CN2415540Y - 零电压零电流开关的三电平直流变换器 - Google Patents

零电压零电流开关的三电平直流变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN2415540Y
CN2415540Y CN00219197U CN00219197U CN2415540Y CN 2415540 Y CN2415540 Y CN 2415540Y CN 00219197 U CN00219197 U CN 00219197U CN 00219197 U CN00219197 U CN 00219197U CN 2415540 Y CN2415540 Y CN 2415540Y
Authority
CN
China
Prior art keywords
zero
voltage
converter
utility
model
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN00219197U
Other languages
English (en)
Inventor
阮新波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN00219197U priority Critical patent/CN2415540Y/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN2415540Y publication Critical patent/CN2415540Y/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor converters
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • 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
    • H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本实用新型涉及电能变换装置,尤其是直流变换器。它是对现有的三电平直流变换器的逆变桥部分作了改进,将其中的变压器Tr的原边绕组中串接一个阻断电容Cb,并且分别给滞后管Q2和Q3串接一个二极管D2和D3;进一步的改进是在箝位二极管D5的阴极和D6的阳极之间并接联结电容Css。该结构可以在很宽的负载范围内实现超前管的零电压开关和滞后管的零电流开关,并使占空比丢失极小;而且开关管和变压器原边绕组中不产生通态损耗,从而提高了变换效率。

