一种输入间接串联的直流变压器及其应用方法与流程

本发明属于电力电子，具体涉及一种输入间接串联的直流变压器及其应用方法。

背景技术：

1、随着新能源体系构建的迫切需求，多变换器模块输入串联输出并联组合系统作为电力电子系统集成技术的典型代表，是一种性能优异的值得研究的新型电源结构，能满足更好的电力电子装置的功率范围、电压应力、电流应力等性能要求。有学者对输入串联输出并联(input-series output-parallel，isop)的组合系统进行了深入研究，并根据问题提出了多种改善策略。

2、公布号为cn107017781a的中国专利公开了一种非对称pwm控制的isop全桥直流变换器及其控制方法，其isop全桥直流变换器具有调压功能，其子模块采用全桥变换电路，通过间接输入的方式解决了直流母线短路故障时集中电容崩溃放电而破坏电路的问题，降低了系统的电压应力，提高了系统的稳定性和保障性。但是，其均压不能保证均流，均流亦不能保证均压，需要额外的均压控制或均流控制，导致系统控制方法较为复杂。组合系统需要多个谐振腔和输出整流电路，器件数量较大，提高了成本。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有的isop组合系统变换器方案中存在均压和均流控制较为复杂、器件数量较多、成本较高等问题，充分考虑成本、系统可靠性和损耗等因素后，提供一种输入间接串联的直流变压器及其应用方法，本发明通过共用一个lc谐振腔和输出整流电路实现了系统输出自然均流，同时大大减少了输出端器件数量，节约了成本。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种输入间接串联的直流变压器，包括n个全桥模块、n个高频变压器、lc谐振腔和整流输出电路，所述全桥模块包括并联连接的两个桥臂和一个滤波电容，直流输入电压vin的正极与第1个全桥模块的一个桥臂中点相连，第1个全桥模块到第n-1个全桥模块中滤波电容的负极均与下一个全桥模块的一个桥臂中点相连，且第n个全桥模块中滤波电容的负极与直流输入电压vin的负极相连，n个全桥模块的两个桥臂中点作为输出端各与一个高频变压器的原边相连，n个高频变压器的副边和lc谐振腔串联连接后与整流输出电路的输入端相连，所述整流输出电路的输出端为直流变压器的输出端，使得所有的全桥模块和高频变压器共用同一个lc谐振腔和整流输出电路以实现输出自然均流。

4、可选地，所述lc谐振腔由谐振电感lr和谐振电容cr串联组成。

5、可选地，所述直流输入电压vin的正极与第1个全桥模块的一个桥臂中点之间还串联有滤波电感lb。

6、可选地，所述整流输出电路包括两个由二极管串联形成的桥臂，且两个桥臂并联形成整流桥。

7、可选地，所述整流桥的输出端并联有输出电容co。

8、可选地，所述并联连接的两个桥臂包括超前桥臂和滞后桥臂，所述超前桥臂由第一开关管qj1和第二开关管qj2串联构成，且第一开关管qj1和第二开关管qj2之间的中间接点形成超前桥臂的桥臂中点；所述滞后桥臂由第三开关管qj3和第四开关管qj4串联构成，且第三开关管qj3和第四开关管qj4之间的中间接点形成滞后桥臂的桥臂中点。

9、可选地，所述超前桥臂的第一开关管qj1和第二开关管qj2之间互补导通且彼此的控制信号具有不同的占空比，所述滞后桥臂的第三开关管qj3和第四开关管qj4之间互补导通且彼此的控制信号具有不同的占空比，第二开关管qj2和第四开关管qj4的具有共同的占空比don，且占空比don总小于0.5；第二开关管qj2和第四开关管qj4在不同的开关频率fs下具有恒定的导通时间0.5tr；第四开关管qj4的驱动滞后第一开关管qj1的驱动的时间长度为(0.5ts-0.25tr)；第二开关管qj2的驱动滞后第三开关管qj3的驱动的时间长度也为(0.5ts-0.25tr)；其中，tr为lc谐振腔的谐振周期，ts为全桥模块的开关周期。

10、可选地，所述占空比don满足下述关系：

11、

12、上式中，fs为全桥模块的开关频率，fr为lc谐振腔的串联谐振频率，且有fs<fr。

13、此外，本发明还提供一种前述输入间接串联的直流变压器的应用方法，包括：利用n个高频变压器的副边上串联的lc谐振腔产生谐振作用，使第一开关管qj1和第三开关管qj3的寄生电容放电、实现第一开关管qj1和第三开关管qj3零电压开通。

14、可选地，还包括通过控制开关频率fs来调节第二开关管qj2和第四开关管qj4的导通时间0.5tr在开关周期ts中的占比，以使得第二开关管qj2和第四开关管qj4的占空比don相应变化，从而实现对直流变压器的调压控制。

15、和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：

16、1、本发明输入间接串联的直流变压器包括n个全桥模块、n个高频变压器、lc谐振腔和整流输出电路，n个高频变压器的副边和lc谐振腔串联连接后与整流输出电路的输入端相连，整流输出电路的输出端为直流变压器的输出端，使得所有的全桥模块和高频变压器共用同一个lc谐振腔和整流输出电路以实现输出自然均流。

