CN111614273A - 用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置及变换器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置及变换器，包括：隔离单元、整流单元和吸收耗能单元，隔离单元用于将高频母线中的高频振荡信号进行隔离，隔离单元的第一端与换流器共高频母线电连接，隔离单元的第二端与整流单元的输入端电连接，整流单元用于将高频振荡信号的交流电压转换为直流电压，整流单元的输出端与吸收耗能单元的输入端电连接，吸收耗能单元用于对电压信号进行吸收。隔离单元将高频母线中的高频振荡信号进行隔离，通过整流单元将交流转换为直流，高频振荡或电压过冲幅值超过方波电压部分被吸收耗能单元吸收，从而实现抑制高频振荡与电压过冲。避免抑制装置故障影响主设备运行，提高可靠性。

Description

用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置及变换器
技术领域
本申请涉及变换器技术领域，具体涉及一种用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置及变换器。
背景技术
变换器，是将信源发出的信息按一定的目的进行变换，接入市电以后可以调节其输出电压，也起到稳压的作用。矩阵式变换器是一种新型的交-交电源变换器。和传统的变换器相比，它具有如下优点:不需要中间直流储能环节；能够四象限运行；具有优良的输入电流波形和输出电压波形；可自由控制的功率因数。矩阵式变换器已成为电力电子技术研究的热点之一，并有着广泛的应用前景。
随着电力电子技术的发展，变换器朝着高频化、高频化、集成化、模块化的方向发展，除了应满足基本的高稳定、高可靠、良好的高频隔离等特点外，还应满足结构简单轻巧，成本经济等要求。高频交流母线作为变换器的母线类型，结构简单，功率传输级数小，能够有效提高整个系统的可靠性和效率。由于并联型结构可方便在二次侧实现负载变换器数量的减少变换器的级数简化电路的拓扑，就从根本上提高了效率。
但是由于变压器漏感和主功率电路寄生参数影响，使的开关管在开通关断的时刻产生一个幅值很高的高频振荡电压尖峰，严重时会损坏开关管，导致变换器故障停运。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，包括：隔离单元、整流单元和吸收耗能单元，所述隔离单元用于将高频母线中的高频振荡信号进行隔离，所述隔离单元的第一端与换流器共高频母线电连接，所述隔离单元的第二端与所述整流单元的输入端电连接，所述整流单元用于将所述高频振荡信号的交流电压转换为直流电压，所述整流单元的输出端与所述吸收耗能单元的输入端电连接，所述吸收耗能单元用于对电压信号进行吸收。
采用上述实现方式，隔离单元将高频母线中的高频振荡信号进行隔离，通过整流单元将交流转换为直流，高频振荡或电压过冲幅值超过方波电压部分被吸收耗能单元吸收，从而实现抑制高频振荡与电压过冲。避免抑制装置故障影响主设备运行，提高可靠性。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述隔离单元包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边侧与换流器共高频母线电连接，所述隔离变压器的副边侧与所述整流单元的输入端电连接。隔离变压器的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。用隔离变压器使二次对地悬浮，只能用在供电范围较小、线路较短的场合。此时，系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害。还有一个很重要的作用就是保护人身安全，隔离危险电压。
结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述共高频母线包括火线和零线，所述隔离变压器的原边侧包括第一火线端和第一零线端，所述第一火线端与所述火线电连接，所述第一零线端与所述零线电连接，所述隔离变压器的副边侧包括第二火线端和第二零线端，所述第二火线端与所述第二零线端分别与所述整流单元的输入端电连接。
结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述整流单元包括二极管全桥整流电路，所述二极管全桥整流电路包括第一信号输入端和第二信号输入端，所述第一信号输入端与所述第二火线端电连接，所述第二信号输入端与所述第二零线端电连接。二极管全桥整流电路通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电。
结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述二极管全桥整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一信号输入端分别与所述第一二极管的负极和所述第二二极管的正极电连接，所述第一二极管的正极与所述二极管全桥整流电路的第一信号输出端电连接，所述第二二极管的负极与所述二极管全桥整流电路的第二信号输出端电连接；所述第二信号输入端分别与所述第三二极管的负极和所述第四二极管的正极电连接，所述第三二极管的正极与所述二极管全桥整流电路的第一信号输出端电连接，所述第四二极管的负极与所述二极管全桥整流电路的第二信号输出端电连接。