Description

零电压零电流开关的三电平直流变换器
本实用新型涉及电能变换装置，尤其是直流变换器。
随着电力电子技术的发展，对电能变换装置的要求越来越高，特别是对输入功率因数的要求也越来越高。三相功率因数校正(Power FactorCorrection，PFC)电路的输出电压一般为760VDC～800VDC，有时甚至达到1000V，这就要求提高后级的直流变换器的开关管的电压定额，使得很难选择到合适的功率开关管；而且，为了减小变换器的体积和重量，必须提高开关频率，这就要求实现开关管的软开关(即零电压或零电流开关)，以减小开关管的开关损耗。目前已有的一种三电平直流变换器其主电路如附图1所示。它利用开关管的结电容和变压器的漏感来实现开关管的零电压开关；而且开关管的电压应力为输入直流电压的一半，可以选择合适的功率开关管。不过，该变换器虽然对超前管的零电压开关容易实现(利用输出滤波电感和漏感两者的能量)，但对滞后管的零电压开关较难处理，因为此时只能单独利用漏感的能量，由于漏感一般较小，在负载较轻时其能量不足以实现滞后管的零电压开关，如果将漏感做得很大，将会带来占空比丢失较大的问题。此外，在零状态时变压器的原边有环流存在，使开关管和变压器原边绕组中产生通态损耗，影响了变换效率的提高。
本实用新型的目的在于提供一种新颖的零电压零电流开关的三电平直流变换器，可以实现超前管的零电压开关和滞后管的零电流开关，并能使占空比丢失极小。
本实用新型的解决方案如下：
整个三电平直流变换器仍然由输入分压电容、逆变桥、隔离变压器、整流桥及滤波电路组成，与已有技术不同之处在于对逆变桥部分作了改进，在其变压器Tr的原边绕组中串接一个阻断电容Cb，并且分别给滞后管Q2和Q3串接一个二极管D2和D3。
在上述方案的基础上，在箝位二极管D5的阴极和D6的阳极之间并接联结电容Css。
附图1．现有的三电平直流变换器的电路结构示意图。
附图2～5．本实用新型的电路结构示意图(四种不同形式)。
附图6．本实用新型的主要波形示意图。
附图7～12．各开关模态的等效电路结构示意图。
本实用新型与已有的三电平直流变换器相同之处是仍然由输入分压电容1、逆变桥2、隔离变压器3、整流桥及滤波电路4组成，只是对其中的逆变桥部分作了改进：在变压器Tr的原边绕组中串接一个阻断电容Cb，并且分别给滞后管Q2和Q3串接一个二极管D2和D3，其余部分保持不变。其中Cd1和Cd2是分压电容，其容量相等，并且很大，它们的电压均为输入电源电压Vin的一半，即：Vcd1=Vcd2=Vin／2；L1k是变压器的原边漏感；D5和D6为箝位二极管；Q1和Q4是超前管，C1和C4分别为超前管Q1和Q4的并联电容，如果Q1和Q4本身的结电容足够大，也可利用其结电容而不再外加并联电容；Q2和Q3是滞后管，采用带或不带反并二极管的形式均可(分别见附图2和3)，Q2和Q3上亦不必外加并联电容，如果开关管本身带有结电容也不影响其工作。超前管Q1和Q4仍然是通过输出滤波电感和漏感实现零电压开关；阻断电容Cb的作用是使零状态时的原边环流ip减小为零，既能使滞后管Q2和Q3实现零电流开关，又能使开关管和变压器原边绕组中不产生通态损耗，从而提高变换效率；而二极管D2和D3的作用是防止原边环流ip在零状态时减小到零后继续反方向流动，D2和D3置于Q2和Q3的上方或下方均可。
进一步的改进是：在箝位二极管D5的阴极和D6的阳极之间并接联结电容Css(附图4和5分别表示滞后管采用带和不带反并二极管的形式)。Css为联结电容，它的作用是将两对开关管的开关过程连接起来。在变换器稳态工作时，电容Css上的电压恒定为Vin／2。
本实用新型的具体工作原理和过程如下：
整个变换器在一个开关周期中有10种开关模态，分别对应于[t0，t1]、[t1，t2]、[t2，t3]、[t3，t4]、[t4，t5]、[t5，t6]、[t6，t7]、[t7，t8]、[t8，t9]、[t9，t10](见附图6)，其中[t0，t5]为前半周期，[t5，t10]为后半周期。下面对各开关模态的工作情况进行具体分析(以有联结电容Css的情况为例)。
附图7给出了t0时刻的等效电路。此时，Q1和Q2导通，νAB=(+1)Vin／2，原边电流给阻断电容充电。原边电流为Ip(t0)=Io／K，其中Io是输出负载电流，K为变压器原副边匝比。阻断电容Cb的电压为Vcb(t0)。
①开关模态1(对应于[t0，t1]，其等效电路见附图8)
在t0时刻关断Q1，原边电流ip给C1充电，同时通过电容Css给C4放电。由于有C1和C4，Q1是零电压关断。此时漏感L1k和滤波电感Lf相串联，Lf一般很大，ip近似不变，类似于一个恒流源，其大小为Io／K。ip继续给阻断电容Cb充电。C1的电压线性上升，C4的电压线性下降。
在t1时刻，C1的电压上升到Vin／2时，C4的电压下降到0，A点电位为Vin／2，此时D5自然导通，从而结束开关模态1，这时νAB=0。
②开关模态2(对应于[t1，t2]，其等效电路见附图9)
当D5导通后，C4的电压被箝在0，因此可以零电压开通Q4。Q4与Q1驱动信号之间的死区时间td＞t01，在这段时间里，D5和Q2导通，A、B两点电压νAB为零。此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容电压Vcb，原边电流ip开始减小，同时使变压器原边电压极性改变，副边感应电势成为下正上负。变压器副边两个整流二极管DR1和DR2同时导通，因此变压器原、副边绕组电压均为零。此时阻断电容的电压全部加在漏感上，原边电流减小，阻断电容电压上升。由于漏感较小，而阻断电容较大，因此可认为在这个开关模态中，阻断电容电压基本不变，原边电流基本是线性减小，在t2时刻，原边电流下降到零。
③开关模态3(对应于[t2，t3]，其等效电路见附图10)
在开关模态3中，原边电流为ip=0，B点对地电压为νB=Vin／2，A点对地电压为νA=Vin／2+Vcbp。副边两个整流管同时导通，均分负载电流。
④开关模态4(对应于[t3，t4]，其等效电路见附图11)
在t3时刻，关断Q2，此时Q2中并没有电流流过，因此Q2是零电流关断。在很小的延时后，开通Q3，由于漏感的存在，原边电流不能突变，Q3是零电流开通。
由于原边电流不足以提供负载电流，副边两个整流管依然同时导通，变压器的原、副边绕组被钳在零电压。此时加在漏感两端的电压为-(Vin／2+Vcbp)，原边电流从零开始反方向线性增加，在t4时刻，原边电流反方向增加到负载电流。
⑤开关模态5(对应于[t4，t5]，其等效电路见附图12)
从t4时刻开始，原边为负载提供能量，同时给阻断电容反向充电。输出整流管DR1自然关断，所有负载电流均流过DR2。阻断电容上的电压为下一次Q3零电流关断和Q2零电流开通作准备。在t5时刻，关断Q4，开始[t5，t10]的另一个半周期，其工作情况类似于前面描述的[t0，t5]周期，此处不再重复描述。
无联结电容Css时的工作原理和过程与上述描述基本相同，最后得到的效果亦相同，因此不再多述。
本实用新型的一个具体实施例如下：输入交流电压为三相380V／50Hz交流电，经过整流滤波后得到直流电压为Vin=530VDC；输出直流电压为Vo=54VDC；输出电流为Io=50A；变压器副边匝比为K=3；变压器原边漏感为L1k=6μH；阻断电容为Cb=1μF；并联电容为C1=C4=Cr=10nF；输出滤波电感为Lf=10μH；输出滤波电容为Cf=10000μF；超前开关管为MOSFET：IXFH32N50(32A／500V)；滞后开关管为IGBT：CT60AM-20(60A／1000V)或IXSH30N60(30A／600V)；串联二极管为DSEI30-06A(30A／600V)；输出整流二极管为MEK95-06DA(2×95A／600V)；开关频率为fs=50kHz。
从以上的描述中可以得知，本实用新型提出的零电压零电流开关的三电平直流变换器具有以下几方面的优点：
①开关管的电压应力为输入直流电压的一半，利于选择合适的功率开关管；
②不仅可实现超前管的零电压开关，而且使零状态时的原边环流减小为零，从而在很宽的负载范围内实现滞后管的零电流开关；
③由于漏感可以做得很小，因此使得占空比丢失极小；
④由于在零状态下的原边环流为零，使开关管和变压器原边绕组中不产生通态损耗，从而提高了变换效率；
⑤使开关频率提高，从而减小了变换器的体积和重量。

