CN113965087B - 一种三角形模块化结构的多电平变换器 - Google Patents
一种三角形模块化结构的多电平变换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113965087B CN113965087B CN202110915579.4A CN202110915579A CN113965087B CN 113965087 B CN113965087 B CN 113965087B CN 202110915579 A CN202110915579 A CN 202110915579A CN 113965087 B CN113965087 B CN 113965087B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diode
- circuit
- port
- secondary winding
- 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.)
- Active
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 61
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 51
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明公开了一种三角形模块化结构的多电平变换器,该变换器包括n级串联组合电路,每级组合电路中包含多个DC‑DC模块,从第1级组合电路至第n级组合电路,模块数量线性递减。该模块化多电平变换器可在确保各DC‑DC模块均流、均压条件下,实现高压、大功率、高增益直流变换。该模块化多电平变换器可通过扩展各级组合电路模块数量实现电压等级、电压增益与功率容量的提升,具有高功率密度、低损耗、模块自取能驱动等优点。该变换器中所有DC‑DC模块可实现软开关和开关管的自取能驱动与控制,且具有完全相同的电路结构和电气参数,可实现标准化、规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于电力系统输配电领域,具体涉及一种三角形模块化结构的多电平变换器。
背景技术
目前,各国都在大力发展新能源,如太阳能、潮汐能、风能等,这些新能源可再生、无污染,是未来能源发展的主要方向。针对新能源发电电网传输系统,直流电网具有输送功率容量大、损耗小、输送距离远、稳定性好等特点,得到了广泛应用,因而高增益、高电压、低损耗的直流变换器成为目前学者们研究的方向之一。
模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)能够实现不同电压等级的转化,以降低电网中功率器件的电压应力。MMC电路包括隔离型和非隔离型两种,隔离型MMC电路通常采用半桥模块或全桥模块,通过隔离变压器实现电压的转换,但是随着电压等级的不断升高,该类型拓扑难以满足变压器的绝缘、高频化等要求。相比于隔离型MMC,非隔离型 MMC主要可分为开关电容型MMC、耦合电感型MMC、谐振升压型MMC 等种类,然而,上述类型均存在利用率低,开关器件电压应力、电流应力分布不均,不易于扩容,不能实现软开关,不能实现自取能驱动等问题。因此,现有的MMC电路在一定程度上无法应用于高电压、高增益、大容量、高功率密度、低损耗、自取能驱动的电力系统输配电领域。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种三角形模块化结构的多电平变换器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
本发明提供一种三角形模块化结构的多电平变换器,包括n级串联组合电路,所述n级串联组合电路呈三角形结构;
其中,每级组合电路中包含多个DC-DC模块,所述DC-DC模块包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口;第一级组合电路中,每个所述 DC-DC模块的第一端口与输入电压的正极连接、第二端口与输入电压的负极连接并接地;
同级组合电路中,所述DC-DC模块之间并联;不同级组合电路中,所述DC-DC模块之间串联,且在第2~n级组合电路中,所述DC-DC模块的第三端口与上一级组合电路中各DC-DC模块的第一端口连接、第四端口与上一级组合电路中各DC-DC模块的第二端口连接。
在本发明的一个实施例中,所述DC-DC模块包括:电源信号输入端、第一电感、第一二极管、第一开关管、电源信号输出端;
其中,所述第一电感的第一端与所述第一电源信号输入端的正极连接、第二端与所述第一二极管的阳极连接,所述第一二极管的阴极与所述电源信号输出端的正极连接,所述第一开关管的第一端与所述第一电感的第二端连接、第二端接地,所述电源信号输入端的负极和所述电源信号输出端的负极接地。
