CN111600490A - 一种应用于电力电子变压器的dab辅助回路及控制时序 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，该辅助回路包括四个依次连接的IGBT管，四个IGBT管上均反并联二极管，四个IGBT管上均并联MOS管，所述四个IGBT管构成H桥，H桥两个半桥结构的中点连接电容及高频隔离变压器，电容与高频隔离变压器的漏感构成串联谐振电路。谐振电流降至一定值后，将已开通的IGBT管的并联MOS管开通，MOS管完全开通后，关断IGBT管，MOS管电流降至较小值后，关断MOS管。本发明应用于电力电子变压器，解决现有技术中H桥电路桥臂切换中的电流尖刺带来IGBT损耗的问题。

Description

一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序
技术领域
本发明属于电力系统领域，特别涉及一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序。
背景技术
电力电子变压器通常采用模块化级联拓扑，该拓扑变换级数较多，所以对每一级的功率密度要求较高。在基于H桥的SRC-DAB电路中，由于串联谐振的使用，在前一桥臂关断过程中，谐振电流降至较低水平，但IGBT管存在拖尾电流，关断过程为小电流关断，产生关断损耗。另外，IGBT运行中存在电荷贮存效应，后一桥臂开通过程时存在很高的电流尖刺，从而产生很大的开通损耗。因此，亟需一种基于H桥的、能够降低桥臂切换过程中损耗的新型DAB电路拓扑来解决上述问题。
发明内容
为解决H桥电路桥臂切换中的电流尖刺带来IGBT损耗的问题，本发明提供了一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序。
本发明的技术方案是：一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，包括IGBT管，二极管，MOS管，其中，IGBT管包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管，四个IGBT管依次连接，第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管上分别反并联有第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管上分别并联第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管，第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管构成H桥，H桥包括两个半桥结构，两个半桥结构的中点连接电容及高频隔离变压器，电容与高频隔离变压器的漏感构成串联谐振电路，IGBT管在谐振电流降至一定值后，开通该IGBT管的并联MOS管，MOS管完全开通后，关断IGBT管，MOS管电流降至较小值后，关断MOS管。
优选地，所述四个IGBT管包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管，第一IGBT管的发射级与第二IGBT管的集电极相连，第三IGBT管的发射极和第四IGBT管的集电极相连，所述第一IGBT管的集电极与第三IGBT管的集电极之间，第二IGBT管的发射极与第四IGBT管的发射极之间均通过H桥直流母线相连。
优选地，所述第一IGBT管上反并联有第一二极管，第一二极管的负极与第一IGBT管的集电极相连，第一二极管的正极与第一IGBT的发射极相连；所述第二IGBT管上反并联有第二二极管，第二二极管的正极与第二IGBT管的发射级相连，第二二极管的负极与第二IGBT管的集电极相连；所述第三IGBT管上反并联有第三二极管，第三二极管的正极与第三IGBT管的发射级相连，第三二极管的负极与第三IGBT管的集电极相连；所述第四IGBT管上反并联有第四二极管，第四二极管的正极与第四IGBT管的发射级相连，第四二极管的负极与第四IGBT管的集电极相连。
优选地，IGBT管上均并联MOS管，所述第一IGBT管上并联有第一MOS管，第一MOS管的漏极与第一IGBT管的集电极相连，第一MOS管的源极与第一IGBT的发射极相连；所述第二IGBT管上并联有第二MOS管，第二MOS管的源极与第二IGBT管的发射级相连，第二MOS管的漏极与第二IGBT管的集电极相连；所述第三IGBT管上并联有第三MOS管，第三MOS管的源极与第三IGBT管的发射级相连，第三MOS管的漏极与第三IGBT管的集电极相连；所述第四IGBT管上并联有第四MOS管，第四MOS管的源极与第四IGBT管的发射级相连，第四MOS管的漏极与第四IGBT管的集电极相连。
优选地，所述高频隔离变压器存在漏感，所述漏感与所述电容构成串联谐振电路，电容一端连接至第一IGBT管的发射极和第二IGBT管的集电极之间，另一端连接至高频隔离变压器原边一端，高频隔离变压器原边另一端连接至第三IGBT管的发射极和第四IGBT管的集电极之间。
