CN102882379B - 一种大功率宽电压输入的dc-dc变换器主电路 - Google Patents
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Abstract
一种大功率宽电压输入的DC-DC变换器主电路，涉及输变电技术领域，包括16个基本单元、15个第一电子开关、15个第二电子开关、8个第三电子开关和7个第四电子开关；本发明运用数字控制器DSP或计算机和大功率电子开关技术，结合光纤传导技术，对DSP或计算机进行编程，以数字信号对相应的电子开关的通断进行控制，使硬件电路结构随输入电压的高低进行合理有序的组合，实现了以软件来改变硬件主电路结构的新型模式，以实现低压大电流和高压小电流输入，即所谓“宽电压输入”的目的，既节约了硬件成本又提升了设备智能化的程度，对输入电压较宽的直流电能实现了“智能收集”。
Description
技术领域
本发明涉及输变电技术领域，特别是将工业生产过程中所产生的直流电压高低不等的或光伏电池所产生的直流电能进行DC/AC变换，然后送入电网的控制技术领域。
背景技术
目前在新能源行业中，所谓并网技术主要是指将光伏电池所产生的600V~700V直流电压的直流电能进行DC/AC变换，然后送入电网。而实际上在工业生产中所产生的直流能量远远不止是600V~700V的直流电压，它们的电压范围可以在5伏~5万伏之间，对于这一部分能量由于其输入电压范围太宽，收集起来存在一定的技术难度，目前尚没有引起社会的足够重视。
在工业生产中，许多行业会产生直流电能，过去这些直流电能都会用电炉丝等白白地消耗掉。例如我国是直流电源生产大国，有的直流电源的输出功率甚至达八百千瓦，其输出电压从5伏到5万伏不等。
这些大功率直流电源在制造过程中都有一个“烤机”或“老化”的过程，按标准每台电源老化都应在72小时以上。在这一过程中，直流电源所输出的直流电能就由电炉丝、灯泡等变为热能，白白浪费了。
发明内容
本发明目的是提出一种将工业生产中产生的各种电压离散性很大的，其电压范围为12V-8000V的直流电能收集起来，统一变成600V-700V的直流电压，然后经并网逆变器回馈到电网中去，或者直接使用到工厂内部的电气设备中的大功率宽电压输入的DC-DC变换器主电路。
本发明包括16个基本单元、15个第一电子开关、15个第二电子开关、8个第三电子开关和7个第四电子开关；
每个基本单元由高频脉冲变压器T、高频整流二极管D、大功率三极管IGBT及大功率三极管IGBT的基极驱动器组成；高频脉冲变压器T初次级线圈接成反激式，高频脉冲变压器T的初级非同名端与大功率三极管IGBT的集电极连接，高频脉冲变压器T的次级线圈的非同名端连接高频整流二极管D的正端；
每个基本单元的高频二极管D的负端都共同接在负载的一个接入端A点上，每个基本单元高频脉冲变压器T的次级线圈的同名端都共同接在所述负载的另一个接入端B点上；
第1至第15个基本单元的各高频脉冲变压器T的初级线圈的同名端分别各自连接一个第一电子开关，所述各第一电子开关的另一端分别与输入电源的正端连接，第16基本单元的高频脉冲变压器T16的初级线圈的同名端直接连接在输入电源的正端；
输入电源的负端接地，第2至第16个基本单元中各大功率三极管IGBT的发射极分别通过第二电子开关与输入电源的负端连接，第1个基本单元的大功率三极管IGBT的发射极直接接地或与输入电源的负端连接；
第1至第8个基本单元中各高频脉冲变压器T初级同名端分别各自连接一个第三电子开关，所述电子开关的另一端分别各自与第9至第16个基本单元中各大功率三极管IGBT发射极相连接；
第9至第15个基本单元中各高频脉冲变压器T初级同名端分别各自连接一个第四电子开关，所述电子开关的另一端分别各自与第2至第8个基本单元中各大功率三极管IGBT发射极相连接。
一般直流电能都具有以下特点：当直流电能的电压较低时，其直流电流较大；而电压较高时，其直流电流较小。
本发明的设计思想是：当直流电能是低压大电流时，电路就由16个基本单元相并联，并联的目的是加大输入电流；而当直流电能是高压小电流时，电路就由16个基本单元相串联，串联的目的是提高输入电压。