在本发明的一个实施例中,还包括辅助模块,所述辅助模块包括三端口变压器、原边绕组侧电路、第一副边绕组侧电路和第二副边绕组侧电路。
其中,所述原边绕组侧电路并联于所述第一开关管的源极与漏极之间,包括第一电容、第二开关管、第二二极管、励磁电感以及第一节点;所述第一开关管的漏极与所述第一电容的第一极连接、源极接地,所述第一电容的第二极和所述第二二极管的阳极均连接至所述第一节点,所述第二二极管的阴极与所述第一开关管的源极连接,所述第二开关管的漏极与所述励磁电感的第一端连接、源极与所述第一节点连接,所述励磁电感并联在所述三端口变压器的原边绕组两端;
所述原边绕组侧电路用于实现第一开关管的软开关,所述三端口变压器用于将所述第一电容中的能量转换至所述第一副边绕组侧电路和第二副边绕组侧电路。
在本发明的一个实施例中,所述第一副边绕组侧电路与所述三端口变压器的第一副边绕组连接,用于为所述第一开关管和所述第二开关管的驱动导通提供能量;
所述第一副边绕组侧电路包括第三二极管、第二电感、第二电容和控制驱动电路;
所述第三二极管的阳极与所述第一副边绕组的同名端连接、阴极与所述第二电感的第一端连接,所述第二电感的第二端与所述控制驱动电路的第一端连接,所述控制驱动电路的第二端与所述第一副边绕组的异名端连接,所述第二电容的第一端与所述第二电感的第二端连接,所述第二电容的第二端与所述第一副边绕组的异名端连接。
在本发明的一个实施例中,所述第二副边绕组侧电路与所述三端口变压器的第二副边绕组连接,用于将所述三端口变压器的原边绕组侧电路中的剩余能量传输至所述电源信号输出端;
所述第二副边绕组侧电路包括第三电容、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第三电感、第二节点和第三节点;
所述第四二极管的阴极、所述第三电容的第一极、所述第五二极管的阴极以及所述第六二极管的阳极与所述第二节点连接,所述第二副边绕组的异名端和所述第四二极管的阳极与所述第三节点连接,且所述第三节点接地,所述第五二极管的阳极和所述第三电容的第二极与所述第二副边绕组的同名端连接,所述第六二极管的阴极与所述第三电感的第一端连接,所述第三电感的第二端与所述第一二极管的阴极连接。
在本发明的一个实施例中,所述第一开关管和所述第二开关管为N型场效应晶体管;
所述第一开关管的栅极与第一PWM信号连接,第二开关管的栅极与第二PWM信号连接,所述第一PWM信号及所述第二PWM信号均为闭环控制算法输出的驱动信号。
在本发明的一个实施例中,还包括多个第四电容;
各所述第四电容并联于所述输入电压的正极和负极之间,所述输入电压的负极和所述输出电压的负极均接地,且所述输出电压的正极与第n级组合电路的输出端连接。
与相关技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明公开了一种三角形模块化结构的多电平变换器,该变换器包括n 级串联组合电路,每级组合电路中包含多个DC-DC模块,从第1级组合电路至第n级组合电路,模块数量线性递减。该模块化多电平变换器可在确保各DC-DC模块均流、均压条件下,实现高压、大功率、高增益直流变换。该模块化多电平变换器可通过扩展各级组合电路模块数量实现电压等级、电压增益与功率容量的提升,具有高功率密度、低损耗、模块自取能驱动等优点。该变换器中所有DC-DC模块可实现软开关和开关管的自取能驱动与控制,且具有完全相同的电路结构和电气参数,可实现标准化、规模化生产。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的三角形模块化结构的多电平变换器的一种结构示意图;
图2是本发明实施例提供的DC-DC模块在三角形模块化结构的多电平变换器中的拓扑示意图;
图3是本发明实施例提供的DC-DC模块的一种等效电路图;
图4是本发明实施例提供的DC-DC模块的工作时序图;
图5是本发明实施例提供的DC-DC模块在t0~t1时间段的工作原理图;
图6是本发明实施例提供的DC-DC模块在t1~t2时间段的工作原理图;
图7是本发明实施例提供的DC-DC模块在t2~t3时间段的工作原理图;
图8是本发明实施例提供的DC-DC模块在t3~t4时间段的工作原理图;
图9是本发明实施例提供的DC-DC模块在t4~t5时间段的工作原理图;
图10是本发明实施例提供的DC-DC模块在t5~t6时间段的工作原理图;
图11是本发明实施例提供的DC-DC模块在t6~t7时间段的工作原理图;
图12是本发明实施例提供的DC-DC模块在t7~t8时间段的工作原理图;
图13是本发明实施例提供的三角形模块化结构的多电平变换器中输出电压的仿真波形;
图14是本发明实施例提供的三角形模块化结构的多电平变换器中控制驱动电路输出电压的仿真波形。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
