CN214480321U - 辅助电源及三电平变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种辅助电源及三电平变流器，涉及电力电子技术领域。辅助电源包括第一开环隔离DC‑DC电路以及第二开环隔离DC‑DC电路；第一开环隔离DC‑DC电路的输入端分别与正母线以及母线中点连接端连接；第二开环隔离DC‑DC电路的输入端分别与母线中点连接端以及负母线连接。本实用新型实施例中，辅助电源从正半母线以及负半母线取电，输入电压小，开关器件的电压应力低，有利于开关器件的选型和成本控制。第一开环隔离DC‑DC电路与第二开环隔离DC‑DC电路均不带反馈调节，因此，不需要用到光耦，避免了使用光耦特别是宽体光耦带来的问题。

Description

辅助电源及三电平变流器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种辅助电源及三电平变流器。

背景技术

所有的变流器内部，都会用到辅助电源。辅助电源从变流器直流母线上进行取电然后经过隔离、降压、稳压之后输出所需要电压，是变流器上最常见的辅助电源设计方案。具体地，辅助电源直接通变流器的正负母线取电，经过带隔离的DC-DC变换器进行降压，并通过光耦反馈支路进行稳压，这种方案在三电平拓扑变流器内部也经常被采用。

目前在风电变流器、光伏逆变器和传动变频器等大功率变流器领域均有广泛的应用，虽然三电平拓扑相比两电平拓扑在多个方面有着明显优势，但三电平变流器的母线电压也明显比两电平高，电压变化范围也更宽，这使得辅助电源的设计难度也更大。要求辅助电源选用器件的耐压、安规距离也更大。此外三电平的还需要附加措施以维持正、负半母线电容的均压，防止出现明显的电压不均衡问题。以母线电压为1500V的三电平光伏逆变器为例，辅助电源的开关器件MOS管耐压值至少需要1700V，高压MOS管的导通电阻比低压MOS管的导通电阻大得多，器件损耗大，且可选的型号也少得多，价格昂贵。同时辅助电源所用的反馈光耦也需要选用爬电距离大的宽体光耦，使得光耦选型范围比较小，宽体光耦的成本也很高。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题是现有三电平变流器的辅助电源需要选用高压MOS管和宽体光耦，存在器件损耗大，可选的型号少，价格昂贵的问题。

为了解决上述问题，第一方面，本实用新型实施例提出一种辅助电源，所述辅助电源应用于三电平变流器中，所述三电平变流器包括正母线以及负母线，所述正母线与负母线之间连接有分压单元，所述分压单元设有母线中点连接端；所述辅助电源包括第一开环隔离DC-DC电路以及第二开环隔离DC-DC电路；所述第一开环隔离DC-DC电路的输入端分别与所述正母线以及所述母线中点连接端连接；所述第二开环隔离DC-DC电路的输入端分别与所述母线中点连接端以及所述负母线连接。

其进一步的技术方案为，所述分压单元包括两分压器件，两分压器件串联在所述正母线与负母线之间。

其进一步的技术方案为，所述母线中点连接端位于两分压器件之间。

其进一步的技术方案为，所述辅助电源还包括闭环非隔离DC-DC电路；所述第一开环隔离DC-DC电路的输出端以及所述第二开环隔离DC-DC电路的输出端均与所述闭环非隔离DC-DC电路的输入端连接。

其进一步的技术方案为，所述第一开环隔离DC-DC电路以及第二开环隔离DC-DC电路均包括隔离变压器。

其进一步的技术方案为，所述第一开环隔离DC-DC电路以及第二开环隔离DC-DC电路均不设有反馈支路。

其进一步的技术方案为，所述第一开环隔离DC-DC电路以及第二开环隔离DC-DC电路的拓扑均为正激、推挽、半桥、全桥中的一种。

其进一步的技术方案为，所述闭环非隔离DC-DC电路的拓扑为buck或者buck-boost。

其进一步的技术方案为，所述闭环非隔离DC-DC电路的拓扑为非隔离的正激或者非隔离的反激。

第二方面，本实用新型提出一种三电平变流器，所述三电平变流器包括如第一方面所述的辅助电源。

与现有技术相比，本实用新型实施例所能达到的技术效果包括：

本实用新型的技术方案，能够达到以下技术效果。

1、第一开环隔离DC-DC电路与第二开环隔离DC-DC电路分别从正半母线以及负半母线取电，输入电压小于常规的从正母线取电的方式，开关器件的电压应力降低，有利于开关器件的选型和成本控制。

