CN203554295U - 一种三端口串联谐振变流器 - Google Patents

一种三端口串联谐振变流器 Download PDF

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崔伟
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Abstract

为了解决现有结构的变流器所存在的开关频率不高、峰值电流大、变流器负载端模块的开关单元数量多等缺点，本实用新型提供一种三端口串联谐振变流器,由高频变压器、变流器负载端模块以及两个变流器电源端模块组成；用负载端第一分压电容和负载端第二分压电容替代掉原有结构内的负载端第三开关单元与负载端第四开关单元；并在每个变流器电源端模块内均新增一个谐振电容。本实用新型的有益效果为：本产品采用电容和电感实现串联谐振，提高开关频率，还可以降低峰值电流；本产品避免了开关管电压的尖峰问题，实现全部开关管的软开关，提高功率密度；本产品的变流器负载端模块为高电压小电流，模块采用开关半桥结构，有利于减小变流器体积。

Description

一种三端口串联谐振变流器
技术领域
本实用新型属于变流器技术领域，具体涉及一种三端口串联谐振变流器。
背景技术
混合型分布式发电系统或能量互补式发电系统近年来吸引了较多的关注，这种系统通过集成包括可再生能源在内的多种电能装置以提高系统的整体稳定性和利用率。例如可以在系统中配置储能单元储存可再生能源超过负载需求的超发能量，而当光伏电池在夜间不输出功率或者阴天功率很小，或者当风速低于一定的速度时风力发电机无法从风能中获得能量时，储能单元可以保障负载的能量供应。如果系统中仅使用一种可再生能源，从保障供应考虑需要在系统中需配置大量的储能单元。如果有两个甚至更多不同的可再生能源被集成在一起，因不同种类的可再生能源的波动之间具有一定的弥补作用，使得所需储能单元的容量减小。
在混合型分布式发电系统日趋广泛应用的前景下，需要将储能单元、可再生发电单元与负载连接在一起，通过采用高频多端口变流器解决不同能量单元之间的兼容问题，降低元器件数量、尺寸，实现能量系统内部的协调和优化控制是目前研究的热点。
图1为现有的三端口变流器，由高频变压器3、变流器负载端模块1以及两个变流器电源端模块2组成；其中，高频变压器3包括负载端边绕组W2、电源端第一边绕组W11和电源端第二边绕组W12；两个变流器电源端模块2分别与电源端第一边绕组W11和电源端第二边绕组W12相连接；
变流器负载端模块1包括负载端第一开关单元DL1、负载端第二开关单元DL2和负载端滤波电容C103；其中，负载端第一开关单元DL1的源极与负载端第二开关单元DL2的漏极相连接；负载端第一开关单元DL1的源极与负载端第二开关单元DL2的漏极之间的连接点与负载端边绕组W2的一端相连接；负载端第一开关单元DL1的漏极与负载端第二开关单元DL2的源极之间串联有负载端滤波电容C103；此外，在变流器负载端模块1上还设有负载端第三开关单元DL3与负载端第四开关单元DL4；负载端第三开关单元DL3的漏极与负载端第一开关单元DL1的漏极相连，负载端第三开关单元DL3的源极与负载端第四开关单元DL4的漏极相连，负载端第四开关单元DL4的源极与负载端第二开关单元DL2的源极相连接；负载端第三开关单元DL3与负载端第四开关单元DL4之间的连接点与负载端边绕组W2的另一端相连接。
两个变流器电源端模块2均包括电源端第一开关单元DP1、电源端第二开关单元DP2、电源端第三开关单元DP3、电源端第四开关单元DP4、电源端电感L201及电源端滤波电容C201，其中，电源端第一开关单元DP1的源极与电源端第二开关单元DP2的漏极相连接，电源端第二开关单元DP2的源极与电源端第四开关单元DP4的源极相连接，电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极相连接，电源端第三开关单元DP3的漏极与电源端第一开关单元DP1的漏极相连接；在电源端第一开关单元DP1漏极与电源端第二开关单元DP2源极之间并联有电源端滤波电容C201；
在一个变流器电源端模块2中的电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极之间的连接点与相邻的电源端第一边绕组W11的一端相连接；电源端第一边绕组W11的另一端与该变流器电源端模块2内的电源端电感L201的一端相连接；
在另一个变流器电源端模块2中的电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极之间的连接点与相邻的电源端第二边绕组W12的一端相连接；电源端第二边绕组W12的另一端与该变流器电源端模块2内的电源端电感L201的一端相连接；
此外，电源端第一开关单元DP1和电源端第二开关单元DP2之间的连接点与电源端电感L201的另一端直接连接。
上述结构中的变流器负载端模块1和负载单元5相连接；上述结构中的两个变流器电源端模块2分别和分立的发电单元4相连接，两个分立的发电单元4与负载单元5之间双向传递能量；每个变流器电源端模块2有电气隔离，可以通过调整多绕组的高频变压器3的相应匝数来匹配的不同电压等级；其具有传输功率大；在不借助辅助谐振电路的情况下，就可以实现所有开关器件较大范围的软开关工作等优点。但上述结构的变流器存在开关频率不高、峰值电流大、变流器负载端模块的开关单元数量多等缺点；在传输同样的功率值时，当电源端电感值增加，相应需要降低开关频率，引起开关损耗增加。
实用新型内容
为了解决上述结构的变流器所存在的开关频率不高、峰值电流大、变流器负载端模块的开关单元数量多等缺点，本实用新型提供一种三端口串联谐振变流器，其具体结构为：
一种三端口串联谐振变流器,由高频变压器3、变流器负载端模块1以及两个变流器电源端模块2组成；其中，高频变压器3包括负载端边绕组W2、电源端第一边绕组W11和电源端第二边绕组W12；两个变流器电源端模块2分别与电源端第一边绕组W11和电源端第二边绕组W12相连接；
