CN111293880B

CN111293880B - 一种直流功率变换电路

Info

Publication number: CN111293880B
Application number: CN202010144392.4A
Authority: CN
Inventors: 杜成瑞; 刘超群; 何展湖
Original assignee: Shenzhen Kstar New Energy Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Kstar New Energy Co Ltd
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: CN111293880A

Abstract

本发明提供一种直流功率变换电路，包括：电源V _i、电感L、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第一母线电容C ₁和第二母线电容C ₂，所述电源V _i通过所述电感L连接至所述第一开关电路，所述第一开关电路分别与所述第二开关电路、第三开关电路和第一母线电容C ₁相连接，所述第三开关电路分别与所述第一母线电容C ₁和第二母线电容C ₂相连接，所述第二开关电路和所述第二母线电容C ₂分别与所述电源V _i相连接。本发明能够很好地实现限流充电，降低开关器件因为电压应力超过限额而损坏器件的概率，有效提高了产品的工作稳定性以及使用寿命。

Description

一种直流功率变换电路

技术领域

本发明涉及一种变换电路，尤其涉及一种直流功率变换电路。

背景技术

现有机制的飞跨电容直流变换电路中，在直流侧初始上电时，电流经过二极管给母线电容充电，达到稳态后，飞跨电容两端电压为0，此时开关模块的电压应力等于输入电压；如果开关模块的耐压值按照半母线电压选取，在直流侧输入高电压时将会超过开关模块的电压应力许可范围，导致开关模块损坏。当多路直流功率变换电路并联时，因上电顺序不同，存在母线电压建立先于直流侧电压建立情况，此时飞跨电容两端电压为零，如果开关模块开通将导致二极管承受整个母线电压，如果二极管的耐压值按照半母线电压选取，在多路直流功率变换电路并联时将会存在超过二极管电压应力的情况，导致损坏。因此，现有技术中的直流功率变换电路中，开关器件电压应力超过限额将导致器件损坏等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够实现限流充电，降低开关器件因为电压应力超过限额而损坏器件的概率，提高产品的工作稳定性以及使用寿命的直流功率变换电路。

对此，本发明提供一种直流功率变换电路，包括：电源V_i、电感L、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第一母线电容C₁和第二母线电容C₂，所述电源V_i通过所述电感L连接至所述第一开关电路，所述第一开关电路分别与所述第二开关电路、第三开关电路和第一母线电容C₁相连接，所述第三开关电路分别与所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂相连接，所述第二开关电路和所述第二母线电容C₂分别与所述电源V_i相连接；其中，在电源V_i刚开始产生电压且所述直流功率变换电路还未启动工作时，电源V_i通过所述电感L、第一开关电路、第三开关电路和第二母线电容C₂之间的回路对所述第一开关电路中的飞跨电容C_f进行充电。

本发明的进一步改进在于，所述第三开关电路包括第三开关模块S₃、第三单向导通器件D₆、电阻R₁和第四单向导通器件D₇，所述第三开关模块S₃的一端和所述第三单向导通器件D₆的正极连接至所述第一开关电路中的飞跨电容C_f，所述第三单向导通器件D₆的负极通过所述电阻R₁分别连接至所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂，第三开关模块S₃的另一端连接至所述第四单向导通器件D₇的正极，所述第四单向导通器件D₇的负极分别连接至所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂。

本发明的进一步改进在于，第一开关电路还包括第一开关模块S₁、第一单向导通器件D₄和第二单向导通器件D₅，所述第一开关模块S₁的一端和所述第一单向导通器件D₄的正极通过所述电感L连接至所述电源V_i的正极，所述第一开关模块S₁的另一端连接至所述第四单向导通器件D₇的正极，所述第一单向导通器件D₄的负极分别与所述第二单向导通器件D₅的正极和所述飞跨电容C_f的一端相连接，所述第二单向导通器件D₅的负极连接至所述第一母线电容C₁的一端，所述第一母线电容C₁的另一端连接至所述电阻R₁远离所述第三单向导通器件D₆的一端，所述飞跨电容C_f的另一端连接至所述第三单向导通器件D₆的正极。

