CN104716829A - 双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器 - Google Patents

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房绪鹏
陈志巧
许伟
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Abstract

一种双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，包括直流电压源、准阻抗源网络、直流负载，直流电压源与准阻抗源网络串联，直流负载与准阻抗源网络并联，所述准阻抗源网络包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一双向电力电子开关、第二双向电力电子开关，第一电感、第一双向电力电子开关、第二电容由直流电压源的正极向负极方向顺序串联，第二电感的一端接在第一双向电力电子开关与第二电容之间，第二电感的另一端与直流电压源的负极之间串联有第二双向电力电子开关，第一电容并联在第一双向电力电子开关与第二电感两端，所述直流负载并联在第二双向电力电子开关两端，本发明的整个电路的结构简单，体积小、重量轻、可靠性高。

Description

双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器
技术领域
本发明涉及一种直流-直流变换器，特别涉及一种双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器。
背景技术
目前的直流-直流变换器包括直接式电路和变压器隔离式电路，它们可以实现直流电压的变换，或升压，或降压，或升降压，有的还能实现极性的反转，其缺点是功率开关共态导通或关断时会引起电源的短路或开关器件的过压击穿，可靠性差。
基于传统阻抗源变换器思想的电压型/电流型阻抗源直流变换器可以克服前述电路可靠性差的缺陷，但是由于输入/输出侧没有公共点，给电路接线带来困难，同时，阻抗源网络电容的电压应力和电感的电流应力偏大。
发明内容
本发明的目的是提供一种双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，克服上述缺陷，本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器是基于准阻抗源变换器思想的，可以无级调节输出直流电压，同时避免功率开关共态导通时造成电源短路以及开关器件的损坏，电路结构简单，体积小、重量轻、可靠性高。
本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，包括直流电压源、准阻抗源网络、直流负载，直流电压源与准阻抗源网络串联，直流负载与准阻抗源网络并联，所述准阻抗源网络包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一双向电力电子开关、第二双向电力电子开关，第一电感、第一双向电力电子开关、第二电容由直流电压源的正极向负极方向顺序串联，第二电感的一端接在第一双向电力电子开关与第二电容之间，第二电感的另一端与直流电压源的负极之间串联有第二双向电力电子开关，第一电容并联在第一双向电力电子开关与第二电感两端，所述直流负载Z并联在第二双向电力电子开关两端。
本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器还包括第三电感，第三电感串联在第二电感与直流负载之间。
本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器还包括第三电容，第三电容并联在直流负载的两端。
本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，所述第一双向电力电子开关由第一二极管和第一全控型电力电子器件反并联而成，第二双向电力电子开关由第二二极管和第二全控型电力电子器件反并联而成；或者所述第一双向电力电子开关、第二双向电力电子开关直接应用成熟的IGBT/Diode模块、或者Power MOSFET、或者GTR模块。
本发明双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器的优点和积极效果在于：由于设置了准阻抗源网络，电路具有非常高的可靠性，可以避免电力电子开关共态导通或共态关断时损坏电力电子器件。由于电力电子开关的工作频率很高，准阻抗源网络的无源元件值很小，整个电路的结构简单，体积小、重量轻、可靠性高。
下面结合附图对本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器作进一步说明。
附图说明
图1为双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器的电路连接示意图。
具体实施方式
一种双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，包括直流电压源DC、准阻抗源网络、直流负载Z，所述直流电压源DC与准阻抗源网络串联，直流负载Z与准阻抗源网络并联，所述准阻抗源网络包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一双向电力电子开关S01、第二双向电力电子开关S02，第一电感L1、第一双向电力电子开关S01、第二电容C2由直流电压源DC的正极向负极方向顺序串联，第二电感L2的一端接在第一双向电力电子开关S01与第二电容C2之间，第二电感L2的另一端与直流电压源DC的负极之间串联有第二双向电力电子开关S02，第一电容C1并联在第一双向电力电子开关S01与第二电感L2两端，所述直流负载Z并联在第二双向电力电子开关S02两端。
