CN103973129A - 软开关电力电子变压器 - Google Patents

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周柯
王凯
汪丽川
刘鹏
帅智康
魏钊
金庆忍
高立克
吴剑豪
吴丽芳
欧世锋
陈涛
楚红波
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Abstract

本发明提供了一种软开关电力电子变压器，包括输入整流电路、中间隔离级和DC-AC逆变器，所述中间隔离级包括：逆变器、变压器、整流器、钳位电路和钳位电容，所述钳位电路包括第一电容、第二电容、两个选通器件，两个选通器件反向并联后连接到所述整流器的其中一个输出端与钳位电容的一端之间，第一电容连接在所述整流器的两个输出端之间，第二电容的两端并联到所述钳位电容的两端。本发明提供的软开关电力电子变压器结构简单，容易工程实现。

Description

软开关电力电子变压器
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种软开关电力电子变压器。
背景技术
电力电子变压器（PET）是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的新型智能变压器。它在完成常规变压器变压、隔离、能量传递等功能的同时，也可以完成波形控制、潮流控制或电能质量调节功能，因此它具备解决电力系统中面临的许多问题。然而，受限于功率器件的耐压等级，电力电子变压器大多采用多模块级联的方式运行，大量功率器工作时的开关损耗成为PET主要的损耗方式。
解决开关损耗的有效途径是采用软开关技术。“软开关”是指零电压开关(Zero Voltage Switching，ZVS)或零电流开关(Zero CurrentSwitching，ZCS)。它是应用谐振原理，使开关变换器的开关管中电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时或当电压过零时，使器件开通或关断，从而可将开关器件损耗大大减小甚至降为零。因此，软开关技术在电力电子变压器的应用将大大减小开关损耗，提高其性能。
如图1所示的一种软开关电力电子变压器中的全桥变换器的示意图，超前桥臂S1和S2并联结电容C1和C3，滞后桥臂不并联电容，各桥臂均并联二极管。在变压器的原边串接隔直电容，副边通过Cc、Dc和Dh构成CDD钳位电路，超前桥臂开关器件工作于ZVS方式，滞后桥臂开关管实现零电流开关。
如图2所示为一种副边加入辅助无源无损钳位的方法实现滞后桥臂的ZCS。在一次侧向二次侧传输能量的时间里，给无源无损网络中的电容充电,在续流阶段,由于变压器原边电压减小，变压器副边电压随之减小,与此同时和电容相串联的二极管导通，电容中的电压通过副边反向加在变压器的原边,来复位变压器原边的电流，从而实现滞后桥臂的ZCS。
但是现有技术中的软开关电力电子变压器实现所用的电子器件相对较多，并且为了确保原边电流可以迅速复位，就必须保证箝位电容足够大，但是如果箝位电容过大，又会影响到负载范围和最大占空比。因此钳位电容大小不容易设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，设计复杂度低的软开关电力电子变压器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种软开关电力电子变压器，包括输入整流电路、中间隔离级和DC-AC逆变器，
所述中间隔离级包括：逆变器、变压器、整流器、钳位电路和钳位电容，其中，所述逆变器的直流侧与所述输入整流电路的直流输出端相连，交流侧连接所述变压器的原方；所述整流器的交流侧连接所述变压器的副方，所述整流器的直流侧与所述钳位电容相连，所述钳位电容与所述DC-AC逆变器相连，所述钳位电路并联在所述钳位电容的两端；
所述钳位电路包括第一电容、第二电容、两个选通器件，两个选通器件反向并联后连接到所述整流器的其中一个输出端与钳位电容的一端之间，第一电容连接在所述整流器的两个输出端之间，第二电容的两端并联到所述钳位电容的两端。
优选的，所述输入整流电路包括多个级联的子整流电路，所述中间隔离级包括多个子隔离级，每一个子隔离级包括一个逆变器、一个变压器、一个整流器、一个钳位电路和一个钳位电容，每一个子隔离级与一个子整流电路相连，各个子隔离级并联输入到所述DC-AC逆变器。
优选的，所述逆变器的超前桥臂还并联有结电容。
