一种模块化低成本直流变压器及其工作运行方法和设备与流程

本技术涉及变压器，尤其涉及一种模块化低成本直流变压器及其工作运行方法和设备。

背景技术：

1、直流变压器包括多种拓扑结构，从技术路线上直流变压器主要分为隔离型和非隔离型两大类型。隔离型直流变压器通常利用工频变压器实现一次侧与二次侧的电气隔离和能量传递。此隔离型直流变压器需要经过“直-交-直”的多级能量变换，传输效率较低，且体积庞大。

2、非隔离型直流变压器主要采用模块化多电平的结构，省去了交流连接变压器，效率更高，但是非隔离型直流变压器的子模块结构复杂，工作模式繁多，调制方法和控制策略设计难度大，工作可靠性较低。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种模块化低成本直流变压器及其工作运行方法和设备，用于解决现有非隔离型直流变压器存在结构复杂和可靠性低的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：

3、一方面，提供了一种模块化低成本直流变压器，包括输入端、输出端和n个电压变换模块，n个所述电压变换模块级联连接后并联连接在所述输入端与所述输出端之间，所述输出端用于根据所述电压变换模块的数量n输出2n倍所述输入端的输入电压。

4、优选地，每个所述电压变换模块包括控制开关单元以及与所述控制开关单元连接的第一谐振支路和第二谐振支路，所述控制开关单元包括用于控制所述第一谐振支路、所述第二谐振支路进行充放电的开关管对和用于限制电流方向的半导体元件组件，所述第一谐振支路和所述第二谐振支路均用于传输电能；其中，所述电压变换模块的谐振周期小于所述控制开关单元的开关周期，以让所述控制开关单元反向恢复运行。

5、优选地，每个所述电压变换模块还包括直流电容，所述直流电容并联连接在所述输出端的正极连接端与所述输出端的负极连接端之间。

6、优选地，所述第一谐振支路包括第一谐振电感和第一谐振电容，所述第二谐振支路包括第二谐振电感和第二谐振电容，所述开关管对包括第一开关管和第二开关管，所述半导体元件组件包括第一半导体元件、第二半导体元件和第三半导体元件，所述第一开关管的第一端和所述第二开关管的第一端与控制模块连接，所述第一开关管的第二端分别与所述第一谐振电容的第二端和所述第二开关管的第三端连接，所述第一开关管的第三端和所述第二谐振电容的第二端分别与所述输入端的负极连接端和所述输出端的负极连接端连接，所述第二开关管的第二端分别与所述第二谐振电感的第一端和所述第二半导体元件的第二端连接，所述第二半导体元件的第二端与所述第二谐振电容的第一端连接，所述第一谐振电容的第一端与所述第一谐振电感的第二端连接，所述第一谐振电感的第一端分别与所述第一半导体元件的第二端和所述第三半导体元件的第一端连接，所述第一半导体元件的第一端和所述第二半导体元件的第一端与所述输入端的正极连接端连接，所述第三半导体元件的第二端与所述输出端的正极连接端连接。

7、优选地，所述第一开关管和所述第二开关管均为晶闸管，所述晶闸管的控制极作为所述第一开关管的第一端和所述第二开关管的第一端，所述晶闸管的阳极作为所述第一开关管的第二端和所述第二开关管的第二端，所述晶闸管的阴极作为所述第一开关管的第三端和所述第二开关管的第三端；和/或，所述第一半导体元件、所述第二半导体元件和所述第三半导体元件均为二极管，所述二极管的阳极作为所述第一半导体元件、所述第二半导体元件和所述第三半导体元件的第一端，所述二极管的阴极作为所述第一半导体元件、所述第二半导体元件和所述第三半导体元件的第二端。

8、又一方面，提供了一种模块化低成本直流变压器的运行工作方法，应用于上述所述的模块化低成本直流变压器上，该运行工作方法包括以下步骤：

9、实时获取所述模块化低成本直流变压器的运行周期时间、电压变换模块的数量n和输入电压；

10、根据所述运行周期时间确定所述模块化低成本直流变压器的工作模式，所述工作模式包括第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式；

