕组、电感lt2以及阻断电容cb；其中，开关管q5和开关管q6为全桥主电路和复合式全桥三电平辅助电路所复用。

6、作为本发明所述基于辅助变压器的无环流直流变换器的一种优选方案，其中：所述全桥主电路中变压器tr1原边绕组的上端与电感lt1串联后连接至右桥臂中点，原边绕组的下端连接至左桥臂中点；所述复合式全桥三电平辅助电路中变压器tr2原边绕组的上端与电感lt2和电容cb串联后连接至三电平桥臂中点，原边绕组的下端连接至tr1原边绕组的下端。

7、作为本发明所述基于辅助变压器的无环流直流变换器的一种优选方案，其中：所述主整流单元包括主变压器tr1的二次绕组和整流二极管；所述整流二极管包括整流二极管dr1、整流二极管dr2、整流二极管dr3以及整流二极管dr4；所述辅助整流单元由辅助变压器tr2的二次绕组和整流二极管组成；此时所述整流二极管包括整流二极管dr3、整流二极管dr4、整流二极管dr5以及整流二极管dr6；其中，整流二极管dr3和整流二极管dr4为主整流单元和辅助整流单元所复用。

8、作为本发明所述基于辅助变压器的无环流直流变换器的一种优选方案，其中：所述主变压器tr1的二次绕组匝数与主变压器tr1一次绕组匝数之比为n1；辅助变压器tr2的二次绕组匝数与辅助变压器tr2一次绕组匝数之比为n2。

9、作为本发明所述基于辅助变压器的无环流直流变换器的一种优选方案，其中：所述直流变换器采用单极性pwm调制方式，根据调制波与高频单极性三角载波进行比较，当调制波大于三角波时，输出高电平；当调制波小于三角波时，输出低电平；根据输出的脉冲序列调制开关管q1和开关管q4，对输出电压和功率进行控制；开关管q2、开关管q3、开关管q5以及开关管q6进行中频调制。

10、第二方面，本发明实施例提供了一种基于辅助变压器的无环流直流变换器的调制方法，其包括：将调制分阶段进行，包括每个正半周期开始阶段，每个正半周期即将结束阶段和每个正半周期进行阶段，在所述每个正半周期开始阶段，增加三电平桥臂中的第一开关管q1的开通时间，当输出电流平稳上升至平台阶段，通过单极性pwm调制方式对q1进行高频通断；在所述每个正半周期即将结束阶段，提前关断三电平桥臂中的第一开关管q1、第二开关管q2，将电流快速降为零，完成对主全桥电路开关管的zcs关断。

11、作为本发明所述基于辅助变压器的无环流直流变换器的调制方法一种优选方案，其中：在所述每个正半周期进行阶段，主全桥电路中第六开关管q6和第七开关管q7与三电平桥臂中的第三开关管q3和第四开关管q4始终保持关闭状态，第五开关管q5和第八开关管q8的驱动信号始终为高电平，第一开关管q1驱动信号为高频脉冲信号，第一开关管q1开通时，ab和bc之间输出电压等于直流输入电压，电感电流线性增大；第一开关管q1关断时，主电路电流通路保持不变，辅助回路的电流从续流二极管dc1流过，ab之间输出电压等于直流输入电压的一半，电感电流线性减小；第一开关管q1和第二开关管q2一起关断时，主电路电流通路保持不变，辅助回路的电流从q3和q4的反并联二极管流过，ab之间输出电压等于零，同时二次整流侧进行从dr6到dr4的换相，即dr4的电流idr4从零开始上升，dr6的电流idr6开始下降，此时dr6和dr4同时导通，tr2二次侧绕组电压等于零，则tr2一次绕组电压也为零；cb此时相当于一个直流阻断源，辅助回路的电流ip2和idr6快速降为零，从而完成dr6到dr4的换相；其中，在换相过程中，tr1二次绕组电压被钳位为输出电压，主电路的电流ip1线性下降；换相完成后，主电路电流通路保持不变，二次侧的电流通路由dr4、tr1二次绕组、dr1组成，则tr1二次绕组电压被钳位为输出电压，主电路的电流ip1线性下降为零。