结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述吸收耗能单元包括耗能电容和电阻，所述耗能电容与所述电阻并联连接组成RC电路，所述RC电路的输入端分别与所述第一信号输出端和所述第二信号输出端电连接，所述电阻用于给所述耗能电容进行充电。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感)，所以与耗能电容和电阻可起阻尼作用。
结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述电阻为非线性电阻。非线性电阻"：即会变化的电阻，非线性是指电阻在某些条件下，阻值会发生急剧的变化，比如电视机的消磁电阻，所得的伏安特性线不是直线。
结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述隔离变压器为高频隔离变压器，所述高频隔离变压器铁芯为纳米晶或者铁氧体材质的铁芯。隔离变压器的漏感、励磁电感等参数需要根据方波电压、高频振荡电压频率设计，且需要与吸收耗能单元中的电容元件参数配合。
结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述二极管全桥整流电路中的二极管为面接触型二极管。面接触型二极管的PN结面积较大，允许通过较大的电流(几安到几十安)。
结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第九种可能的实现方式中，所述耗能电容的电容值根据高频母线变换器的低频点确定。RC并联电路，是将较高频的电压旁路掉，因为耗能电容的值XC＝1/2πfc，fc较大时，XC较小，相对于短路。因而耗能电容的值XC是参照高频母线变换器的低频点数值来确定，对于电源的滤波电路，耗能电容的值越大越好。
第二方面，本申请实施例提供了一种变换器，所述变换器包括第一方面或第一方面任一可能实现方式的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的隔离单元的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的整流单元的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的吸收耗能单元的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的变换器的示意图；
图1-5中，符号表示为：
T-隔离变压器，L-火线，N-零线，L1-第一火线端，N1-第一零线端，L2-第二火线端，N2-第二零线端，D1-第一二极管，D2-第二二极管，D3-第三二极管，D4-第四二极管，C-耗能电容，R-电阻。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
图1为本申请实施例提供的一种用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置的结构示意图，参见图1，本实施例中的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置包括：隔离单元、整流单元和吸收耗能单元，所述隔离单元用于将高频母线中的高频振荡信号进行隔离，所述隔离单元的第一端与换流器共高频母线电连接，所述隔离单元的第二端与所述整流单元的输入端电连接，所述整流单元用于将所述高频振荡信号的交流电压转换为直流电压，所述整流单元的输出端与所述吸收耗能单元的输入端电连接，所述吸收耗能单元用于对电压信号进行吸收。
如图2所示，所述隔离单元包括隔离变压器T，所述隔离变压器T的原边侧与换流器共高频母线电连接，所述隔离变压器T的副边侧与所述整流单元的输入端电连接。隔离变压器T的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。用隔离变压器T使二次对地悬浮，只能用在供电范围较小、线路较短的场合。此时，系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害。还有一个很重要的作用就是保护人身安全，隔离危险电压。
所述隔离变压器T为高频隔离变压器T，所述高频隔离变压器T铁芯为纳米晶或者铁氧体材质的铁芯。隔离变压器T的漏感、励磁电感等参数需要根据方波电压、高频振荡电压频率设计，且需要与吸收耗能单元中的电容元件参数配合。
图1所示，所述共高频母线包括火线L和零线N，所述隔离变压器T的原边侧包括第一火线端L1和第一零线端N1，所述第一火线端L1与所述火线L电连接，所述第一零线端N1与所述零线N电连接，所述隔离变压器T的副边侧包括第二火线端L2和第二零线端N2，所述第二火线端L2与所述第二零线端N2分别与所述整流单元的输入端电连接。
所述整流单元包括二极管全桥整流电路，所述二极管全桥整流电路包括第一信号输入端和第二信号输入端，所述第一信号输入端与所述第二火线端L2电连接，所述第二信号输入端与所述第二零线端N2电连接。二极管全桥整流电路通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电。
参见图2，所述二极管全桥整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一信号输入端分别与所述第一二极管D1的负极和所述第二二极管D2的正极电连接，所述第一二极管D1的正极与所述二极管全桥整流电路的第一信号输出端电连接，所述第二二极管D2的负极与所述二极管全桥整流电路的第二信号输出端电连接；所述第二信号输入端分别与所述第三二极管D3的负极和所述第四二极管D4的正极电连接，所述第三二极管D3的正极与所述二极管全桥整流电路的第一信号输出端电连接，所述第四二极管D4的负极与所述二极管全桥整流电路的第二信号输出端电连接。所述二极管全桥整流电路中的二极管为面接触型二极管。面接触型二极管的PN结面积较大，允许通过较大的电流(几安到几十安)。