图1是本发明实施例提供的三角形模块化结构的多电平变换器的一种结构示意图,图2是本发明实施例提供的DC-DC模块在三角形模块化结构的多电平变换器中的拓扑示意图。请结合图1-2,本发明提供一种三角形模块化结构的多电平变换器100,包括n级串联组合电路101,n级串联组合电路101呈三角形结构;
其中,每级组合电路101包括至少一个DC-DC模块200,DC-DC模块200包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口;第一级组合电路 101中,每个DC-DC模块200的第一端口与输入电压VLow的正极连接、第二端口与输入电压VLow的负极连接并接地;
同级组合电路101中,DC-DC模块200之间并联,不同级组合电路 101中,所述DC-DC模块200之间串联,且在第2~n级组合电路中,所述 DC-DC模块200的第三端口与上一级组合电路中各DC-DC模块200的第一端口连接、第四端口与上一级组合电路中各DC-DC模块200的第二端口连接。而对于第1级组合电路101,每个DC-DC模块200的第一端口与输入电压VLow的正极连接、第二端口与输入电压VLow的负极连接并接地。也就是说,每一级组合电路101中,DC-DC模块200的输出电压信号为下一级组合电路101中DC-DC模块200的输入电压信号。
本发明中第n级组合电路101的上一级组合电路指的是第(n-1)级组合电路101。
具体而言,本发明提供的模块化多电平变换器100结构呈三角形,每一级组合电路101由数量不等的DC-DC模块200并联构成,并且从第1级组合电路101至第n级组合电路101,每级组合电路101中DC-DC模块200 的数量线性递减。
以图1所示的三角形模块化结构的多电平变换器100为例,第1级组合电路101可以包括n个DC-DC模块200、第2级组合电路101可以包括 (n-1)个DC-DC模块200、……、第n级组合电路101可以包括1个DC-DC 模块200。
需要说明的是,在上述三角形模块化结构的多电平变换器100中,任意相邻的两级组合电路101中的DC-DC模块200的数量不同。除图1所示的模块化多电平变换器100外,在本申请的一些其他实施例中,第1级组合电路101 可以包括2n个DC-DC模块200、第2级组合电路101可以包括2(n-1)个DC-DC 模块200、……、第n级组合电路101还可以包括2个DC-DC模块200,本发明对于每级组合电路101中DC-DC模块200的具体数量不作限定。
可选地,上述三角形模块化结构的多电平变换器100还包括多个第四电容Cin;
各第四电容Cin两端与输入电压VLow的正极和负极连接,输入电压VLow的负极和输出电压VHigh的负极均接地,且输出电压VHigh的正极与第n级组合电路101的输出端连接。
需要说明的是,本实施例中输出电压VHigh大于输入电压VLow。
图3是本发明实施例提供的DC-DC模块的一种等效电路图。如图3所示,DC-DC模块200包括:电源信号输入端Vin、第一电感L0、第一二极管D0、第一开关管S1、电源信号输出端Vout;
其中,第一电感L0的第一端与电源信号输入端Vin的正极连接、第二端与第一二极管D0的阳极连接,第一二极管D0的阴极与电源信号输出端 Vout的正极连接,第一开关管S1的第一端与第一电感L0的第二端连接、第二端接地,电源信号输入端Vin的负极和电源信号输出端Vout的负极接地。
具体而言,本实施例提供的DC-DC模块200中,电源信号输入端Vin、第一电感L0、第一二极管D0、第一开关管S1和电源信号输出端Vout构成 DC-DC变换器200的主电路部分。可选地,三角形模块化结构的多电平变换器100还包括辅助模块102,辅助模块102包括三端口变压器T、原边绕组侧电路10和第一副边绕组侧电路20和第二副边绕组侧电路30;
其中,原边绕组侧电路10并联于第一开关管S1的源极与漏极之间,包括第一电容Cs、第二开关管Sa、第二二极管Ds1、励磁电感Lm以及第一节点N1;第一开关管S1的漏极与第一电容Cs的第一极连接、源极接地,第一电容Cs的第二极和第二二极管Ds1的阳极均连接至第一节点N1,第二二极管Ds1的阴极与第一开关管S1的源极连接,第二开关管Sa的漏极与励磁电感Lm的第一端连接、源极与第一节点N1连接,励磁电感Lm并联在三端口变压器T的原边绕组T1两端;
原边绕组侧电路10用于实现第一开关管S1的软开关,三端口变压器T 用于将第一电容Cs中的能量转换至第一副边绕组侧电路20和第二副边绕组侧电路30。
进一步地,上述三角形模块化结构的多电平变换器100中,第一副边绕组侧电路20与三端口变压器T的第一副边绕组T2连接,用于为第一开关管S1和第二开关管Sa的驱动导通提供能量;
第一副边绕组侧电路20包括第三二极管D1、第二电感L2、第二电容 C1和控制驱动电路40;
