CN113630012A - 一种双有源桥变换器及变流器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双有源桥变换器及变流器，包括一次侧功率变换单元、储能电感单元、高频变压器和二次侧功率变换单元，其中，上述双有源桥变换器为三相结构；以及上述一次侧功率变换单元和上述二次侧功率变换单元中的一个功率变换单元采用三电平结构，另一个功率变换单元采用三电平结构或两电平结构。根据本发明所提供的双有源变换器，能够满足高压大功率隔离型双向DC/DC变换需求，可在线无缝切换能量流动方向，且具有功率密度高和转换效率高的优点。本发明还提供了包含上述双有源变换器的变流器。
Description
技术领域
本发明涉及电学领域内的变流模块，尤其涉及DC/DC变换器中的双有源桥变换器。
背景技术
随着社会经济不断发展，人类对能源的需求日益增长，能源需求与不可再生能源短缺的矛盾日渐突出。分布式电源系统具有灵活可控、投资少、适合可再生能源应用等优点，使得分布式电源灵活接入日渐成为满足符合增长需求、提高能源综合利用效率和供电可靠性的有效途径。在未来智能配电网中主要有变压器和开关构成的传统配电网结构将会改变，微网系统作为分布式电源高效利用的主动配电网组网形式，可以通过能量管理进行协调控制，实现能量的有序调配，是未来智能配用电系统的重要组成部分，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。
相比于交流微电网，直流微电网能够更可靠高效地接纳风、光等分布式可再生发电系统、储能单元、电动汽车及其他直流用电负荷，可以有效提高电能质量，减少电力电子变换器的使用、降低电能损耗和运行成本，充分发挥分布式电源的价值和效益。直流微电网还可通过双向DC/DC变换器与现有的交流微电网或配电网互联，有效隔离交流测扰动或故障，保证直流系统内负荷的高可靠供电。
随着直流微网总量和规模的不断增大，为提高供电可靠性，以及分布式电源及负荷接入灵活性和易拓展性，可采用基于高低压直流母线的典型微网系统结构。为实现高低压直流母线之间的可靠互联、电气隔离及灵活支撑等工程，采用高频隔离双向DC/DC变换器作为互联装置可以避免普通连络开关所带来的安全隐患，可极大提高直流微网相互支撑控制的实时性和快速性。
各种分布式电源和储能单元需要通过功率转换系统接入相应电压等级的直流母线。近年来通过采用高频隔离变压器，取代传统的工频隔离变压器被普遍认为是功率转换技术的必然发展趋势，以双有源全桥双向DC/DC变换器为典型拓扑的高频隔离型双向DC/DC变换器是微网系统中电能汇聚与传输的关键部件。
除了在分布式电源并网中的应用外，双有源全桥双向DC/DC变换器同时也是电力电子变压器中的重要组成部分，电力电子变压器亦被称为固态变压器，是一种基于高频电能变换技术的新型智能化变压器，其实现过程包括AC/DC输入、DC/DC中间级和DC/AC输出级三个电能变换环节，从而将一种频率、电压、波形的交流电能变换为另一种频率、电压、波形的交流电能。电力电子变压器除了具有传统变压器的电压幅值转换、电器隔离等基本功能外，通过采用高频变压器，大大缩小了设备的电磁材料的体积，具有无功补偿，能够减少对电网的谐波、无功污染，带智能自保护，无需复杂的继电保护装置，可以交、直流电源连接，便于可再生能源并网接入。
目前所研制的电力电子变压器均采用双有源全桥双向DC/DC变换器作为中间级。例如现有的车载双向隔离电源系统，其隔离部分主要拓扑结构如图1所示。该电路为典型的双有源全桥(DAB，Dual Active Bridge)变换器，其中：Tr为变压比为N：1的高频变压器，用于实现能量的双向流动并实现电气隔离；Lr为储能电感，用于原次边能量调节；Cb1和Cb2为隔直电容，用于防止全桥变换的直流偏磁，如在控制中增加偏磁抑制算法，可取消隔直电容。同一桥臂上下管驱动互补，全桥两个桥臂中相同位置的开关管错相180°，控制为移相控制模式，控制方式有三种：单移相(一、二次侧开关管不移相，只在一、二次侧间移相)、双移相(一次侧或二次侧移相+一、二次侧间移相)和三重移相(一次侧、二次侧和一、二次侧间都移相)。同时，通过合理的参数设计，可实现一、二次侧的所有开关管的软开关。
对于上述的现有方案，存在如下问题：
(1)高压应用时，器件选型困难或选用高压器件，由于高压器件开关损耗大，需大幅降低开关频率以满足其应用，导致整机功率密度大幅降低；
(2)大功率应用时，开关器件电流应力大，导通损耗激增，导致整机效率降低。
