一种功率变换装置及其封波控制方法与流程

本申请涉及电力电子，尤其涉及一种功率变换装置及其封波控制方法。

背景技术：

1、对于副边采用双向开关进行并网连接的各种功率变换装置，当需要关机或系统存在故障需要紧急停机封波时，一旦构成双向开关的各开关管封波时序不合适，将会导致电感电流断流，进而会在电感两端产生高压，威胁开关管的安全。例如，如果通过直接封锁全部开关管进行封波保护，会导致当前存在的电感电流无续流回路，只能够通过开关管的寄生电容进行续流。若电感电流较大，则开关管的寄生电容上的电压冲击较大，容易造成开关管过压损坏。又如，如果在电感电流为零时才进行封锁，则最长需要等到半个开关周期才能执行副边各开关管的封波动作。在某些恶劣环境条件下，比如，交流输出端口发生雷击时，由于此时可能出现瞬时电压反向导致电压极性判断错误，在电感电流降低为零的期间，可能发生副边桥臂直通的问题。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种功率变换装置及其封波控制方法，在封波过程中，尽可能快地封锁更多的开关管，以减小紧急或故障事件的影响。

2、为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

3、本申请实施例的第一方面，提供一种功率变换装置，具体可以包括变压器、感性器件、原边电路、副边电路和控制器。其中，原边电路连接变压器的原边绕组，原边电路用于将输入的直流电压转换为高频交流矩形波信号。副边电路串联感性器件后连接变压器的副边绕组，副边电路用于将高频交流矩形波信号转换为交流电压输出。副边电路可以包括半桥电路。半桥电路可以包括桥臂和第一电容，桥臂包括上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂或下半桥臂包括两个续流方向相反的开关管。上半桥臂和下半桥臂的连接点通过感性器件与变压器的副边绕组一端连接。第一电容连接于上半桥臂(或下半桥臂)与变压器的副边绕组另一端之间。在本申请另一些实施例中，半桥电路还可以包括第二电容，第一电容和第二电容串联后与桥臂并联设置，且第一电容和第二电容的连接点与变压器的副边绕组另一端连接。

4、本申请实施例提供的功率变换装置中的原边电路和副边电路均受控于控制器，在功率变换装置出现故障或收到关机指令时，控制器可以控制半桥电路中的全部开关管关断，以完成封波操作。具体地，控制器在确定流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值时，可以控制上半桥臂和下半桥臂中处于导通状态的全部开关管同时关断，以使功率变换装置的半桥电路中的全部开关管关断。控制器在确定流经感性器件的电流小于设定电流负阈值或大于设定电流正阈值时，可以额控制处于导通的上半桥臂或下半桥臂中的部分开关管关断以及控制处于截止的下半桥臂或上半桥臂的所有开关管关断，之后，再确定流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值时，控制处于导通的上半桥臂或下半桥臂的所有开关管关断，以使功率变换装置的半桥电路中的全部开关管关断。

5、本申请实施例提供的上述功率变换装置的控制器，在确定功率变换装置出现故障或收到关机指令，立即关闭所有不影响续流通路的开关管，对于处于续流通路上的一个开关管，则等待续流到近似为零后关闭。在整个封波控制过程中，由于副边电路的开关管最多只剩下一个需要维持续流通路的开关管导通，能够有效防止故障或其他事件导致的影响范围扩大问题，整个电路的封波安全性得到保证。

6、在本申请一些实施例中，变换器的上半桥臂可以包括串联连接的第六开关管和第八开关管，下半桥臂可以包括串联连接的第五开关管和第七开关管。其中，第五开关管和第六开关管的续流方向均指向上半桥臂和下半桥臂的连接点，第七开关管和第八开关管的续流方向均指向远离上半桥臂和下半桥臂的连接点。

7、在本申请一些实施例中，第六开关管可以连接于第八开关管和感性器件之间。在本申请另一些实施例中，第八开关管也可以连接于第六开关管和感性器件之间。

8、在本申请一些实施例中，第五开关管可以连接于第七开关管和感性器件之间。在本申请另一些实施例中，第七开关管也可以连接于第五开关管和感性器件之间。

9、在本申请一些实施例中，在控制器确定流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值时，控制器可以控制第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管同时关断。

10、在本申请一些实施例中，在控制器确定流经感性器件的电流大于设定电流正阈值时，控制器可以控制第六开关管保持导通，控制半桥电路中的其他开关管关断，再响应于流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值，控制第六开关管关断。

