CN111740630A - 一种高压大功率变换器模块及其控制方法 - Google Patents

一种高压大功率变换器模块及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111740630A
CN111740630A CN202010647692.4A CN202010647692A CN111740630A CN 111740630 A CN111740630 A CN 111740630A CN 202010647692 A CN202010647692 A CN 202010647692A CN 111740630 A CN111740630 A CN 111740630A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
switch tube
power switch
voltage
converter module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010647692.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111740630B (zh
Inventor
陈金业
王勇
王力崇
王娜
郭小强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HEBEI SHENKE ELECTRIC POWER CO.,LTD.
HEBEI SHENKE ELECTRONICS Co.,Ltd.
Hebei Shenke Intelligent Manufacturing Co.,Ltd.
Hebei Shenke magnetic materials Co.,Ltd.
Hebei Shenke mould Co.,Ltd.
Shenke Technology Group Co.,Ltd.
Original Assignee
Hebei Shenke Electric Power Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei Shenke Electric Power Co ltd filed Critical Hebei Shenke Electric Power Co ltd
Priority to CN202010647692.4A priority Critical patent/CN111740630B/zh
Publication of CN111740630A publication Critical patent/CN111740630A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111740630B publication Critical patent/CN111740630B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高压大功率变换器模块及其控制方法，包括依次串联的第一功率开关管、第二功率开关管、第一功率二极管、第三功率开关管、第四功率开关管；第一电容与第二功率开关管、第一功率二极管、第三功率开关管并联，第一电感和第二电感分别串联在第一功率二极管两端；第一功率开关管的另一端为所述高压大功率变换器模块的第一端；第四功率开关管的另一端为所述高压大功率变换器模块的第二端；第一电感与所述第二电感的连接点为所述高压大功率变换器模块的第三端。本发明不仅为电感电流续流减小纹波，同时防止桥臂直通，系统可靠性提高的同时避免了功率开关管驱动信号死区时间对系统输出波形的影响。在高压大功率场合，实现电容最小。