本发明的进一步改进在于，第二开关电路还包括第二开关模块S₂，所述第二开关模块S₂的一端连接至所述第一开关模块S₁远离所述电感L的一端，所述第二开关模块S₂的另一端连接至所述电源V_i的负极。

本发明的进一步改进在于，所述第一开关模块S₁、所述第二开关模块S₂和第三开关模块S₃中的开关器件包括IGBT晶体管、MOSFET晶体管以及继电器中的任意一种。

本发明的进一步改进在于，所述第一开关模块S₁、所述第二开关模块S₂和第三开关模块S₃中分别反向并联有单向导通器件，所述单向导通器件的正极连接至各自的开关器件的负端，所述单向导通器件的负极连接各自的开关器件的正端。

本发明的进一步改进在于，所述第二开关模块S₂、第四单向导通器件D₇和第二母线电容C₂形成一个回路，使得第二开关模块S₂的电压在任何工作状态下均能够被第二母线电容C₂实现电压钳位。

本发明的进一步改进在于，当电路停止运行时，所述第一开关模块S₁、所述第二开关模块S₂和第三开关模块S₃均处于关断状态；当电路正常运行时，所述第三开关模块S₃保持开通状态，所述第一开关模块S₁和所述第二开关模块S₂运行在高频开关状态。

本发明的进一步改进在于，所述飞跨电容C_f的容值小于所述第一母线电容C₁或第二母线电容C₂的容值。

本发明的进一步改进在于，所述第三开关电路包括第三开关模块S₃、第三单向导通器件D₆、电阻R₁和第四单向导通器件D₇，所述第三开关模块S₃的一端和所述电阻R₁的一端连接至所述第一开关电路中的飞跨电容C_f，所述电阻R₁的另一端连接至第三单向导通器件D₆的正极，所述第三单向导通器件D₆的负极分别连接至所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂，第三开关模块S₃的另一端连接至所述第四单向导通器件D₇的正极，所述第四单向导通器件D₇的负极分别连接至所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在电源V_i刚开始产生电压且所述直流功率变换电路还未启动工作时，电源V_i通过所述电感L、第一开关电路、第三开关电路和第二母线电容C₂之间的回路对所述第一开关电路中的飞跨电容C_f进行充电，能够实现在给飞跨电容C_f充电时限制充电电流；并且在所述直流功率变换电路开始正常工作时，当第二开关电路处于导通状态时，第一开关电路的第二单向导通器件D₅承受的电压为一半的母线电压，避免了因为飞跨电容C_f没有预充电而被高压损坏的问题；加之，第二开关电路的第二开关模块S₂、第三开关电路的第四单向导通器件D₇和第二母线电容C₂形成一个回路，使得第二开关模块S₂的电压在任何工作状态下均能够被第二母线电容C₂实现电压钳位，避免由于飞跨电容C_f电压较低而第二单向导通器件D₅导通造成第二开关电路的电压应力超标而损坏，因此，本发明能够很好地实现限流充电，降低开关器件因为电压应力超过限额而损坏器件的概率，有效提高了产品的工作稳定性以及使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种实施例的电路原理图；

