CN106469984A - 一种功率变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率变换器，包括顺次相连的第一斩波单元、谐振单元和第二斩波单元，该谐振单元包括三组谐振电感、三组谐振电容和变压器子单元，该变压器子单元包括三个第一绕组和三个第二绕组，其中：每组谐振电容和一组谐振电感串联构成一个串联支路；三组谐振电容和三组谐振电感构成的三个串联支路呈三角形连接，构成第一角形支路；该第一角形支路中，每两个串联支路的接线节点连接变压器子单元的一个第一绕组的第一端；变压器子单元的三个第一绕组的第二端连接第一斩波单元；变压器子单元的三个第二绕组连接第二斩波单元。采用本发明提供的功率变换器相比于现有技术器件的选型更为容易，更易于实现。

Description

一种功率变换器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种功率变换器。

背景技术

谐振变换器等功率变换器以其高效的特点已经在各领域得到了广泛应用。在申请号为201010261397.1的中国专利《多相谐振转换器及控制其的方法》中公开了一种多相谐振变换器，该谐振变换器包括第一斩波单元、谐振单元和第二斩波单元，具体结构详见图1所示。其中，谐振单元包括三组谐振电感、三组谐振电容和变压器子单元，每组谐振电感和变压器子单元的一个初级绕组、一组谐振电容串联构成一个支路，三组谐振电感、三组谐振电容和变压器子单元的三个初级绕组构成的三个支路呈星形连接，即Y形连接，使得流过谐振电感、谐振电容的电流纹波较大。因此为保证图1所示的谐振变换器正常工作，需要选择电流应力较大的谐振电感和谐振电容，从而对器件的选型造成了困难，使得图1所示的谐振变换器较为难以实现。

发明内容

本发明提供一种功率变换器，相比于现有技术器件的选型更为容易，因此更易于实现。

本发明提供了一种功率变换器，包括顺次相连的第一斩波单元、谐振单元和第二斩波单元，所述谐振单元包括三组谐振电感、三组谐振电容和变压器子单元，所述变压器子单元包括三个第一绕组和三个第二绕组，其中：

每组谐振电容和一组谐振电感串联构成一个串联支路；三组谐振电容和三组谐振电感构成的三个串联支路呈三角形连接，构成第一角形支路；

所述第一角形支路中，每两个串联支路的接线节点连接所述变压器子单元的一个第一绕组的第一端；所述变压器子单元的三个第一绕组的第二端连接所述第一斩波单元；所述变压器子单元的三个第二绕组连接所述第二斩波单元。

本发明还提供了一种功率变换器，包括顺次相连的第一斩波单元、谐振单元和第二斩波单元，所述谐振单元包括三组谐振电感、三组谐振电容和变压器子单元，所述变压器子单元包括三个第一绕组和三个第二绕组，其中：

所述三组谐振电感呈三角形连接，构成第一角形支路；

每组谐振电容和所述变压器子单元的一个第一绕组串联构成一个串联支路；三组谐振电容和所述变压器子单元的三个第一绕组构成三个串联支路；

所述第一角形支路中，每两组谐振电感的接线节点连接一个串联支路的第一端；所述三个串联支路的第二端连接所述第一斩波单元；所述变压器子单元的三个第二绕组连接所述第二斩波单元。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的方案中，谐振单元中构成三角形谐振网络，可以减小流过谐振电感、谐振电容的电流纹波，因此可以采用电流应力较小的谐振电感和谐振电容，器件的选型更为容易，从而使得本发明实施例提供的功率变换器相比于现有技术更易于实现，同时，器件损耗相比于现有技术也更低，使得功率变换器效率更高。

附图说明

图1为现有的谐振变换器的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的功率变换器的结构示意图之一；

图3为本发明实施例1提供的功率变换器的结构示意图之二；

图4为本发明实施例1提供的功率变换器的详细结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的功率变换器的结构示意图之一；

图6为本发明实施例2提供的功率变换器的结构示意图之二；

图7为本发明实施例2提供的功率变换器的详细结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种功率变换器，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

本发明实施例1提供了一种功率变换器，如图2、图3所示，该功率变换器包括顺次相连的第一斩波单元101、谐振单元100和第二斩波单元102，谐振单元100包括三组谐振电感Lr1、Lr2、Lr3、三组谐振电容Cr1、Cr2、Cr3和变压器子单元T，变压器子单元T包括三个第一绕组和三个第二绕组，其中：

每组谐振电容和一组谐振电感串联构成一个串联支路；三组谐振电容Cr1、Cr2、Cr3和三组谐振电感Lr1、Lr2、Lr3构成的三个串联支路呈三角形连接，即△形连接，构成第一角形支路；

