CN115173725A - 一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器及方法 - Google Patents

一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器及方法，属于飞机机载电源技术领域。本发明的升压逆变级联变换器，包括：所述三相逆变器的电容桥臂中点串联电感并连接外部飞机金属结构；所述LC滤波器的滤波电容公共端作为所述三相逆变器的中性点引出N线与所述DC‑DC变换器低压输入侧负线连接；所述三相逆变器的电容桥臂中点通过串接电感与所述三相逆变器的中线和所述DC‑DC变换器低压输入侧负线连接。本发明成本低、结构简单，无需增加基频变压器及任何复杂的有源电路或软件算法，可有效提高变换器的功率密度。

Description

一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器及方法
技术领域
本发明涉及飞机机载电源技术领域，具体涉及一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器及方法。
背景技术
多电飞机和全电飞机的快速发展，机载用电设备的种类和数量大幅度增多，对电源种类和供电品质的要求也越来越高，机载级联功率变换器在飞机二次配电系统中应用也越来越广泛。
在飞机电源系统中，按照行业通用的标准规范如AC43.13-1B、ARP1870和GJB181A-2012，飞机电气线路的电流回路地包含交直流电源地，均接至飞机金属结构，如图1所示。
这一接地方案虽能减少供电系统体积重量、简化安装维护操作。但对于机载级联功率变换器，交流输出中线和DC-DC变换器输入直流负线的短接，在变压器原副边绕组分布电容的影响下，使得级联系统出现共模干扰传导路径，导致交流输出电压出现共模直流分量，影响用电设备的正常使用，极端时甚至会损坏机载用电设备。
现有技术通常通过增加基频变压器或辅助有源电路等方式阻断共模路径，但会不可避免地增加系统体积重量及复杂程度，降低了供电系统可靠性、限制了供电系统功率密度的提高。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器，包括：DC-DC变换器、三相逆变器和LC滤波器；
所述三相逆变器的电容桥臂中点串联电感并连接外部飞机金属结构；
所述LC滤波器的滤波电容公共端作为所述三相逆变器的中性点引出N线与所述DC-DC变换器低压输入侧负线连接；
所述三相逆变器的电容桥臂中点通过串接电感与所述三相逆变器的中线和所述DC-DC变换器低压输入侧负线连接。
可选的，三相逆变器的电容桥臂中点电势钳位。
可选的，三相逆变器的电容桥臂并联在所述三相逆变器的输入侧。
可选的，三相逆变器还包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述三相逆变器的电容桥臂、第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂依次并联。
本发明还提出了一种使用上述升压逆变级联变换器抑制共模直流分量的方法，包括：将三相逆变器的电容桥臂中点电势钳位。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出的升压逆变级联变换器，通过所述三相逆变器的电容桥臂中点串联电感并连接外部飞机金属结构；LC滤波器的滤波电容公共端作为所述三相逆变器的中性点引出N线与所述DC-DC变换器低压输入侧负线连接；三相逆变器的电容桥臂中点通过串接电感与所述三相逆变器的中线和所述DC-DC变换器低压输入侧负线连接。使得本发明成本低、结构简单，无需增加基频变压器及任何复杂的有源电路或软件算法，可有效提高变换器的功率密度。本发明所加电感位于电容桥臂中点和飞机金属外壳之间，实现了上述两点电位解耦，仍可采用空间矢量调制对逆变器进行控制。本发明不受前级DC-DC变换器拓扑及隔离变压器寄生参数影响，均可保证级联变换器的可靠稳定运行。
附图说明
图1为本发明的级联变换器在飞机环境下的结构示意图；
图2为本发明的一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器，如图1所示，包括：DC-DC变换器、三相逆变器和LC滤波器；
所述三相逆变器的电容桥臂中点串联电感并连接外部飞机金属结构；
所述LC滤波器的滤波电容公共端作为所述三相逆变器的中性点引出N线与所述DC-DC变换器低压输入侧负线连接；
所述三相逆变器的电容桥臂中点通过串接电感与所述三相逆变器的中线和所述DC-DC变换器低压输入侧负线连接。
