一种三相交错T型三电平LLC变换器及其宽变压控制方法

本发明属于电力电子技术及直流变换器，特别是涉及一种一种三相交错t型三电平llc变换器及其宽变压控制方法。

背景技术：

1、llc变换器因其可以实现原边开关零电压开通和副边开关零电流关断而具有很高的效率和较低的电磁噪声，这使其得到了广泛的应用。在直流变换器中，降低功率开关器件的电压和电流应力是提高系统可靠性的关键，减小电感尺寸是提高变换器动态性能的关键，减小电流纹波有利于减小滤波电容的尺寸进而减小变换器的体积。

2、三电平技术和交错并联技术是两种广泛使用的技术，前者可以用于降低开关器件的电压应力且通过产生零电平的方式调节占空比进而调节电压，后者可以用于降低开关器件的电流应力、减小电感尺寸和纹波电流。

3、一些应用要求变换器具有宽输入宽输出电压调节的功能，而传统llc变换器方案中通过悬浮谐振网络输入电压调节输出电压的方式会导致环流损耗增加；某些新能源系统中满载和轻载工作时功率等级相差较大，难以兼顾变换器在整个工作范围内的高效率要求，而传统的变拓扑方案中，拓扑切换存在较大的电压和电流脉冲，这会产生较大的损耗和电磁噪声，且这些拓扑的控制十分复杂；即单一地运用三电平技术或交错并联技术已经不能满足新能源系统中对直流变换器性能的要求。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种三相交错t型三电平llc变换器及其宽变压控制方法，变换器可以根据功率和输入电压的变化相应地以t型三相拓扑、t型全桥和t型半桥进行柔性切换，结合变频和变占空比控制，从而拓宽变换器增益范围；通过t型半桥或开关s将谐振网络输入端钳位至零，从而产生零电平并减小环流损耗。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三相交错t型三电平llc变换器，包括：

3、电容cdc1和电容cdc2串联均分输入直流电压；

4、三个t型半桥组成三相三电平逆变器；第一相t型半桥：开关sa1、sa2组成半桥，开关sa3、sa4反向串联，连接至输入直流电容中点；第二相t型半桥：开关sb1、sb2组成半桥，开关sb3、sb4反向串联，连接至输入直流电容中点；第三相t型半桥：开关sc1、sc2组成半桥，开关sc3、sc4反向串联，连接至输入直流电容中点；

5、三个t型半桥接入的三组串联的谐振电容cr、谐振电感lr和隔离变压器，隔离变压器原边y型联结的中点经开关s连接至输入直流电容中点；

6、和设置在隔离变压器二次侧的二极管整流桥，再经输出直流电容co后连接至负载。

7、进一步的是，所述隔离变压器采用y-y型或y-δ型。

8、进一步的是，所述二极管整流桥包括六个二极管d1、d2、d3、d4、d5和d6两两串联后再进行并联组成。

9、进一步的是，通过三个t型半桥组成三相三电平逆变器将直流变为可调频和可变占空比的交流，经过谐振网络、变压器和二极管整流桥把能量传递到负载；通过改变谐振网络中基波成分的频率和有效值实现输出电压或电流的调节；通过t型半桥的中点或开关s将谐振网络的输入电压钳位至零，调节谐振网络的输入电压占空比，从而调节等效输入电压有效值来调节变压范围，同时减小零电平的环流损耗。

10、另一方面，本发明还提出一种三相交错t型三电平llc变换器的宽变压控制方法，基于所提出的三相交错t型三电平llc变换器，由输入电压和负载功率确定所需工作拓扑的形态，拓扑形态之间的切换通过柔性变拓扑实现，所述拓扑形态包括三电平t型三相交错llc变换形态、三电平t型全桥llc变换形态和三电平t型半桥llc变换形态；

11、变换器根据功率和输入电压的变化相应地以t型三相拓扑、t型全桥和t型半桥进行柔性切换，结合变频和变占空比控制，从而拓宽变换器增益范围；通过t型半桥或开关s将谐振网络的输入端钳位至零电压，从而等效调节谐振网络输入电压。

12、进一步的是，一种三相交错t型三电平llc变换器的宽变压控制方法，包括步骤：

13、s1，当负载功率大于额定功率的70％时：变换器以三电平t型三相交错llc变换形态进行工作；

14、s2，负载功率介于额定功率的30％至70％时：变换器以三电平t型全桥llc变换器进行工作；当输入电压低于0.5倍额定输入电压时，t型全桥以vdc/2，0，-vdc/2三种电平进行工作；当输入电压高于0.5倍额定输入电压时，t型全桥以vdc，0，-vdc三种电平进行工作；