图2是本发明一种实施例开机上电时第一种状态的电路原理示意图；

图3是本发明一种实施例开机上电时第二种状态在初始时的电路原理示意图；

图4是本发明一种实施例开机上电时第二种状态在飞跨电容两端电压等于第一母线电容两端的电压时的电路原理示意图；

图5是本发明一种实施例开机上电时第三种状态在多路并联时的电路原理示意图；

图6是本发明一种实施例开机上电时第三种状态在飞跨电容两端电压等于输入电压与半母线之差时的延时控制时序示意图；

图7是本发明一种实施例开机上电时第四种状态在多路并联时的电路原理示意图；

图8是本发明一种实施例开机上电时第四种状态在多路并联时的延时控制时序示意图；

图9是本发明一种实施例关机时的电路原理图；

图10是本发明一种实施例关机时第一种状态的驱动波形示意图；

图11是本发明一种实施例关机时第一种状态在t₁’时刻的电路原理图；

图12是本发明一种实施例关机时第一种状态在t₂’时刻的电路原理图；

图13是本发明一种实施例关机时第一种状态在t₃’时刻的电路原理图；

图14是本发明一种实施例关机时第一种状态在t₄’时刻的电路原理图；

图15是本发明一种实施例关机时第二种状态的驱动波形示意图；

图16是本发明一种实施例关机时第二种状态在t₁’时刻的电路原理图；

图17是本发明一种实施例关机时第二种状态在t₂’时刻的电路原理图；

图18是本发明一种实施例关机时第二种状态在t₃’时刻的电路原理图；

图19是本发明一种实施例关机时第二种状态在t₄’时刻的电路原理图；

图20是本发明一种实施例关机时第三种状态的驱动波形示意图；

图21是本发明一种实施例关机时第三种状态在t₁’时刻的电路原理图；

图22是本发明一种实施例关机时第三种状态在t₂’时刻的电路原理图；

图23是本发明一种实施例关机时第三种状态在t₃’时刻的电路原理图；

图24是本发明一种实施例关机时第三种状态在t₄’时刻的电路原理图；

图25是本发明一种实施例关机时第四种状态的驱动波形示意图；

图26是本发明一种实施例关机时第四种状态在t₁’时刻的电路原理图；

图27是本发明一种实施例关机时第四种状态在t₂’时刻的电路原理图；

图28是本发明一种实施例关机时第四种状态在t₃’时刻的电路原理图；

图29是本发明一种实施例关机时第四种状态在t₄’时刻的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本例提供一种直流功率变换电路，包括：电源V_i、电感L、第一开关电路1、第二开关电路2、第三开关电路3、第一母线电容C₁和第二母线电容C₂，所述电源V_i通过所述电感L连接至所述第一开关电路1，所述第一开关电路1分别与所述第二开关电路2、第三开关电路3和第一母线电容C₁相连接，所述第三开关电路3分别与所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂相连接，所述第二开关电路2和所述第二母线电容C₂分别与所述电源V_i相连接；其中，在电源V_i刚开始产生电压且所述直流功率变换电路还未启动工作时，电源V_i通过所述电感L、第一开关电路1、第三开关电路3和第二母线电容C₂之间的回路对所述第一开关电路1中的飞跨电容C_f进行充电。

如图1所示，本例所述第三开关电路3包括第三开关模块S₃、第三单向导通器件D₆、电阻R₁和第四单向导通器件D₇，所述第三开关模块S₃的一端和所述第三单向导通器件D₆的正极连接至所述第一开关电路1中的飞跨电容C_f，所述第三单向导通器件D₆的负极通过所述电阻R₁分别连接至所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂，第三开关模块S₃的另一端连接至所述第四单向导通器件D₇的正极，所述第四单向导通器件D₇的负极分别连接至所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂。本例所述的正极，也称正向导通端或正端；所述的负极，也称负向导通端或负端。

在实际应用中，所述第三单向导通器件D₆和电阻R₁的位置可以调换，即所述第三开关电路包括第三开关模块S₃、第三单向导通器件D₆、电阻R₁和第四单向导通器件D₇，所述第三开关模块S₃的一端和所述电阻R₁的一端连接至所述第一开关电路中的飞跨电容C_f，所述电阻R₁的另一端连接至第三单向导通器件D₆的正极，所述第三单向导通器件D₆的负极分别连接至所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂，第三开关模块S₃的另一端连接至所述第四单向导通器件D₇的正极，所述第四单向导通器件D₇的负极分别连接至所述第一母线电容C₁和第二母线电容C₂。

