CN102684504A - 三电平直流变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三电平直流变换器，包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，整流滤波单元的输入端接变压器副边电路的输出端，其输出端作为三电平直流变换器的输出端，变压器原边电路包括第一输入电容Cin1、第二输入电容Cin2、第三输入电容Cin3、第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容CBL、第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p。本发明输出波形为三电平，可大大降低输出波形中的谐波含量，在相同的滤波器条件下，可大大降低开关频率，提高电路效率。该电路可广泛应用于直流开关电源领域。

Description

三电平直流变换器
技术领域
本发明涉及一种三电平直流电路拓扑，该电路可用于直流开关电源领域。
背景技术
三电平技术是电力电子技术的热门技术。在电力电子应用中，受到器件电压定额的影响，电路中不可避免采用器件串联的结构形式，为了解决器件串联的静态、动态均压问题必须附加均压电路。随着均压电路的加入以及器件数量的增加，电路自然具备多种工作模式以及多个输出电平，通过工作模式的组合得到更好的输出特性。三电平直流变换器的研究始于1992年，该类型电路广泛应用于高压直流变换领域，中国专利200610096757是该类技术之一。
目前，含有4个开关器件的三电平直流变换器由于结构简单而得到了广泛的应用，但该类电路存在一个问题即其输出波形仍然是两电平波形，对于减小输出滤波器体积以及输入电容纹波等方面没有改善。本发明提出一种四个开关输入输出均是三电平的电路，很好的解决了该问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种结构简单四个开关输入输出均是三电平的新型三电平直流变换器。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
三电平直流变换器，其特殊之处在于：包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，所述整流滤波单元的输入端接变压器副边电路的输出端，其输出端作为三电平直流变换器的输出端；
所述变压器原边电路包括第一输入电容Cin1、第二输入电容Cin2、第三输入电容Cin3、第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容CBL、第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p；
所述第一输入电容Cin1的一端与第二输入电容Cin2的一端联接于2节点，所述第二输入电容Cin2的另一端与第三输入电容Cin3的一端联接于3节点；第一自关断器件S1的发射极、第二自关断器件S2的集电极以及隔直电容CBL的一端联接于5节点；第一自关断器件S1的集电极与第一输入电容Cin1的另一端联接于1节点；第二自关断器件S2的发射极与第三自关断器件S3的集电极联接于3节点；所述第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p的同名端与5节点联接，所述第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p的异名端与2节点联接；所述第三自关断器件S3的发射极、第四自关断器件S4的集电极以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p的异名端联接于6节点；第四自关断器件S4的发射极与第三输入电容Cin3的另一端联接于4节点；第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p的同名端与隔直电容C BL的另一端联接于7节点，
所述1节点和4节点作为三电平直流变换器的输入端正极和负极；
所述变压器副边电路包括第一变压器副边绕组Tr1s和第二变压器副边绕组Tr2s，
所述整流滤波单元包括第一二极管Do1、第二二极管Do2、第三二极管Do3、第四二极管Do4、输出电感Lout以及输出电容Cout，
所述第一变压器副边绕组Tr1s的异名端与第二变压器副边绕组Tr2s的同名端串联，第一变压器副边绕组Tr1s的同名端与第一二极管Do1的阳极、以及第二二极管Do2的阴极联接于8节点；第二变压器副边绕组Tr2s的异名端、第三二极管Do3的阳极以及第四二极管Do4的阴极联接于9节点；第一二极管Do1的阴极、第三二极管Do3的阴极以及输出电感Lout的一端联接于10节点；输出电感Lout的另一端与输出电容Cout的一端联接于11节点；所述第二二极管Do2的阳极、第四二极管Do4的阳极以及输出电容Cout的另一端联接于12节点，所述11节点和12节点作为三电平直流变换器的输出端的正极和负极。
上述第一变压器Tr1的变比是第二变压器Tr2变比的2倍。
上述第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3和第四自关断器件S4分别由绝缘栅双极晶体管和二极管构成；所述绝缘栅双极晶体管的集电极接二极管的阴极；所述绝缘栅双极晶体管的发射极接二极管的阳极；所述绝缘栅双极晶体管的门极接控制信号控制该器件的导通和关断。