2、第一开环隔离DC-DC电路与第二开环隔离DC-DC电路均不带反馈调节，因此，不需要用到光耦，避免了使用光耦特别是宽体光耦带来的问题。

3、辅助电源从正半母线以及负半母线取电，可以增加供电的冗余度，即使一路损坏仍然可以工作，提高了辅助电源的可靠性。

4、正半母线与负半母线经过第一开环隔离DC-DC电路与第二开环隔离DC-DC电路隔离降压以后并联输出到闭环非隔离DC-DC电路，电压高的那一路负载重，可以用来平衡静态时的正负母线电容电压，有利于三电平直流母线电容的均压。

5、辅助电源输入电压变化范围缩小一半，有利于电源的设计，对光伏等宽电压范围输入的适应性好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提出的一种辅助电源的电路框图。

附图标记

三电平变流器100、正母线10、负母线20、分压单元30、第一开环隔离DC-DC电路40、第二开环隔离DC-DC电路50以及闭环非隔离DC-DC电路60。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

参见图1，本实用新型实施例提出一种辅助电源，所述辅助电源应用于三电平变流器100中。三电平变流器100包括正母线10以及负母线20，所述正母线10与负母线20之间连接有分压单元30，所述分压单元30设有母线中点连接端N。

在本实施例中，分压单元30包括两分压器件C，两分压器件C串联在所述正母线10与负母线20之间。分压器件C起到分压作用。例如，在本实施例中，分压器件C选用为电容。进一步地，母线中点连接端N位于两分压器件C之间。

母线中点连接端N的电压比正母线10的电压低。例如，在本实施例中，母线中点连接端N的电压为正母线10电压的一半。

由图1可知，所述辅助电源包括第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50。以上各器件的连接关系如下：

所述第一开环隔离DC-DC电路40的输入端分别与所述正母线10以及所述母线中点连接端N连接。即，所述第一开环隔离DC-DC电路40从所述正母线10以及所述母线中点连接端N取电(在本领域中，将三电平变流器100的正母线10到母线中点连接端N称为正半母线，因此也可认为第一开环隔离DC-DC电路40从三电平变流器100的正半母线取电)，其取电的电压小于正母线10的电压。

所述第二开环隔离DC-DC电路50的输入端分别与所述母线中点连接端N以及所述负母线20连接，即，所述第二开环隔离DC-DC电路50从所述母线中点连接端N以及所述负母线20取电(在本领域中，将三电平变流器100的母线中点连接端N到负母线20称为负半母线，因此也可认为第二开环隔离DC-DC电路50从三电平变流器100的负半母线取电)，其取电的电压小于正母线10的电压。

在本实施例中，母线中点连接端N的电压为正母线10电压的一半。因此，第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50的取电电压均为正母线10电压的一半。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50的输出均不带反馈调节(即开环)，输出电压会因为输入电压和负载电流的变换而变化；同时第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50的输入和输出之间是绝缘的，通常需要隔离变压器来才能实现。第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50均起到隔离作用。

进一步地，辅助电源还包括闭环非隔离DC-DC电路60。所述第一开环隔离DC-DC电路40的输出端以及所述第二开环隔离DC-DC电路50的输出端均与所述闭环非隔离DC-DC电路60的输入端连接。即第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50的输出并联输入到闭环非隔离DC-DC电路60中。

进一步地，闭环非隔离DC-DC电路60的输出带反馈调节(即闭环)，具有稳压功能，即使输入电压或者负载电流变化，也可以通过反馈调节来实现输出电压的稳定；同时闭环非隔离DC-DC电路60的输入和输出之间是非绝缘的，一般不需要隔离变压器；如果带隔离变压器，但反馈支路没有做到隔离，也是非隔离的。闭环非隔离DC-DC电路60则起到稳压作用。