如图1所示，本例第一开关电路1还包括第一开关模块S₁、第一单向导通器件D₄和第二单向导通器件D₅，所述第一开关模块S₁的一端和所述第一单向导通器件D₄的正极通过所述电感L连接至所述电源V_i的正极，所述第一开关模块S₁的另一端连接至所述第四单向导通器件D₇的正极，所述第一单向导通器件D₄的负极分别与所述第二单向导通器件D₅的正极和所述飞跨电容C_f的一端相连接，所述第二单向导通器件D₅的负极连接至所述第一母线电容C₁的一端，所述第一母线电容C₁的另一端连接至所述电阻R₁远离所述第三单向导通器件D₆的一端，所述飞跨电容C_f的另一端连接至所述第三单向导通器件D₆的正极。

如图1所示，本例第二开关电路2还包括第二开关模块S₂，所述第二开关模块S₂的一端连接至所述第一开关模块S₁远离所述电感L的一端，所述第二开关模块S₂的另一端连接至所述电源V_i的负极。

本例所述第一开关模块S₁、所述第二开关模块S₂和第三开关模块S₃中的开关器件包括IGBT晶体管、MOSFET晶体管以及继电器中的任意一种，均为能够实现开通和关断两种状态的可控元件，以及包括但不限于IGBT晶体管、MOSFET晶体管或继电器。

本例还优选包括负载电阻R_load，所述负载电阻R_load的一端与所述第一开关电路和第一母线电容C₁相连接，所述负载电阻R_load的另一端与所述电源V_i相连接。当然，在实际应用中，该处不限于负载电阻R_load，还可以是其他阻性、容性或者感性负载，也可以是后级电路等。

如图1所示，本例所述第一开关模块S₁、所述第二开关模块S₂和第三开关模块S₃中分别反向并联有单向导通器件，所述单向导通器件的正极连接至各自的开关器件的负端，所述单向导通器件的负极连接各自的开关器件的正端。也就是说，所述第一开关模块S₁反向并联有单向导通器件D₁，所述单向导通器件D₁的正极连接至其开关器件(第一开关模块S₁)的负端，所述单向导通器件D₁的负极连接其开关器件(第一开关模块S₁)的正端，所述第二开关模块S₂和第三开关模块S₃也是同样的设计。这样的设计理由在于，所述直流功率变换电路在停止工作后，当输入电压和输出电压均下降到降低水平，甚至下降至零时，可以通过第二开关模块S₂中反并联的单向导通器件D₂、第三开关模块S₃反并联的单向导通器件D₃、飞跨电容C_f以及输出母线形成的回路给飞跨电容C_f放电，避免电路停止工作后飞跨电容C_f电压长时间维持所造成的安全隐患，提供产品的工作稳定性和安全可控性。

本例所述第二开关模块S₂、第四单向导通器件D₇和第二母线电容C₂形成一个回路，使得第二开关模块S₂的电压在任何工作状态下均能够被第二母线电容C₂实现电压钳位，避免由于飞跨电容C_f电压较低并且第二单向导通器件D₅导通而造成第二开关模块S₂的电压应力超标而损坏的问题。

本例当电路停止运行时，所述第一开关模块S₁、所述第二开关模块S₂和第三开关模块S₃均处于关断状态。当电路正常运行时，所述第三开关模块S₃保持开通状态，所述第一开关模块S₁和所述第二开关模块S₂运行在高频开关状态。

本例在电源V_i刚开始产生电压且所述直流功率变换电路还未启动工作时，电源V_i通过所述电感L、第一开关电路1、第三开关电路3和第二母线电容C₂之间的回路对所述第一开关电路1中的飞跨电容C_f进行充电，能够实现在给飞跨电容C_f充电时限制充电电流。