12、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于辅助变压器的无环流直流变换器及其调制方法的任一步骤。

13、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于辅助变压器的无环流直流变换器及其调制方法的任一步骤。

14、本发明的有益效果为本发明中采用的调制方式能够使流过大电流的开关管以二次侧整流二极管实现zcs，降低了变换器的开关损耗。辅助回路引入的阻断电容，能够有效消除环流，进而降低了辅助回路的导通损耗。且辅助支路仅传输小部分功率，因此辅助回路流过的电流很小，又由于采用了三电平结构使得高频开关管的电压应力降低为输入电压的一半，因此高频器件的开关损耗也很小。

技术特征：

1.一种基于辅助变压器的无环流直流变换器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于辅助变压器的无环流直流变换器，其特征在于：所述全桥主电路包括，开关管q5、开关管q6、开关管q7、开关管q8、主变压器tr1的一次绕组以及电感lt1；

3.如权利要求2所述的基于辅助变压器的无环流直流变换器，其特征在于：所述全桥主电路中变压器tr1原边绕组的上端与电感lt1串联后连接至右桥臂中点，原边绕组的下端连接至左桥臂中点；

4.如权利要求3所述的基于辅助变压器的无环流直流变换器，其特征在于：所述主整流单元包括主变压器tr1的二次绕组和整流二极管；所述整流二极管包括整流二极管dr1、整流二极管dr2、整流二极管dr3以及整流二极管dr4；

5.如权利要求4所述的基于辅助变压器的无环流直流变换器，其特征在于：所述主变压器tr1的二次绕组匝数与主变压器tr1一次绕组匝数之比为n1；辅助变压器tr2的二次绕组匝数与辅助变压器tr2一次绕组匝数之比为n2。

6.如权利要求5所述的基于辅助变压器的无环流直流变换器，其特征在于：所述直流变换器采用单极性pwm调制方式，根据调制波与高频单极性三角载波进行比较，当调制波大于三角波时，输出高电平；当调制波小于三角波时，输出低电平；根据输出的脉冲序列调制开关管q1和开关管q4，对输出电压和功率进行控制；

7.一种基于辅助变压器的无环流直流变换器的调制方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的基于辅助变压器的无环流直流变换器的调制方法，其特征在于：在所述每个正半周期进行阶段，主全桥电路中第六开关管q6和第七开关管q7与三电平桥臂中的第三开关管q3和第四开关管q4始终保持关闭状态，第五开关管q5和第八开关管q8的驱动信号始终为高电平，第一开关管q1驱动信号为高频脉冲信号，第一开关管q1开通时，ab和bc之间输出电压等于直流输入电压，电感电流线性增大；

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～7任一所述的基于辅助变压器的无环流直流变换器及其调制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的基于辅助变压器的无环流直流变换器及其调制方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于辅助变压器的无环流直流变换器及其调制方法，涉及直流变换器技术领域，所述直流变换器一次侧包括一个全桥主电路和一个复合式全桥三电平辅助电路，二次侧包括主整流单元和辅助整流单元。所述全桥主电路包括，多个开关管、主变压器的一次绕组和电感。所述全桥主电路中变压器原边绕组的上端与电感串联后连接至右桥臂中点，原边绕组的下端连接至左桥臂中点。所述主整流单元包括主变压器的二次绕组和多个整流二极管。本发明采用的调制方式能够使流过大电流的开关管以二次侧整流二极管实现ZCS，降低了变换器的开关损耗。辅助回路引入的阻断电容，能够有效消除环流，进而降低了辅助回路的导通损耗。技术研发人员：陈敦辉,谈竹奎,徐玉韬,冯起辉,张后谊,吕黔苏,林呈辉,齐雪雯,辛明勇,孟学磊,鲁轲,张宣,代奇迹,王宇,张缘圆,毛钧毅,何雨旻,李继凯,刘畅,杨一帆,胡星星受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12