优选地，IGBT管在谐振电流降至一定值后，开通该IGBT管的并联MOS管，所以使用额定电流更低的MOS管；MOS管完全开通后，关断IGBT管，该IGBT管实现零电压关断，无关断损耗；MOS管电流降至较小值后，关断MOS管，此时MOS管为小电流关断，其关断损耗较低；由于该H桥连接高频隔离变压器，流经变压器的电流不能突变，MOS管关断后须通过待开通的IGBT管的反并联二极管续流，从而使待开通的IGBT管两端的电压降至零，在下一开关周期实现零电压开通，降低开通损耗。
本发明的有益效果是：提供一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，电容与高频隔离变压器的漏感构成串联谐振电路，IGBT管在谐振电流降至一定值后，开通该IGBT管的并联MOS管，所以可以使用额定电流更低的MOS管。MOS管完全开通后，关断IGBT管，该IGBT管为零电压关断，无关断损耗。MOS管电流降至较小值后，关断MOS管，此时MOS管为小电流关断，其关断损耗较低。H桥连接高频隔离变压器，流经变压器的电流不能突变，MOS管关断后须通过待开通的IGBT管的反并联二极管续流，从而使待开通的IGBT管两端的电压降至零，在下一开关周期实现零电压开通，降低开通损耗。
附图说明
图1是电力电子变压器的一种拓扑图；
图2是电力电子变压器的子模组拓扑图；
图3是本发明的电力电子变压器的子模组拓扑图；
图4是本发明的电力电子变压器的子模组IGBT管、MOS管驱动开关时序图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
目前电力电子变压器通常采用模块化级联拓扑，图1为电力电子变压器的一种典型拓扑，图2是电力电子变压器的子模组拓扑，作用为将工频交流变换为直流。
一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路，包括四个依次连接的IGBT管，参见图3，四个IGBT管包括第一IGBT管VT1、第二IGBT管VT2、第三IGBT管VT3和第四IGBT管VT4，第一IGBT管VT1的发射级与第二IGBT管VT2的集电极相连，第三IGBT管VT3的发射极和第四IGBT管VT4的集电极相连，第一IGBT管VT1的集电极与第三IGBT管VT3的集电极之间，第二IGBT管VT2的发射极与第四IGBT管VT4的发射极之间均通过H桥直流母线相连。
第一IGBT管VT1上反并联有第一二极管D1，第一二极管D1的负极与第一IGBT管VT1的集电极相连，第一二极管D1的正极与第一IGBT管VT1的发射极相连；所述第二IGBT管VT2上反并联有第二二极管D2，第二二极管D2的正极与第二IGBT管VT2的发射级相连，第二二极管D2的负极与第二IGBT管VT2的集电极相连；所述第三IGBT管VT3上反并联有第三二极管D3，第三二极管D3的正极与第三IGBT管VT3的发射级相连，第三二极管D3的负极与第三IGBT管VT3的集电极相连；所述第四IGBT管VT4上反并联有第四二极管D4，第四二极管D4的正极与第四IGBT管VT4的发射级相连，第四二极管D4的负极与第四IGBT管VT4的集电极相连。
第一IGBT管VT1上并联有第一MOS管VT5，第一MOS管VT5的漏极与第一IGBT管VT1的集电极相连，第一MOS管VT5的源极与第一IGBT管VT1的发射极相连；所述第二IGBT管VT2上并联有第二MOS管VT6，第二MOS管VT6的源极与第二IGBT管VT2的发射级相连，第二MOS管VT6的漏极与第二IGBT管VT2的集电极相连；所述第三IGBT管VT3上并联有第三MOS管VT7，第三MOS管VT7的源极与第三IGBT管VT3的发射级相连，第三MOS管VT7的漏极与第三IGBT管VT3的集电极相连；所述第四IGBT管VT4上并联有第四MOS管VT8，第四MOS管VT8的源极与第四IGBT管VT4的发射级相连，第四MOS管VT8的漏极与第四IGBT管VT4的集电极相连。
高频隔离变压器存在漏感，所述漏感与所述电容构成串联谐振电路，电容一端连接至第一IGBT管VT1的发射极和第二IGBT管VT2的集电极之间，另一端连接至高频隔离变压器原边一端，高频隔离变压器原边另一端连接至第三IGBT管VT3的发射极和第四IGBT管VT4的集电极之间。电容与高频隔离变压器的漏感构成串联谐振电路，谐振频率高于H桥IGBT的控制频率。
一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路控制时序，开通时序如图4所示。假设初始状态为第一IGBT管VT1和第四IGBT管VT4开通，在t1时刻在谐振电流降至一定值后，开通第一IGBT管VT1的并联MOS管VT5和第四IGBT管VT4的并联MOS管VT8，此时电流较低，所以可以使用额定电流更低的MOS管。在t2时刻MOS管VT4、VT8完全开通后，关断第一IGBT管VT1和第四IGBT管VT4，IGBT管VT1、VT4为零电压关断，无关断损耗。在t3时刻MOS管VT5、VT8电流降至较小值后，关断MOS管VT5、VT8，此时MOS管为小电流关断，其关断损耗较低。由于该H桥连接高频隔离变压器，流经变压器的电流不能突变，MOS管VT5、VT8关断后须通过待开通的IGBT管VT2、VT3的反并联二极管D2、D3续流，从而使待IGBT管VT2、VT3两端的电压降至零，在t4时刻开通IGBT管VT2、VT3，实现零电压开通，降低开通损耗。t5、t6、t7、t8时刻开关管动作时序与t1、t2、t3、t4时刻同理，从而完成一个开关周期的动作。