变流器负载端模块1包括负载端第一开关单元DL1、负载端第二开关单元DL2和负载端滤波电容C103；其中，负载端第一开关单元DL1的源极与负载端第二开关单元DL2的漏极相连接；负载端第一开关单元DL1的源极与负载端第二开关单元DL2的漏极之间的节点与负载端边绕组W2的一端相连接；负载端第一开关单元DL1的漏极与负载端第二开关单元DL2的源极之间串联有负载端滤波电容C103；
两个变流器电源端模块2均包括电源端第一开关单元DP1、电源端第二开关单元DP2、电源端第三开关单元DP3、电源端第四开关单元DP4、电源端电感L201及电源端滤波电容C201，其中，电源端第一开关单元DP1的源极与电源端第二开关单元DP2的漏极相连接，电源端第二开关单元DP2的源极与电源端第四开关单元DP4的源极相连接，电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极相连接，电源端第三开关单元DP3的漏极与电源端第一开关单元DP1的漏极相连接；在电源端第一开关单元DP1漏极与电源端第二开关单元DP2源极之间并联有电源端滤波电容C201；
在一个变流器电源端模块2中的电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极之间的连接点与相邻的电源端第一边绕组W11的一端相连接；电源端第一边绕组W11的另一端与电源端电感L201的一端相连接；在另一个变流器电源端模块2中的电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极之间的连接点与相邻的电源端第二边绕组W12的一端相连接；电源端第二边绕组W12的另一端与该变流器电源端模块2内的电源端电感L201的一端相连接；此外：
在变流器负载端模块1还设有负载端第一分压电容C101和负载端第二分压电容C102；其中，负载端第一开关单元DL1的漏极与负载端第一分压电容C101的一端相连接，负载端第一分压电容C101的另一端与负载端第二分压电容C102的一端相连接，负载端第二分压电容C102的另一端与负载端第二开关单元DL2的源极相连接；负载端第一分压电容C101和负载端第二分压电容C102之间的连接点与负载端边绕组W2的另一端相连接；
在每个变流器电源端模块2内均设有一个谐振电容C202；电源端电感L201的另一端与谐振电容C202的一端相连接，电源端第一开关单元DP1的源极和电源端第二开关单元DP2的漏极之间的连接点与谐振电容C202的另一端相连接。
即用负载端第一分压电容C101和负载端第二分压电容C102替代掉原有结构的变流器负载端模块1内的负载端第三开关单元DL3与负载端第四开关单元DL4；并在每个变流器电源端模块2内新增一个谐振电容C202。
有益的技术效果：
本产品的变流器电源端模块2采用电容和电感实现串联谐振，提高开关频率，还可以降低峰值电流；本产品避免了开关管电压的尖峰问题，实现全部开关管的软开关，提高功率密度；
本产品的变流器负载端模块1为高电压小电流，模块采用开关半桥结构，有利于减小变流器体积； 
本产品可以匹配低压的储能元件实现低电压的输入，同时输出满足工业负载需求的高电压。
附图说明
图1是现有结构的三端口变流器的电路结构图。
图2是本实用新型的三端口串联谐振变流器的电路结构图。
图中序号为：变流器负载端模块1、变流器电源端模块2、高频变压器3、发电单元4、负载单元5。
具体的实施方式
现结合附图详细说明本专利的结构特点。
参见图2，一种三端口串联谐振变流器,由高频变压器3、变流器负载端模块1以及两个变流器电源端模块2组成；其中，高频变压器3包括负载端边绕组W2、电源端第一边绕组W11和电源端第二边绕组W12；两个变流器电源端模块2分别与电源端第一边绕组W11和电源端第二边绕组W12相连接；
变流器负载端模块1包括负载端第一开关单元DL1、负载端第二开关单元DL2和负载端滤波电容C103；其中，负载端第一开关单元DL1的源极与负载端第二开关单元DL2的漏极相连接；负载端第一开关单元DL1的源极与负载端第二开关单元DL2的漏极之间的连接点与负载端边绕组W2的一端相连接；负载端第一开关单元DL1的漏极与负载端第二开关单元DL2的源极之间串联有负载端滤波电容C103；
两个变流器电源端模块2均包括电源端第一开关单元DP1、电源端第二开关单元DP2、电源端第三开关单元DP3、电源端第四开关单元DP4、电源端电感L201及电源端滤波电容C201，其中，电源端第一开关单元DP1的源极与电源端第二开关单元DP2的漏极相连接，电源端第二开关单元DP2的源极与电源端第四开关单元DP4的源极相连接，电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极相连接，电源端第三开关单元DP3的漏极与电源端第一开关单元DP1的漏极相连接；在电源端第一开关单元DP1漏极与电源端第二开关单元DP2源极之间并联有电源端滤波电容C201；
在一个变流器电源端模块2中的电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极之间的连接点与相邻的电源端第一边绕组W11的一端相连接；电源端第一边绕组W11的另一端与电源端电感L201的一端相连接；在另一个变流器电源端模块2中的电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极之间的连接点与相邻的电源端第二边绕组W12的一端相连接；电源端第二边绕组W12的另一端与该变流器电源端模块2内的电源端电感L201的一端相连接；
此外：在变流器负载端模块1还设有负载端第一分压电容C101和负载端第二分压电容C102；其中，负载端第一开关单元DL1的漏极与负载端第一分压电容C101的一端相连接，负载端第一分压电容C101的另一端与负载端第二分压电容C102的一端相连接，负载端第二分压电容C102的另一端与负载端第二开关单元DL2的源极相连接；负载端第一分压电容C101和负载端第二分压电容C102之间的连接点与负载端边绕组W2的另一端相连接；
在每个变流器电源端模块2内均设有一个谐振电容C202；电源端电感L201的另一端与谐振电容C202的一端相连接，电源端第一开关单元DP1的源极和电源端第二开关单元DP2的漏极之间的连接点与谐振电容C202的另一端相连接。