本发明运用数字控制器DSP或计算机和大功率电子开关技术，结合光纤传导技术，对DSP或计算机进行编程，以数字信号对相应的电子开关的通断进行控制，使硬件电路结构随输入电压的高低进行合理有序的组合，实现了以软件来改变硬件主电路结构的新型模式，以实现低压大电流和高压小电流输入，即所谓“宽电压输入”的目的，既节约了硬件成本又提升了设备智能化的程度，对输入电压较宽的直流电能实现了“智能收集”。
本发明接在A、B两点上的负载分两种情况：
一种是接在蓄电池组E上，将收集的直流电能存储在蓄电池组E上，在需要时，经通用三相工频逆变器转变成三相交流电直接使用在工厂内部的电气设备上。另一种是直接接在通用三相工频逆变器的输入端，转变成三相交流电并网。
另外，本发明所述第一、第二、第三和第四电子开关分别为由工作状态只有通断两种状态的大功率三极管IGBT组成。
所述各电子开关和各基本电路的大功率三极管IGBT的最高耐压为1800V，最大工作电流为300A。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
图2为本发明的基本单元结构示意图。
图3为本发明的一种用途连接图。
图4为本发明的另一种用途连接图。
图5为16个基本单元相并联的电路图。
图6为2个基本单元相串联，然后8组并联的电路图。
图7为4个基本单元相串联，然后4组并联的电路图。
图8为8个基本单元相串联，然后2组并联的电路图。
图9为16个基本单元相串联的电路图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的16个基本单元分别由高频脉冲变压器T、高频整流二极管D、大功率三极管IGBT及大功率三极管IGBT的基极驱动器组成。高频脉冲变压器T初次级线圈接成反激式，高频脉冲变压器T的初级非同名端与大功率三极管IGBT的集电极连接，高频脉冲变压器T的次级线圈的非同名端连接高频整流二极管D的正端。
如图1所示，本发明设有16个基本单元、15个第一电子开关、15个第二电子开关、8个第三电子开关和7个第四电子开关。
每个基本单元的高频二极管D的负端都共同接在负载的一个接入端A点上，每个基本单元高频脉冲变压器T的次级线圈的同名端都共同接在所述负载的另一个接入端B点上。
第1至第15个基本单元的各高频脉冲变压器T的初级线圈的同名端分别各自连接一个第一电子开关，各第一电子开关的另一端分别与输入电源的正端连接，第16基本单元的高频脉冲变压器T16的初级线圈的同名端直接连接在输入电源的正端。
以上第一电子开关为：DK011、DK021、DK031、DK041、DK051、DK061、DK071、DK081、DK091、DK101、DK111、DK121、DK131、DK0141和DK151，共有15个第一电子开关。
输入电源的负端接地，第2至第16个基本单元中各大功率三极管IGBT的发射极分别通过第二电子开关与输入电源的负端连接，第1个基本单元的大功率三极管IGBT的发射极直接接地或与输入电源的负端连接。
以上第二电子开关为：DK022、DK032、DK042、DK052、DK062、DK072、DK082、DK092、DK102、DK112、DK122、DK132、DK142、DK152 和DK162，共有15个第二电子开关。
第1至第8个基本单元中各高频脉冲变压器T初级同名端分别各自连接一个第三电子开关，第三电子开关的另一端分别各自与第9至第16个基本单元中各大功率三极管IGBT发射极相连接。
以上第三电子开关为：DK013、DK023、DK033、DK043、DK053、DK063、DK073和DK083，共有8个第三电子开关。
第9至第15个基本单元中各高频脉冲变压器T初级同名端分别各自连接一个第四电子开关，第四电子开关的另一端分别各自与第2至第8个基本单元中各大功率三极管IGBT发射极相连接。
以上第四电子开关为：DK093、DK103、DK113、DK123、DK133、DK143和DK153，共有7个第四电子开关。
第一、第二、第三和第四电子开关分别为由工作状态只有通断两种状态的大功率三极管IGBT组成。
