CN110429813A - 一种单双极变换器和双极电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单双极变换器和双极电源，双极电源包括单极电源和单双极变换器，所述单双极变换器包括第一分压电容、第二分压电容、变压器、正极变流模块和负极变流模块；第一分压电容的一端与单极电源的正极连接，形成双极电源的正极；第二分压电容的一端与单极电源的地端连接，形成双极电源的负极；第一分压电容的另一端与第二分压电容的另一端连接，连接点形成双极电源的地端；正极变流模块的直流端与所述第一分压电容并联，正极变流模块的交流端连接所述变压器的第一绕组；负极变流模块的直流端与所述第二分压电容并联，负极变流模块的交流端连接所述变压器的第二绕组。本发明能够实现能量的双向流动，达到了正负极电压平衡的目的。
Description
技术领域
本发明属于直流变换技术领域，具体涉及一种单双极变换器和双极电源。
背景技术
随着国内直流配网工程的增加，直流设备在实际直流配网工程中得到了更加广泛的应用，其中，双极电源作为直流系统中至关重要的装置也越来越受到关注。目前，双极电源大多数采用的是两级结构，如图1所示，前级为单极电源，后级为单双极变换器。
目前单双极变换器的主流设计方案为采用三电平电路拓扑，如图2所示。该电路拓扑中，Q11和Q14处于导通状态，Q12和Q13处于关断状态。该电路拓扑的正极电压和负极电压很容易出现不平衡的现象，造成双极电源输出的正负极电压失衡。
发明内容
本发明提供了一种单双极变换器，用以解决现有技术中的单双极变换器造成双极电源输出的正负极电压失衡的问题；本发明还提供了一种双极电源，用以解决双极电源中的单双极变换器造成双极电源输出的正负极电压失衡的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案和有益效果为：
本发明的一种单双极变换器，包括第一分压电容、第二分压电容、变压器、正极变流模块和负极变流模块；第一分压电容的一端用于与单极电源的正极连接，形成双极电源的正极；第二分压电容的一端用于与单极电源的地端连接，形成双极电源的负极；第一分压电容的另一端与第二分压电容的另一端连接，连接点形成双极电源的地端；所述正极变流模块的直流端与所述第一分压电容并联，所述正极变流模块的交流端连接所述变压器的第一绕组；所述负极变流模块的直流端与所述第二分压电容并联，所述负极变流模块的交流端连接所述变压器的第二绕组。
本发明的一种双极电源，包括单极电源和单双极变换器，所述单双极变换器包括第一分压电容、第二分压电容、变压器、正极变流模块和负极变流模块；第一分压电容的一端与单极电源的正极连接，形成双极电源的正极；第二分压电容的一端与单极电源的地端连接，形成双极电源的负极；第一分压电容的另一端与第二分压电容的另一端连接，连接点形成双极电源的地端；所述正极变流模块的直流端与所述第一分压电容并联，所述正极变流模块的交流端连接所述变压器的第一绕组；所述负极变流模块的直流端与所述第二分压电容并联，所述负极变流模块的交流端连接所述变压器的第二绕组。
其有益效果：本发明的双极电源包括单双极变换器，单双极变换器包括一个变压器，通过该变压器能够实现能量的双向流动，在双极电源输出的正负极电压失衡时进行主动平衡，当正极电压高于额定值时，能量从正极流向负极，提高负极电压进而降低正极电压；在负极电压高于额定值时，能量从负极流向正极，提高正极电压进而降低负极电压，达到了正负极电压平衡的目的。
作为单双极变换器和双极电源的进一步改进，为了简单可靠实现变流，所述正极变流模块和负极变流模块均为桥式变流模块。
作为单双极变换器和双极电源的进一步改进，为了便于信号传输，所述正极变流模块的交流端与变压器的第一绕组之间连接有第一耦合电容和第一耦合电感；所述负极变流模块的交流端与变压器的第二绕组之间连接有第二耦合电容和第二耦合电感。
附图说明
图1是现有技术的双极电源所采用的两级结构的原理示意图；
图2是现有技术的单双极变换器的电路原理图；
图3是本发明的单双极变换器的电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。
双极电源实施例：
该实施例提供了一种双极电源，如图3所示，该双极电源包括单极电源和单双极变换器。单双极变换器包括第一分压电容C1、第二分压电容C2、变压器T、正极变流模块和负极变流模块。
第一分压电容C1的一端与单极电源的正极(750V)连接，形成双极电源的正极(+375V)；第二分压电容C2的一端与单极电源的地端(750VGND)连接，形成双极电源的负极(-375V)；第一分压电容C1的另一端和第二分压电容C2的另一端连接，连接点形成双极电源的地端(GND)。