15、s3，载功率小于额定功率的30％时：变换器以三电平t型半桥llc变换形态进行工作。

16、进一步的是，在步骤s1中，所述变换器以三电平t型三相交错llc变换形态进行工作时：

17、t型三相拓扑以vdc/2，0和-vdc/2三种电平进行工作，开关sa1和sa4互补导通产生第一相电平：vdc/2和-vdc/2；开关sa2、sa3和s导通产生第一相电平：0；开关sb1和sb4互补导通产生第二相电平：vdc/2，-vdc/2；开关sb2、sb3和s导通产生第二相电平：0；开关sc1和sc4互补导通产生第三相电平：vdc/2，-vdc/2；开关sc2、sc3和s导通产生第三相电平：0；三相之间以120°交错运行。

18、进一步的是，在所述步骤s2中，变换器以三电平t型全桥llc变换形态进行工作时：

19、开关s常开；开关sc1、sc2、sc3和sc4常开；此时谐振网络的等效品质因数为三相交错工作模式中的2倍；

20、使用sa1-sa4和sb1-sb4构成的t型全桥拓扑，开关s、sc1、sc2、sc3和sc4保持断开，开关sa1-sa4和sb1-sb4作为pwm高频开关；

21、或使用sb1-sb4和sc1-sc4构成的t型全桥拓扑，开关s、开关sa1、sa2、sa3和sa4保持断开，开关sb1-sb4和sc1-sc4作为pwm高频开关；

22、亦或使用sc1-sc4和sa1-sa4构成的t型全桥拓扑，开关s、开关sb1、sb2、sb3和sb4保持断开；开关sc1-sc4和sa1-sa4作为pwm高频开关；

23、此时谐振网络的等效品质因数为三相交错工作模式中的2倍；当输入电压低于0.5倍额定输入电压时，t型全桥以vdc，0，-vdc三种电平进行工作时：当输入电压高于0.5倍额定输入电压时，t型全桥以vdc/2，0，-vdc/2三种电平进行工作时。

24、进一步的是，在所述步骤s3中，变换器以三电平t型半桥llc变换器进行工作包括步骤：

25、由6个开关管参与工作构成半桥拓扑：使用sa1-sa4、sb2-sb3构成的t型半桥拓扑，开关s、开关sb1、sb4、sc1-sc4保持断开，开关sa1-sa4和sb2、sb3作为pwm高频开关；

26、或使用sb1-sb4、sa2-sa3构成的t型半桥拓扑，开关s、开关sa1、sa4、sc1-sc4保持断开，开关sb1-sb4、sa2-sa3作为pwm高频开关；

27、或使用sc1-sc4、sb2-sb3构成的t型半桥拓扑，开关s、开关sb1、sb4、sa1-sa4保持断开，开关sc1-sc4、sb2-sb3作为pwm高频开关。

28、进一步的是，在所述步骤s3中，变换器以三电平t型半桥llc变换器进行工作包括步骤：

29、由4个开关管和s开关参与工作构成半桥拓扑：由sa1-sa4与开关s构成的t型半桥拓扑，开关sb1-sb4、sc1-sc4保持断开，开关sa1-sa4作为pwm高频开关，开关s保持导通；

30、或由sb1-sb4与开关s构成的t型半桥拓扑，开关sa1-sa4、sc1-sc4保持断开，开关sb1-sb4作为pwm高频开关，开关s保持导通；

31、或由sc1-sc4与开关s构成的t型半桥拓扑，开关sa1-sa4、sb1-sb4保持断开，开关sc1-sc4作为pwm高频开关，开关s保持导通。

32、采用本技术方案的有益效果：

33、本发明变换器可以根据功率和输入电压的变化相应地以t型三相拓扑、t型全桥和t型半桥进行柔性切换，结合变频和变占空比控制，从而拓宽变换器增益范围，也能匹配负载功率范围，提高变换器效率。通过t型半桥开关或开关s将谐振网络的输入端钳位至零电压，实现多种三电平拓扑的变占空比控制及变频控制，从而等效调节谐振网络输入电压，从而变换器的拓宽增益范围，实现扩宽变换器变压范围的同时减小环流损耗。

34、本发明中多种拓扑之间可以根据输入电压或负载的变化实现柔性切换，在进一步扩宽变换器变压范围的同时提高了变换器在整个工作范围内的效率。

35、本发明无需附加硬件和辅助电路，即可以实现开关的零电压开通或零电流关断，且开关以多电平的方式进行开关状态的过渡，极大地减小了开关损耗；同时保留了输入和输出电流纹波交错相消的优点，减小了变换器的体积，改善了变换器的动态性能。

36、本发明的变换器具有一定的自均流能力，降低了对器件公差的要求，从而使得该变换器更便于运用。