第三二极管D1的阳极与第一副边绕组T2的同名端连接、阴极与第二电感L2的第一端连接,第二电感L2的第二端与控制驱动电路40的第一端连接,控制驱动电路40的第二端与第一副边绕组的异名端连接,第二电容C1并联在第二电感L2的第二端与第一副边绕组T2的异名端之间。
进一步地,上述三角形模块化结构的多电平变换器100中,第二副边绕组侧电路20与三端口变压器T的第二副边绕组T3连接,用于将三端口变压器T的原边绕组侧电路10中的剩余能量传输至电源信号输出端Vout;
第二副边绕组侧电路30包括第三电容Cr、第四二极管D2、第五二极管D3、第六二极管D4、第三电感Lr、第二节点N2和第三节点N3;
第四二极管D2的阴极、第三电容Cr的第一极、第五二极管D3的阴极以及第六二极管D4的阳极与第二节点N2连接,第二副边绕组T3的异名端和第四二极管D2的阳极与第三节点N3连接,且第三节点N3接地,第五二极管D3的阳极和第三电容Cr的第二极与第二副边绕组T3的同名端连接,第六二极管D4的阴极与第三电感Lr的第一端连接,第三电感Lr的第二端与第一二极管D0的阴极连接。
示例性地,第一开关管S1和第二开关管Sa为N型场效应晶体管;
第一开关管S1的栅极与第一PWM信号连接,第二开关管Sa的栅极与第二PWM信号连接,第一PWM信号及第二PWM信号均为闭环控制算法输出的驱动信号。
图4是本发明实施例提供的DC-DC模块的工作时序图,图5-12分别是本发明实施例提供的DC-DC模块在t0~t1时间段、t1~t2时间段、t2~t3时间段、t3~t4时间段、t4~t5时间段、t5~t6时间段、t6~t7时间段和t7~t8时间段的工作原理图。下面,结合图4-12对上述DC-DC模块200的工作原理进行说明。
t0~t1时间段:在t0时刻,第一开关管S1关断,第一电感的电流向第一电容Cs充电,第一电容Cs的电压/>上升,第一开关管S1实现零电压关断(ZVT)关断。
t1~t2时间段:在t1时刻,第一电容Cs的电压上升至Vout,第一二极管D0零电压导通,使得第一电容Cs的电压/>被钳位至Vout,第一电感的电流/>通过第一二极管D0流向输出侧。
t2~t3时间段:在t2时刻,第一开关管S1和第二开关管Sa零电流开通 (ZCT),此时第二二极管DS1截止,第一电容Cs通过第二开关管Sa连接到三端口变压器T的原边绕组T1上。在此阶段,第一电容Cs、第三电容Cr与第二电感L2、第三电感Lr通过三端口变压器T产生谐振,储存在第一电容 Cs中的一部分能量通过第三二极管D1和第二电感L2传输到控制驱动电路,另一部分能量则与第三电容Cr中的能量通过第六二极管D4和第三电感Lr传输到电源信号输出端Vout。
t3~t4时间段:在t3时刻,第三电容Cr的电压谐振至零,第五二极管D3导通。此时,储存在第一电容Cs中的一部分能量通过第三二极管D1和第二电感L2传输到控制驱动电路,另一部分能量通过第五二极管D5、第六二极管D4和第三电感Lr传输到电源信号输出端Vout。
t4~t5时间段:在t4时刻,第三电感Lr的电流达到零,且第一电容Cs的电压/>也谐振到零。此时,第一电容Cs停止为控制驱动电路供能,第二电感L2通过第三二极管D1续流。此外,励磁电感Lm中还有较小的励磁电流/>变压器原边通过第二二极管DS1续流。
t5~t6时间段:在t5时刻,第二电感L2的电流为零,励磁电流通过第二开关管Sa、第二二极管DS1续流。可以理解的是,如果不在t5~t6时间段内关断第二开关管Sa,励磁电流将会在后续周期中不断增加,最终导致三端口变压器T达到电流饱和而无法正常运行。
t6~t7时间段:在t6时刻,在励磁电流下关断第二开关管Sa,励磁电感 Lm上的能量通过第四二极管D2转移到第三电容Cr上,第三电容Cr的电压/>从零开始上升。根据三端口变压器T的工作原理可知,/> 其中,/>由于在该拓扑中/>相对很小、可以忽略不计,因此,第二开关管Sa可以看作为零电压关断(ZVT)。
t7~t8时间段:在t7时刻,励磁电感Lm上的能量已全部转移到第三电容 Cr上,第四二极管D2关断。此时,第一电感L0的电流通过第一开关管S1线性上升。在t8时刻,第一开关管S1关断,第一电容Cs的电压/>从0开始上升,第一开关管S1实现零电压关断(ZVT),一个周期工作结束,随后继续下一个周期。
进一步地,结合仿真实验对上述三角形模块化结构的多电平变换器100 加以说明。
具体地,以三角形模块化结构的多电平变换器100包括29级组合电路 101为例,即n=29,仿真参数为:输入电压VLow为1000V,输出电压VHigh为30kV,每级组合电路101的预设参考电压Vref=1000V,开关频率f=100 kHz,额定功率P=1MW,电压增益N=30,第一电感L0=42μH,Cr=1nF, Cs=4nF,Lr=3μH,L2=6μH,控制驱动电路的参考电压Vpower.ref=24V,控制驱动电路的参考功率Ppower.ref=10w。