正极变流模块的直流端与第一分压电容C1并联，交流端连接变压器T的第一绕组，负极变流模块的直流端与第二分压电容C2并联，交流端连接变压器T的第二绕组。这里的变压器T可实现能量的双向流动，还具备隔离功能。而且，该实施例中，正极变流模块为由Q1、Q2、Q3和Q4构成的桥式变流模块，负极变流模块为由Q5、Q6、Q7和Q8构成的桥式变流模块，且Q1～Q8均由一个IGBT和反并联二极管构成。
在正极变流模块的交流端与变压器的第一绕组之间连接有第一耦合电容Cr1和第一耦合电感Lr1；负极变流模块的交流端与变压器的第二绕组之间连接有第二耦合电容Cr2和第二耦合电感Lr2。
当系统需要双极电源时，此时只需要给正极变流模块和负极变流模块中的Q1～Q8发脉冲，便可工作。在正常工作时，Q1、Q4、Q5、Q8为相同的驱动信号，Q2、Q3、Q6、Q7为相同的驱动信号，Q1与Q2为互补的驱动信号(带死区)，且该双极电源的工作模式为能量双向流动的工作模式，在双极电源输出的正负极电压失衡时进行主动平衡，在正极电压高于额定值时，能量从正极流向负极，提高负极电压进而降低正极电压；在负极电压高于额定值时，能量从负极流向正极，提高正极电压进而降低负极电压，达到了正负极电压平衡的目的。
整体来看，该双极电源灵活性较高，可以根据实际需求进行单双极的选择。而且，图2中的单双极变换器相当于与单极电源串联，因此所需的功率与前级的单极电源的功率一样，采用该实施例中如图3所示的单双极变换器，正极或负极的额定功率为单极电源额定功率的1/2，当正极和负极的功率不平衡时，会通过单双极变换器的功率来平衡功率，且最大功率差为额定功率的1/2，此时单双极变换器只需要额定功率的1/4就可以使正极和负极的功率达到平衡，大幅度降低整个双极电源的体积和成本。同时，与图2所示的单双极变换器相比，此变换器相当于与单极电源并联，且在正负极电源出现不平衡的时候才会有电流通过，此时流过的电流减小，所用器件的总损耗降低，整个双极电源的效率提高，特别是当双极电源的正负极电压平衡时，流过电流非常小，效率非常高。
作为其他实施方式，还可采用现有的其他结构形式的正极变流模块和负极变流模块，例如，将图3中每个桥臂可替换为半桥三电平拓扑，或者采用DAB变流模块等具备双向变换功能的拓扑。
单双极变换器实施例：
该实施例提供了一种单双极变换器，该单双极变换器即为上述双极电源实施例中的单双极变换器。由于在双极电源实施例中对于单双极变换器的介绍已足够清楚明白，该实施例不再赘述。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种单双极变换器，其特征在于，包括第一分压电容、第二分压电容、变压器、正极变流模块和负极变流模块；
第一分压电容的一端用于与单极电源的正极连接，形成双极电源的正极；第二分压电容的一端用于与单极电源的地端连接，形成双极电源的负极；第一分压电容的另一端与第二分压电容的另一端连接，连接点形成双极电源的地端；
所述正极变流模块的直流端与所述第一分压电容并联，所述正极变流模块的交流端连接所述变压器的第一绕组；
所述负极变流模块的直流端与所述第二分压电容并联，所述负极变流模块的交流端连接所述变压器的第二绕组。
2.根据权利要求1所述的单双极变换器，其特征在于，所述正极变流模块和负极变流模块均为桥式变流模块。
3.根据权利要求1或2所述的单双极变换器，其特征在于，所述正极变流模块的交流端与变压器的第一绕组之间连接有第一耦合电容和第一耦合电感；所述负极变流模块的交流端与变压器的第二绕组之间连接有第二耦合电容和第二耦合电感。
4.一种双极电源，包括单极电源和单双极变换器，其特征在于，所述单双极变换器包括第一分压电容、第二分压电容、变压器、正极变流模块和负极变流模块；
第一分压电容的一端与单极电源的正极连接，形成双极电源的正极；第二分压电容的一端与单极电源的地端连接，形成双极电源的负极；第一分压电容的另一端与第二分压电容的另一端连接，连接点形成双极电源的地端；
所述正极变流模块的直流端与所述第一分压电容并联，所述正极变流模块的交流端连接所述变压器的第一绕组；
所述负极变流模块的直流端与所述第二分压电容并联，所述负极变流模块的交流端连接所述变压器的第二绕组。
5.根据权利要求4所述的双极电源，其特征在于，所述正极变流模块和负极变流模块均为桥式变流模块。
6.根据权利要求4或5所述的双极电源，其特征在于，所述正极变流模块的交流端与变压器的第一绕组之间连接有第一耦合电容和第一耦合电感；所述负极变流模块的交流端与变压器的第二绕组之间连接有第二耦合电容和第二耦合电感。
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