17、2、本发明输入间接串联的直流变压器所有的全桥模块和高频变压器共用同一个lc谐振腔和整流输出电路，减少了器件数量，简化了系统结构，降低了应用成本。

18、3、本发明n个高频变压器的副边和lc谐振腔串联连接后与整流输出电路的输入端相连，因此能够通过高频变压器的副边上串联的lc谐振腔产生谐振作用，可使得全桥模块零电压开通。

技术特征：

1.一种输入间接串联的直流变压器，包括n个全桥模块和n个高频变压器、lc谐振腔和整流输出电路，所述全桥模块包括并联连接的两个桥臂和一个滤波电容，直流输入电压vin的正极与第1个全桥模块的一个桥臂中点相连，第1个全桥模块到第n-1个全桥模块中滤波电容的负极均与下一个全桥模块的一个桥臂中点相连，且第n个全桥模块中滤波电容的负极与直流输入电压vin的负极相连，n个全桥模块的两个桥臂中点作为输出端各与一个高频变压器的原边相连，其特征在于，n个高频变压器的副边和lc谐振腔串联连接后与整流输出电路的输入端相连，所述整流输出电路的输出端为直流变压器的输出端，使得所有的全桥模块和高频变压器共用同一个lc谐振腔和整流输出电路以实现输出自然均流。

2.根据权利要求1所述的输入间接串联的直流变压器，其特征在于，所述lc谐振腔由谐振电感lr和谐振电容cr串联组成。

3.根据权利要求1所述的输入间接串联的直流变压器，其特征在于，所述直流输入电压vin的正极与第1个全桥模块的一个桥臂中点之间还串联有滤波电感lb。

4.根据权利要求1所述的输入间接串联的直流变压器，其特征在于，所述整流输出电路为不可控整流输出电路，所述不可控整流输出电路包括两个由二极管串联形成的桥臂，且两个桥臂并联形成整流桥。

5.根据权利要求4所述的输入间接串联的直流变压器，其特征在于，所述整流桥的输出端并联有输出电容co。

6.根据权利要求1所述的输入间接串联的直流变压器，其特征在于，所述并联连接的两个桥臂包括超前桥臂和滞后桥臂，所述超前桥臂由第一开关管qj1和第二开关管qj2串联构成，且第一开关管qj1和第二开关管qj2之间的中间接点形成超前桥臂的桥臂中点；所述滞后桥臂由第三开关管qj3和第四开关管qj4串联构成，且第三开关管qj3和第四开关管qj4之间的中间接点形成滞后桥臂的桥臂中点。

7.根据权利要求6所述的输入间接串联的直流变压器，其特征在于，所述超前桥臂的第一开关管qj1和第二开关管qj2之间互补导通且彼此的控制信号具有不同的占空比，所述滞后桥臂的第三开关管qj3和第四开关管qj4之间互补导通且彼此的控制信号具有不同的占空比，第二开关管qj2和第四开关管qj4的具有共同的占空比don，且占空比don总小于0.5；第二开关管qj2和第四开关管qj4在不同的开关频率fs下具有恒定的导通时间0.5tr；第四开关管qj4的驱动滞后第一开关管qj1的驱动的时间长度为(0.5ts-0.25tr)；第二开关管qj2的驱动滞后第三开关管qj3的驱动的时间长度也为(0.5ts-0.25tr)；其中，tr为lc谐振腔的谐振周期，ts为全桥模块的开关周期。

8.根据权利要求7所述的输入间接串联的直流变压器，其特征在于，所述占空比don满足下述关系：

9.一种权利要求6～8中任意一项所述的输入间接串联的直流变压器的应用方法，其特征在于，包括：利用n个高频变压器的副边上串联的lc谐振腔产生谐振作用，使第一开关管qj1和第三开关管qj3的寄生电容放电、实现第一开关管qj1和第三开关管qj3零电压开通。

10.根据权利要求9所述的输入间接串联的直流变压器的应用方法，其特征在于，还包括通过控制开关频率fs来调节第二开关管qj2和第四开关管qj4的导通时间0.5tr在开关周期ts中的占比，以使得第二开关管qj2和第四开关管qj4的占空比don相应变化，从而实现对直流变压器的调压控制。

技术总结
本发明公开了一种输入间接串联的直流变压器及其应用方法，本发明直流变压器包括N个全桥模块和N个高频变压器、LC谐振腔和整流输出电路，N个全桥模块串联连接，N个全桥模块的两个桥臂中点作为输出端各与一个高频变压器的原边相连，N个高频变压器的副边和LC谐振腔串联连接后与整流输出电路的输入端相连，所述整流输出电路的输出端为直流变压器的输出端，使得所有的全桥模块和高频变压器共用同一个LC谐振腔和整流输出电路以实现输出自然均流。本发明通过共用一个LC谐振腔和输出整流电路实现了系统输出自然均流，同时大大减少了输出端器件数量，节约了成本。

技术研发人员：吴晋波,何智强,余波,宁光富,刘章华,谢国胜,姜利,李理,粟梅,李辉,肖潇,丁禹,李刚
受保护的技术使用者：国网湖南省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15