RU2467459C2 - Преобразовательная схема и система с такой преобразовательной схемой - Google Patents

Преобразовательная схема и система с такой преобразовательной схемой Download PDF

Info

Publication number
RU2467459C2
RU2467459C2 RU2008147986/07A RU2008147986A RU2467459C2 RU 2467459 C2 RU2467459 C2 RU 2467459C2 RU 2008147986/07 A RU2008147986/07 A RU 2008147986/07A RU 2008147986 A RU2008147986 A RU 2008147986A RU 2467459 C2 RU2467459 C2 RU 2467459C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
controlled
power semiconductor
directional power
resonant
converter
Prior art date
Application number
RU2008147986/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008147986A (ru
Inventor
Антонио КОЧЧА (CH)
Антонио КОЧЧА
Франсиско КАНАЛЕС (CH)
Франсиско КАНАЛЕС
Герольд КНАПП (CH)
Герольд КНАПП
Марсель МЕРК (CH)
Марсель МЕРК
СИЛЬВЕЙРА КАВАЛЬКАНТЕ Фабиана ДА (CH)
СИЛЬВЕЙРА КАВАЛЬКАНТЕ Фабиана ДА
Original Assignee
Абб Рисерч Лтд
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 Абб Рисерч Лтд filed Critical Абб Рисерч Лтд
Publication of RU2008147986A publication Critical patent/RU2008147986A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2467459C2 publication Critical patent/RU2467459C2/ru

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
    • 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
    • H02M3/33507—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 with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01—Resonant DC/DC 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
    • 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
    • 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
    • H02M3/337—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 in push-pull configuration
    • H02M3/3376—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 in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
    • 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
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • 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)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области силовой электроники. Предложена преобразовательная схема, содержащая повышающий преобразователь (1), подключенный к нему со стороны выхода резонансный преобразователь (2), трансформатор (3), выпрямитель (4), который со стороны входа соединен с вторичной обмоткой (N2) трансформатора (3), и соединенную с резонансным преобразователем (2) и первичной обмоткой (N1) трансформатора (3) резонансную CLL-схему (5), которая содержит резонансную емкость (С), а также первую и вторую резонансные индуктивности (L1, L2). Для получения технического результата - уменьшения коммутационных потерь, резонансная CLL-схема (5) выполнена в виде Т-образной схемы. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к области силовой электроники. Изобретение касается преобразовательной схемы и системы с такой преобразовательной схемой в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы.
Уровень техники
В настоящее время во многих областях, прежде всего в промышленности и областях применения тяги, например на железных дорогах, используются преобразовательные схемы. Преобразовательная схема для преобразования первого постоянного напряжения во второе постоянное напряжение описана, например, в публикации DE 19750041 С1. В ней преобразовательная схема включает в себя повышающий преобразователь и подключенный к нему со стороны выхода преобразователь, в частности в виде полумостовой схемы, причем преобразователь содержит образованную емкостными накопителями энергии цепь постоянного напряжения, а со стороны выхода через дроссель соединен с вторичной обмоткой трансформатора. Кроме того, преобразовательная схема включает в себя выпрямитель, который со стороны входа соединен с вторичной обмоткой трансформатора. Управление повышающим преобразователем и преобразователем в DE 19750041 С1 происходит таким образом, что емкостные накопители энергии, дроссель и индуктивность рассеяния трансформатора образуют резонансный колебательный контур, т.е. повышающий преобразователь прикладывает со стороны выхода к емкостным накопителям энергии соответствующее переменное напряжение за счет тактирования постоянного напряжения на своем входе, так что резонансный колебательный контур приводится в резонанс.
Проблемой описанной преобразовательной схемы является то, что, несмотря на упомянутый резонансный колебательный контур, в силовых полупроводниковых выключателях преобразователя по-прежнему возникают коммутационные потери, которые подвергают их сильной нагрузке, в частности тепловой. В результате силовые полупроводниковые выключатели соответственно быстро стареют, а интенсивность их отказов возрастает с продолжительностью эксплуатации преобразовательной схемы. Высокая готовность преобразовательной схемы к эксплуатации, обязательная, например, в области создания тяги, в этом случае отсутствует.