Description

一种高压大功率变换器模块及其控制方法
技术领域
本发明涉及变换器领域，特别涉及一种高压大功率变换器模块及其控制方法。
背景技术
高压大功率电力电子装置的实现主要通过两种手段实现：一是通过开关器件的串并联增大开关器件的耐压和耐流，并且通过加入钳位二极管或者飞跨电容即可实现输出电压为多电平，或者直接采用高压器件；二是通过变换器单元的级联或并联实现大功率多电平的输出。目前有许多应用在中高压场合的功率变换器拓扑结构被提出，其中
Figure BDA0002573688240000011
Rodriguez等人在IEEE Transactions on Industrial Electronics上发表的文章Multilevel Voltage-Source-Converter Topologies for Industrial Medium-VoltageDrives中介绍了大功率电压源逆变器和最常用的多电平逆变器拓扑，包括中性点钳位拓扑，级联H桥和飞跨电容变换器，并回顾了相关的调制方法。Mehdi Narimani教授等人在IEEE Transactions on Industrial Electronics和IEEE Transactions on PowerElectronics上发表了多篇有关应用于中高压场合的多电平变换器的文章，其中A NewNested Neutral Point-Clamped(NNPC)Converter for Medium-Voltage(MV)PowerConversion和A Novel Five-Level Voltage Source Inverter With Sinusoidal PulseWidth Modulator for Medium-Voltage Applications分别提出一种四电平和一种五电平的变换器，输出电压谐波含量减少，电压工作范围宽。文章A New Five-Level T-TypeNested Neutral Point Clamped(T-NNPC)Converter中提出的五电平变换器拓扑从电路结构来看，相比其他五电平拓扑，元器件数量减少，有效减低成本。A New Seven-LevelTopology for High-Power Medium-Voltage Application中提出的七电平拓扑，在减少器件数量的同时还提出能够平衡飞跨电容电压的调制方法。然而，上述方案中，变换器均存在桥臂直通的现象，降低了系统的可靠性，并且变换器应用场合受限，拓扑结构配置的灵活性不够；同时电容值比较大，影响系统体积、成本和功率密度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压大功率变换器模块及其控制方法，以提高系统的可靠性和灵活性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高压大功率变换器模块，所述高压大功率变换器模块包括依次串联的第一功率开关管、第二功率开关管、第一功率二极管、第三功率开关管、第四功率开关管；
第一电容与第二功率开关管、第一功率二极管、第三功率开关管并联，第一电感和第二电感分别串联在第一功率二极管两端；
所述第一功率开关管的另一端为所述高压大功率变换器模块的第一端；
所述第四功率开关管的另一端为所述高压大功率变换器模块的第二端；
所述第一电感与所述第二电感的连接点为所述高压大功率变换器模块的第三端。
所述第一功率开关管、所述第二功率开关管、所述第三功率开关管和所述第四功率开关管为功率MOSFET开关管。
所述第一电感与所述第二电感相互耦合。
本发明还提供上述的一种高压大功率变换器模块的控制方法，控制第一电容两端电压跟随参考
Figure BDA0002573688240000021
其中Ud为直流母线电压，Uf为可调峰值，ω和δ分别为角频率和相位角。控制第一功率开关管和第三功率开关管开通时，调制波信号根据Ur信息进行协调控制；控制第二功率开关管和第四功率开关管开通时，调制波信号根据Ur信息进行协调控制。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种高压大功率变换器模块及其控制方法，可进行自由配置，以实现在高压大功率场合的应用，提高系统灵活性；本发明的高压大功率变换器模块中第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管采用功率MOSFET开关管，可应用于较高开关频率的场合；本发明的高压大功率变换器模块中引入第一功率二极管，由于二极管的反向阻断特性，可以有效避免模块的桥臂直通现象，提高系统的稳定性和可靠性，同时也避免了驱动信号死区时间对输入输出波形质量的影响；所述第一功率二极管为所述第一电感和所述第二电感的电流提供了续流通道。同时电容值可以实现最小化，减小了系统体积、成本，提高了系统功率密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本发明高压大功率变换器模块的电路图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种高压大功率变换器模块，以提高系统的可靠性和灵活性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种高压大功率变换器模块，所述高压大功率变换器模块包括依次串联的第一功率开关管、第二功率开关管、第一功率二极管、第三功率开关管、第四功率开关管；
第一电容与第二功率开关管、第一功率二极管、第三功率开关管并联，第一电感和第二电感分别串联在第一功率二极管两端；