另一种三电平直流变换器，其特殊之处在于：包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，所述整流滤波单元的输入端接变压器副边电路的输出端，其输出端作为三电平直流变换器的输出端；
所述变压器原边电路包括第一输入电容Cin1、第二输入电容Cin2、第三输入电容Cin3、第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容CBL、第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p；
所述第一输入电容Cin1的一端与第二输入电容Cin2的一端联接于2节点，所述第二输入电容Cin2的另一端与第三输入电容Cin3的一端联接于3节点；第一自关断器件S1的发射极、第二自关断器件S2的集电极以及隔直电容CBL的一端联接于5节点；第一自关断器件S1的集电极与第一输入电容Cin1的另一端联接于1节点；第二自关断器件S2的发射极与第三自关断器件S3的集电极联接于3节点；所述第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p的同名端与5节点联接，所述第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p的异名端与2节点联接；所述第三自关断器件S3的发射极、第四自关断器件S4的集电极以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p的异名端联接于6节点；第四自关断器件S4的发射极与第三输入电容Cin3的另一端联接于4节点；第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p的同名端与隔直电容CBL的另一端联接于7节点，
所述1节点和4节点作为三电平直流变换器的输入端正极和负极；
所述整流滤波单元包括第五二极管Do5、第六二极管Do6、输出电感Lout以及输出电容Cout，
所述变压器副边电路包括第一变压器副边绕组和第二变压器副边绕组，第一变压器副边绕组包括第一副边绕组Tr1s1和第二副边绕组Tr1s2，所述第二变压器副边绕组包括一号副边绕组Tr2s1和二号副边绕组Tr2s2，所述第一副边绕组Tr1s1的异名端与一号副边绕组Tr2s1的同名端串联，所述第二副边绕组Tr1s2的异名端与二号副边绕组Tr2s2的同名端串联，
所述第一副边绕组Tr1s1的同名端与第五二极管Do5的阳极连接；所述二号副边绕组Tr2s2的异名端与第六二极管Do6的阳极连接；第五二极管Do5的阴极和第六二极管Do6的阴极与输出电感Lout的一端联接；输出电感Lout的另一端与输出电容Cout的一端联接；所述第二副边绕组Tr1s2的同名端以及一号副边绕组Tr2s1的异名端与输出电容Cout的另一端联接；
所述输出电感Lout的另一端以及输出电容Cout的另一端作为三电平直流变换器的输出端的正极和负极。
上述第一变压器Tr1的变比是第二变压器Tr2变比的2倍。
上述第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3和第四自关断器件S4分别由绝缘栅双极晶体管和二极管构成；所述绝缘栅双极晶体管的集电极接二极管的阴极；所述绝缘栅双极晶体管的发射极接二极管的阳极；所述绝缘栅双极晶体管的门极接控制信号控制该器件的导通和关断。
本发明所具有的优点：
1）结构简单，采用4开关、两个高频变压器构造输入输出三电平；
2）器件承受电压应力低，每个开关器件承受Uin/2的电压应力，适用于高压直流变换；
3）控制简单，采用成熟的移相控制方式，具有很强的实用性；
4）输出波形为三电平，可大大降低输出波形中的谐波含量，在相同的滤波器条件下，可大大降低开关频率，提高电路效率。该电路可广泛应用于直流开关电源领域。
附图说明
图1是本发明实施例1的电路结构图。
图2是本发明实施例2的电路结构图。
图3是实施例1中变压器副边工作在Uin/k模式下导通原理图。
图4是实施例1中变压器副边工作在Uin/2k模式下导通原理图。
图5是实施例1中变压器副边工作在-Uin/k模式下导通原理图。
图6是实施例1中变压器副边工作在-Uin/2k模式下导通原理图。
图7是本发明三电平直流变换器输出波形原理示意图。
图8是采用实施例1中三电平直流变换器的开关电源的具体电路结构图。
具体实施方式
下面根据实施例详细说明本发明的结构和工作原理。
实施例1
本实施例是采用新型三电平直流变换器的开关电源。
参见图8，三相交流电源经过二极管整流电路Din1-Din6变成直流，直流侧正极经过电感Lin与所述电路的1端联接；直流侧的负极与所述电路的4端相连；图中变压器Tr1、Tr2为高频变压器。
经过控制C BL两端电压可控制为Uin/2，其主要工作状态简述如下：
参见图3，开关S1、S4导通，变压器Tr1原边绕组两端承受的电压为Uin/4；变压器T2原边绕组两端承受的电压为Uin/2；变压器副边串联输出Uin/k电平；
参见图4，开关S1、S3的反并联二极管D3导通，变压器Tr1原边绕组两端承受的电压为Uin/4；变压器Tr2原边绕组两端承受的电压为0；变压器副边串联输出Uin/2k电平；
参见图7，为本发明变压器副边输出波形。
实施例2
本实施例与实施例1的区别是变压器副边电路及整流滤波单元的电路结构不同。
参见图5，开关S2、S3导通，变压器Tr1原边绕组两端承受的电压为-Uin/4；变压器Tr2原边绕组两端承受的电压为-Uin/2；变压器副边串联输出-Uin/k电平；
参见图6，开关S2、S4的反并联二极管D4导通，变压器Tr1原边绕组两端承受的电压为-Uin/4；变压器Tr2原边绕组两端承受的电压为0；变压器副边串联输出-Uin/2k电平。