11、在本申请一些实施例中，在控制器确定流经感性器件的电流大于设定电流正阈值时，控制器可以控制第五开关管保持导通，控制半桥电路中的其他开关管关断，再响应于流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值，控制第五开关管关断。

12、在本申请一些实施例中，在控制器确定流经感性器件的电流小于设定电流负阈值时，控制器可以控制第八开关管保持导通，控制半桥电路中的其他开关管关断，再响应于流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值，控制第八开关管关断。

13、在本申请一些实施例中，在控制器确定流经感性器件的电流小于设定电流负阈值时，控制器可以控制第七开关管保持导通，控制半桥电路中的其他开关管关断，再响应于流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值，控制第七开关管关断。

14、本申请实施例的第二方面，提供一种功率变换装置的封波控制方法。其中功率变换装置的具体结构可以参照本申请实施例的第一方面，在此不作详述。封波控制方法具体包括以下步骤：

15、在功率变换装置出现故障或收到关机指令时，可以控制功率变换装置的半桥电路中的全部开关管关断。具体地，在确定流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值时，可以控制上半桥臂和下半桥臂中处于导通状态的全部开关管同时关断，以使功率变换装置的半桥电路中的全部开关管关断。在确定流经感性器件的电流小于设定电流负阈值或大于设定电流正阈值时，可以控制处于导通的上半桥臂或下半桥臂中的部分开关管关断以及控制处于截止的下半桥臂或上半桥臂的所有开关管关断，再响应于流经感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值，控制处于导通的上半桥臂或下半桥臂的所有开关管关断，以使功率变换装置的半桥电路中的全部开关管关断。

16、本申请实施例提供的上述封波控制方法，在确定功率变换装置出现故障或收到关机指令，立即关闭所有不影响续流通路的开关管，对于处于续流通路上的一个开关管，则等待续流到近似为零后关闭。在整个封波控制过程中，由于副边电路的开关管最多只剩下一个需要维持续流通路的开关管导通，能够有效防止故障或其他事件导致的影响范围扩大问题，整个电路的封波安全性得到保证。

17、上述第二方面可以达到的技术效果可以参照上述第一方面中任一可能设计可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。

技术特征：

1.一种功率变换装置，其特征在于，包括：变压器、感性器件、原边电路、副边电路及控制器；

2.如权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述半桥电路还包括第二电容，所述第一电容和所述第二电容串联后与所述桥臂并联，所述第一电容和所述第二电容的连接点与所述变压器的副边绕组另一端连接。

3.如权利要求1或2所述的功率变换装置，其特征在于，所述上半桥臂包括第六开关管和第八开关管，所述下半桥臂包括第五开关管和第七开关管；其中，

4.如权利要求3所述的功率变换装置，其特征在于，所述第六开关管连接于所述第八开关管和所述感性器件之间，或，所述第八开关管连接于所述第六开关管和所述感性器件之间；

5.如权利要求3或4所述的功率变换装置，其特征在于，响应于流经所述感性器件的电流大于或等于设定电流负阈值且小于或等于设定电流正阈值；

6.如权利要求3或4所述的功率变换装置，其特征在于，响应于流经所述感性器件的电流大于所述设定电流正阈值；

7.如权利要求3或4所述的功率变换装置，其特征在于，响应于流经所述感性器件的电流大于所述设定电流正阈值；

8.如权利要求3或4所述的功率变换装置，其特征在于，响应于流经所述感性器件的电流小于所述设定电流负阈值；

9.如权利要求3或4所述的功率变换装置，其特征在于，响应于流经所述感性器件的电流小于所述设定电流负阈值；

10.一种功率变换装置的封波控制方法，所述封波控制方法包括：

技术总结
本申请提供一种功率变换装置及其封波控制方法，在功率变换装置出现故障或收到关机指令时，控制器控制半桥电路中的全部开关管关断。具体地，在电感电流不为零时，控制处于导通的上半桥臂或下半桥臂中的部分开关管关断以及控制处于截止的下半桥臂或上半桥臂的所有开关管关断，在电感电流续流到近似为零后，控制处于导通的上半桥臂或下半桥臂的所有开关管关断，以使功率变换装置的半桥电路中的全部开关管关断。在电感电流近似为零时，控制上半桥臂和下半桥臂中处于导通状态的全部开关管同时关断，以使功率变换装置的半桥电路中的全部开关管关断。在封波过程中，能够尽可能快地封锁更多开关管的驱动，以减小紧急或故障事件的影响。

技术研发人员：胡耀威,毛竹,赵钧,张成良
受保护的技术使用者：华为数字能源技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16