因此，亟需要一种双有源变换器，能够解决现有双有源变换器高压应用时整机功率密度大幅降低、大功率应用时整机效率降低的问题，提供一种能够满足高压大功率隔离型双向DC/DC变换需求的双有源桥变换器，可在线无缝切换能量流动方向，且具有功率密度高和转换效率高的优点。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
如上所述，为了解决现有双有源变换器高压应用时整机功率密度大幅降低、大功率应用时整机效率降低的问题，本发明的一方面提供了一种双有源桥变换器，包括一次侧功率变换单元、储能电感单元、高频变压器和二次侧功率变换单元，其中，上述双有源桥变换器为三相结构；以及
上述一次侧功率变换单元和上述二次侧功率变换单元中的一个功率变换单元采用三电平结构，另一个功率变换单元采用三电平结构或两电平结构。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，采用三电平结构的功率变换单元包括三个相同的三电平桥臂；其中
位于各个三电平桥臂相同位置的开关管错相120°。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，上述三电平桥臂采用中点箝位型三电平结构。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，各个三电平桥臂包括四组带反并联二极管的开关管和两个箝位二极管；其中
四组开关管为串联的上外管、上内管、下内管和下外管；以及
两个箝位二极管串联后与上述上内管和下内管并联。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，上述三电平桥臂采用中点箝位和飞跨电容型三电平结构。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，各个三电平桥臂包括四组带反并联二极管的开关管、两个箝位二极管和飞跨电容；其中
四组开关管为串联的上外管、上内管、下内管和下外管；
两个箝位二极管串联后与上述上内管和下内管并联；以及
上述飞跨电容与上述两个箝位二极管并联。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，调整各个三电平桥臂中上外管和上内管之间的移相或下内管和下外管之间的移相来调节输出电压大小；和/或
调整一个三电平桥臂中的上外管和上内管与另一个三电平桥臂中的下外管和下内管之间的移相来调节输出电压大小。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，采用三电平结构的功率变换单元还包括两个均压电容，上述两个均压电容串联后与各个三电平桥臂并联，上述两个均压电容的中点与各个三电平桥臂的两个箝位二极管的中点相连。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，采用两电平结构的功率变换单元有三个相同的两电平桥臂构成；其中
位于各个两电平桥臂相同位置的开关管错相120°。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，各个两电平桥臂包括两组带反并联二极管的开关管，两组开关管为串联的上管和下管。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，采用两电平结构的功率变换单元还包括支撑电容，上述支撑电容与各个两电平桥臂并联。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，上述高频变压器包括三个高频单相变压器；其中
上述三个高频单相变压器采用磁集成技术集成。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，上述储能电感单元包括三个储能电感；其中
上述三个储能电感采用磁集成技术集成。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，上述高频变压器包括三个高频单相变压器，上述储能电感单元包括三个储能电感；其中
三个高频单相变压器和三个储能电感之间采用磁集成技术集成。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，上述双有源桥变换器还包括一次测滤波电路和二次侧滤波电路。
在上述双有源桥变换器的一实施例中，可选的，通过控制一次测、二次侧之间的侧间移相控制能量的流动方向和输出电压大小。
本发明的另一方面还提供了一种变流器，其中，上述的变流器至少包括如上任意一项实施例所描述的双有源桥变换器。