Claims (1)

1.一种三端口串联谐振变流器，由高频变压器（3）、变流器负载端模块（1）以及两个变流器电源端模块（2）组成；其中高频变压器（3）包括负载端边绕组W2、电源端第一边绕组W11和电源端第二边绕组W12；两个变流器电源端模块（2）分别与电源端第一边绕组W11和电源端第二边绕组W12相连接；变流器负载端模块（1）包括负载端第一开关单元DL1、负载端第二开关单元DL2和负载端滤波电容C103；其中，负载端第一开关单元DL1的源极与负载端第二开关单元DL2的漏极相连接；负载端第一开关单元DL1的源极与负载端第二开关单元DL2的漏极之间的连接点与负载端边绕组W2的一端相连接；负载端第一开关单元DL1的漏极与负载端第二开关单元DL2的源极之间串联有负载端滤波电容C103；两个变流器电源端模块（2）均包括电源端第一开关单元DP1、电源端第二开关单元DP2、电源端第三开关单元DP3、电源端第四开关单元DP4、电源端电感L201及电源端电容C201，其中，电源端第一开关单元DP1的源极与电源端第二开关单元DP2的漏极相连接，电源端第二开关单元DP2的源极与电源端第四开关单元DP4的源极相连接，电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极相连接，电源端第三开关单元DP3的漏极与电源端第一开关单元DP1的漏极相连接；在电源端第一开关单元DP1漏极与电源端第二开关单元DP2源极之间并联有电源端滤波电容C201；在一个变流器电源端模块（2）中的电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极之间的连接点与相邻的电源端第一边绕组W11的一端相连接；电源端第一边绕组W11的另一端与该变流器电源端模块（2）内的电源端电感L201的一端相连接；在另一个变流器电源端模块（2）中的电源端第四开关单元DP4的漏极与电源端第三开关单元DP3的源极之间的连接点与相邻的电源端第二边绕组W12的一端相连接；电源端第二边绕组W12的另一端与该变流器电源端模块（2）内的电源端电感L201的一端相连接；
其特征在于：在变流器负载端模块（1）还设有负载端第一分压电容C101和负载端第二分压电容C102；其中负载端第一开关单元DL1的漏极与负载端第一分压电容C101的一端相连接，负载端第一分压电容C101的另一端与负载端第二分压电容C102的一端相连接，负载端第二分压电容C102的另一端与负载端第二开关单元DL2的源极相连接；负载端第一分压电容C101和负载端第二分压电容C102之间的连接点与负载端边绕组W2的另一端相连接；在每个变流器电源端模块（2）内均设有一个谐振电容C202；电源端电感L201的另一端与谐振电容C202的一端相连接，电源端第一开关单元DP1的源极和电源端第二开关单元DP2的漏极之间的连接点与谐振电容C202的另一端相连接。
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