В US 6344979 В1 также описана преобразовательная схема, например на фиг.4, включающая в себя резонансный преобразователь, трансформатор, выпрямитель, соединенный со стороны входа с вторичной обмоткой трансформатора, и соединенную с резонансным преобразователем и первичной обмоткой трансформатора CLL-резонансную схему, которая содержит резонансную емкость, а также первую и вторую резонансные индуктивности.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание улучшенной преобразовательной схемы, которая обладала бы небольшими коммутационными потерями и представляла бы собой альтернативное решение по сравнению с уровнем техники, в частности DE 19750041 С1 и US 6344979 В1. Другой задачей является создание системы с преобразовательными схемами, которая может быть реализована особенно просто. Эти задачи решаются посредством признаков п.1 и п.7 формулы изобретения соответственно. В зависимых пунктах приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Предложенная преобразовательная схема включает в себя повышающий преобразователь, резонансный преобразователь, трансформатор, выпрямитель, который со стороны входа соединен с вторичной обмоткой трансформатора, и соединенную с резонансным преобразователем и первичной обмоткой трансформатора резонансную CLL-схему, которая содержит резонансную емкость, а также первую и вторую резонансные индуктивности. Согласно изобретению резонансная емкость последовательно соединена с первой резонансной индуктивностью, причем первая резонансная индуктивность соединена с первой точкой соединения первичной обмотки трансформатора. Далее резонансная емкость соединена с резонансным преобразователем, а вторая резонансная индуктивность - с точкой соединения резонансной емкости с первой резонансной индуктивностью, причем вторая резонансная индуктивность соединена с точкой соединения первичной обмотки трансформатора, а вторая точка соединения первичной обмотки трансформатора - с резонансным преобразователем. Резонансная CLL-схема выполнена тем самым в виде Т-образной схемы.
Посредством резонансной CLL-схемы, управляемой резонансным преобразователем таким образом, что она колеблется со своей резонансной частотой, помимо обесточенного включения и выключения преимущественно используемых управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей резонансного преобразователя возможно также их включение и выключение не под напряжением. За счет этого возможны дополнительное уменьшение коммутационных потерь управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей резонансного преобразователя и преобразование с малыми потерями приложенного к входу повышающего преобразователя первого постоянного напряжения во второе постоянное напряжение на выходе выпрямителя. За счет уменьшения коммутационных потерь соответственно возрастает срок службы управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей, а частота отказов преобразовательной схемы может поддерживаться на низком уровне, так что предпочтительно возникает высокая готовность преобразовательной схемы к эксплуатации. Таким образом, преобразовательная схема представляет собой к тому же альтернативное решение по сравнению с уровнем техники.
Предложенная система содержит, по меньшей мере, две описанные выше преобразовательные схемы, причем повышающие преобразователи преобразовательных схем соединены между собой со стороны входа параллельно или последовательно. Таким образом, система выполнена просто, причем посредством параллельного со стороны входа соединения повышающих преобразователей предпочтительно возможен большой входной постоянный ток и тем самым может передаваться повышенная электрическая энергия. Последовательное со стороны входа соединение повышающих преобразователей обеспечивает высокое входное постоянное напряжение и тем самым также передачу большой электрической энергии.
Эти и другие задачи, преимущества и признаки изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления в сочетании с чертежами.
Краткое описание чертежей
На чертежах представлены:
фиг.1 - первый вариант преобразовательной схемы;
фиг.2 - второй вариант преобразовательной схемы;
фиг.3 - первый вариант системы с преобразовательными схемами из фиг.1;
фиг.4 - второй вариант системы с преобразовательными схемами из фиг.1;
фиг.5 - третий вариант системы с преобразовательными схемами из фиг.2;
фиг.6 - четвертый вариант системы с преобразовательными схемами из фиг.2.
Ссылочные позиции на чертежах и их значение объединены в перечне. В принципе, одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанный вариант, который следует понимать как пример, не имеет ограничительного действия.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображен первый, а на фиг.2 второй вариант предложенной преобразовательной схемы. Она включает в себя повышающий преобразователь 1, подключенный к нему со стороны выхода резонансный преобразователь 2, трансформатор 3 и выпрямитель 4, который со стороны входа соединен с вторичной обмоткой N2 трансформатора 3. Повышающий преобразователь 1 может быть выполнен, как на фиг.1, или в любом возможном и известном специалисту варианте. Выпрямитель 4 также может быть выполнен, как на фиг.1, или в любом возможном и известном специалисту варианте. Далее преобразовательная схема включает в себя соединенную с резонансным преобразователем 2 и первичной обмоткой N1 трансформатора 3 резонансную CLL-схему 5, которая содержит резонансную емкость C, а также первую L1 и вторую L2 резонансные индуктивности.