根据本发明所提供的双有源桥变换器，通过采用三相结构和三电平结构，能够满足高压大功率隔离型双向DC/DC变换需求，可在线无缝切换能量流动方向，且具有功率密度高和转换效率高的优点。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了现有技术中常见的双有源桥变换器的拓扑电路结构。
图2示出了本发明的一方面所提供的双有源桥变换器第一实施例的原理框图。
图3示出了本发明的一方面所提供的双有源桥变换器第二实施例的原理框图。
图4示出了本发明的一方面所提供的双有源桥变换器第三实施例的原理框图。
图5示出了本发明的一方面所提供的三相三电平功率变换单元第一实施例的联结方式示意图。
图6示出了本发明的一方面所提供的三相三电平功率变换单元第二实施例的联结方式示意图。
图7示出了本发明的一方面所提供的三相两电平功率变换单元的联结方式示意图。
图8A、8B、8C分别示出了本发明的一方面所提供的变压器的联结方式示意图。
具体实施方式
给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。
注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
如上所描述的，为了解决现有双有源变换器高压应用时整机功率密度大幅降低、大功率应用时整机效率降低的问题，本发明提供了一种双有源桥变换器，包括一次侧功率变换单元、储能电感单元、高频变压器和二次侧功率变换单元，其中，上述双有源桥变换器为三相结构；以及上述一次侧功率变换单元和上述二次侧功率变换单元中的一个功率变换单元采用三电平结构，另一个功率变换单元采用三电平结构或两电平结构。
请结合图2-4来理解本发明所提供的双有源桥变换器不同实施例的原理框图。首先，如图2所示出的，在本发明的一方面所提供的双有源变换器的第一实施例中，一次侧功率变换单元包含三个相同的三电平桥臂，位于各个三电平桥臂相同位置的开关管错相120°。二次侧功率变换单元包含三个相同的两电平桥臂，位于各个两电平桥臂相同位置的开关管错相120°。在图2所示出的双有源变换器的第一实施例中，还包括一次侧滤波电路、储能电感单元、高频变压器单元和二次侧滤波电路。
该DAB电路的一次侧功率变换单元采用三电平结构，当采用相同电压等级的功率开关器件时可以提高变换器的应用电压范围，且相同开关频率时可降低滤波元件的大小，当相同应用电压时可采用低电压等级的功率开关器件，损耗低，进而可通过提高工作频率来提升变换器的功率密度。
从图2所示出的原理框图可以看出，本发明的一方面所提供的双有源变换器的第一实施例为三相双有源变换器。该DAB电路采用三相结构，可以降低器件的通态损耗进而提高变换效率，而且错相结构可以大幅降低输出纹波从而可进一步减小滤波电容的大小；同时相对于传统三个半桥DAB并联结构，三相DAB电路具有良好的自动均流特性，且无内部环流及其带来环流损耗问题。当同时采用三电平和三相结构时，可增加变换器的控制自由度，从而可充分利用DAB变换器依赖控制去降低回流功率从而降低损耗的特点。
图3示出了本发明的一方面所提供的双有源变换器的第二实施例，在该第二实施例中，一次侧功率变换单元包含三个相同的两电平桥臂，位于各个两电平桥臂相同位置的开关管错相120°。二次侧功率变换单元包含三个相同的三电平桥臂，位于各个三电平桥臂相同位置的开关管错相120°。在图3所示出的双有源变换器的第二实施例中，还包括一次侧滤波电路、储能电感单元、高频变压器单元和二次侧滤波电路。
该DAB电路的二次侧功率变换单元采用三电平结构，当采用相同电压等级的功率开关器件时可以提高变换器的应用电压范围，且相同开关频率时可降低滤波元件的大小，当相同应用电压时可采用低电压等级的功率开关器件，损耗低，进而可通过提高工作频率来提升变换器的功率密度。从图3所示出的原理框图可以看出，本发明的一方面所提供的双有源变换器的第二实施例为三相双有源变换器。当同时采用三电平和三相结构时，可增加变换器的控制自由度，从而可充分利用DAB变换器依赖控制去降低回流功率从而降低损耗的特点。
在第一实施例和第二实施例中，存在一侧功率变换单位采用两电平结构的情况，传统全桥两电平结构的DAB变换器的回流功率大，输出纹波大，采用第一实施例和第二实施例中的DAB变换器，可最大程度发挥三电平和错相的优势及DAB变换器控制自由度高的特点，从功率器件、开关频率、控制三个方面去优化设计，从而极大地提高DAB变换器效率和功率密度。
