CN106787743A - 一种dc‑dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DC‑DC变换器，涉及电子电力变压器领域，包括一中频变压器和多个变流器，所述中频变压器包括单个磁芯和至少两对绕组，每对绕组包括一原边线圈和一副边线圈，所有绕组均缠绕于所述磁芯上，且每个原边线圈和副边线圈均连接有一电容，绕组和电容构成谐振回路，每对绕组的原边线圈和副边线圈所对应的谐振频率相同，不同绕组所对应的谐振频率均不相同；每个变流器与相对应的谐振回路相连接，所述变流器的工作频率和对应的谐振回路的谐振频率相同；所有原副边变流器的直流侧串联或并联。本发明的DC‑DC变换器，施工简单、可实施性高、传递效率高。

Description

一种DC-DC变换器
技术领域
本发明涉及电子电力变压器领域，具体涉及一种DC-DC变换器。
背景技术
由于单个功率器件的耐压水平达不到配电系统和输电系统的电压等级，使得用于输、配电系统的电力电子装置需要采用多个功率器件模块串联技术，如高压大功率DC-DC变换器。
通常，DC-DC变换器由多个电能变换单元串联而成，每个电能变化单元均包括逆变器和整流器，在逆变器和整流器之间设置多组中间隔离模块，并通过所有整流器的级联或并联，达到配电系统的几千伏至几十千伏的电压水平或低压大电流水平。
每一个中间隔离模块均包括一中频隔离变压器，该变压器的核心功能是实现高压侧系统和低压侧系统间的电压等级变换、电气隔离和电功率传递，通过所有隔离变压器的串并联来实现电能的转换，每个隔离变压器所需传输的能量较少，其传递效率很低，铁磁材料利用率也很低。
并且，在工程实践时，中间隔离模块需要进行单独隔离安装，使得每个中间隔离模块需要各自封装在一个独立的箱体内，施工难度较大，工程可实施性较差，成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种DC-DC变换器，施工简单、可实施性高、传递效率高。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种DC-DC变换器，包括：
一中频变压器，所述中频变压器包括单个磁芯和至少两对绕组，每对绕组包括一原边线圈和一副边线圈，所有绕组均缠绕于所述磁芯上，且每个原边线圈和副边线圈均连接有一电容构成谐振回路，每对绕组的原边线圈和副边线圈所对应的谐振频率相同，不同绕组对所对应的谐振频率均不相同；
数量与所述绕组数量相同的变流器，每个变流器与相对应的电容绕组谐振回路相连接，所述变流器的工作频率和对应的电容与绕组的谐振频率相同；
所有原副边变流器的直流侧串联或并联。
在上述技术方案的基础上，所述变流器包括四组快速晶闸管和二极管，所述二极管与快速晶闸管反向并联，四组快速晶闸管和二极管组成全桥结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的中频变压器为集成式结构，包括单个磁芯和多对绕组，在对中频变压器进行隔离时，只需封装在一个箱体内即可，而现有技术中，每个变压器上只有一对绕组，需要多个变压器先进行各自封装，再串联使用，相比之下，本发明的变压器集成度更高，占用体积较小，施工难度小，工程可实施性好，并且，集成式的变压器，其能量传递效率高，磁芯利用率也高。
(2)本发明中频变压器不同绕组对应的谐振频率不同，只需调整相应的变流器和谐振回路的工作频率，使变压器原副边绕组对应的频率一致即可，电路调试非常方便，工程施工简单。
(3)本发明中变流器包括四组快速晶闸管和二极管，且四组快速晶闸管和二极管成全桥结构，一方面，与IGBT组成的变流器相比，能量效率更高，另一方面，主功率元件更加成熟可靠。
附图说明
图1为本发明DC-DC变换器的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明DC-DC变换器的另一具体实施方式的结构示意图；
图3为本发明中变流器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种DC-DC变换器，包括中频变压器、多个变流器。
中频变压器包括单个磁芯和多对绕组，每对绕组包括一原边线圈和一副边线圈，所有绕组均缠绕于磁芯上，且每个原边线圈和副边线圈均串联连接有一电容，绕组和电容构成谐振回路，通过匹配电容和绕组匝数使得绕组的原边线圈和副边线圈所对应的谐振频率相同，不同绕组所对应的谐振频率均不相同。
中频变压器为集成式固体绝缘结构，每一个绕组可以制作成同样结构的耐高压成形绕组，绝缘层由云母带缠绕在导电材料上并经过热压固化而成，使得线圈结构紧凑，方便高电压隔离。与现有技术相比，本发明的变压器集成度高，占用体积较小，施工难度小，工程可实施性好，并且，集成式的变压器能量传递效率高，磁芯利用率也高。
本发明的中频变压器在加工制造过程时，通过调整原边线圈和副边线圈的匝数、以及与之相连的电容值，使中频变压器的原边线圈和副边线圈谐振频率相同，而不同对绕组的谐振频率相差一定数值，当进行变压传输时，每对绕组之间可以单独传输相应频率的电力，不同对绕组之间不相互干扰，从而保证电力传输的均衡。
变流器的工作频率和对应的绕组的谐振频率相同，相同谐振频率的绕组之间可以双向传递能量，而不同谐振频率的绕组之间不干涉，因为绕组通过谐振方式传递能量，传递的电量和磁通量都是单频率的正弦波，而不是方波，这样可以降低高次谐波造成的损耗。
中频变压器不同绕组对应的谐振频率通过匹配绕组匝数和电容器容量来实现，电路调试非常方便，工程施工简单。
参见图1所示的实施例中，DC-DC主回路包括四个通路，每个通路原边变流器直流侧串联，副边变流器直流侧也串联，可以将一个高压直流变换为另一个高压直流，从而实现高压和高压之间的电能变换。
参见图2所示的另一个实施例中，DC-DC主回路包括四个通路，每个通路原边变流器直流侧串联，副边变流器直流侧并联，可以将一个高压直流变换为低压直流，从而实现高压和低压之间的电能变换。
参见图3所示，变流器包括四组快速晶闸管和二极管，所述二极管与快速晶闸管反向并联，四组快速晶闸管和二极管组成全桥结构。变流器做逆变器使用时，则四桥臂晶闸管交叉成对导通，并工作于谐振状态；变流器做整流器使用时，四只二极管工作即可，原副边通过谐振频率实现匹配。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (2)

1.一种DC-DC变换器，其特征在于，包括：
一中频变压器，所述中频变压器包括单个磁芯和至少两对绕组，每对绕组包括一原边线圈和一副边线圈，所有绕组均缠绕于所述磁芯上，且每个原边线圈和副边线圈均连接有一电容，绕组和电容构成谐振回路，每对绕组的原边线圈和副边线圈所对应的谐振频率相同，不同绕组所对应的谐振频率均不相同；
数量与所述绕组数量相同的变流器，每个变流器与相对应的谐振回路相连接，所述变流器的工作频率和对应的谐振回路的谐振频率相同；
所有原副边变流器的直流侧串联或并联。
2.如权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于：所述变流器包括四组快速晶闸管和二极管，所述二极管与快速晶闸管反向并联，四组快速晶闸管和二极管组成全桥结构。
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