其中，三相逆变器的电容桥臂中点电势钳位。
三相逆变器的电容桥臂并联在所述三相逆变器的输入侧。
三相逆变器还包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述三相逆变器的电容桥臂、第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂依次并联。
具体的，DC-DC变换器包括全桥逆变电路、变压器T1、变压器T1副边侧的谐振腔、谐振腔输出侧的全桥不可控整流滤波电路。其中全桥逆变电路包括相并联的第一桥臂、第二桥臂，第一桥臂包括相串联的MOS管Q1_1、MOS管Q1_2，第二桥臂包括相串联的MOS管Q1_3、MOS管Q1_4；全桥逆变电路输出接变压器T1的原边绕组。变压器T1副边侧包含串联连接的谐振电容Cr以及谐振电感Lr，以及并联在不可控整流桥输入端的励磁电感Ls，励磁电感之后的整流桥采用全桥形式。整流桥包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。整流桥输出接三相逆变器；
三相逆变器包括母线输出电容桥臂、中线串联电感L1、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂，母线输出电容桥臂包括相串联的第一电容C1和第二电容C2，第一桥臂包括相串联的MOS管Q2_1、MOS管Q2_2，第二桥臂包括相串联的MOS管Q2_3、MOS管Q2_4，第三桥臂包括相串联的MOS管Q2_5、MOS管Q2_6。
本发明将直流母线电容桥臂中点电势钳位，实现共模直流分量抑制。
本发明是在飞机供电系统这一个特殊背景下属于首次应用。
在本发明中共模干扰的传导路径为三相逆变器产生的共模信号通过地线注入DC-DC变换器低压侧输入负线，经过DC-DC变换器第二桥臂MOS管Q1_4传导至DC-DC变换器原副边绕组分布电容、谐振腔和整流桥臂，经过整流产生共模直流分量，叠加在逆变器输出正弦电压上。
本发明前级不仅仅局限于隔离型LLC变换器，对于任意前级为隔离型DC-DC变换器后级为三相逆变器的机载级联功率变换器，均可实现共模直流分量的抑制。
本发明提出的升压逆变级联变换器，将其输出LC滤波器滤波电容公共端作为三相逆变器的中性点引出N线与DC-DC变换器低压输入侧负线连接；通过将三相逆变器的电容桥臂中点串联电感后，与三相逆变器中线和所述DC-DC变换器低压输入侧负线并接至外部飞机金属结构。本发明成本低、结构简单，无需增加基频变压器及任何复杂的有源电路或软件算法，可有效提高变换器的功率密度。本发明所加电感位于电容桥臂中点和飞机金属外壳之间，实现了上述两点电位解耦，仍可采用空间矢量调制对逆变器进行控制。本发明不受前级DC-DC变换器拓扑及隔离变压器寄生参数影响，均可保证级联变换器的可靠稳定运行。
本发明还提出了一种使用上述升压逆变级联变换器抑制共模直流分量的方法，包括：将三相逆变器的电容桥臂中点电势钳位。
本发明将母线输出电容桥臂中点电势钳位，实现共模直流分量抑制。
本发明是在飞机供电系统这一个特殊背景下属于首次应用。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在发明待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种用于抑制共模直流分量的升压逆变级联变换器，其特征在于，所述升压逆变级联变换器，包括：DC-DC变换器、三相逆变器和LC滤波器；
所述三相逆变器的电容桥臂中点串联电感并连接外部飞机金属结构；
所述LC滤波器的滤波电容公共端作为所述三相逆变器的中性点引出N线与所述DC-DC变换器低压输入侧负线连接；
所述三相逆变器的电容桥臂中点通过串接电感与所述三相逆变器的中线和所述DC-DC变换器低压输入侧负线连接。
2.根据权利要求1所述的机载级联功率变换器，其特征在于，所述三相逆变器的电容桥臂中点电势钳位。
3.根据权利要求1所述的机载级联功率变换器，其特征在于，所述三相逆变器的电容桥臂并联在所述三相逆变器的输入侧。
4.根据权利要求3所述的机载级联功率变换器，其特征在于，所述三相逆变器还包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述三相逆变器的电容桥臂、第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂依次并联。
5.一种使用如权利要求1-4所述任意一种升压逆变级联变换器抑制共模直流分量的方法，所述方法包括：将三相逆变器的电容桥臂中点电势钳位。
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