图4示出了本发明的一方面所提供的双有源变换器的第三实施例，在该第三实施例中，一次侧功率变换单元包含三个相同的三电平桥臂，位于各个三电平桥臂相同位置的开关管错相120°。二次侧功率变换单元包含三个相同的三电平桥臂，位于各个三电平桥臂相同位置的开关管错相120°。在图4所示出的双有源变换器的第三实施例中，还包括一次侧滤波电路、储能电感单元、高频变压器单元和二次侧次滤波电路。
该DAB电路的两侧功率变换单元均采用三电平结构，当采用相同电压等级的功率开关器件时可以提高变换器的应用电压范围，且相同开关频率时可降低滤波元件的大小，当相同应用电压时可采用低电压等级的功率开关器件，损耗低，进而可通过提高工作频率来提升变换器的功率密度。从图4所示出的原理框图可以看出，本发明的一方面所提供的双有源变换器的第三实施例为三相双有源变换器。当同时采用三电平和三相结构时，可增加变换器的控制自由度，从而可充分利用DAB变换器依赖控制去降低回流功率从而降低损耗的特点。
通过将DAB电路的两侧功率变换单元均设置为三电平结构，可以更好地适应高压系统，能够跟进一步降低期间损耗，从而能够提升开关频率，减轻产品体积质量。
可以理解的是，对于上述的第一实施例、第二实施例和第三实施例，可以根据DAB电路的输入电压和输出电压的高低来选取合适的两电平桥臂或者三电平桥臂的功率变换单元。
请进一步结合图5-图7来理解本发明所提供的两电平桥臂或者三电平桥臂的功率变换单元的联结方式示意图。
图5示出了本发明的一方面所提供的三相三电平功率变换单元第一实施例的联结方式示意图。如图5所示出的第一实施例中，三电平桥臂的功率变换单元中的三个相同的三电平桥臂采用中点箝位型三电平结构。各个三电平桥臂包括四组开关管和两个箝位二极管；其中四组开关管为串联的上外管、上内管、下内管和下外管；两个箝位二极管串联后与上内管和下内管并联。结合图5，A相桥臂上的四组带反并联二极管的开关管为V1-V4，带反并联二极管的开关管V1-V4串联连接，箝位二极管为D1、D2，箝位二极管D1、D2串联连接后并联在开关管V2和V3上，因此，可以认为开关管V1为上外管，V2为上内管，V3为下内管，V4为下外管。B相桥臂上的四组带反并联二极管的开关管为V5-V8，带反并联二极管的开关管V5-V8串联连接，箝位二极管为D3、D4，箝位二极管D3、D4串联连接后并联在开关管V6和V7上，因此，可以认为开关管V5为上外管，V6为上内管，V7为下内管，V8为下外管。C相桥臂上的四组带反并联二极管的开关管为V9-V12，带反并联二极管的开关管V9-V12串联连接，箝位二极管为D5、D6，箝位二极管D5、D6串联连接后并联在开关管V10和V11上，因此，可以认为开关管V9为上外管，V10为上内管，V11为下内管，V12为下外管。位于各个三电平桥臂相同位置的开关管V1、V5和V9错相120°，开关管V2、V6和V10错相120°，开关管V3、V7和V11错相120°，开关管V4、V8和V12错相120°。
在图5所示出的三电平功率变换单元中，还包括两个均压电容C1、C2，两个均压电容C1、C2串联后与各个三电平桥臂并联，两个均压电容C1、C2的中点与各个三电平桥臂的两个箝位二极管的中点相连。
对图5所示出的三电平功率变换单元，控制维度主要包括三电平的内管和外管间移相或脉宽调节以及一、二次侧三相桥间移相。其中，内外管和对管间移相主要是调节有效占空比进而调节输出电压大小；而一、二次侧间的移相则是控制能量的流动方向及输出电压大小，通过控制一、二次侧间的超前或滞后状态实现能量的正向或反向传输。
图6示出了本发明的一方面所提供的三相三电平功率变换单元第二实施例的联结方式示意图。如图6所示出的第二实施例中，三电平桥臂的功率变换单元中的三个相同的三电平桥臂采用中点箝位+飞跨电容型三电平结构。各个三电平桥臂包括四组开关管、两个箝位二极管和一个飞跨电容；其中四组开关管为串联的上外管、上内管、下内管和下外管；两个箝位二极管串联后与上内管和下内管并联，飞跨电容与串联的两个箝位二极管并联。结合图6，A相桥臂上的四组带反并联二极管的开关管为V1-V4，带反并联二极管的开关管V1-V4串联连接，箝位二极管为D1、D2，箝位二极管D1、D2串联连接后并联在开关管V2和V3上，飞跨电容Cs1与串联后的箝位二极管D1、D2并联。因此，可以认为开关管V1为上外管，V2为上内管，V3为下内管，V4为下外管。B相桥臂上的四组带反并联二极管的开关管为V5-V8，带反并联二极管的开关管V5-V8串联连接，箝位二极管为D3、D4，箝位二极管D3、D4串联连接后并联在开关管V6和V7上，飞跨电容Cs2与串联后的D3、D4并联。因此，可以认为开关管V5为上外管，V6为上内管，V7为下内管，V8为下外管。C相桥臂上的四组带反并联二极管的开关管为V9-V12，带反并联二极管的开关管V9-V12串联连接，箝位二极管为D5、D6，箝位二极管D5、D6串联连接后并联在开关管V10和V11上，飞跨电容Cs3与串联后的D5、D6并联。因此，可以认为开关管V9为上外管，V10为上内管，V11为下内管，V12为下外管。位于各个三电平桥臂相同位置的开关管V1、V5和V9错相120°，开关管V2、V6和V10错相120°，开关管V3、V7和V11错相120°，开关管V4、V8和V12错相120°。