本例所述飞跨电容C_f的容值小于所述第一母线电容C₁或第二母线电容C₂的容值。在开机前的充电过程中，第二母线电容C₂上充入的电荷等于飞跨电容C_f上充入的电荷与第一母线电容C₁充入电荷之和。由于飞跨电容C_f的容值远小于第一母线电容C₁或第二母线电容C₂的容值，因此充电完成后，飞跨电容C_f电压基本等于第一母线电容C₁的电压和第二母线电容C₂的电压，即总母线电压的一半。因此在电路开始正常工作时，当第二开关模块S₂处于导通状态时，第二单向导通器件D₅上承受的电压为一半的母线电压，避免了因为飞跨电容C_f没有预充电而被高压损坏的问题。

因此，本例能够很好地实现限流充电，降低开关器件因为电压应力超过限额而损坏器件的概率，有效提高了产品的工作稳定性以及使用寿命。更为具体的工作过程及原理描述，详见下面的开机上电四种状态和关机四种状态的详细描述。

依据直流电压和母线电压的不同，本例存在四种开机上电状态。

第一种状态为母线侧没有电压，输入端先上电。初始状态V_i＝0，V_bus＝0，直流功率变换电路输入端直流源初始上电，如图2所示，所述直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三单向导通器件D₆、电阻R₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端的回路实现对飞跨电容C_f的充电。第二母线电容C₂上充入的电荷等于飞跨电容C_f上充入的电荷与第一母线电容C₁充入电荷之和。由于飞跨电容C_f的容值远小于第一母线电容C₁或第二母线电容C₂的容值，因此充电完成后，飞跨电容C_f电压基本等于第一母线电容电压C₁和第二母线电容C₂电压，即总母线电压的一半。待飞跨电容C_f电压和母线电压的一半相等或者接近时，闭合第三开关模块S₃。飞跨电容C_f电压和母线电压的一半相等或相近，避免直流电源初始上电时因飞跨电容C_f两端电压为0，直流电源通过电感L、第一单相导通器件D4和飞跨电容Cf通路而直接加载在第二开关模块S₂，导致第二开关模块S2超过半母线应力的情况。所述的电阻R₁能够实现在给飞跨电容C_f充电时限制充电电流；V_bus为母线电压。

图2中，通过加粗的线条来表示输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三单向导通器件D₆、电阻R₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端的回路实现对飞跨电容C_f的充电；本例下面的各种状态的电路原理图(图3至图29中所包括的电路原理图)，均通过采用加粗的线条来表示其电信号的流向指示。

第二种状态出现在有多路直流变换器并联时，当其他某一个或几个直流变换器已经启动，母线电压已经建立；相对应的直流变换器还未启动，此时母线先于直流侧输入侧上电；而当直流侧输入电源上电后，输入电压高于母线电压的情况。初始状态为V_i＝0，V_bus>0，直流功率变换电路上电且Vi>V_bus，如图3所示，所述直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三单向导通器件D₆、电阻R₁、第二母线电容C₂和电源V_i负端的回路实现对飞跨电容C_f的充电。当飞跨电容C_f两端电压V_f等于第一母线电容C₁两端的电压时，如图4所示，所述直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三单向导通器件D₆、电阻R₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端的回路，输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、第二单向导通器件D₅、第一母线电容C₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端的回路，实现对第一母线电容C₁、第二母线电容C₂和飞跨电容C_f充电。直流功率变换电路达到稳态后，闭合第三开关模块S₃，完成上电过程。