所述第一功率开关管的另一端为所述高压大功率变换器模块的第一端；
所述第四功率开关管的另一端为所述高压大功率变换器模块的第二端；
所述第一电感与所述第二电感的连接点为所述高压大功率变换器模块的第三端。
具体的连接关系为：所述第一功率开关管S1的一端为所述高压大功率变换器模块的第一端P1，另一端与所述第二功率开关管S2的一端连接；
所述第二功率开关管S2的另一端与所述第一功率二极管D的一端连接，所述第一功率二极管D的另一端与所述第三功率开关管S3的一端连接，所述第三功率开关管S3的另一端与所述第四功率开关管S4的一端连接，所述第四功率开关管S4的另一端为所述高压大功率变换器模块的第二端P2；
所述第一电容C的一端与所述第二功率开关管S2的一端连接，另一端与所述第四功率开关管S4的一端连接；
所述第一电感L1的一端与所述第一功率二极管D的一端连接，所述第二电感L2的一端与所述第一功率二极管D的另一端连接，所述第一电感L1的另一端与所述第二电感L2的另一端连接，所述第一电感L1的另一端与所述第二电感L2的另一端连接点为所述高压大功率变换器模块的第三端P3。
第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功率开关管S4采用高频特性好的功率MOSFET开关管，因此本发明高压大功率变换器模块可以应用在高频场合。
本发明中第一电感L1与第二电感L2采用相互耦合结构，可以减小电感量。
由于二极管具有反向截止特性，本发明高压大功率变换器模块通过引入第一功率二极管D避免了桥臂直通，因此功率开光管的驱动信号不需要加入死区时间，避免了死区时间对系统波形质量的影响。同时第一功率二极管D也为第一电感L1与第二电感L2的电流提供了续流通道，能够有效降低系统损耗。
通过引入第一电容C，使得本发明高压大功率变换器模块的第三端P3电压有三个电平：+1、0、-1，所以输出谐波含量能够被有效降低，有助于提高系统效率，并且功率开关管的电压应力减小为原来的一半。
通过控制第一电容两端电压跟随参考
Figure BDA0002573688240000041
实现电容最小化，其中Ud为直流母线电压，Uf为可调峰值，ω和δ分别为角频率和相位角。控制S1和S3开通时，调制波信号根据Ur信息进行协调控制；控制S2和S4开通时，调制波信号根据Ur信息进行协调控制。
本发明高压大功率变换器模块可以通过自由配置，可以进行多个并联或者多个级联，从而适应不同应用场合的要求，提高了系统配置的灵活性。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的高压大功率变换器模块中的功率二极管D，在为电感电流续流的同时防止桥臂直通情况的发生，系统可靠性提高，系统输出波形谐波含量减少。并且在高压大功率场合，可以通过本发明的高压大功率变换器模块不同的组合和配置，适应不同的设计要求，系统的灵活性提高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种高压大功率变换器模块，其特征在于，包括依次串联的第一功率开关管、第二功率开关管、第一功率二极管、第三功率开关管、第四功率开关管；
第一电容与第二功率开关管、第一功率二极管、第三功率开关管并联，第一电感和第二电感分别串联在第一功率二极管两端；
所述第一功率开关管的另一端为所述高压大功率变换器模块的第一端；
所述第四功率开关管的另一端为所述高压大功率变换器模块的第二端；
所述第一电感与所述第二电感的连接点为所述高压大功率变换器模块的第三端。
2.根据权利要求1所述的一种高压大功率变换器模块，其特征在于，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管、所述第三功率开关管和所述第四功率开关管为功率MOSFET开关管。
3.根据权利要求1所述的一种高压大功率变换器模块，其特征在于，所述第一电感与所述第二电感相互耦合。
4.根据权利要求1到3任一项所述的一种高压大功率变换器模块的控制方法，其特征在于，控制第一电容两端电压跟随参考
Figure FDA0002573688230000011
其中Ud为直流母线电压，Uf为可调峰值，ω和δ分别为角频率和相位角；
控制第一功率开关管和第三功率开关管开通时，调制波信号根据Ur信息进行协调控制；控制第二功率开关管和第四功率开关管开通时，调制波信号根据Ur信息进行协调控制。
CN202010647692.4A 2020-07-07 2020-07-07 一种高压大功率变换器模块及其控制方法 Active CN111740630B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010647692.4A CN111740630B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种高压大功率变换器模块及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010647692.4A CN111740630B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种高压大功率变换器模块及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111740630A true CN111740630A (zh) 2020-10-02
CN111740630B CN111740630B (zh) 2021-10-22