在某些实施例，例如本实施例中，所述第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50均包括隔离变压器。隔离变压器起到隔离绝缘作用。

进一步地，所述第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50均不设有反馈支路。

反馈支路一般用光耦来实现隔离。由于没有反馈支路，因此，在第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50中，均不需要用到光耦。

进一步地，所述第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50的拓扑均为正激、推挽、半桥、全桥中的一种。

需要说明的是，本领域技术人员可根据实际需求需用第一开环隔离DC-DC电路40以及第二开环隔离DC-DC电路50的拓扑，对此本实用新型不作具体限定。

进一步地，闭环非隔离DC-DC电路60的拓扑为buck或者buck-boost。

或者，在另一些实施例中，闭环非隔离DC-DC电路60的拓扑为非隔离的正激或者非隔离的反激，并且其反馈支路也是非隔离的，即反馈支路中不包含光耦。

需要说明的是，本领域技术人员可根据实际需求闭环非隔离DC-DC电路60的拓扑，对此本实用新型不作具体限定。

本实用新型的技术方案，能够达到以下技术效果。

1、第一开环隔离DC-DC电路40与第二开环隔离DC-DC电路50分别从正半母线以及负半母线取电，输入电压小于常规的从正母线10取电的方式，开关器件的电压应力降低，有利于开关器件的选型和成本控制。

2、第一开环隔离DC-DC电路40与第二开环隔离DC-DC电路50均不带反馈调节，因此，不需要用到光耦，避免了使用光耦特别是宽体光耦带来的问题。

3、辅助电源从正半母线以及负半母线取电，可以增加供电的冗余度，即使一路损坏仍然可以工作，提高了辅助电源的可靠性。

4、正半母线与负半母线经过第一开环隔离DC-DC电路40与第二开环隔离DC-DC电路50隔离降压以后并联输出到闭环非隔离DC-DC电路60，电压高的那一路负载重，可以用来平衡静态时的正负母线20电容电压，有利于三电平直流母线电容的均压。

5、辅助电源输入电压变化范围缩小一半，有利于电源的设计，对光伏等宽电压范围输入的适应性好。

本实用新型实施例还提出一种三电平变流器，所述三电平变流器包括以上实施例提出的辅助电源。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种辅助电源，其特征在于，应用于三电平变流器中，所述三电平变流器包括正母线以及负母线，所述正母线与负母线之间连接有分压单元，所述分压单元设有母线中点连接端；所述辅助电源包括第一开环隔离DC-DC电路以及第二开环隔离DC-DC电路；所述第一开环隔离DC-DC电路的输入端分别与所述正母线以及所述母线中点连接端连接；所述第二开环隔离DC-DC电路的输入端分别与所述母线中点连接端以及所述负母线连接。

2.根据权利要求1所述的辅助电源，其特征在于，所述分压单元包括两分压器件，两分压器件串联在所述正母线与负母线之间。

3.根据权利要求2所述的辅助电源，其特征在于，所述母线中点连接端位于两分压器件之间。

4.根据权利要求1所述的辅助电源，其特征在于，所述辅助电源还包括闭环非隔离DC-DC电路；所述第一开环隔离DC-DC电路的输出端以及所述第二开环隔离DC-DC电路的输出端均与所述闭环非隔离DC-DC电路的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的辅助电源，其特征在于，所述第一开环隔离DC-DC电路以及第二开环隔离DC-DC电路均包括隔离变压器。

6.根据权利要求5所述的辅助电源，其特征在于，所述第一开环隔离DC-DC电路以及第二开环隔离DC-DC电路均不设有反馈支路。

7.根据权利要求5所述的辅助电源，其特征在于，所述第一开环隔离DC-DC电路以及第二开环隔离DC-DC电路的拓扑均为正激、推挽、半桥、全桥中的一种。

8.根据权利要求4所述的辅助电源，其特征在于，所述闭环非隔离DC-DC电路的拓扑为buck或者buck-boost。

9.根据权利要求4所述的辅助电源，其特征在于，所述闭环非隔离DC-DC电路的拓扑为非隔离的正激或者非隔离的反激。

10.一种三电平变流器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的辅助电源。

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