第三种状态是多路直流变换器并联时，母线先于直流输入侧上电，直流输入侧上电后，电压小于总母线且高于半母线电压的情况。当多路并联时，V_i＝0，V_bus>0，直流功率变换电路上电且V_bus/2<Vi<V_bus，所述直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三单向导通器件D₆、电阻R₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端的回路实现对飞跨电容C_f的充电，如图5所示。如图6所示，当飞跨电容C_f两端电压V_f等于输入电压Vi与半母线V_bus/2之差时，闭合第一开关模块S₁，延时一段时间保证第一开关模块S₁完全导通后，闭合第二开关模块S₂，延时一段时间后关闭第二开关模块S₂，延时一段时间后关闭第一开关模块S₁，从而给飞跨电容C_f的充电，重复以上步骤，待飞跨电容C_f电压和母线电压的一半相等后，关闭第二开关模块S₂，延时一段时间后关闭第一开关模块S₁，延时一段时间后闭合第三开关模块S₃，完成上电过程。

第四种状态是多路直流变换器并联时，母线先于直流输入侧上电，直流输入侧上电后，电压小于半母线电压的情况，如图7所示。当多路并联时，V_i＝0，V_bus＝V_bus，直流功率变换电路上电且V_i<V_bus/2。闭合第一开关模块S₁，延时一段时间保证第一开关模块S₁完全导通后，闭合第二开关模块S₂，延时一段时间后关闭第二开关模块S₂，延时一段时间后关闭第一开关模块S₁，从而给飞跨电容C_f的充电，重复以上步骤，待飞跨电容C_f电压和母线电压的一半相等后，关闭第二开关模块S₂，延时一段时间后关闭第一开关模块S₁，延时一段时间后闭合第三开关’模块S₃，完成上电过程，如图8所示。

本例在关机时，t₁’时刻母线与输入同时掉电，t₂’时刻飞跨电容C_f两端电压V_f大于整个母线电压V_bus，如图9所示，电流经过飞跨电容C_f正端、第二单向导通器件D₅、第一母线电容C₁、第二母线电容C₂、第二开关模块反向并联有单向导通器件D₂、第三开关模块S₃以及飞跨电容C_f负端，实现飞跨电容C_f放电。t₃’时刻母线电压低于辅助电源关机电压，辅助电源关闭，第三开关模块S₃断开，电流经过飞跨电容C_f正端、第二单向导通器件D₅、第一母线电容C₁、第二母线电容C₂、第二开关模块S₂反向并联的单向导通器件D₂、第三开关模块S₃反向并联的单向导通器件D₃以及飞跨电容C_f负端。t₄电路达到稳态，电压全部为零，完成关机。

基于本例的直流功率变换电路，根据占空比D和飞跨电容C_f与半母线V_bus/2的不同存在以下四种状态。

1、占空比D<0.5，飞跨电容C_f的电压V_f大于半母线V_bus/2

2、占空比D>0.5，飞跨电容C_f的电压V_f大于半母线V_bus/2

3、占空比D<0.5，飞跨电容C_f的电压V_f小于半母线V_bus/2

4、占空比D>0.5，飞跨电容C_f的电压V_f小于半母线V_bus/2

下面对本例中的直流功率变换电路正常工作情况分别进行具体分析。

1、本例在关机时的第一种状态中，当占空比D<0.5，飞跨电容C_f的电压V_f大于半母线V_bus/2时，电感L的电流及第一开关模块S₁和第二开关模块S₂驱动波形如图10所示。T为开关周期，第一开关模块S₁和第二开关模块S₂为相差180度的驱动信号，分别存在t₁’、t₂’、t₃’和t₄’四个工作状态，如图11至图14所示。t₁’时刻导通第一开关模块S₁，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一开关模块S₁、第三开关模块S₃、飞跨电容C_f、第二单向导通器件D₅、第一母线电容C₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端，如图11所示。t₂’时刻关断第一开关模块S₁，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、第二单向导通器件D₅、第一母线电容C₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端，如图12所示。t₃’时刻导通第二开关模块S₂，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三开关模块S₃、第二开关模块S₂以及电源V_i负端，如图13所示。t₄’时刻关断第二开关模块S₂，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、第二单向导通器件D₅、第一母线电容C₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端，如图14所示。