Claims (2)

1．一种零电压零电流开关的三电平直流变换器，由输入分压电容(1)、逆变桥(2)、隔离变压器(3)、整流桥及滤波电路(4)组成，其特征在于：在变压器Tr的原边绕组中串接一个阻断电容Cb，并且分别给滞后管Q2和Q3直接串接一个二极管D2和D3。
2．如权利要求1所述的三电平直流变换器，其特征在于：在箝位二极管D5的阴极和D6的阳极之间并接联结电容Css。
CN00219197U 2000-01-24 2000-01-24 零电压零电流开关的三电平直流变换器 Expired - Fee Related CN2415540Y (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN00219197U CN2415540Y (zh) 2000-01-24 2000-01-24 零电压零电流开关的三电平直流变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN00219197U CN2415540Y (zh) 2000-01-24 2000-01-24 零电压零电流开关的三电平直流变换器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN2415540Y true CN2415540Y (zh) 2001-01-17

Family

ID=33584418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN00219197U Expired - Fee Related CN2415540Y (zh) 2000-01-24 2000-01-24 零电压零电流开关的三电平直流变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN2415540Y (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010006479A1 (en) * 2008-07-17 2010-01-21 City University Of Hong Kong Dc-dc converter and method of converting a high voltage dc current to a low voltage dc current
CN1523746B (zh) * 2003-09-03 2010-04-14 浙江大学 三电平llc串联谐振dc/dc变换器
CN101127482B (zh) * 2006-08-14 2011-07-13 艾默生网络能源系统北美公司 直流变换器的原边箝位电路
CN102624266A (zh) * 2012-03-16 2012-08-01 华为技术有限公司 三电平逆变电路
CN103151931A (zh) * 2013-01-30 2013-06-12 西安爱科赛博电气股份有限公司 零电压零电流三电平直流变换器电路
CN102077451B (zh) * 2008-06-27 2013-09-04 大金工业株式会社 电力转换装置
CN103746562A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 西安爱科赛博电气股份有限公司 宽范围软开关三电平不对称半桥直流变换器、开关电源
CN106452091A (zh) * 2016-12-02 2017-02-22 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种三电平双端有源桥直流变换装置和控制方法
CN107124105A (zh) * 2017-05-05 2017-09-01 南京理工大学 提高隔离型三电平pfc变换器pf的控制系统及方法
EP3734824A4 (en) * 2018-01-31 2021-03-03 Huawei Technologies Co., Ltd. METHOD FOR CONTROLLING A POWER CONVERTER CIRCUIT AND ASSOCIATED POWER CONVERTER CIRCUIT