优选的，所述选通器件为二极管，二极管的阳极连接到钳位电容的一端，阴极连接在整流器的一个输出端。
优选的，所述整流器包括四组绝缘栅双极型晶体管和续流二极管，四组绝缘栅双极型晶体管和所述续流二极管成H桥结构连接。
本发明提供的单相电力电子变压器中，在变压器副边添加钳位电路，且钳位电路仅使用四个元器件即可实现，与现有技术中的软开关电子电力变压器相比，使用的元器件大大减少，结构更为简单。且钳位电容的大小的设计非常简单。
附图说明
图1为现有技术中的一种软开关电力电子变压器中的全桥变换器的示意图；
图2为现有技术中的另一种软开关电力电子变压器中的全桥变换器的示意图；
图3为本发明实施例一种软开关电力电子变压器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种软开关电力电子变压器，如图3所示，包括：输入整流电路100、中间隔离级和DC-AC逆变器300，
中间隔离级包括：逆变器210、变压器220、整流器230、钳位电路240和钳位电容Co，其中，逆变器210的直流侧与输入整流电路100的直流输出端相连，交流侧连接变压器220的原方；整流器230的交流侧连接变压器220的副方，整流器230的直流侧与钳位电容Co相连，钳位电容Co与逆变器300相连，钳位电路240并联在钳位电容Co的两端；
其中，钳位电路240包括第一电容Cc、第二电容Co1、两个选通器件Vd和Dc，两个选通器件反向并联后连接到所述整流器的其中一个输出端与钳位电容的一端之间，第一电容Cc连接在所述整流器的两个输出端之间，第二电容Co1的两端并联在所述钳位电容Co的两端。
本发明提供的软开关电力电子变压器的具体工作原理为：超前桥臂开关过程中，变压器的漏感Lr和超前臂并联的结电容发生谐振，其能量足以抽走超前桥臂上并联电容的电荷从而很容易实现ZVS。滞后桥臂开关过程中，当二次侧整流桥输出电压下降到与钳位电容Co上的电压相等时，选通器件Dc1导通，第一电容Cc两端的电压被钳位在输出主电路上，且有部分作用在变压器漏感上，导致原边电流快速减小，从而使原边电流迅速恢复。对于滞后桥臂而言，可以在整个输入电压和负载变化范围内实现零电流开关。
优选的，如图3所示，输入整流电路100包括多个级联的子整流电路，中间隔离级200包括多个子隔离级，每一个子隔离级包括一个逆变器210、一个变压器220、一个整流器230、一个钳位电路240和一个钳位电容Co，各个子隔离级共用一个钳位电容Co，每一个子隔离级与一个子整流电路相连。
通过这种方式，能够分担各个模块上的电流，允许在高压电路中使用晶体管等软开关电力电子变压器中的各个电路结构，从而降低电力电子变压器的体积和成本。
图3中还示出了本发明提供的软开关电力电子变压器中输入整流电路的一种优选的实施结构，包括四个功率器件以及一个直流储能电容，一个功率器件包括一个绝缘栅双极型晶体管和一个续流二极管，且四组功率器件成H桥结构连接。
优选的，两个选通器件均为二极管。
图3中还示出了本发明提供的软开关电力电子变压器中逆变器的一种优选的实施结构，包括四个串联的功率器件，每一个功率器件包括一个绝缘栅双极型晶体管和一个续流二极管，其中超前桥臂的上的功率器件还并联有一个结电容。
图3中还示出了本发明提供的软开关电力电子变压器中整流器的一种优选的实施结构，包括四个功率器件，一个功率器件包括一个绝缘栅双极型晶体管和一个续流二极管，且四组功率器件成H桥结构连接。
如图3所示，为本发明实施例还提供了一种优选的输入整流电路的结构示意图，其中的每一个子整流电路包括两个串联的功率器件以及一个直流储能电容，每个功率器件包括一个绝缘栅双极型晶体管和一个续流二极管，且每个功率器件的绝缘栅双极型晶体管和续流二极管成H桥结构连接。
优选的，如图3所示，在逆变器的超前桥臂上还并联有结电容。通过这种方式，能够消除相应的开关器件开关时带来的毛刺。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种软开关电力电子变压器，包括输入整流电路、中间隔离级和DC-AC逆变器，其特征在于，
所述中间隔离级包括：逆变器、变压器、整流器、钳位电路和钳位电容，其中，所述逆变器的直流侧与所述输入整流电路的直流输出端相连，交流侧连接所述变压器的原方；所述整流器的交流侧连接所述变压器的副方，所述整流器的直流侧与所述钳位电容相连，所述钳位电容与所述DC-AC逆变器相连，所述钳位电路并联在所述钳位电容的两端；