各个桥臂上所增加的飞跨电容Cs1、Cs2、Cs3能够抑制抑制器件差异产生的中点电压偏移，从而能够保证三电平功率变换单元的电性能，保证整个DAB变换器的电性能。
在图6所示出的三电平功率变换单元中，还包括两个均压电容C1、C2，两个均压电容C1、C2串联后与各个三电平桥臂并联，两个均压电容C1、C2的中点与各个三电平桥臂的两个箝位二极管的中点相连。
对图6所示出的三电平功率变换单元，控制维度主要包括三电平的内管和外管间移相或脉宽调节以及一、二次侧三相桥间移相。其中，内外管和对管间移相主要是调节有效占空比进而调节输出电压大小；而一、二次侧间的移相则是控制能量的流动方向及输出电压大小，通过控制一、二次侧间的超前或滞后状态实现能量的正向或反向传输。
图7示出了本发明的一方面所提供的三相两电平功率变换单元的联结方式示意图。如图7所示出的第三实施例中，两电平桥臂的功率变换单元包括三个相同的两电平桥臂。各个两电平桥臂包括两组带反并联二极管的开关管，两组开关管为串联的上管和下管。结合图6，A相桥臂上的两组带反并联二极管的开关管为V21、V22，上管V21和下管V22串联连接。B相桥臂上的两组带反并联二极管的开关管为V23、V24，上管V23和下管V24串联连接。C相桥臂上的两组带反并联二极管的开关管为V25、V26，上管V25和下管V26串联连接。各个桥臂上下管驱动互补，位于各个两电平桥臂相同位置的开关管V21、V23和V25错相120°，开关管V22、V24和V26错相120°。在图7所示出的两电平功率变换单元中，还包括支撑电容C21，支撑电容与各个两电平桥臂并联。
图8A、8B、8C分别示出了本发明的一方面所提供的变压器的联结方式示意图。本发明的一方面所提供的高频变压器单元可以是一个三相变压器或者三个单相变压器组合而成。组合方式存在如图8A所示出的Y-Y联结方式、如图8B所示出的Y-△联结方式和如图8C所示出的△-△联结方式。高频变压器单元中三个高频变压器与图2-图4示出的三个储能电感可采用磁集成技术，使部分磁路中的磁通互相抵消，从而降低磁阻，提高磁件的功率密度并降低磁件损耗。
具体的，在高频变压器包含三个高频单相变压器的实施例中，三个高频单相变压器可以采用磁集成技术集成。对于本发明中所提供的储能电感单元，可以包括三个储能电感，其中三个储能电感之间可以采用磁集成技术集成。
更进一步的，也可以将三个高频单相变压器和三个储能电感采用磁集成技术集成，从而能够更好地降低磁阻，提高磁件的功率密度并降低磁件损耗。
至此，已经描述了本发明的一方面所提供的双有源桥变换器的具体实施方式。根据本发明所提供的三相三电平的双有源桥变换器的电路拓扑，能够满足高压大功率隔离型双向DC/DC变换需求，并可根据输入、输出电压的高低来选取一次侧或二次侧功率变换单元是采用三电平还是两电平变换。本发明能够达到的有益效果如下：
(1)该电路可实现能量双向流动，可在线无缝切换能量流动方向，且具有功率密度高和转换效率高的优点。
(2)采用三电平结构，开关器件的电压应力降低一半，可采用低功耗的低压开关器件应用于高压系统，大幅降低器件损耗，进而提升开关频率，减低产品体积重量。
(3)采用三电平结构，增加双有源桥电路控制的自由度，可通过优化算法来降低回流损耗，进而提升系统效率。
(4)采用三相结构，大幅降低开关器件电流应力，进而降低器件损耗，减少整机损耗，实现产品节能降耗。
(5)采用三相结构，每个桥臂错相120°，大幅降低输出滤波电容纹波电流需求，实现产品轻量化。
(6)通过合理的参数设计，实现一、二次侧开关管的软开关，可通过提升开关频率提高产品功率密度。
本发明的另一方面还提供了一种变流器，其中，上述的变流器至少包括如上任意一项实施例所描述的双有源桥变换器，从而能够应用于高压系统，能够减低器件损耗，增加器件控制的自由度，提升变流系统整体的效率。
变流器具体可以分为直流/直流变流器、直流/交流变流器、交流/交流变流器和交流/直流变流器。对于上述任意一种变流器，在能量的变换链路上都可以设置本发明的一方面所提供的双有源桥变换器。例如，对于交流/交流变流器，可以通过设置交流/直流模块、直流/直流模块、直流/交流模块来实现交流/交流变流的目的，对于这样的交流/交流变流器，其中的直流/直流模块可以采用本发明的一方面所提供的双有源桥变换器来实现。