Согласно изобретению резонансная емкость C последовательно соединена с первой резонансной индуктивностью L1, причем первая резонансная индуктивность L1 соединена с первой точкой А соединения первичной обмотки N1 трансформатора 3, а резонансная емкость С - с резонансным преобразователем 2. Вторая резонансная индуктивность L2 соединена с точкой соединения резонансной емкости С с первой резонансной индуктивностью L1, причем вторая резонансная индуктивность L2 соединена со второй точкой В соединения первичной обмотки N1 трансформатора 3, а вторая точка В соединения первичной обмотки N1 трансформатора 3 - с резонансным преобразователем 2. Управление резонансной CLL-схемой 5 осуществляется резонансным преобразователем 2 преимущественно таким образом, что она совершает колебания со своей резонансной частотой. За счет этого помимо обесточенного включения и выключения преимущественно используемых управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей резонансного преобразователя 2 возможно также их включение и выключение не под напряжением. Таким образом, могут быть дополнительно уменьшены коммутационные потери управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей резонансного преобразователя 2, предпочтительно возможно преобразование с малыми потерями приложенного к входу повышающего преобразователя 1 первого постоянного напряжения во второе постоянное напряжение на выходе выпрямителя 4. За счет уменьшения коммутационных потерь соответственно возрастает срок службы управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей, а частота отказов преобразовательной схемы может поддерживаться на низком уровне, так что предпочтительно возникает высокая готовность преобразовательной схемы к эксплуатации. Оказалось особенно предпочтительным, если управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые выключатели резонансного преобразователя 2 при работе коммутируют с коммутационной частотой, соответствующей резонансной частоте резонансной CLL-схемы 5, поскольку тогда при обесточенном и не под напряжением включении и выключении управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей возникают особенно низкие коммутационные потери. Если коммутационная частота управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей выше резонансной частоты, то выработанные в результате процессов коммутации управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей колебания могут поддерживаться в нужной степени на низком уровне как на входной стороне преобразовательной схемы, т.е. на входе повышающего преобразователя 1, так и на выходной стороне преобразовательной схемы, т.е. на выходе выпрямителя 4, причем коммутационные потери управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей по-прежнему низкие.
На фиг.1 резонансный преобразователь 2 содержит первый емкостный накопитель С1 энергии, последовательно соединенный с первым емкостным накопителем С1 энергии второй емкостный накопитель С2 энергии, третий емкостный накопитель С3 энергии, а также первый S1, второй S2, третий S3 и четвертый S4 управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые выключатели, которые соединены последовательно. Первый емкостный накопитель С1 энергии соединен с первым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем S1, а второй емкостный накопитель С2 энергии - с четвертым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем S4. Третий емкостный накопитель С3 энергии соединен с точкой соединения первого S1 и второго S2 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей и с точкой соединения третьего S3 и четвертого S4 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей. Резонансная емкость С соединена с точкой соединения второго S2 и третьего S3 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей, а вторая точка В соединения первичной обмотки N1 трансформатора 3 - с точкой соединения второго емкостного накопителя С2 энергии с четвертым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем S4. Третий емкостный накопитель С3 энергии обеспечивает стабилизацию напряжения на управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателях S1, S2, S3, S4, которое, в частности, соответствует половине напряжения, приложенного к первому С1 и второму С2 емкостным накопителям энергии.