结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述吸收耗能单元包括耗能电容C和电阻R，所述耗能电容C与所述电阻R并联连接组成RC电路，所述RC电路的输入端分别与所述第一信号输出端和所述第二信号输出端电连接，所述电阻R用于给所述耗能电容C进行充电。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感)，所以与耗能电容C和电阻R可起阻尼作用。
所述电阻R为非线性电阻。非线性电阻即会变化的电阻，非线性是指电阻R在某些条件下，阻值会发生急剧的变化，比如电视机的消磁电阻，所得的伏安特性线不是直线。
所述耗能电容C的电容值根据高频母线变换器的低频点确定。RC并联电路，是将较高频的电压旁路掉，因为耗能电容C的值XC＝1/2πfc，fc较大时，XC较小，相对于短路。因而耗能电容C的值XC是参照高频母线变换器的低频点数值来确定，对于电源的滤波电路，耗能电容C的值越大越好。
由上述实施例可知，本实施例中隔离单元将高频母线中的高频振荡信号进行隔离，通过整流单元将交流转换为直流，使高频方波电流不会流过耗能电容C，只给耗能电容C充电，稳定电压，减小损耗。高频振荡或电压过冲幅值超过方波电压部分被吸收耗能单元吸收，被耗能电容C吸收，从而实现抑制高频振荡与电压过冲，从而实现抑制高频振荡与电压过冲。电阻R对电容放电，使电容电压维持在接近方波电压幅值的水平。
本申请还提供了一种变换器，具体地为一种共高频母线变换器，参见图5，所述变换器包括上述实施例提供的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置。
将所述变换器连接到高频交流母线上，当开关管在开通关断的时刻产生高频振荡电压时，实现对高频振荡的抑制，保护变换器不受损坏。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，包括：隔离单元、整流单元和吸收耗能单元，所述隔离单元用于将高频母线中的高频振荡信号进行隔离，所述隔离单元的第一端与换流器共高频母线电连接，所述隔离单元的第二端与所述整流单元的输入端电连接，所述整流单元用于将所述高频振荡信号的交流电压转换为直流电压，所述整流单元的输出端与所述吸收耗能单元的输入端电连接，所述吸收耗能单元用于对电压信号进行吸收。
2.根据权利要求1所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，所述隔离单元包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边侧与换流器共高频母线电连接，所述隔离变压器的副边侧与所述整流单元的输入端电连接。
3.根据权利要求2所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，所述共高频母线包括火线和零线，所述隔离变压器的原边侧包括第一火线端和第一零线端，所述第一火线端与所述火线电连接，所述第一零线端与所述零线电连接，所述隔离变压器的副边侧包括第二火线端和第二零线端，所述第二火线端与所述第二零线端分别与所述整流单元的输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，所述整流单元包括二极管全桥整流电路，所述二极管全桥整流电路包括第一信号输入端和第二信号输入端，所述第一信号输入端与所述第二火线端电连接，所述第二信号输入端与所述第二零线端电连接。
5.根据权利要求4所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，所述二极管全桥整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一信号输入端分别与所述第一二极管的负极和所述第二二极管的正极电连接，所述第一二极管的正极与所述二极管全桥整流电路的第一信号输出端电连接，所述第二二极管的负极与所述二极管全桥整流电路的第二信号输出端电连接；所述第二信号输入端分别与所述第三二极管的负极和所述第四二极管的正极电连接，所述第三二极管的正极与所述二极管全桥整流电路的第一信号输出端电连接，所述第四二极管的负极与所述二极管全桥整流电路的第二信号输出端电连接。
6.根据权利要求5所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，所述吸收耗能单元包括耗能电容和电阻，所述耗能电容与所述电阻并联连接组成RC电路，所述RC电路的输入端分别与所述第一信号输出端和所述第二信号输出端电连接，所述电阻用于给所述耗能电容进行充电。
7.根据权利要求6所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，所述电阻为非线性电阻。
8.根据权利要求2所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，所述隔离变压器为高频隔离变压器，所述高频隔离变压器铁芯为纳米晶或者铁氧体材质的铁芯。
9.根据权利要求5所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置，其特征在于，所述二极管全桥整流电路中的二极管为面接触型二极管。
10.一种变换器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的用于共高频母线变换器中抑制高频振荡的装置。
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