显然,结合图13-14可知,本发明提供的三角形模块化结构的多电平变换器100中输出电压的稳定在30kV,控制驱动电路侧电压稳定在24V,均可满足要求。
通过上述各实施例可知,本发明的有益效果在于:
本发明公开了一种三角形模块化结构的多电平变换器,该变换器包括n 级串联组合电路,每级组合电路中包含多个DC-DC模块,从第1级组合电路至第n级组合电路,模块数量线性递减。该模块化多电平变换器可在确保各DC-DC模块均流、均压条件下,实现高压、大功率、高增益直流变换。该模块化多电平变换器可通过扩展各级组合电路模块数量实现电压等级、电压增益与功率容量的提升,具有高功率密度、低损耗、模块自取能驱动等优点。该变换器中所有DC-DC模块可实现软开关和开关管的自取能驱动与控制,且具有完全相同的电路结构和电气参数,可实现标准化、规模化生产。
在本发明的描述中,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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述,然而,在实施所要求保护的本申请过程中,本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书,可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中,“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤,“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施,但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
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 (4)
1.一种三角形模块化结构的多电平变换器,其特征在于,包括n级串联组合电路,所述n级串联组合电路呈三角型结构;
其中,每级组合电路包括至少一个DC-DC模块,所述DC-DC模块包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口;第一级组合电路中,每个所述DC-DC模块的第一端口与输入电压的正极连接、第二端口与输入电压的负极连接并接地;
同级组合电路中,所述DC-DC模块之间并联;不同级组合电路中,所述DC-DC模块之间串联,且在第2~n级组合电路中,所述DC-DC模块的第三端口与上一级组合电路中各DC-DC模块的第一端口连接、第四端口与上一级组合电路中各DC-DC模块的第二端口连接;
所述DC-DC模块包括:电源信号输入端、第一电感、第一二极管、第一开关管、电源信号输出端;
其中,所述第一电感的第一端与所述电源信号输入端的正极连接、第二端与所述第一二极管的阳极连接,所述第一二极管的阴极与所述电源信号输出端的正极连接,所述第一开关管的第一端与所述第一电感的第二端连接、第二端接地,所述电源信号输入端的负极和所述电源信号输出端的负极接地;
还包括辅助模块,所述辅助模块包括三端口变压器、原边绕组侧电路、第一副边绕组侧电路和第二副边绕组;
其中,所述原边绕组侧电路并联于所述第一开关管的源极与漏极之间,包括第一电容、第二开关管、第二二极管、励磁电感以及第一节点;所述第一开关管的漏极与所述第一电容的第一极连接、源极接地,所述第一电容的第二极和所述第二二极管的阳极均连接至所述第一节点,所述第二二极管的阴极与所述第一开关管的源极连接,所述第二开关管的漏极与所述励磁电感的第一端连接、源极与所述第一节点连接,所述励磁电感并联在所述三端口变压器的原边绕组两端;
所述原边绕组侧电路用于实现第一开关管的软开关,所述三端口变压器用于将所述第一电容中的能量转换至所述第一副边绕组侧电路和第二副边绕组侧电路;
所述第一副边绕组侧电路与所述三端口变压器的第一副边绕组连接,用于为所述第一开关管和所述第二开关管的驱动导通提供能量;
所述第一副边绕组侧电路包括第三二极管、第二电感、第二电容和控制驱动电路;
所述第三二极管的阳极与所述第一副边绕组的同名端连接、阴极与所述第二电感的第一端连接,所述第二电感的第二端与所述控制驱动电路的第一端连接,所述控制驱动电路的第二端与所述第一副边绕组的异名端连接,所述第二电容的第一端与所述第二电感的第二端连接,所述第二电容的第二端与所述第一副边绕组的异名端连接。
2.根据权利要求1所述的三角形模块化结构的多电平变换器,其特征在于,所述第二副边绕组侧电路与所述三端口变压器的第二副边绕组连接,用于将所述三端口变压器的原边绕组侧电路中的剩余能量传输至所述电源信号输出端;
所述第二副边绕组侧电路包括第三电容、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第三电感、第二节点和第三节点;
