一种变换器装置及其控制方法与流程

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种变换器装置及其控制方法。

背景技术：

随着经济社会发展，各种形式的电力需求不断增长，对电子设备的要求逐渐增高

目前，存在的多种电力电子变压器拓扑结构一般直接将交流电先转化为直流电再经过dc-dc变换器转变为需要的直流电。这种方式元器件多，成本高，控制复杂，可靠性低，难以实现大规模使用。因此，需要设计一种成本低、器件更少的电路装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变换器装置及其控制方法，解决现有的电子电力变压器结构复杂，控制困难，成本高、且无法满足多电源场合下的应用需求的技术问题。

一种变换器装置，包括直流电压源、中心电压电路、第一调制控制电路、第二调制控制电路、选频电路、降压整流电路、第一输出电路和第二输出电路，所述直流电压源的两端均与中心电压电路连接，且分别与第一调制控制电路和第二调制控制电路连接，所述第一调制控制电路与选频电路和降压整流电路连接，所述第二输出电路与降压整流电路连接，所述第一输出电路与选频电路连接。

进一步地，中心电压电路包括第一电容c1和第二电容c2，所述第一电容c1的一端分别与直流电压源的正极和第一调制控制电路连接，所述第二电容c2的一端分别与直流电压源的负极和第二调制控制电路连接，所述第一电容c1的另一端和第二电容c2的另一端均接地。

进一步地，第一调制控制电路包括第一绝缘栅双极型晶体管q1、第二绝缘栅双极型晶体管q2和第五电容c5，第一绝缘栅双极型晶体管q1的集电极与第五电容c5的一端连接，第二绝缘栅双极型晶体管q2的发射极与第五电容c5的另一端、选频电路和降压整流电路连接，第一绝缘栅双极型晶体管q1的发射极和第二绝缘栅双极型晶体管q2的集电极均与第一电容c1的一端连接，第一绝缘栅双极型晶体管q1的基极和第二绝缘栅双极型晶体管q2的基极均与外部控制端连接。

进一步地，第二调制控制电路包括第三绝缘栅双极型晶体管q3、第四绝缘栅双极型晶体管q4和第六电容c6，第三绝缘栅双极型晶体管q3的集电极与第六电容c6的一端连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管q4的与第六电容c6的另一端和直流电压源的负极连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管q3的发射极和第四绝缘栅双极型晶体管q4集电极均与降压整流电路连接，第三绝缘栅双极型晶体管q3的基极和第四绝缘栅双极型晶体管q4的基极均与外部控制信号连接。

进一步地，选频电路包括第二电感l2和第四电容c4，所述第四电容c4的一端与第二电感l2的一端连接并与降压整流电路连接，所述第二电感l2与第二输出电路的正极连接，所述第四电容c4的另一端与第二输出电路的负极连接。

进一步地，降压整流电路包括第三电容c3、第一电感l1、第三电感l3、第四电感l4、第五电感l5、第一二极管d1和第二二极管d2，所述第三电容c3的一端与第三电感l3的一端和第二绝缘栅双极型晶体管q2的发射极连接，所述第三电容c3的另一端经第一电感l1与第一二极管d1的输入端连接，所述第一二极管d1的输出端与第二二极管d2的输出端和第二电感l2的一端连接，所述第三电感l3的另一端分别与第五电感l5的一端和第四电感l4的一端连接，所述第五电感l5的另一端与第二输出电路连接，所述第四电感l4的另一端接第二二极管d2的输入端和第四电容c4的另一端连接。

一种变换器装置的控制方法，直流电源udc直流电压，中心电压电路的电容c1、c2与直流电源udc并联，创造中心连接点，直流电源udc提供直流电流经第一调制控制电路、第二调制控制电路，分别调制出50hz正弦波和2000hz交流方波，其中50hz的正弦波通过第二输出电路的端口out2输出交流电，2000hz的交流方波经过降压整流电路降压整流从第一输出电路的端口out1输出直流电。

进一步地，与直流电源udc并联的电容c1、c2，一端连接直流电源udc，另一端共同接地，创造中心电压uc，根据公式

n为电容个数，得到本发明中电容c1、c2两端电压大小为直流电源udc的一半，以该电压为中心连接点，作为交流系统的地。

进一步地，为第一调制控制电路、第二调制控制电路分配2个幅值相等、相位依次相差π的三角载波，将这2个三角载波同时与一个50hz正弦调制波和2000hz正弦调制波作比较，比较后分别得到2个pwm脉冲即为第一调制控制电路和第二调制控制电路的触发脉冲，得到第一调制控制电路的电压upj和第二调制控制电路的电压unj，将处于投入状态的子模块的输出电压相加即第一调制控制电路的电压upj和第二调制控制电路的电压unj，根据公式

(unj-upj)/2

得到电路总的输出电压波形，即调制出2000hz交流方波和50hz正弦波；

使用选频电路对调制出2000hz交流方波和50hz正弦波的信号进行选频，让2000hz交流方波进入降压整流电路进行降压整流，50hz正弦波不进入降压整流电路而是直接经过滤波输出，设电路所需频率为f0，电路中电容电感大小分别为c和l,根据公式

可计算出电路中所需电容电感的乘积(l*c)大小，再选用适合电路的电容器件c3和电感器件l1；

2000hz交流方波进入降压整流电路进行降压整流,分为两种情况：

当第一调制控制电路输出电压为正，第二调制控制电路输出为负时，d2正向导通，d1反向截止，2000hz交流方波流经d2，储能电感l2被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容c4充电，第一输出电路的端口out1输出电压；

当第一调制控制电路输出电压为负，第二调制控制电路输出为正时，d2反向截止，防止电流回流，d1正向导通，储能电感l2通过续流二极管放电，电感电流线性减少，第一输出电路的端口out1输出电压由储能电感l2和电容c4提供。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本发明输入直流电，同时输出直流电和交流电，提供多端口输出；选用两个调制控制电路与降压整流电路结合，使用一个载波，两个调制波进行调制，同时调制出50hz正弦波和2000hz交流方波，电路结构相对简单，不同于现存的电力电子变压器要先将交流电先转化为直流电再经过dc-dc变换器转变为需要的直流电，本发明涉及单元更少，装置可靠性更高，成本更低。

附图说明

图1为本发明的电路框图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明的直流电源udc输入的直流电压图。

图4为本发明的第一输出电路的端口out1的输出电压图。

图5为本发明的第二输出电路的端口out2的输出电压图。

图6为本发明的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

一种变换器装置，如图1-2所示，包括直流电源udc、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第四电感l4、第五电感l5、第一二极管d1、第二二极管d2、第一绝缘栅双极型晶体管q1、第二绝缘栅双极型晶体管q2、第三绝缘栅双极型晶体管q3、第四绝缘栅双极型晶体管q4、第一输出电路的端口out1、第二输出电路的端口out2。

第一电容c1正极接直流电源udc正极，还接第一绝缘栅双极型晶体管q1和第二绝缘栅双极型晶体管q2的连接点，其负极接地；第二电容c2负极接直流电源udc负极，还接第四绝缘栅双极型晶体管q4和第六电容c6的连接点，其正极接地；第三电容c3正极接第二绝缘栅双极型晶体管q2的发射极和第三电感l3的连接点，其负极接第一电感l1正极；第三电容c4正极接第一二极管d1和第二二极管d2的连接点，还接第二电感l2的正极，其负极接第四电感l4负极；第五电容c5正极接第一绝缘栅双极型晶体管q1集电极，其负极接第二绝缘栅双极型晶体管q2发射极和第三电感l3的连接点，还接第三电容c3正极；第六电容c6正极接第三绝缘栅双极型晶体管q3集电极，其负极接第四绝缘栅双极型晶体管q4的发射极；第七电容c7正极接第二输出电路的端口out2正极，其负极接地。

第一电感l1正极接第三电容c3负极，其负极接第二二极管d2的负极；第二电感l2正极接第二二极管d2和第四电容c4连接点，还接第一二极管d1正极，其负极接第一输出电路的端口out1负极；第三电感l3正极接第二绝缘栅双极型晶体管q2的发射极和第三电容c3的连接点，其负极接第四电感l4的正极和第五电感l5的正极；第四电感l4正极接第三电感l3的负极和第五电感l5的正极，其负极接第一二极管d1的负极；第五电感l5正极接第三电感l3的负极和第四电感l4正极，其负极接第二输出电路的端口out2正极。

第一二极管d1正极接第一二极管d1和第二电感l2的连接点，其负极接第四电感l4和第四电容c4的连接点，还接第三绝缘栅双极型晶体管q3发射极和第四绝缘栅双极型晶体管q4集电极；第二二极管d2正极接第一二极管d1和第四电容c4的连接点，还接第二电感l2的正极，其负极接第一电感l1负极；

第一绝缘栅双极型晶体管q1集电极接第五电容c5的正极，其发射极接直流电源udc的正极和第二绝缘栅双极型晶体管q2的集电极；第二绝缘栅双极型晶体管q2集电极接直流电源udc的正极和第一绝缘栅双极型晶体管q1的发射极，其发射极接第三电容c3和第三电感l3的连接点，还接第五电容c5的负极；第三绝缘栅双极型晶体管q3集电极接第六电容c6的正极，其发射极接第四电感l4和第四电容c4的连接点，还联接第四绝缘栅双极型晶体管q4的集电极；第四绝缘栅双极型晶体管q4集电极接第四电感l4和第四电容c4的连接点，还接第三绝缘栅双极型晶体管q3发射极，其发射极接直流电源udc的负极和第六电容c6的负极。

第一输出电路的端口out1正极接第二电感l2的负极，负极接第四电感l4和第四电容c4的连接点，还接第三绝缘栅双极型晶体管q3发射极和第四绝缘栅双极型晶体管q4的集电极的连接点；第二输出电路的端口out2正极接第五电感l5和第七电容c7的连接点，负极接地。

一种变换器装置的控制方法，如图6所示，

直流电源udc给电路提供稳定直流电压，同时电容c1、c2与直流电源udc并联，创造中心连接点。直流电源udc提供直流电流经第一调制控制电路、第二调制控制电路，分别调制出50hz正弦波和2000hz交流方波，其中50hz的正弦波通过第二输出电路的端口out2输出交流电，2000hz的交流方波经过降压整流电路降压整流从第一输出电路的端口out1输出直流电。

具体的，与直流电源udc并联的电容c1、c2，一端连接直流电源udc，另一端共同接地，创造中心电压uc，根据公式

n为电容个数，得到本发明中电容c1、c2两端电压大小为直流电源udc的一半，以该电压为中心连接点，作为交流系统的地。

具体的，第一调制控制电路和第二调制控制电路是两个半桥igbt拓扑结构。半桥模块分为三种工作模式，通过改变上下半桥中每个igbt模块的工作状态来控制半桥模块的工作模式。半桥模块的三种工作状态：“闭锁状态”、“投入状态”和“切除状态”。

开启电路时，每个半桥模块可以通过输入外加信号控制，使其进入闭锁、投入或者切除状态，把直流电源udc输入的直流电调制成本发明所需要的交流电。

具体的，控制第一调制控制电路和第二调制控制电路调制出50hz正弦波和2000hz交流方波。

为电路中2个半桥子模块分配2个幅值相等、相位依次相差π的三角载波；

将这2个三角载波同时与一个50hz正弦调制波和2000hz正弦调制波作比较，比较后分别得到2个pwm脉冲即为该电路中2个子模块的触发脉冲，还得到第一调制控制电路电压upj和第二调制控制电路电压unj；

将处于投入状态的子模块的输出电压相加即第一调制控制电路电压upj和第二调制控制电路电压unj，根据公式

(unj-upj)/2

得到电路总的输出电压波形，即调制出2000hz交流方波和50hz正弦波。

具体的，使用lc谐振对以上调制出2000hz交流方波和50hz正弦波的信号进行选频，让2000hz交流方波进入降压整流电路降压整流，50hz正弦波不进入降压整流电路而是直接经过滤波输出。设电路所需频率为f0，电路中电容电感大小分别为c和l,根据公式

可计算出电路中所需电容电感的乘积(l*c)大小，再选用适合电路的电容器件c3和电感器件l1。

具体的，2000hz交流方波进入降压整流电路降压整流,分为两种情况：

当第一调制控制电路输出电压为正，第二调制控制电路输出为负时，d2正向导通，d1反向截止，2000hz交流方波流经d2，储能电感l2被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容c4充电，第一输出电路的端口out1输出电压。

当第一调制控制电路输出电压为负，第二调制控制电路输出为正时，d2反向截止，防止电流回流，d1正向导通。储能电感l2通过续流二极管放电，电感电流线性减少，第一输出电路的端口out1输出电压由储能电感l2和电容c4提供。

实施例

由图5本发明的结构框架图可知，当直流电源电压udc＝1500v输入电路时，与直流电源udc并联的电容c1、c2两端的uc电压，根据公式

n＝2，计算出uc＝750v。电容c1、c2连接处接地，创造中心连接点。直流电流流入第一调制控制电路、第二调制控制电路，外接单片机输入信号，分别为电路中2个半桥子模块分配2个幅值相等、相位依次相差π的三角载波；单片机同时产生一个50hz正弦调制波和2000hz正弦调制波与以上两个三角载波进行比较输出，比较后分别得到2个pwm脉冲即为该电路中2个子模块的触发脉冲。单片机通过两个pwm控制2个半桥子模块上每个igbt模块的工作状态，输出得到第一调制控制电路电压upj和第二调制控制电路电压unj；将处于投入状态的子模块的输出电压相加即第一调制控制电路电压upj和第二调制控制电路电压unj，根据公式

(unj-upj)/2

得到电路总的输出电压波形，即调制出2000hz交流方波和50hz正弦波。lc谐振选频时，为达到2000hz交流方波进入降压整流电路进行降压整流，50hz正弦波不进入降压整流电路而直接经过滤波输出的效果。设电路所需频率为f0，电路中电容电感大小分别为c和l,根据公式

把带入公式，得到l*c≈6270，因此本实例中选用330微法的电容和20微亨的电感进行lc谐振选频。lc谐振选频后，2000hz交流方波进入降压整流电路降压整流，最终从第一输出电路的端口out1输出400v直流；50hz正弦波经过滤波从第二输出电路的端口out2输出1000交流。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。