Claims (6)

1.三电平直流变换器，其特征在于：包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，所述整流滤波单元的输入端接变压器副边电路的输出端，其输出端作为三电平直流变换器的输出端；
所述变压器原边电路包括第一输入电容Cin1、第二输入电容Cin2、第三输入电容Cin3、第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容CBL、第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p；
所述第一输入电容Cin1的一端与第二输入电容Cin2的一端联接于2节点，所述第二输入电容Cin2的另一端与第三输入电容Cin3的一端联接于3节点；第一自关断器件S1的发射极、第二自关断器件S2的集电极以及隔直电容C BL的一端联接于5节点；第一自关断器件S1的集电极与第一输入电容Cin1的另一端联接于1节点；第二自关断器件S2的发射极与第三自关断器件S3的集电极联接于3节点；所述第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p的同名端与5节点联接，所述第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p的异名端与2节点联接；所述第三自关断器件S3的发射极、第四自关断器件S4的集电极以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p的异名端联接于6节点；第四自关断器件S4的发射极与第三输入电容Cin3的另一端联接于4节点；第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p的同名端与隔直电容C BL的另一端联接于7节点，
所述1节点和4节点作为三电平直流变换器的输入端正极和负极；
所述变压器副边电路包括第一变压器副边绕组Tr1s和第二变压器副边绕组Tr2s，
所述整流滤波单元包括第一二极管Do1、第二二极管Do2、第三二极管Do3、第四二极管Do4、输出电感Lout以及输出电容Cout，
所述第一变压器副边绕组Tr1s的异名端与第二变压器副边绕组Tr2s的同名端串联，第一变压器副边绕组Tr1s的同名端与第一二极管Do1的阳极、以及第二二极管Do2的阴极联接于8节点；第二变压器副边绕组Tr2s的异名端、第三二极管Do3的阳极以及第四二极管Do4的阴极联接于9节点；第一二极管Do1的阴极、第三二极管Do3的阴极以及输出电感Lout的一端联接于10节点；输出电感Lout的另一端与输出电容Cout的一端联接于11节点；所述第二二极管Do2的阳极、第四二极管Do4的阳极以及输出电容Cout的另一端联接于12节点，所述11节点和12节点作为三电平直流变换器的输出端的正极和负极。
2.根据权利要求1所述的三电平直流变换器，其特征在于：所述第一变压器Tr1的变比是第二变压器Tr2变比的2倍。
3.根据权利要求1或2所述的三电平直流变换器，其特征在于：所述第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3和第四自关断器件S4分别由绝缘栅双极晶体管和二极管构成；所述绝缘栅双极晶体管的集电极接二极管的阴极；所述绝缘栅双极晶体管的发射极接二极管的阳极；所述绝缘栅双极晶体管的门极接控制信号控制该器件的导通和关断。
4.三电平直流变换器，其特征在于：
包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，所述整流滤波单元的输入端接变压器副边电路的输出端，其输出端作为三电平直流变换器的输出端；
所述变压器原边电路包括第一输入电容Cin1、第二输入电容Cin2、第三输入电容Cin3、第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容CBL、第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p；
所述第一输入电容Cin1的一端与第二输入电容Cin2的一端联接于2节点，所述第二输入电容Cin2的另一端与第三输入电容Cin3的一端联接于3节点；第一自关断器件S1的发射极、第二自关断器件S2的集电极以及隔直电容CBL的一端联接于5节点；第一自关断器件S1的集电极与第一输入电容Cin1的另一端联接于1节点；第二自关断器件S2的发射极与第三自关断器件S3的集电极联接于3节点；所述第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p的同名端与5节点联接，所述第一变压器Tr1的原边绕组Tr1p的异名端与2节点联接；所述第三自关断器件S3的发射极、第四自关断器件S4的集电极以及第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p的异名端联接于6节点；第四自关断器件S4的发射极与第三输入电容Cin3的另一端联接于4节点；第二变压器Tr2的原边绕组Tr2p的同名端与隔直电容CBL的另一端联接于7节点，
所述1节点和4节点作为三电平直流变换器的输入端正极和负极；
所述整流滤波单元包括第五二极管Do5、第六二极管Do6、输出电感Lout以及输出电容Cout，