2、本例在关机时的第二种状态中，当占空比D>0.5，飞跨电容C_f的电压V_f大于半母线V_bus/2时电感L的电流及第一开关模块S₁、第二开关模块S₂驱动波形如图15所示。T为开关周期，第一开关模块S₁和第二开关模块S₂为相差180度的驱动信号，分别存在t₁’、t₂’、t₃’和t₄’四个工作状态，如图16至图19所示。t₁’时刻导通第一开关模块S₁，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一开关模块S₁、第二开关模块S₂以及电源V_i负端，如图16所示。t₂’时刻关断第二开关模块S₂，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一开关模块S₁、第三开关模块S₃、飞跨电容C_f、第二单向导通器件D₅、第一母线电容C₁、第二母线电容C₂以及电源V_i负端，如图17所示。t₃’时刻导通第二开关模块S₂，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一开关模块S₁、第二开关模块S₂以及电源V_i负端，如图18所示。t₄’时刻关断第一开关模块S₁，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三开关模块S₃、第二开关模块S₂以及电源V_i负端，如图19所示。

3、本例在关机时的第三种状态中，当占空比D<0.5，飞跨电容C_f的电压V_f小于半母线V_bus/2时电感L的电流及第一开关模块S₁、第二开关模块S₂驱动波形如图20所示。T为开关周期，第一开关模块S₁和第二开关模块S₂为相差180度的驱动信号，分别存在t₁’、t₂’、t₃’和t₄’四个工作状态，如图21至图24所示。t₁’时刻导通第一开关模块S₁，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一开关模块S₁、第四单向导通器件D₇、第二母线电容C₂以及电源V_i负端，如图21所示。t₂’时刻关断第一开关模块S₁，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三开关模块S₃、第四单向导通器件D₇、第二母线电容C₂以及电源V_i负端，如图22所示。t₃’时刻导通第二开关模块S₂，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三开关模块S₃、第二开关模块S₂以及电源V_i负端，如图23所示。t₄’时刻关断第二开关模块S₂，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三开关模块S₃、第四单向导通器件D₇、第二母线电容C₂和电源V_i负端，如图24所示。

4、本例在关机时的第四种状态中，当占空比D>0.5，飞跨电容C_f的电压V_f小于半母线V_bus/2时电感L的电流及第一开关模块S₁、第二开关模块S₂驱动波形如图25所示。T为开关周期，第一开关模块S₁和第二开关模块S₂为相差180度的驱动信号，分别存在t₁’、t₂’、t₃’和t₄’四个工作状态，如图所25至图29所示。t₁’时刻导通第一开关模块S₁，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一开关模块S₁、第二开关模块S₂以及电源V_i负端，如图26所示。t₂’时刻关断第二开关模块S₂，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一开关模块S₁、第四单向导通器件D₇、第二母线电容C₂以及电源V_i负端，如图27所示。t₃’时刻导通第二开关模块S₂，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一开关模块S₁、第二开关模块S₂以及电源V_i负端，如图28所示。t₄’时刻关断第一开关模块S₁，直流功率变换电路输出电流经电源V_i正端、所述电感L、第一单向导通器件D₄、飞跨电容C_f、第三开关模块S₃、第二开关模块S₂以及电源V_i负端，如图29所示。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种直流功率变换电路，其特征在于，包括：电源V _i、电感L、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第一母线电容C ₁和第二母线电容C ₂，所述电源V _i通过所述电感L连接至所述第一开关电路，所述第一开关电路分别与所述第二开关电路、第三开关电路和第一母线电容C ₁相连接，所述第三开关电路分别与所述第一母线电容C ₁和第二母线电容C ₂相连接，所述第二开关电路和所述第二母线电容C ₂分别与所述电源V _i相连接；其中，在电源V _i刚开始产生电压且所述直流功率变换电路还未启动工作时，电源V _i通过所述电感L、第一开关电路、第三开关电路和第二母线电容C ₂之间的回路对所述第一开关电路中的飞跨电容C _f进行充电；