在上述实施例的基础上，本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，还包括第三电感L3，第三电感L3串联在第二电感L2与直流负载Z之间，第三电感L3是输出侧低通滤波元件，使输出电压更加平滑，接近纯直流。
在上述实施例的基础上，本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，还包括第三电容C3，第三电容C3并联在直流负载Z的两端，第三电容C3是输出侧低通滤波元件，使输出电压更加平滑，接近纯直流。
双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，所述第一双向电力电子开关S01由第一二极管VD1和第一全控型电力电子器件S1反并联而成，第二双向电力电子开关S02由第二二极管VD2和第二全控型电力电子器件S2反并联而成；或者所述第一双向电力电子开关S01、第二双向电力电子开关S02直接应用成熟的IGBT/Diode模块、或者Power MOSFET、或者GTR模块。
所述直流电压源可以由蓄电池组、交流电源经过不可控整流滤波、燃料电池等方式得到。
所述两个双向电力电子开关通过调节占空比来调节电压增益，通过不同的开关组合控制功率流的方向。
所述双向电力电子开关工作在高频开关状态，所述直流电压源替换为直流负载，同时所述直流负载替换为直流电压源，功率流双向流动。
本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器中，第一双向电力电子开关S01、第二双向电力电子开关S02工作在高频开关状态；
通过调节两个双向电力电子开关的占空比来调节电压增益，通过不同的开关组合控制功率流的方向：当第二全控型电力电子器件S2、第一二极管VD1作为一对交替导通时，功率流从直流电压源DC一侧流向直流负载Z一侧；当第一全控型电力电子器件S1、第二二极管VD2作为一对交替导通时，功率流从直流负载Z一侧流向直流电压源DC一侧。
本发明的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器可用于如直流电源、超导电源、不间断电源等。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，包括直流电压源(DC)、准阻抗源网络、直流负载(Z)，其特征在于，所述直流电压源(DC)与准阻抗源网络串联，直流负载(Z)与准阻抗源网络并联，所述准阻抗源网络包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一双向电力电子开关(S01)、第二双向电力电子开关(S02)，第一电感(L1)、第一双向电力电子开关(S01)、第二电容(C2)由直流电压源(DC)的正极向负极方向顺序串联，第二电感(L2)的一端接在第一双向电力电子开关(S01)与第二电容(C2)之间，第二电感(L2)的另一端与直流电压源(DC)的负极之间串联有第二双向电力电子开关(S02)，第一电容(C1)并联在第一双向电力电子开关(S01)与第二电感(L2)两端，所述直流负载(Z)并联在第二双向电力电子开关(S02)两端。
2.根据权利要求1所述的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，其特征在于，还包括第三电感(L3)，第三电感(L3)串联在第二电感(L2)与直流负载(Z)之间。
3.根据权利要求2所述的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，其特征在于，还包括第三电容(C3)，第三电容(C3)并联在直流负载(Z)的两端。
4.根据权利要求1至3任一所述的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，其特征在于，所述第一双向电力电子开关(S01)由第一二极管(VD1)和第一全控型电力电子器件(S1)反并联而成，第二双向电力电子开关(S02)由第二二极管VD2和第二全控型电力电子器件(S2)反并联而成。
5.根据权利要求1至3任一所述的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，其特征在于，所述第一双向电力电子开关(S01)、第二双向电力电子开关(S02)直接应用成熟的IGBT/Diode模块、或者Power MOSFET、或者GTR模块。
6.根据权利要求2所述的双向功率流电压型准阻抗源直流-直流变换器，其特征在于，所述第一双向电力电子开关(S01)、第二双向电力电子开关(S02)工作在高频开关状态；
通过调节两个双向电力电子开关的占空比来调节电压增益，通过不同的开关组合控制功率流的方向：当第二全控型电力电子器件(S2)、第一二极管(VD1)作为一对交替导通时，功率流从直流电压源(DC)一侧流向直流负载(Z)一侧；当第一全控型电力电子器件(S1)、第二二极管(VD2)作为一对交替导通时，功率流从直流负载(Z)一侧流向直流电压源(DC)一侧。
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