所述第四二极管的阴极、所述第三电容的第一极、所述第五二极管的阴极以及所述第六二极管的阳极与所述第二节点连接,所述第二副边绕组的异名端和所述第四二极管的阳极与所述第三节点连接,且所述第三节点接地,所述第五二极管的阳极和所述第三电容的第二极与所述第二副边绕组的同名端连接,所述第六二极管的阴极与所述第三电感的第一端连接,所述第三电感的第二端与所述第一二极管的阴极连接。
3.根据权利要求1所述的三角形模块化结构的多电平变换器,其特征在于,所述第一开关管和所述第二开关管为N型场效应晶体管;
所述第一开关管的栅极与第一PWM信号连接,第二开关管的栅极与第二PWM信号连接,所述第一PWM信号及所述第二PWM信号均为闭环控制算法输出的驱动信号。
4.根据权利要求1所述的三角形模块化结构的多电平变换器,其特征在于,还包括多个第四电容;
各所述第四电容并联于所述输入电压的正极和负极之间,所述输入电压的负极和输出电压的负极均接地,且所述输出电压的正极与第n级组合电路的输出端连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110915579.4A CN113965087B (zh) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 一种三角形模块化结构的多电平变换器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110915579.4A CN113965087B (zh) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 一种三角形模块化结构的多电平变换器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113965087A CN113965087A (zh) | 2022-01-21 |
CN113965087B true CN113965087B (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=79460608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110915579.4A Active CN113965087B (zh) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 一种三角形模块化结构的多电平变换器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113965087B (zh) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102223075A (zh) * | 2011-06-16 | 2011-10-19 | 清华大学 | 一种四端口直流变换器 |
CN109980903A (zh) * | 2017-12-28 | 2019-07-05 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种驱动电路和电源 |
CN113037085A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-25 | 西安电子科技大学 | 一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器 |
CN213754305U (zh) * | 2020-11-23 | 2021-07-20 | 阳光电源股份有限公司 | 一种开关管驱动电路、关断器及光伏发电系统 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10404064B2 (en) * | 2015-08-18 | 2019-09-03 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Modular multilevel converter capacitor voltage ripple reduction |
-
2021
- 2021-08-10 CN CN202110915579.4A patent/CN113965087B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102223075A (zh) * | 2011-06-16 | 2011-10-19 | 清华大学 | 一种四端口直流变换器 |
CN109980903A (zh) * | 2017-12-28 | 2019-07-05 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种驱动电路和电源 |