所述第三开关电路包括第三开关模块S ₃、第三单向导通器件D ₆、电阻R ₁和第四单向导通器件D ₇，所述第三开关模块S ₃的一端和所述第三单向导通器件D ₆的正极连接至所述第一开关电路中的飞跨电容C _f，所述第三单向导通器件D ₆的负极通过所述电阻R ₁分别连接至所述第一母线电容C ₁和第二母线电容C ₂，第三开关模块S ₃的另一端连接至所述第四单向导通器件D ₇的正极，所述第四单向导通器件D ₇的负极分别连接至所述第一母线电容C ₁和第二母线电容C ₂；

所述第一开关电路还包括第一开关模块S ₁、第一单向导通器件D ₄和第二单向导通器件D ₅，所述第一开关模块S ₁的一端和所述第一单向导通器件D ₄的正极通过所述电感L连接至所述电源V _i的正极，所述第一开关模块S ₁的另一端连接至所述第四单向导通器件D ₇的正极，所述第一单向导通器件D ₄的负极分别与所述第二单向导通器件D ₅的正极和所述飞跨电容C _f的一端相连接，所述第二单向导通器件D ₅的负极连接至所述第一母线电容C ₁的一端，所述第一母线电容C ₁的另一端连接至所述电阻R ₁远离所述第三单向导通器件D ₆的一端，所述飞跨电容C _f的另一端连接至所述第三单向导通器件D ₆的正极；

所述第二开关电路还包括第二开关模块S ₂，所述第二开关模块S ₂的一端连接至所述第一开关模块S ₁远离所述电感L的一端，所述第二开关模块S ₂的另一端连接至所述电源V _i的负极。

2.根据权利要求1所述的直流功率变换电路，其特征在于，所述第一开关模块S ₁、所述第二开关模块S ₂和第三开关模块S ₃中的开关器件包括IGBT晶体管、MOSFET晶体管以及继电器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的直流功率变换电路，其特征在于，所述第一开关模块S ₁、所述第二开关模块S ₂和第三开关模块S ₃中分别反向并联有单向导通器件，所述单向导通器件的正极连接至各自的开关器件的负端，所述单向导通器件的负极连接各自的开关器件的正端。

4.根据权利要求3所述的直流功率变换电路，其特征在于，所述第二开关模块S ₂、第四单向导通器件D ₇和第二母线电容C ₂形成一个回路，使得第二开关模块S ₂的电压在任何工作状态下均能够被第二母线电容C ₂实现电压钳位。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的直流功率变换电路，其特征在于，当电路停止运行时，所述第一开关模块S ₁、所述第二开关模块S ₂和第三开关模块S ₃均处于关断状态；当电路正常运行时，所述第三开关模块S ₃保持开通状态，所述第一开关模块S ₁和所述第二开关模块S ₂运行在高频开关状态。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的直流功率变换电路，其特征在于，所述飞跨电容C _f的容值小于所述第一母线电容C ₁或第二母线电容C ₂的容值。

7.根据权利要求1所述的直流功率变换电路，其特征在于，所述第三开关电路包括第三开关模块S ₃、第三单向导通器件D ₆、电阻R ₁和第四单向导通器件D ₇，所述第三开关模块S ₃的一端和所述电阻R ₁的一端连接至所述第一开关电路中的飞跨电容C _f，所述电阻R ₁的另一端连接至第三单向导通器件D ₆的正极，所述第三单向导通器件D ₆的负极分别连接至所述第一母线电容C ₁和第二母线电容C ₂，第三开关模块S ₃的另一端连接至所述第四单向导通器件D ₇的正极，所述第四单向导通器件D ₇的负极分别连接至所述第一母线电容C ₁和第二母线电容C ₂。