所述钳位电路包括第一电容、第二电容、两个选通器件，两个选通器件反向并联后连接到所述整流器的其中一个输出端与钳位电容的一端之间，第一电容连接在所述整流器的两个输出端之间，第二电容的两端并联到所述钳位电容的两端。
2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述输入整流电路包括多个级联的子整流电路，所述中间隔离级包括多个子隔离级，每一个子隔离级包括一个逆变器、一个变压器、一个整流器、一个钳位电路，各个子隔离级共用一个钳位电容，每一个子隔离级与一个子整流电路相连，各个子隔离级并联输入到所述DC-AC逆变器。
3.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述逆变器的超前桥臂还并联有结电容。
4.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述选通器件为二极管。
5.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述整流器包括四组绝缘栅双极型晶体管和续流二极管，四组绝缘栅双极型晶体管和所述续流二极管成H桥结构连接。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105450011A (zh) * 2015-12-31 2016-03-30 深圳市英威腾交通技术有限公司 一种逆变器
CN105743386A (zh) * 2016-04-11 2016-07-06 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种高压直流/低压交流固态变压器
CN109067185A (zh) * 2018-08-31 2018-12-21 辽宁荣信兴业电力技术有限公司 一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02261062A (ja) * 1988-12-05 1990-10-23 General Electric Co <Ge> 直流リンクにスイッチを使用した交流―交流変換装置
CN102055348A (zh) * 2010-12-24 2011-05-11 东南大学 一种用于配网的降压型电力电子变压器
CN203193514U (zh) * 2013-04-28 2013-09-11 中国石油大学(华东) 一种无源次级钳位软开关pwm变换器的控制系统
CN203827196U (zh) * 2014-04-04 2014-09-10 广西电网公司电力科学研究院 软开关电力电子变压器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02261062A (ja) * 1988-12-05 1990-10-23 General Electric Co <Ge> 直流リンクにスイッチを使用した交流―交流変換装置
CN102055348A (zh) * 2010-12-24 2011-05-11 东南大学 一种用于配网的降压型电力电子变压器
CN203193514U (zh) * 2013-04-28 2013-09-11 中国石油大学(华东) 一种无源次级钳位软开关pwm变换器的控制系统
CN203827196U (zh) * 2014-04-04 2014-09-10 广西电网公司电力科学研究院 软开关电力电子变压器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105450011A (zh) * 2015-12-31 2016-03-30 深圳市英威腾交通技术有限公司 一种逆变器
CN105450011B (zh) * 2015-12-31 2019-02-15 深圳市英威腾交通技术有限公司 一种逆变器
CN105743386A (zh) * 2016-04-11 2016-07-06 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种高压直流/低压交流固态变压器
CN109067185A (zh) * 2018-08-31 2018-12-21 辽宁荣信兴业电力技术有限公司 一种高压直流-直流电力电子变压器的降损方法

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