CN213754305U (zh) * | 2020-11-23 | 2021-07-20 | 阳光电源股份有限公司 | 一种开关管驱动电路、关断器及光伏发电系统 |
CN113037085A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-25 | 西安电子科技大学 | 一种多端口网格形模块化的多电平直流变换器 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
A Non-isolated Bidirectional Modular DC-DC Converter with Unipolarand Bipolar Structure for dc Networks Interconnection;Lejia Sun,etal;2018 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE);第1272-1278页 * |
New Non-isolated Interleaved Bidirectional soft-switching DC-DC Converter with a Low Current Stress and Low Voltage Stress Auxiliary Cell;Lejia Sun,etal,;2019 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC);第2145-2149页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113965087A (zh) | 2022-01-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101714815B (zh) | 耦合电感实现高增益倍压升压型变换器 | |
CN111371316B (zh) | 一种基于耦合电感的零输入纹波高增益直流变换器 | |
CN105553266A (zh) | 一种交错并联高增益Boost变换电路及其工作方法 | |
CN102904454A (zh) | 光伏发电系统中高效隔离直流变换器系统 | |
CN110581649B (zh) | 一种高增益软开关直流变换器及其控制方法 | |
CN106026657A (zh) | 非隔离高增益dc-dc升压变换器 | |
CN102684482A (zh) | 一种单开关高增益直流升压型变换器 | |
CN107346939B (zh) | 一种准z源dc/dc变换器 | |
CN113783418B (zh) | 一种低输入电流纹波高增益软开关直流变换器 | |
CN103746554A (zh) | 光伏模块用双向电压输出的高升压比变换器 | |
CN103414338B (zh) | 双向dcdc变换电路和变换装置 | |
CN102751876A (zh) | 一种隔离型基于三端口功率变换器的新能源供电设备 | |
CN203775027U (zh) | 一种光伏模块用双向电压输出的高升压比变换器 | |
CN103066837A (zh) | 高增益倍压结构有源无损箝位变换器 | |
CN107681677B (zh) | 一种双向反激原边集成式的电池储能系统 | |
CN107947590B (zh) | 开关电容双向直流变换器单电源集成驱动电路及控制方法 | |
CN107769389B (zh) | 一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统 | |
CN102097943B (zh) | 双输入直流变换器 | |
CN108736707B (zh) | 一种具有开关电感结构的boost变换器 | |
CN113965087B (zh) | 一种三角形模块化结构的多电平变换器 | |
CN103746556A (zh) | 基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器 | |
CN203775030U (zh) | 一种基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器 | |
CN203039579U (zh) | 一种高增益倍压结构有源无损箝位变换器 | |
CN113422515B (zh) | 一种非隔离型双向软开关dc-dc变换器 | |
CN103312160A (zh) | 双向双输入cuck/sepic直流变换器及其功率分配方法 |
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 |