该第一角形支路中，每两个串联支路的接线节点连接变压器子单元T的一个第一绕组的第一端；变压器子单元T的三个第一绕组的第二端连接第一斩波单元101；变压器子单元T的三个第二绕组连接第二斩波单元102。

具体的，变压器子单元T的三个第一绕组的第二端连接第一斩波单元101的交流接线端；变压器子单元T的三个第二绕组连接第二斩波单元102的交流接线端。

进一步的，可以如图2所示，变压器子单元T的三个第二绕组的第一端相连，变压器子单元T的三个第二绕组的第二端连接第二斩波单元102。即变压器子单元T的三个第二绕组呈星形连接，即Y形连接。

或者也可以如图3所示，变压器子单元T的三个第二绕组呈三角形连接，即△形连接，构成第二角形支路；第二角形支路中，每两个第二绕组的接线节点连接第二斩波单元102。

其中，变压器子单元T具体可以为一个三相变压器，也可以为三个独立变压器。

在本发明实施例1中，第一绕组为初级绕组，具体的，第一绕组的第一端为初级绕组的异名端，第一绕组的第二端为初级绕组的同名端；第二绕组为次级绕组，具体的，第二绕组的第一端为次级绕组的异名端，第二绕组的第二端为次级绕组的同名端。

在本发明的其它实施例中，第一绕组也可以为次级绕组，第二绕组也可以为初级绕组，本发明对此不做具体限定。

本发明实施例1提供的功率变换器，当第一斩波单元101的直流接线端作为功率变换器的输入端、第二斩波单元102的直流接线端作为功率变换器的输出端时，第一斩波单元101实质为一个逆变单元，第二斩波单元102实质为一个整流单元；反之，当第一斩波单元101的直流接线端作为功率变换器的输出端、第二斩波单元102的直流接线端作为功率变换器的输入端时，第一斩波单元101实质为一个整流单元，第二斩波单元102实质为一个逆变单元。

而对于第一斩波单元101和第二斩波单元102的具体实现形式，可以为现有的任意一种实现形式，本发明对比不做具体限定。当第一斩波单元101和第二斩波单元102均为三相全桥斩波电路时，本发明实施例1提供的功率变换器具体如图4所示。

上述三相全桥斩波电路仅为一个示例，并不用于限定本发明，第一斩波单元101和第二斩波单元102也可以为三相三电平斩波电路，在此不再图示。

当然，本发明实施例1提供的功率变换器还可以包括输入滤波单元、输出滤波单元等其它单元，在此不再详述。

下面以图4所示的功率变换器为例，对本发明实施例1提供的功率变换器原理进行进一步说明。

第一斩波单元101中，包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，每两个开关管串联构成一个桥臂，六个开关管构成的三个桥臂并联，并联后的两端即为第一斩波单元101的直流接线端，该三个桥臂中点即为第一斩波单元101的交流接线端。第一斩波单元101输入直流电进行逆变动作，将直流电逆变成一个方波或阶梯波电压，三个桥臂开关管的驱动信号错相120°，开关管Q1、Q3、Q5和开关管Q2、Q4、Q6的驱动信号是固定50％占空比的互补信号。

第二斩波单元102中，包括开关管SR1、SR2、SR3、SR4、SR5、SR6，每两个开关管串联构成一个桥臂，六个开关管构成的三个桥臂并联，并联后的两端即为第二斩波单元102的直流接线端，该三个桥臂中点即为第二斩波单元102的交流接线端。第二斩波单元102进行整流，输出直流电为后端负载供电。

谐振单元100中，三组谐振电容Cr1、Cr2、Cr3和三组谐振电感Lr1、Lr2、Lr3构成的三个串联支路构成了一个三角形谐振网络，三角形谐振网络中的三个接线节点分别通过变压器子单元T的三个第一绕组一一对应连接到第一斩波单元101的三个桥臂中点，即连接到第一斩波单元101的交流接线端；变压器子单元T的三个第二绕组的一端相连，构成一个悬浮中点，三个第二绕组的另一端分别一一对应连接到第二斩波单元102的三个桥臂中点，即连接到第二斩波单元102的交流接线端。

在功率变换器工作时，三组谐振电容的等效谐振电容和三组谐振电感的等效谐振电感构成第一本征谐振频率fr，三组谐振电容的等效谐振电容和三组谐振电感的等效谐振电感以及变压器子单元的等效励磁电感构成第二本征谐振频率fm，fr﹥fm。