所述变压器副边电路包括第一变压器副边绕组和第二变压器副边绕组，第一变压器副边绕组包括第一副边绕组Tr1s1和第二副边绕组Tr1s2，所述第二变压器副边绕组包括一号副边绕组Tr2s1和二号副边绕组Tr2s2，所述第一副边绕组Tr1s1的异名端与一号副边绕组Tr2s1的同名端串联，所述第二副边绕组Tr1s2的异名端与二号副边绕组Tr2s2的同名端串联，
所述第一副边绕组Tr1s1的同名端与第五二极管Do5的阳极连接；所述二号副边绕组Tr2s2的异名端与第六二极管Do6的阳极连接；第五二极管Do5的阴极和第六二极管Do6的阴极与输出电感Lout的一端联接；输出电感Lout的另一端与输出电容Cout的一端联接；所述第二副边绕组Tr1s2的同名端以及一号副边绕组Tr2s1的异名端与输出电容Cout的另一端联接；
所述输出电感Lout的另一端以及输出电容Cout的另一端作为三电平直流变换器的输出端的正极和负极。
5.根据权利要求4所述的三电平直流变换器，其特征在于：所述第一变压器Tr1的变比是第二变压器Tr2变比的2倍。
6.根据权利要求4或5所述的三电平直流变换器，其特征在于：所述第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3和第四自关断器件S4分别由绝缘栅双极晶体管和二极管构成；所述绝缘栅双极晶体管的集电极接二极管的阴极；所述绝缘栅双极晶体管的发射极接二极管的阳极；所述绝缘栅双极晶体管的门极接控制信号控制该器件的导通和关断。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151931A (zh) * 2013-01-30 2013-06-12 西安爱科赛博电气股份有限公司 零电压零电流三电平直流变换器电路
CN103647469A (zh) * 2013-12-09 2014-03-19 湖南大学 一种三电平逆变器开关电源的供电及保护电路
CN103746563A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 西安爱科赛博电气股份有限公司 双桥宽负载范围zvs三电平直流变换器、开关电源
CN103746562A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 西安爱科赛博电气股份有限公司 宽范围软开关三电平不对称半桥直流变换器、开关电源
CN110034687A (zh) * 2019-04-18 2019-07-19 国网江苏省电力有限公司 一种电力电子变压器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09121555A (ja) * 1995-10-26 1997-05-06 Nissin Electric Co Ltd 単相インバータ装置とその制御方法
US6310785B1 (en) * 1999-09-01 2001-10-30 Regents Of The University Of Minnesota Zero voltage switching DC-DC converter
CN1387306A (zh) * 2001-03-29 2002-12-25 台达电子工业股份有限公司 三级软切换变换器
CN1988346A (zh) * 2006-12-08 2007-06-27 南京航空航天大学 零电压开关pwm组合型三电平直流变换器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09121555A (ja) * 1995-10-26 1997-05-06 Nissin Electric Co Ltd 単相インバータ装置とその制御方法
US6310785B1 (en) * 1999-09-01 2001-10-30 Regents Of The University Of Minnesota Zero voltage switching DC-DC converter
CN1387306A (zh) * 2001-03-29 2002-12-25 台达电子工业股份有限公司 三级软切换变换器
CN1988346A (zh) * 2006-12-08 2007-06-27 南京航空航天大学 零电压开关pwm组合型三电平直流变换器

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151931A (zh) * 2013-01-30 2013-06-12 西安爱科赛博电气股份有限公司 零电压零电流三电平直流变换器电路
CN103647469A (zh) * 2013-12-09 2014-03-19 湖南大学 一种三电平逆变器开关电源的供电及保护电路
CN103647469B (zh) * 2013-12-09 2016-01-06 湖南大学 一种三电平逆变器开关电源的供电及保护电路
CN103746563A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 西安爱科赛博电气股份有限公司 双桥宽负载范围zvs三电平直流变换器、开关电源
CN103746562A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 西安爱科赛博电气股份有限公司 宽范围软开关三电平不对称半桥直流变换器、开关电源
CN110034687A (zh) * 2019-04-18 2019-07-19 国网江苏省电力有限公司 一种电力电子变压器

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