В преобразовательной схеме на фиг.1 управление первым S1, вторым S2, третьим S3 и четвертым S4 управляемыми двунаправленными силовыми полупроводниковыми выключателями осуществляется соответственно посредством управляющего сигнала, который формируется с помощью импульсно-широтной модуляции. Коммутационная частота управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей S1, S2, S3, S4 определяется управляющим сигналом. Для достижения уже упомянутых преимуществ управляющий сигнал для первого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S1 совпадает по фазе с сигналом несущей частоты импульсно-широтной модуляции. В противоположность этому управляющий сигнал для второго управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S2 находится в противофазе к сигналу несущей частоты импульсно-широтной модуляции. Особенно предпочтительно коэффициент модуляции управляющих сигналов первого S1 и второго S2 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей выбирается порядка 25% и 75% соответственно. В качестве управляющего сигнала для третьего управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S3 выбирается тогда комплементарный управляющий сигнал для второго управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S2, а в качестве управляющего сигнала для четвертого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S4 - комплементарный управляющий сигнал для второго управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S2.
На фиг.2 резонансный преобразователь 2 содержит первый емкостный накопитель С1 энергии, последовательно соединенный с первым емкостным накопителем С1 энергии второй емкостный накопитель С2 энергии, а также первый S1, второй S2, третий S3 и четвертый S4 управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые выключатели, которые соединены последовательно. Первый емкостный накопитель С1 энергии соединен с первым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем S1, точка соединения первого С1 и второго С2 емкостных накопителей энергии соединена с точкой соединения второго S2 и третьего S3 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей, а второй емкостный накопитель С2 энергии соединен с четвертым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем S4. Резонансная емкость С соединена с точкой соединения первого S1 и второго S2 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей, а вторая точка В соединения первичной обмотки N1 трансформатора 3 - с точкой соединения третьего S3 и четвертого S4 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей.
В преобразовательной схеме на фиг.2 управление первым S1, вторым S2, третьим S3 и четвертым S4 управляемыми двунаправленными силовыми полупроводниковыми выключателями осуществляется соответственно посредством управляющего сигнала, который формируется с помощью импульсно-широтной модуляции. Для достижения уже упомянутых преимуществ управляющий сигнал для первого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S1 совпадает по фазе с сигналом несущей частоты импульсно-широтной модуляции. В противоположность этому управляющий сигнал для четвертого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S4 находится в противофазе к сигналу несущей частоты импульсно-широтной модуляции. Особенно предпочтительно коэффициент модуляции управляющих сигналов первого S1 и четвертого S4 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей выбирается порядка 25% и 75% соответственно. В качестве управляющего сигнала для второго управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S2 выбирается тогда комплементарный управляющий сигнал для первого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S1, а в качестве управляющего сигнала для третьего управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S3 - комплементарный управляющий сигнал для четвертого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя S4.
Возможна также интеграция второй резонансной индуктивности L2 в трансформатор 3. Возможно также, чтобы первая резонансная индуктивность L1 была либо дополнительной, либо интегрированной в трансформатор 3. Благодаря этим мерам можно сэкономить место и упростить изготовление, в частности монтаж, преобразовательной схемы.
Преимущественно первый S1, второй S2, третий S3 и четвертый S4 управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые выключатели представляют собой соответственно коммутируемый по затвору запираемый тиристор (IGCT - Integrated Gate-Commutated Thyristor) с соответствующим параллельно включенным диодом. Такой тиристор имеет особенно низкие потери активной мощности при одновременно высокой стабильности, прежде всего при высоких напряжениях, и в частности перенапряжениях. Возможно также выполнение первого S1, второго S2, третьего S3 и четвертого S4 управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей, как в вариантах на фиг.1-6, соответственно в виде биполярного транзистора с изолированным управляющим электродом (IGBT - Insulated Gate Bipolartransistor) с соответствующим параллельно включенным диодом. Такой транзистор отличается высокой коммутационной частотой и тем самым небольшими колебаниями по току и напряжению.
Предложенная система содержит, по меньшей мере, две описанные выше преобразовательные схемы, причем их повышающие преобразователи 1 соединены между собой со стороны входа параллельно или последовательно. Таким образом, система выполнена простой, причем посредством параллельного со стороны входа соединения повышающих преобразователей 1 предпочтительно возможен большой входной постоянный ток и тем самым может передаваться повышенная электрическая энергия. Последовательное со стороны входа соединение повышающих преобразователей 1 обеспечивает высокое входное постоянное напряжение и тем самым также передачу большой электрической энергии. Кроме того, в предложенной системе возможно соединение между собой выпрямителей 4 преобразовательных схем со стороны выхода параллельно или последовательно. За счет параллельного со стороны выхода соединения выпрямителей 4 предпочтительно возможен большой выходной постоянный ток. Последовательное со стороны выхода соединение выпрямителей 4 обеспечивает высокое выходное постоянное напряжение. На фиг.3 изображен первый вариант системы с двумя преобразовательными схемами из фиг.1, причем повышающие преобразователи 1 со стороны входа соединены последовательно, а выпрямители 4 со стороны выхода - параллельно. На фиг.4 изображен второй вариант системы с двумя преобразовательными схемами из фиг.1, причем повышающие преобразователи 1 со стороны входа соединены параллельно, а выпрямители 4 со стороны выхода - последовательно. На фиг.5 изображен третий вариант системы с двумя преобразовательными схемами из фиг.2, причем повышающие преобразователи 1 со стороны входа соединены последовательно, а выпрямители 4 со стороны выхода - параллельно. На фиг.6 изображен четвертый вариант системы с двумя преобразовательными схемами из фиг.3, причем повышающие преобразователи 1 со стороны входа соединены параллельно, выпрямители 4 со стороны выхода - параллельно.
Перечень позиций
1 - повышающий преобразователь
2 - резонансный преобразователь
3 - трансформатор
4 - выпрямитель
5 - резонансная CLL-схема

Claims (10)

1. Преобразовательная схема, содержащая повышающий преобразователь (1), подключенный к нему со стороны выхода резонансный преобразователь (2), трансформатор (3), выпрямитель (4), соединенный со стороны входа с вторичной обмоткой (N2) трансформатора (3), и резонансную CLL-схему (5), соединенную с резонансным преобразователем (2) и первичной обмоткой (N1) трансформатора (3), которая содержит резонансную емкость (С), а также первую и вторую резонансные индуктивности (L1, L2), отличающаяся тем, что резонансная емкость (С) последовательно соединена с первой резонансной индуктивностью (L1), причем первая резонансная индуктивность (L1) соединена с первой точкой (А) соединения первичной обмотки (N1) трансформатора (3), а резонансная емкость (С) соединена с резонансным преобразователем (2), при этом вторая резонансная индуктивность (L2) соединена с точкой соединения резонансной емкости (С) с первой резонансной индуктивностью (L1), причем вторая резонансная индуктивность (L2) соединена со второй точкой (В) соединения первичной обмотки (N1) трансформатора (3), а вторая точка (В) соединения первичной обмотки (N1) трансформатора (3) соединена с резонансным преобразователем (2).
2. Преобразовательная схема по п.1, отличающаяся тем, что резонансный преобразователь (2) содержит первый емкостный накопитель (С1) энергии, последовательно соединенный с первым емкостным накопителем (С1) энергии второй емкостный накопитель (С2) энергии, третий емкостный накопитель (С3) энергии, а также первый, второй, третий и четвертый управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые выключатели (S1, S2, S3, S4), которые соединены последовательно, при этом первый емкостный накопитель (С1) энергии соединен с первым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем (S1), a второй емкостный накопитель (С2) энергии соединен с четвертым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем (S4), третий емкостный накопитель (С3) энергии соединен с точкой соединения первого и второго управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей (S1, S2) и с точкой соединения третьего и четвертого управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей (S3, S4), при этом резонансная емкость (С) соединена с точкой соединения второго и третьего управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей (S2, S3), а вторая точка (В) соединения первичной обмотки (N1) трансформатора (3) соединена с точкой соединения второго емкостного накопителя (С2) энергии с четвертым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем (S4).
3. Преобразовательная схема по п.1, отличающаяся тем, что резонансный преобразователь (2) содержит первый емкостный накопитель (С1) энергии, последовательно соединенный с первым емкостным накопителем (С1) энергии второй емкостный накопитель (С2) энергии, а также первый, второй, третий и четвертый управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые выключатели (S1, S2, S3, S4), соединенные последовательно, при этом первый емкостный накопитель (С1) энергии соединен с первым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем (S1), точка соединения первого и второго емкостных накопителей (С1, С2) энергии соединена с точкой соединения второго и третьего управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей (S2, S3), а второй емкостный накопитель (С2) энергии соединен с четвертым управляемым двунаправленным силовым полупроводниковым выключателем (S4), при этом резонансная емкость (С) соединена с точкой соединения первого и второго управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей (S1, S2), а вторая точка (В) соединения первичной обмотки (N1) трансформатора (3) соединена с точкой соединения третьего и четвертого управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей (S3, S4).
4. Преобразовательная схема по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что вторая резонансная индуктивность (L2) интегрирована в трансформатор (3).
5. Преобразовательная схема по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что первая резонансная индуктивность (L1) интегрирована в трансформатор (3).
6. Преобразовательная схема по п.4, отличающаяся тем, что первая резонансная индуктивность (L1) интегрирована в трансформатор (3).
7. Система, характеризующаяся тем, что содержит, по меньшей мере, две преобразовательные схемы по любому одному из пп.1-6, при этом повышающие преобразователи (1) преобразовательных схем соединены между собой со стороны входа параллельно или последовательно.
8. Система по п.7, характеризующаяся тем, что выпрямители (4) преобразовательных схем соединены между собой со стороны выхода параллельно или последовательно.
9. Способ работы преобразовательной схемы по п.2, в котором первым, вторым, третьим и четвертым управляемыми двунаправленными силовыми полупроводниковыми выключателями (S1, S2, S3, S4) управляют посредством управляющего сигнала, который формируют с помощью широтно-импульсной модуляции, отличающийся тем, что управляющий сигнал для первого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S1) совпадает по фазе с несущим сигналом широтно-импульсной модуляции, управляющий сигнал для второго управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S2) находится в противофазе к несущему сигналу широтно-импульсной модуляции, при этом коэффициенты модуляции управляющих сигналов первого и второго управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей (S1, S2) выбирают порядка 25% или 75% соответственно, причем в качестве управляющего сигнала для третьего управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S3) выбирают комплементарный управляющий сигнал для второго управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S2), при этом в качестве управляющего сигнала для четвертого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S4) выбирают комплементарный управляющий сигнал для второго управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S2).
10. Способ работы преобразовательной схемы по п.3, в котором первым, вторым, третьим и четвертым управляемыми двунаправленными силовыми полупроводниковыми выключателями (S1, S2, S3, S4) управляют посредством управляющего сигнала, который формируют с помощью широтно-импульсной модуляции, отличающийся тем, что управляющий сигнал для первого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S1) совпадает по фазе с несущим сигналом широтно-импульсной модуляции, при этом управляющий сигнал для четвертого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S4) находится в противофазе к несущему сигналу широтно-импульсной модуляции, при этом коэффициент модуляции управляющих сигналов первого и четвертого управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателей (S1, S4) выбирают порядка 25% или 75% соответственно, причем в качестве управляющего сигнала для второго управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S2) выбирают комплементарный управляющий сигнал для первого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S1), при этом в качестве управляющего сигнала для третьего управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S3) выбирают комплементарный управляющий сигнал для четвертого управляемого двунаправленного силового полупроводникового выключателя (S4).
RU2008147986/07A 2007-12-18 2008-12-04 Преобразовательная схема и система с такой преобразовательной схемой RU2467459C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07024504.8A EP2073366B1 (de) 2007-12-18 2007-12-18 Gleichstromsteller mit Resonanzwandler
EP07024504.8 2007-12-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008147986A RU2008147986A (ru) 2010-06-10
RU2467459C2 true RU2467459C2 (ru) 2012-11-20

Family

ID=39587974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008147986/07A RU2467459C2 (ru) 2007-12-18 2008-12-04 Преобразовательная схема и система с такой преобразовательной схемой

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8149599B2 (ru)
EP (1) EP2073366B1 (ru)
JP (1) JP5215161B2 (ru)
CN (1) CN101515757B (ru)
RU (1) RU2467459C2 (ru)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5065188B2 (ja) * 2008-05-23 2012-10-31 オリジン電気株式会社 直列共振型コンバータ
JP4525817B2 (ja) * 2008-10-30 2010-08-18 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
EP2262087A1 (de) * 2009-06-10 2010-12-15 ABB Research Ltd. Wandlerschaltung mit einem Umrichter
JP6087628B2 (ja) * 2010-01-11 2017-03-01 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ Ａｃ／ｄｃ変換回路
EP2372376A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-05 ABB Research Ltd Method and arrangement for estimating angular frequency
JP5857212B2 (ja) * 2010-09-15 2016-02-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ
US20120176817A1 (en) * 2011-01-07 2012-07-12 Texas Instruments Incorporated Dc-dc converter
DE102011051482A1 (de) * 2011-06-30 2013-01-03 Sma Solar Technology Ag Brückenschaltungsanordnung und Betriebsverfahren für einen Spannungswandler und Spannungswandler
US8441128B2 (en) * 2011-08-16 2013-05-14 Infineon Technologies Ag Semiconductor arrangement
EP2568589B1 (en) * 2011-09-08 2013-11-13 ABB Technology AG Multilevel converter comprising an active AC-DC converter and a resonant DC-DC converter and a control method for operating a multilevel converter
JP5476400B2 (ja) * 2012-01-30 2014-04-23 株式会社日立製作所 電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびハードディスク装置
JP6065375B2 (ja) * 2012-02-17 2017-01-25 富士電機株式会社 電力変換装置及びこれを用いた系統連系システム
CN102611315A (zh) * 2012-03-22 2012-07-25 华为技术有限公司 一种谐振转换电路
US10112251B2 (en) * 2012-07-23 2018-10-30 Illinois Tool Works Inc. Method and apparatus for providing welding type power
US9344042B2 (en) * 2013-02-27 2016-05-17 Hengchun Mao High efficiency power amplifiers with advanced power solutions
US9190911B2 (en) * 2013-03-05 2015-11-17 Futurewei Technologies, Inc. Auxiliary resonant apparatus for LLC converters
US9515562B2 (en) 2013-03-05 2016-12-06 Futurewei Technologies, Inc. LLC resonant converters
JP6257925B2 (ja) * 2013-05-28 2018-01-10 株式会社東芝 電力変換装置
US9479048B2 (en) * 2013-09-09 2016-10-25 Aerovironment, Inc. Resonant isolated active power factor correction (PFC) rectifier
US9337743B2 (en) * 2013-10-11 2016-05-10 Futurewei Technologies, Inc. Apparatus and method for multiple primary bridge resonant converters
JP6044582B2 (ja) * 2014-04-28 2016-12-14 株式会社豊田自動織機 アクティブクランプ方式のフォワード形ｄｃ−ｄｃコンバータ回路
CN105471222B (zh) * 2014-09-11 2017-12-01 华为技术有限公司 一种谐振驱动电路和电源系统
US9973099B2 (en) * 2015-08-26 2018-05-15 Futurewei Technologies, Inc. AC/DC converters with wider voltage regulation range
CN105811779B (zh) * 2016-04-25 2018-08-28 天津大学 Cltc谐振软开关双向变换器
US10177671B2 (en) * 2016-12-07 2019-01-08 Carl David Klaes Modified dual active half bridge DC/DC converter with transformer DC bias
US10199947B2 (en) * 2017-04-05 2019-02-05 Futurewei Technologies, Inc. Isolated partial power processing power converters
US20180309372A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a switched mode converter
US10097109B1 (en) * 2017-07-19 2018-10-09 Futurewei Technologies, Inc. Three-level voltage bus apparatus and method
CN109391161A (zh) * 2017-08-10 2019-02-26 台达电子企业管理（上海）有限公司 电力电子变换单元及系统
CN109617433A (zh) * 2018-12-14 2019-04-12 北京交通大学 中、高压直流输入辅助供电电源拓扑
DE102018222733A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Stromrichteranordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen Stromrichteranordnung
JP7306316B2 (ja) * 2020-04-28 2023-07-11 Tdk株式会社 スイッチング電源装置および電力供給システム