由于谐振单元100中三组谐振电感Lr1、Lr2、Lr3、三组谐振电容Cr1、Cr2、Cr3构成了三角形谐振网络，相比于图1所示的三组谐振电感、三组谐振电容星形连接的方案，采用本发明实施例1提供的方案流过谐振电感、谐振电容的电流纹波较小，约为图1所示多相谐振变换器的0.578倍，因此可以采用电流应力较小的谐振电感和谐振电容，器件的选型更为容易，从而使得本发明实施例1提供的功率变换器更易于实现。同时，器件损耗相比于现有技术也更低，使得功率变换器效率更高。

并且，在功率变换器工作时，三组谐振电容的等效谐振电容为两组谐振电容并联，即每组谐振电容的容值为该等效谐振电容0.5倍，三组谐振电容的容值为该等效谐振电容1.5倍。

而图1所示多相谐振变换器工作时，三组谐振电容的等效谐振电容为两组谐振电容并联后与另一组谐振电容串联，即每组谐振电容的容值为该等效谐振电容1.5倍，三组谐振电容的容值为该等效谐振电容4.5倍。

显然，在要求功率变换器工作时三组谐振电容的等效谐振电容为某一定值时，本发明实施例1提供的功率变换器需要的谐振电容的容量更小，为图1所示多相谐振变换器的1/3，因此能够大大减小设备体积及成本。

进一步的，在上述实施例1的基础上，功率变换器还可以有多种变形，例如下述实施例2。

实施例2：

本发明实施例2提供了一种功率变换器，如图5、图6所示，该功率变换器包括顺次相连的第一斩波单元201、谐振单元200和第二斩波单元202，谐振单元200包括三组谐振电感Lr1、Lr2、Lr3、三组谐振电容Cr1、Cr2、Cr3和变压器子单元T，变压器子单元T包括三个第一绕组和三个第二绕组，其中：

三组谐振电感Lr1、Lr2、Lr3呈三角形连接，即△形连接，构成第一角形支路；

每组谐振电容和变压器子单元T的一个第一绕组串联构成一个串联支路；三组谐振电容Cr1、Cr2、Cr3和变压器子单元T的三个第一绕组构成三个串联支路；

该第一角形支路中，每两组谐振电感的接线节点连接一个串联支路的第一端；三个串联支路的第二端连接第一斩波单元201；变压器子单元T的三个第二绕组连接第二斩波单元202。

具体的，三个串联支路的第二端连接第一斩波单元201的交流接线端；变压器子单元T的三个第二绕组连接第二斩波单元202的交流接线端。

进一步的，可以如图5所示，变压器子单元T的三个第二绕组的第一端相连，变压器子单元T的三个第二绕组的第二端连接第二斩波单元202。即变压器子单元T的三个第二绕组呈星形连接，即Y形连接。

或者也可以如图6所示，变压器子单元T的三个第二绕组呈三角形连接，即△形连接，构成第二角形支路；第二角形支路中，每两个第二绕组的接线节点连接第二斩波单元202。

其中，变压器子单元T具体可以为一个三相变压器，也可以为三个独立变压器。

在本发明实施例2中，第一绕组为初级绕组，进一步的，串联支路的第一端为该串联支路中初级绕组的异名端对应的一端，串联支路的第二端为该串联支路中初级绕组的同名端对应的一端；第二绕组为次级绕组，具体的，第二绕组的第一端为次级绕组的异名端，第二绕组的第二端为次级绕组的同名端。

在本发明的其它实施例中，第一绕组也可以为次级绕组，第二绕组也可以为初级绕组，本发明对此不做具体限定。

本发明实施例2提供的功率变换器，当第一斩波单元201的直流接线端作为功率变换器的输入端、第二斩波单元202的直流接线端作为功率变换器的输出端时，第一斩波单元201实质为一个逆变单元，第二斩波单元202实质为一个整流单元；反之，当第一斩波单元201的直流接线端作为功率变换器的输出端、第二斩波单元202的直流接线端作为功率变换器的输入端时，第一斩波单元201实质为一个整流单元，第二斩波单元202实质为一个逆变单元。

而对于第一斩波单元201和第二斩波单元202的具体实现形式，可以为现有的任意一种实现形式，本发明对比不做具体限定。当第一斩波单元201和第二斩波单元202均为三相全桥斩波电路时，本发明实施例2提供的功率变换器具体可以如图7所示，谐振单元200中，三组谐振电感Lr1、Lr2、Lr3构成了一个三角形谐振网络，三角形谐振网络中的三个接线节点分别通过变压器子单元T的三个第一绕组、三组谐振电容Cr1、Cr2、Cr3一一对应连接到第一斩波单元201的三个桥臂中点，即连接到第一斩波单元201的交流接线端；变压器子单元T的三个第二绕组的一端相连，构成一个悬浮中点，三个第二绕组的另一端分别一一对应连接到第二斩波单元202的三个桥臂中点，即连接到第二斩波单元202的交流接线端。