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1523746B (zh) * 2003-09-03 2010-04-14 浙江大学 三电平llc串联谐振dc/dc变换器
CN101127482B (zh) * 2006-08-14 2011-07-13 艾默生网络能源系统北美公司 直流变换器的原边箝位电路
CN102077451B (zh) * 2008-06-27 2013-09-04 大金工业株式会社 电力转换装置
WO2010006479A1 (en) * 2008-07-17 2010-01-21 City University Of Hong Kong Dc-dc converter and method of converting a high voltage dc current to a low voltage dc current
CN102624266B (zh) * 2012-03-16 2015-04-08 华为技术有限公司 三电平逆变电路
CN102624266A (zh) * 2012-03-16 2012-08-01 华为技术有限公司 三电平逆变电路
CN103151931A (zh) * 2013-01-30 2013-06-12 西安爱科赛博电气股份有限公司 零电压零电流三电平直流变换器电路
CN103746562A (zh) * 2013-12-30 2014-04-23 西安爱科赛博电气股份有限公司 宽范围软开关三电平不对称半桥直流变换器、开关电源
CN106452091A (zh) * 2016-12-02 2017-02-22 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种三电平双端有源桥直流变换装置和控制方法
CN106452091B (zh) * 2016-12-02 2018-10-26 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种三电平双端有源桥直流变换装置和控制方法
CN107124105A (zh) * 2017-05-05 2017-09-01 南京理工大学 提高隔离型三电平pfc变换器pf的控制系统及方法
CN107124105B (zh) * 2017-05-05 2019-06-25 南京理工大学 提高隔离型三电平pfc变换器pf的控制系统及方法
EP3734824A4 (en) * 2018-01-31 2021-03-03 Huawei Technologies Co., Ltd. METHOD FOR CONTROLLING A POWER CONVERTER CIRCUIT AND ASSOCIATED POWER CONVERTER CIRCUIT
US11201549B2 (en) 2018-01-31 2021-12-14 Huawei Technologies Co., Ltd. Control method of power conversion circuit, and related power conversion circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1109399C (zh) 带钳位二极管的零电压开关三电平直流变换器
CN101847936B (zh) 滞后臂并联辅助网络的软开关全桥直流变换器
CN1929276A (zh) 一种用于太阳能光伏并网发电的软开关反激逆变器
CN101018017A (zh) 混合式三电平谐振直流变换器及双移相控制方法
CN109450268A (zh) 一种单相零电压开关背靠背变流器电路及其调制方法
CN101860216B (zh) 加耦合电感的倍流整流方式全桥直流变换器
CN1545194A (zh) 级联式双向dc-dc变换器
CN101604916B (zh) 基于π型辅助网络零电压开关全桥直流变换器
CN100353652C (zh) 复合式全桥三电平直流变换器和全桥三电平直流变换器
CN1967997A (zh) 五电平双降压式全桥逆变器
CN2415540Y (zh) 零电压零电流开关的三电平直流变换器
CN107222100A (zh) 一种集成Buck‑Boost和LLC电路的单级LED驱动电路
CN1725617A (zh) 零电压开关复合式交错并联双管正激三电平直流变换器
CN103887981A (zh) 一种全桥dc-dc变换器
CN1866704A (zh) 双管双正激升压式单级功率因数校正电路
CN101030731A (zh) 二极管加电流互感器箝位的零电压开关全桥直流变换器
CN1120561C (zh) 零电压零电流开关混合型全桥三电平直流变换器
CN1734903A (zh) 三电平输出的软开关隔离直流变换器
CN100539374C (zh) 零电压开关复合式全桥三电平直流变换器
CN100571006C (zh) 超导储能用双向三电平软开关dc/dc变换器及其控制方法
CN1324798C (zh) 双路双管正激变换器拓扑
CN1103510C (zh) 新型倍流整流电路零电压开关全桥变换器
CN1049537C (zh) 用于电力变换的软开关电路拓扑方法及电路
CN100346564C (zh) 零电压开关推挽正激三电平直流变换器主电路的控制方法
CN215344368U (zh) 一种新型功率因数变换电路

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee