双向移相全桥DC‑DC变流器的制作方法

本发明实施例涉及电力电子技术，尤其涉及一种双向移相全桥DC-DC变流器。

背景技术：

在现代城市有轨电车的应用中，因运营公司对线路安全及环境保护的要求，通常在轨道沿线的供电线路中设置无电区。对于常规客运列车，一旦进入无电区将失去动力来源，使列车的速度失控，有可能导致速度较低的列车无法过渡到有电区，停在无电区的列车将会阻挡后续列车前行，这样会严重影响整条线路的正常运营。另外，有轨电车在无电区的电制动无法使用，将会降低整车的制动能力，存在严重的安全隐患。

为解决上述问题，城市有轨电车用DC/DC变流器应运而生。图1为现有技术中DC/DC变流器的结构示意图，如图1所示，当变流器工作于Buck工况时，图1中主电路中的开关管绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor；简称：IGBT)上桥VT1作为控制开关被驱动控制，储能电感通过下桥的反向二极管VD2续流；当变流器工作于Boost工况时，图1主电路中的开关管IGBT下桥VT2作为控制开关被驱动控制，储能电感通过上桥的反向二极管VD1续流。

然而，在现有技术中，当变流器工作于Buck工况时，开关管的上桥VT1会一直处于高频工作状态，当变流器工作于Boost工况时，开关管的下桥VT2会一直处于高频工作状态，由此，会造成开关管发热不均衡，从而导致变流器的可靠性较低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种双向移相全桥DC-DC变流器，用以提高变流器的可靠性。

本发明实施例提供的双向移相全桥DC-DC变流器，包括：电压转换电路和控制电路；所述电压转换电路包括第一逆变电路、第二逆变电路和隔离变压器；所述第一逆变电路包括第一移相桥臂和第二移相桥臂，所述第二逆变电路包括第三移相桥臂和第四移相桥臂；其中，

所述隔离变压器的原边与所述第一移相桥臂和所述第二移相桥臂连接，所述隔离变压器的副边与所述第三移相桥臂和所述第四移相桥臂连接；所述隔离变压器用于将所述第一逆变电路或所述第二逆变电路中的电压进行等级转换；

所述控制电路与电压转换电路连接；所述控制电路用于通过移相控制方式对所述第一逆变电路和所述第二逆变电路进行控制。

如上所述的双向移相全桥DC-DC变流器，所述第一逆变电路还包括：第一滤波电路；所述第一滤波电路与所述第一移相桥臂和所述第二移相桥臂连接；其中，

所述第一滤波电路包括第一电感和与所述第一电感连接的第一电容；

所述第一移相桥臂包括第一开关管、第二开关管以及与所述第一开关管并联的第一二极管和与所述第二开关管并联的第二二极管；

所述第二移相桥臂包括第三开关管、第四开关管以及与所述第三开关管并联的第三二极管和与所述第四开关管并联的第四二极管。

如上所述的双向移相全桥DC-DC变流器，所述第二逆变电路还包括：第二滤波电路；所述第二滤波电路与所述第三移相桥臂和所述第四移相桥臂连接；其中，

所述第二滤波电路包括第二电感和与所述第二电感连接的第二电容；

所述第三移相桥臂包括第五开关管、第六开关管以及与所述第五开关管并联的第五二极管和与所述第六开关管并联的第六二极管；

所述第四移相桥臂包括第七开关管、第八开关管以及与所述第七开关管并联的第七二极管和与所述第八开关管并联的第八二极管。

如上所述的双向移相全桥DC-DC变流器，所述隔离变压器为单相高频变压器。

如上所述的双向移相全桥DC-DC变流器，开关管包括绝缘栅双极型晶体管IGBT，碳化硅或金氧半场效晶体管MOSFET。

本发明实施例提供的双向移相全桥DC-DC变流器，通过设置第一逆变电路和第二逆变电路，并利用移相控制的方式调整第一移相桥臂、第二移相桥臂、第三移相桥臂或第四移相桥臂导通的时刻，使得变流器工作在某一工况时四个移相桥臂可以均衡工作，从而避免了现有技术中只有单一桥臂工作的现象，因此使得开关管发热均匀，由此提高了变流器的可靠性

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中DC/DC变流器的结构示意图；

图2为本发明提供的双向移相全桥DC-DC变流器实施例一的结构示意图；

图3为本发明提供的双向移相全桥DC-DC变流器实施例二的结构示意图。

附图标记说明：

11-电压转换电路；12-控制电路；111-第一逆变电路；

112-隔离变压器；113-第二逆变电路；21-第一滤波电路；

22-第二滤波电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明提供的双向移相全桥DC-DC变流器实施例一的结构示意图，如图2所示，该变流器包括电压转换电路11和控制电路12，电压转换电路11包括第一逆变电路111、第二逆变电路113和隔离变压器112；第一逆变电路111包括第一移相桥臂和第二移相桥臂，第二逆变电路113包括第三移相桥臂和第四移相桥臂；其中，该隔离变压器112的原边与第一移相桥臂和第二移相桥臂连接，该隔离变压器112的副边与第三移相桥臂和第四移相桥臂连接；该隔离变压器112用于将第一逆变电路111或第二逆变电路113中的电压进行等级转换；控制电路12与电压转换电路11连接，控制电路12用于通过移相控制方式对第一逆变电路111和第二逆变电路113进行控制。

在本实施例中，高压侧可以是第一逆变电路111，也可以是第二逆变电路113，低压侧可以是第一逆变电路111，也可以是第二逆变电路113，对于高压侧或低压侧的具体位置，本实施例在此不作限制。另外，第一逆变电路111和第二逆变电路113的拓扑完全对称，通常，利用隔离变压器112的变比来区分高压侧与低压侧。

另外，无论变流器处于升压工况还是降压工况，控制电路12均采用移相控制方式对第一逆变电路111和第二逆变电路113进行控制，即通过移动第一移相桥臂、第二移相桥臂、第三移相桥臂或第四移相桥臂的开关相位角，改变第一移相桥臂、第二移相桥臂、第三移相桥臂或第四移相桥臂导通的时刻，从而达到调整输出侧的等效占空比的目的。

本发明实施例提供的双向移相全桥DC-DC变流器，通过设置第一逆变电路和第二逆变电路，并利用移相控制的方式调整第一移相桥臂、第二移相桥臂、第三移相桥臂或第四移相桥臂导通的时刻，使得变流器工作在某一工况时四个移相桥臂可以均衡工作，从而避免了现有技术中只有单一桥臂工作的现象，因此使得开关管发热均匀，由此提高了变流器的可靠性。

图3为本发明提供的双向移相全桥DC-DC变流器实施例二的结构示意图，如图3所示，本实施例中的第一逆变电路111还包括第一滤波电路21，第一滤波电路21与第一移相桥臂和所述第二移相桥臂连接；其中，第一滤波电路21包括第一电感L1和与第一电感L1连接的第一电容C1，第一移相桥臂包括第一开关管VT1、第二开关管VT2以及与第一开关管VT1并联的第一二极管D1和与第二开关管VT2并联的第二二极管D2；第二移相桥臂包括第三开关管VT3、第四开关管VT4以及与第三开关管VT3并联的第三二极管D3和与第四开关管VT4并联的第四二极管D4。

第二逆变电路113还包括第二滤波电路22；第二滤波电路22与第三移相桥臂和第四移相桥臂连接；其中，第二滤波电路22包括第二电感L2和与第二电感L2连接的第二电容C2；第三移相桥臂包括第五开关管VT5、第六开关管VT6以及与第五开关管VT5并联的第五二极管D5和与第六开关管VT6并联的第六二极管D6；第四移相桥臂包括第七开关管VT7、第八开关管VT8以及与第七开关管VT7并联的第七二极管D7和与第八开关管VT8并联的第八二极管D8。

在本实施例中，高压侧与低压侧的拓扑结构完全对称，在实际应用中，一般通过隔离变压器112的变比来区分高压侧和低压侧。无论变流器处于升压工况还是降压工况，均采用移相控制方式，其中，移相控制是指移动移相桥臂开关相位角来达到控制目的。以高压侧全桥逆变桥为例，只有当VT1和VT4或VT2和VT3同时导通时，变压器原边才会产生电压。使每一对移相桥臂的上下桥都按50％的占空比导通，只调整移相桥臂导通的时刻。例如假设逆变周期为1ms，移相桥臂导通时刻推迟0.1ms，而这0.1ms内会使VT1和VT3，或VT2和VT4同时导通，此时变压器原边是没有电压差生的，而产生电压的时间缩短为0.9ms。交流电压经过低压侧方向二极管的不控整流，输出不同占空比的方波。通过这种方式来调整输出侧的等效占空比，

当变流器工作在降压工况时，第二逆变电路113中的VT5-VT8全部封锁，控制电路12只对第一逆变电路111的VT1-VT4进行开关控制，控制方式如下，控制电路12通过采集输出侧(此时为低压侧)的电压及电流值，进行双比例积分PI闭环控制，通过调整移相时刻来改变输出侧等效占空比满足输出电压电流要求。

当变流器工作在降压工况时，第一逆变电路111中的VT1-VT4全部封锁，控制电路12只对第二逆变电路113的VT5-VT8进行开关控制，控制方式如下，控制电路12通过采集输出侧(此时为高压侧)的电压及电流值，进行双比例积分PI闭环控制，通过调整移相时刻来改变输出侧等效占空比满足输出电压电流要求。

本发明实施例提供的双向移相全桥DC-DC变流器，通过设置第一逆变电路和第二逆变电路，并利用移相控制的方式调整第一移相桥臂、第二移相桥臂、第三移相桥臂或第四移相桥臂导通的时刻，使得变流器工作在某一工况时四个移相桥臂可以均衡工作，从而避免了现有技术中只有单一桥臂工作的现象，因此使得开关管发热均匀，由此提高了变流器的可靠性。另外，由于在第一逆变电路和第二逆变电路中均设置电感，使得变流器无论在升压工况还是在降压工况下运行，两侧的储能电感都工作于Buck原理，电感续流时都通过自身工作中的开关管的反向二极管，降低了能量释放的控制难度，使变流器易于控制。

可选地，隔离变压器12为单相高频变压器，由于高压侧和低压侧实现了电气隔离，使得整个变流器的可靠性提高。

可选地，在上述任一实施例的基础上，开关管包括IGBT，碳化硅或金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；简称：MOSFET)。对于开关管的具体形式，本实施例在此不作限制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。