更为具体的，本发明的另一方面所提供的变流器可以是动车领域中的牵引变流器或者牵引辅助变流器。通过在牵引变流器或者牵引辅助变流器中设置本发明的一方面所提供的双有源桥变换器，能够使牵引变流器或者牵引辅助变流器适用于高压领域，能够有效减低变流器的损耗，提升变流系统整体的效率。
提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种双有源桥变换器，包括一次侧功率变换单元、储能电感单元、高频变压器和二次侧功率变换单元，其特征在于，
所述双有源桥变换器为三相结构；以及
所述一次侧功率变换单元和所述二次侧功率变换单元中的一个功率变换单元采用三电平结构，另一个功率变换单元采用三电平结构或两电平结构。
2.如权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，采用三电平结构的功率变换单元包括三个相同的三电平桥臂；其中
位于各个三电平桥臂相同位置的开关管错相120°。
3.如权利要求2所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述三电平桥臂采用中点箝位型三电平结构。
4.如权利要求3所述的双有源桥变换器，其特征在于，各个三电平桥臂包括四组带反并联二极管的开关管和两个箝位二极管；其中
四组开关管为串联的上外管、上内管、下内管和下外管；以及
两个箝位二极管串联后与所述上内管和下内管并联。
5.如权利要求2所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述三电平桥臂采用中点箝位和飞跨电容型三电平结构。
6.如权利要求5所述的双有源桥变换器，其特征在于，各个三电平桥臂包括四组带反并联二极管的开关管、两个箝位二极管和飞跨电容；其中
四组开关管为串联的上外管、上内管、下内管和下外管；
两个箝位二极管串联后与所述上内管和下内管并联；以及
所述飞跨电容与所述两个箝位二极管并联。
7.如权利要求3或5所述的双有源桥变换器，其特征在于，调整各个三电平桥臂中上外管和上内管之间的移相或下内管和下外管之间的移相来调节输出电压大小；和/或
调整一个三电平桥臂中的上外管和上内管与另一个三电平桥臂中的下外管和下内管之间的移相来调节输出电压大小。
8.如权利要求3或5所述的双有源桥变换器，其特征在于，采用三电平结构的功率变换单元还包括两个均压电容，所述两个均压电容串联后与各个三电平桥臂并联，所述两个均压电容的中点与各个三电平桥臂的两个箝位二极管的中点相连。
9.如权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，采用两电平结构的功率变换单元有三个相同的两电平桥臂构成；其中
位于各个两电平桥臂相同位置的开关管错相120°。
10.如权利要求9所述的双有源桥变换器，其特征在于，各个两电平桥臂包括两组带反并联二极管的开关管，两组开关管为串联的上管和下管。
11.如权利要求10所述的双有源桥变换器，其特征在于，采用两电平结构的功率变换单元还包括支撑电容，所述支撑电容与各个两电平桥臂并联。
12.如权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述高频变压器包括三个高频单相变压器；其中
所述三个高频单相变压器采用磁集成技术集成。
13.如权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述储能电感单元包括三个储能电感；其中
所述三个储能电感采用磁集成技术集成。
14.如权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述高频变压器包括三个高频单相变压器，所述储能电感单元包括三个储能电感；其中
三个高频单相变压器和三个储能电感之间采用磁集成技术集成。
15.如权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述双有源桥变换器还包括一次测滤波电路和二次侧滤波电路。
16.如权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，通过控制一次测、二次侧之间的侧间移相控制能量的流动方向和输出电压大小。
17.一种变流器，其特征在于，所述变流器至少包括如权利要求1-16中任意一项所述的双有源桥变换器。
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