US11855529B2 (en) * 2020-09-11 2023-12-26 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas PWM-controlled three level stacked structure LLC resonant converter and method of controlling same
US11496056B2 (en) * 2021-03-10 2022-11-08 Excelsys Technologies Ltd. Parallel branched resonant converter
CN115378269B (zh) * 2022-07-08 2024-05-24 南京航空航天大学 基于二次侧倍压整流器的多相cll谐振变换器及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1515287A1 (ru) * 1987-09-14 1989-10-15 Предприятие П/Я Ю-9539 Однотактный преобразователь посто нного напр жени
DE19750041C1 (de) * 1997-11-12 1999-01-21 Sma Regelsysteme Gmbh Halbleitersteller zur Erzeugung einer konstanten Ausgleichspannung U¶a¶ ohne Eingangsstromverzerrung bei variabler oder gleichgerichteter Eingangsgleichspannung U¶e¶
US6344979B1 (en) * 2001-02-09 2002-02-05 Delta Electronics, Inc. LLC series resonant DC-to-DC converter

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3690822B2 (ja) * 1994-02-01 2005-08-31 株式会社日立メディコ Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JPH0819252A (ja) * 1994-06-27 1996-01-19 Nec Eng Ltd 共振コンバータ
JP3644615B2 (ja) * 1997-02-17 2005-05-11 Ｔｄｋ株式会社 スイッチング電源
JP3375893B2 (ja) * 1998-08-28 2003-02-10 長野日本無線株式会社 スイッチング電源用ドライブ回路
JP2000125560A (ja) * 1998-10-15 2000-04-28 Nagano Japan Radio Co スイッチング電源装置
JP4250329B2 (ja) * 2000-12-20 2009-04-08 株式会社東芝 電源装置
JP3651781B2 (ja) * 2001-02-22 2005-05-25 株式会社デンソー 補助共振転流回路を用いた電力変換装置
US7548435B2 (en) * 2006-03-31 2009-06-16 Astec International Limited Zero-voltage-switching DC-DC converters with synchronous rectifiers
US7746041B2 (en) * 2006-06-27 2010-06-29 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Non-isolated bus converters with voltage divider topology
CN100416994C (zh) * 2006-08-17 2008-09-03 上海交通大学 隔离升压推挽式软开关dc/dc变换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1515287A1 (ru) * 1987-09-14 1989-10-15 Предприятие П/Я Ю-9539 Однотактный преобразователь посто нного напр жени
DE19750041C1 (de) * 1997-11-12 1999-01-21 Sma Regelsysteme Gmbh Halbleitersteller zur Erzeugung einer konstanten Ausgleichspannung U¶a¶ ohne Eingangsstromverzerrung bei variabler oder gleichgerichteter Eingangsgleichspannung U¶e¶
US6344979B1 (en) * 2001-02-09 2002-02-05 Delta Electronics, Inc. LLC series resonant DC-to-DC converter

Also Published As

Publication number Publication date
CN101515757A (zh) 2009-08-26
EP2073366A1 (de) 2009-06-24
JP2009165119A (ja) 2009-07-23
CN101515757B (zh) 2013-05-29
US8149599B2 (en) 2012-04-03
JP5215161B2 (ja) 2013-06-19
US20090154200A1 (en) 2009-06-18
RU2008147986A (ru) 2010-06-10
EP2073366B1 (de) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2467459C2 (ru) Преобразовательная схема и система с такой преобразовательной схемой
US6483724B1 (en) DC/DC ZVS full bridge converter power supply method and apparatus
JP6963487B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータ
JP6722353B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータ
US7957161B2 (en) Power converters
US9570993B2 (en) DC-DC converter
US8619438B2 (en) Resonant converter
US7324355B2 (en) Dc-DC converter
US20080043506A1 (en) Dc-ac converter
CN105191100A (zh) 双向dc/dc转换器
US8508965B2 (en) Inverter and method for operating the inverter
CN110707930B (zh) Dc/dc变换器
KR100986183B1 (ko) 직류/직류 변환 장치
WO2018061286A1 (ja) 電力変換装置
US8559194B2 (en) Converter circuit and unit and system comprising such converter circuit
US9214868B2 (en) Power supply device
JP2006197711A (ja) スイッチング電源
US10848071B2 (en) Highly reliable and compact universal power converter
KR100874809B1 (ko) 영전압-영전류 스위칭을 이용한 3레벨 직류-직류 컨버터
WO2016036783A1 (en) Extremely-sparse parallel ac-link power converter
KR101688790B1 (ko) 이중 강압형 dc-dc 컨버터 및 그 구동방법
JP2006271099A (ja) 直列共振型コンバータ
US9018926B1 (en) Soft-switched PFC converter
KR101333409B1 (ko) 양방향 고주파 공진기 및 이를 이용한 양방향 변압기
JP2010259317A (ja) 負荷駆動装置

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20200528