11、根据所述工作模式控制所述模块化低成本直流变压器的运行，以让所述模块化低成本直流变压器输出2n倍的所述输入电压。

12、优选地，根据所述运行周期时间确定所述模块化低成本直流变压器的工作模式包括：

13、若所述运行周期时间大于0且不小于第一时间，则所述工作模式为所述第一工作模式；

14、若所述运行周期时间大于所述第一时间且不小于第二时间，则所述工作模式为所述第二工作模式；

15、若所述运行周期时间大于所述第二时间且不小于第三时间，则所述工作模式为所述第三工作模式；

16、若所述运行周期时间大于所述第三时间且不小于第四时间，则所述工作模式为所述第四工作模式。

17、优选地，根据所述工作模式控制所述模块化低成本直流变压器的运行包括：

18、若所述工作模式为所述第一工作模式，则控制所述模块化低成本直流变压器中所有电压变换模块的第一开关管导通，所述模块化低成本直流变压器的输入端与每个所述电压变换模块的第一开关管、第一谐振支路和第一半导体元件构成第一谐振回路，所述输入端与每个所述电压变换模块的第二半导体元件和第二谐振支路构成第一谐振回路；

19、若所述工作模式为所述第二工作模式，所述谐振支路的电流为0，所述第一谐振支路中第一谐振电容和所述第二谐振支路中第二谐振电容的电压保持在电压最大值不变，则每个所述电压变换模块中所述第一谐振支路的电压大于所述输入端的输入电压，所有所述电压变换模块的第一开关管承受反向压降，控制所有所述第一开关管和第二开关管均关断；

20、若所述工作模式为所述第三工作模式，则控制所有所述电压变换模块的第二开关管导通，每个所述电压变换模块的直流电容、第二谐振支路、第二开关管、第一谐振支路和第三半导体元件构成第三谐振回路；

21、若所述工作模式为所述第四工作模式，所述第一谐振支路和所述第二谐振支路的电流均保持为0，所述第一谐振支路中第一谐振电容和所述第二谐振支路中第二谐振电容的电压保持在电压最小值不变，则每个所述电压变换模块中所述第一谐振支路与所述第二谐振支路的电压之和小于所述直流电容的电容电压，对应的所述电压变换模块中所述第二开关管承受反向压降，控制所有所述第一开关管和所述第二开关管均关断。

22、优选地，在所述第一工作模式中，所述第一谐振回路和所述第二谐振回路中每个谐振电容的电压均从电压最小值逐渐升高至电压最大值，所述第一谐振支路和所述第二谐振支路的电流均从时间为0开始谐振至时间为第一时间谐振回到0，谐振电容吸收电能；和/或，在所述第三工作模式中，所述第三谐振回路中每个谐振电容的电压从电压最大值开始下降至电压最小值，所述第一谐振支路和所述第二谐振支路的电流均从第二时间0开始反向谐振至第三时间谐振回到0，所述第三谐振回路中每个谐振电容释放电能至对应的所述直流电容。

23、再一方面，提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；

24、所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

25、所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述的模块化低成本直流变压器的运行工作方法

26、该模块化低成本直流变压器及其工作运行方法和设备，该模块化低成本直流变压器，包括输入端、输出端和n个电压变换模块，n个电压变换模块级联连接后并联连接在输入端与输出端之间，输出端用于根据电压变换模块的数量n输出2n倍输入端的输入电压。

27、从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：该模块化低成本直流变压器通过由n个级联连接的电压变换模块、输入端和输出端组成，其拓扑结构简单；采用电压变换模块与输出端和输入端并联连接方式实现该模块化低成本直流变压器的高变比和高电压下的大功率传输能力，通过n个电压变换模块并联连接，提高该模块化低成本直流变压器的运行可靠性，解决了现有非隔离型直流变压器存在结构复杂和可靠性低的技术问题。