上述实施方式中，采用的是电力电子变压器的一种典型拓扑，作为其他实施方式，也可以采用涵盖H桥采用模块化结构的其他电力电子变压器拓扑。
上述实施方式中，本发明的辅助回路及控制时序应用到电力电子技术领域，作为其他实施方式，也可以应用到交直流配电网、电力系统领域。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在与上述基本方案，对本领域技术人员而言，根据本发明的指导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，其特征在于，包括IGBT管，二极管，MOS管，其中，IGBT管包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管，四个IGBT管依次连接，第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管上分别反并联有第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管上分别并联第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管，第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管构成H桥，H桥包括两个半桥结构，两个半桥结构的中点连接电容及高频隔离变压器，电容与高频隔离变压器的漏感构成串联谐振电路，IGBT管在谐振电流降至一定值后，开通该IGBT管的并联MOS管，MOS管完全开通后，关断IGBT管，MOS管电流降至较小值后，关断MOS管。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，其特征在于，所述四个IGBT管包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管，第一IGBT管的发射级与第二IGBT管的集电极相连，第三IGBT管的发射极和第四IGBT管的集电极相连，所述第一IGBT管的集电极与第三IGBT管的集电极之间，第二IGBT管的发射极与第四IGBT管的发射极之间均通过H桥直流母线相连。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，其特征在于，所述第一IGBT管上反并联有第一二极管，第一二极管的负极与第一IGBT管的集电极相连，第一二极管的正极与第一IGBT的发射极相连；所述第二IGBT管上反并联有第二二极管，第二二极管的正极与第二IGBT管的发射级相连，第二二极管的负极与第二IGBT管的集电极相连；所述第三IGBT管上反并联有第三二极管，第三二极管的正极与第三IGBT管的发射级相连，第三二极管的负极与第三IGBT管的集电极相连；所述第四IGBT管上反并联有第四二极管，第四二极管的正极与第四IGBT管的发射级相连，第四二极管的负极与第四IGBT管的集电极相连。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，其特征在于，IGBT管上均并联MOS管，所述第一IGBT管上并联有第一MOS管，第一MOS管的漏极与第一IGBT管的集电极相连，第一MOS管的源极与第一IGBT的发射极相连；所述第二IGBT管上并联有第二MOS管，第二MOS管的源极与第二IGBT管的发射级相连，第二MOS管的漏极与第二IGBT管的集电极相连；所述第三IGBT管上并联有第三MOS管，第三MOS管的源极与第三IGBT管的发射级相连，第三MOS管的漏极与第三IGBT管的集电极相连；所述第四IGBT管上并联有第四MOS管，第四MOS管的源极与第四IGBT管的发射级相连，第四MOS管的漏极与第四IGBT管的集电极相连。
5.根据权利要求2所述的一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，其特征在于，所述高频隔离变压器存在漏感，所述漏感与所述电容构成串联谐振电路，电容一端连接至第一IGBT管的发射极和第二IGBT管的集电极之间，另一端连接至高频隔离变压器原边一端，高频隔离变压器原边另一端连接至第三IGBT管的发射极和第四IGBT管的集电极之间。
6.根据权利要求5所述的一种应用于电力电子变压器的DAB辅助回路及控制时序，其特征在于，IGBT管在谐振电流降至一定值后，开通该IGBT管的并联MOS管，所以使用额定电流更低的MOS管；MOS管完全开通后，关断IGBT管，该IGBT管实现零电压关断，无关断损耗；MOS管电流降至较小值后，关断MOS管，此时MOS管为小电流关断，其关断损耗较低；由于该H桥连接高频隔离变压器，流经变压器的电流不能突变，MOS管关断后须通过待开通的IGBT管的反并联二极管续流，从而使待开通的IGBT管两端的电压降至零，在下一开关周期实现零电压开通，降低开通损耗。
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