上述三相全桥斩波电路仅为一个示例，并不用于限定本发明，第一斩波单元201和第二斩波单元202也可以为三相三电平斩波电路，在此不再图示。

当然，本发明实施例2提供的功率变换器还可以包括输入滤波单元、输出滤波单元等其它单元，在此不再详述。

本发明实施例2提供的功率变换器原理可以参见前述实施例1，在此不再详述。

由于谐振单元200中三组谐振电感Lr1、Lr2、Lr3构成了三角形谐振网络，相比于图1所示的三组谐振电感、三组谐振电容星形连接的方案，采用本发明实施例2提供的方案流过谐振电感的电流纹波较小，约为图1所示多相谐振变换器的0.578倍，因此可以采用电流应力较小的谐振电感，从而使得本发明实施例2提供的功率变换器更易于实现。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种功率变换器，包括顺次相连的第一斩波单元、谐振单元和第二斩波单元，其特征在于，所述谐振单元包括三组谐振电感、三组谐振电容和变压器子单元，所述变压器子单元包括三个第一绕组和三个第二绕组，其中：

每组谐振电容和一组谐振电感串联构成一个串联支路；三组谐振电容和三组谐振电感构成的三个串联支路呈三角形连接，构成第一角形支路；

所述第一角形支路中，每两个串联支路的接线节点连接所述变压器子单元的一个第一绕组的第一端；所述变压器子单元的三个第一绕组的第二端连接所述第一斩波单元；所述变压器子单元的三个第二绕组连接所述第二斩波单元。

2.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述变压器子单元的三个第二绕组的第一端相连，所述变压器子单元的三个第二绕组的第二端连接所述第二斩波单元；或者

所述变压器子单元的三个第二绕组呈三角形连接，构成第二角形支路；所述第二角形支路中，每两个第二绕组的接线节点连接所述第二斩波单元。

3.如权利要求1或2所述的功率变换器，其特征在于，所述变压器子单元具体为一个三相变压器，或者为三个独立变压器。

4.如权利要求1或2所述的功率变换器，其特征在于，所述第一斩波单元具体为逆变单元，所述第二斩波单元具体为整流单元；或者

所述第一斩波单元具体为整流单元，所述第二斩波单元具体为逆变单元。

5.如权利要求1或2所述的功率变换器，其特征在于，所述变压器子单元的三个第一绕组的第二端具体连接所述第一斩波单元的交流接线端；所述变压器子单元的三个第二绕组具体连接所述第二斩波单元的交流接线端。

6.一种功率变换器，包括顺次相连的第一斩波单元、谐振单元和第二斩波单元，其特征在于，所述谐振单元包括三组谐振电感、三组谐振电容和变压器子单元，所述变压器子单元包括三个第一绕组和三个第二绕组，其中：

所述三组谐振电感呈三角形连接，构成第一角形支路；

每组谐振电容和所述变压器子单元的一个第一绕组串联构成一个串联支路；三组谐振电容和所述变压器子单元的三个第一绕组构成三个串联支路；

所述第一角形支路中，每两组谐振电感的接线节点连接一个串联支路的第一端；所述三个串联支路的第二端连接所述第一斩波单元；所述变压器子单元的三个第二绕组连接所述第二斩波单元。

7.如权利要求6所述的功率变换器，其特征在于，所述变压器子单元的三个第二绕组的第一端相连，所述变压器子单元的三个第二绕组的第二端连接所述第二斩波单元；或者

所述变压器子单元的三个第二绕组呈三角形连接，构成第二角形支路；所述第二角形支路中，每两个第二绕组的接线节点连接所述第二斩波单元。

8.如权利要求6或7所述的功率变换器，其特征在于，所述变压器子单元具体为一个三相变压器，或者为三个独立变压器。

9.如权利要求6或7所述的功率变换器，其特征在于，所述第一斩波单元具体为逆变单元，所述第二斩波单元具体为整流单元；或者

所述第一斩波单元具体为整流单元，所述第二斩波单元具体为逆变单元。

10.如权利要求6或7所述的功率变换器，其特征在于，所述三个串联支路的第二端具体连接所述第一斩波单元的交流接线端；所述变压器子单元的三个第二绕组具体连接所述第二斩波单元的交流接线端。