各电子开关和各基本电路的大功率三极管IGBT的最高耐压为1800V，最大工作电流为300A。
几种典型的电路：
A、实现16个基本单元相并联的电路：
将15个第二电子开关DK022、……、DK162和15个第一电子开关DK011、……、DK151全部接通，其余电子开关关断。其等效图如图5所示。图中被关断的电子开关，由于在电路中不起任何作用，因而没有画出。图中对各个基本单元均以方框图来代替。下同。
B、实现2个基本单元相串联，然后8组并联的电路：
将电子开关DK022…DK082和电子开关DK013…DK083和电子开关DK091…DK151共22个电子开关接通，其余电子开关关断。其等效图如图6所示。
C、实现4个基本单元相串联，然后4组并联的电路：
将电子开关DK032, DK052, DK072和电子开关DK013…DK083和电子开关DK093,DK113，DK133,DK153和电子开关DK101,DK121,DK141共18个电子开关接通，其余电子开关关断。其等效图如图7所示。
D、实现8个基本单元相串联，然后2组并联的电路：
将电子开关DK052和电子开关DK013…DK083和电子开关DK093,DK103，DK113， DK133,DK143，DK153和电子开关DK121,DK151共16个电子开关接通，其余电子开关关断。其等效图如图8所示。
E、实现16个基本单元相串联的电路：
将电子开关DK013…DK083和电子开关DK093…DK153共15个电子开关接通，其余电子开关关断。其等效图如图9所示。
以上各例可实现的具体设计方案见下表：
接在A、B两点上的负载分两种情况：
一种是接在蓄电池组E上，将收集的直流电能存储在蓄电池组E上，在需要时，经通用三相工频逆变器转变成三相交流电直接使用在工厂内部的电气设备上。如图3所示。
另一种是直接接在通用三相工频逆变器的输入端，转变成三相交流电并网。如图4所示。
Claims (3)
1.一种大功率宽电压输入的DC-DC变换器主电路，其特征在于包括16个基本单元、15个第一电子开关、15个第二电子开关、8个第三电子开关和7个第四电子开关；
每个基本单元由高频脉冲变压器T、高频整流二极管D、大功率三极管IGBT及大功率三极管IGBT的基极驱动器组成；高频脉冲变压器T初次级线圈接成反激式，高频脉冲变压器T的初级非同名端与大功率三极管IGBT的集电极连接，高频脉冲变压器T的次级线圈的非同名端连接高频整流二极管D的正端；
每个基本单元的高频二极管D的负端都共同接在负载的一个接入端A点上，每个基本单元高频脉冲变压器T的次级线圈的同名端都共同接在所述负载的另一个接入端B点上；
第1至第15个基本单元的各高频脉冲变压器T的初级线圈的同名端分别各自连接一个第一电子开关，所述各第一电子开关的另一端分别与输入电源的正端连接，第16基本单元的高频脉冲变压器T16的初级线圈的同名端直接连接在输入电源的正端；
输入电源的负端接地，第2至第16个基本单元中各大功率三极管IGBT的发射极分别通过第二电子开关与输入电源的负端连接，第1个基本单元的大功率三极管IGBT的发射极直接接地或与输入电源的负端连接；
第1至第8个基本单元中各高频脉冲变压器T初级同名端分别各自连接一个第三电子开关，所述第三电子开关的另一端分别一一对应与第9至第16个基本单元中大功率三极管IGBT发射极相连接；
第9至第15个基本单元中各高频脉冲变压器T初级同名端分别各自连接一个第四电子开关，所述第四电子开关的另一端分别一一对应与第2至第8个基本单元中大功率三极管IGBT发射极相连接。
2.根据权利要求1所述大功率宽电压输入的DC-DC变换器主电路，其特征在于所述第一、第二、第三和第四电子开关分别为由工作状态只有通断两种状态的大功率三极管IGBT组成。
3.根据权利要求1或2所述大功率宽电压输入的DC-DC变换器主电路，其特征在于所述各电子开关和各基本电路的大功率三极管IGBT的最高耐压为1800V，最大工作电流为300A。
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