Family

ID=72655505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010647692.4A Active CN111740630B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 一种高压大功率变换器模块及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111740630B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115987127A (zh) * 2023-02-16 2023-04-18 燕山大学 一种改进的无变压器三相多电平逆变器及其控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102012464A (zh) * 2010-09-30 2011-04-13 彭建学 一种微电容测量方法及专用装置
JP2011211886A (ja) * 2010-03-11 2011-10-20 Hitachi Ltd 直流電源装置，電力変換装置
CN103532416A (zh) * 2013-11-01 2014-01-22 娄底市大丰和电动车辆有限公司 一种基于svpwm算法的车辆控制系统
CN106452141A (zh) * 2016-08-09 2017-02-22 南京航空航天大学 一种无桥臂直通风险的三相双输入逆变器
CN108448920A (zh) * 2018-03-29 2018-08-24 许继电气股份有限公司 一种五电平逆变器
CN109120177A (zh) * 2018-11-06 2019-01-01 燕山大学 一种三相多电平逆变器
CN111313843A (zh) * 2018-12-12 2020-06-19 英飞凌科技奥地利有限公司 放大器中的飞跨电容器电压控制

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011211886A (ja) * 2010-03-11 2011-10-20 Hitachi Ltd 直流電源装置，電力変換装置
CN102012464A (zh) * 2010-09-30 2011-04-13 彭建学 一种微电容测量方法及专用装置
CN103532416A (zh) * 2013-11-01 2014-01-22 娄底市大丰和电动车辆有限公司 一种基于svpwm算法的车辆控制系统
CN106452141A (zh) * 2016-08-09 2017-02-22 南京航空航天大学 一种无桥臂直通风险的三相双输入逆变器
CN108448920A (zh) * 2018-03-29 2018-08-24 许继电气股份有限公司 一种五电平逆变器
CN109120177A (zh) * 2018-11-06 2019-01-01 燕山大学 一种三相多电平逆变器
CN111313843A (zh) * 2018-12-12 2020-06-19 英飞凌科技奥地利有限公司 放大器中的飞跨电容器电压控制

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115987127A (zh) * 2023-02-16 2023-04-18 燕山大学 一种改进的无变压器三相多电平逆变器及其控制方法
CN115987127B (zh) * 2023-02-16 2023-09-19 燕山大学 一种改进的无变压器三相多电平逆变器及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111740630B (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9787217B2 (en) Power conversion circuit and power conversion system
US9520792B2 (en) Staggered parallel three-level DC/DC converter and AC/DC converter
CN103475248A (zh) 功率变换电路和功率变换系统
TWI737129B (zh) 直流/直流變換系統
CN101944839B (zh) 单相五电平功率变换器
US11496044B2 (en) DC/DC converter and neutral-point voltage balance control method thereof
WO2018141283A1 (zh) 一种无桥pfc电路
US7016205B2 (en) Ripple-current reduction schemes for AC converters
CN103490656B (zh) 基于h桥的四电平逆变器拓扑结构的载波调制方法
CN108173442B (zh) 基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器
CN111092553A (zh) 一种基于隔离式全桥anpc和h桥的双向dc/dc变换器
CN108471250B (zh) 一种用于电力变换系统的五电平拓扑结构
CN109546879A (zh) 单相三电平混合箝位型逆变电路及具有其的逆变器
CN111490695B (zh) 单级式低电压应力开关电容式多电平逆变器拓扑结构及电平调制方法
CN105322776A (zh) 一种多态功率因数校正电路和电力变换设备
CN105305861A (zh) 一种级联多电平逆变器
CN111740630B (zh) 一种高压大功率变换器模块及其控制方法
CN114257107B (zh) Npc型三电平逆变电路
CN215871225U (zh) 一种五电平电压源型变换装置
CN210724554U (zh) 一种嵌位型升压功率变换电路结构
CN104967312A (zh) 电流控制型功率变换器
CN111262464A (zh) 一种半桥级联型多电平逆变电路及控制方法
CN113395003B (zh) 多电平有源中点钳位逆变器串联igbt均压电路
US11894765B2 (en) Power conversion device
Patel et al. Simulation and THD analysis of cascaded H-bridge multilevel inverter topology

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220129

Address after: 052300 cangxin transit road machinery parts market, Xinji Shibei District, Shijiazhuang City, Hebei Province

Patentee after: HEBEI SHENKE ELECTRIC POWER CO.,LTD.

Patentee after: HEBEI SHENKE ELECTRONICS Co.,Ltd.

Patentee after: Hebei Shenke magnetic materials Co.,Ltd.

Patentee after: Hebei Shenke Intelligent Manufacturing Co.,Ltd.

Patentee after: Hebei Shenke mould Co.,Ltd.

Patentee after: Shenke Technology Group Co.,Ltd.

Address before: 052360 Cangxin Transit Road Machinery Parts Market, North District, Xinji City, Shijiazhuang City, Hebei Province

Patentee before: HEBEI SHENKE ELECTRIC POWER CO.,LTD.

TR01 Transfer of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A High Voltage and High Power Converter Module and Its Control Method

Effective date of registration: 20230324

Granted publication date: 20211022

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Shijiazhuang Ziqiang Branch

Pledgor: HEBEI SHENKE ELECTRIC POWER CO.,LTD.|HEBEI SHENKE ELECTRONICS Co.,Ltd.|Hebei Shenke magnetic materials Co.,Ltd.|Hebei Shenke Intelligent Manufacturing Co.,Ltd.|Hebei Shenke mould Co.,Ltd.|Shenke Technology Group Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980036116

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right