器用于连接电压等级不同的直流电压源Udcl和Udc2， 其中Udcl〉Udc2。该拓扑上桥臂由桥臂电感La和n个半桥型子模块(第一链式模块）串联而成， 下桥臂由n个半桥型子模块(第二链式模块）串联而成，其中半桥型子模块如图1所示。桥臂 中点通过一个滤波电感Lf与低压侧电压源山。2连接。
[0053 ]更进一步地，如图3所示，给出了移相控制策略，具体如下：
[0054] 若移相占空比CU小于其稳态值Ds,第一链式模块吸收有功功率，第二链式模块释放 有功功率。此时链式模块1中子模块电容电压整体上升，第二链式模块中子模块电容电压整 体下降。同样地，若CU大于Ds，第一链式模块释放有功功率，第二链式模块吸收有功功率，此 时第一链式模块中子模块电容电压整体下降，第二链式模块中子模块电容电压整体上升。 因此可将第一链式模块中子模块电容电压平均值UCLavg与第二链式模块中子模块电容电压 平均值UC2_avg之差通过低通滤波器和PI调节器作为移相占空比ds的给定值。其中低通滤波 器用于抑制子模块电容电压波动对CU的影响。具体控制框图如图3所示。图3中的Kp表示PI调 节器比例环节系数，Ks表示PI调节器积分环节系数，Tf表示低通滤波器时间常数。
[0055] 根据移相控制，实现直流变压器在四个工作模态下工作，具体地：
[0化6] 模态1:即t在区间（0,山T)时
[0057]该模态下，第一链式模块和第二链式模块均工作于低电平状态，此时电感La和Lf两 端的电压ULa和ULf分别为：
[005引 ULa(t) =Udc 广（UC11+UC12) =Udcl (1)
[0059] ULf (t ) = UC12-Udc2 = -Udc2 (2)
[0060] 因此，ii线性上升，i3线性下降，即：
贷 (4)
[0063] 模态2:t在区间（山T，dT)时
[0064] 该模态下，第一链式模块工作于低电平状态，第二链式模块工作于高电平状态，此 时电感La和Lf两端的电压分别为：
[00化]ULa(t)=0 巧）
[0066] ULf(t)=Udci-Udc2 (6)
[0067] 因此，ii保持不变，i3线性上升，即：
W
[0070] 模态3:t在区间（dT，（d+山)T)时
[0071] 该模态下，第一链式模块和第二链式模块均工作于高电平状态，此时电感La和Lf两 端的电压分别为：
[0072] ULa(t)=-Udci (9)
[007；3] ULf(t)=UdcrUdc2 (10) (1U
[0074]因此，ii线性下降，i3线性上升，即：
(1巧
[0077] 模态4:t在区间（（d+山)T，T)时
[0078] 该模态下，第一链式模块工作于高电平状态，第二链式模块工作于低电平状态，此 时电感La和Lf两端的电压分别为：
[0079] ULa(t)=0 (13)
[0080] ULf(t)=-Udc2 (14)
[OOW]因此，il保持不变，i3线性下降，即：
(巧)
[0084] 最终得到il和i3的波形如图2所示，化3减去il可得到i2的波形。
[0085] W上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可W在权利要求的范围内做出各种变形或修改，运并不影 响本发明的实质内容。
【主权项】
1. 一种非隔离型直流变压器，其特征在于，包括:两个不同电压等级的直流电压源、上 桥臂、下桥臂，所述上桥臂通过下桥臂与较高电压等级的直流电压源两端相连;较低电压等 级的直流电压源通过滤波电感连接至下桥臂的两端。2. 根据权利要求1所述的非隔离型直流变压器，其特征在于，所述上桥臂由桥臂电感和 若干个半桥型子模块串联构成，所述下桥臂由若干个半桥型子模块串联构成。3. 根据权利要求2所述的非隔离型直流变压器，其特征在于，所述上桥臂和下桥臂均包 括η个半桥型子模块，且η为大于零的自然数;将上桥臂的η个半桥型子模块记为第一链式模 块，下桥臂的η个半桥型子模块记为第二链式模块，所述第一链式模块的一端通过桥臂电感 连接至较高电压等级的直流电压源的正极，所述第一链式模块的另一端分别连接至第二链 式模块的一端、滤波电感的一端;所述第二链式模块的另一端连接至较高电压等级的直流 电压源的负极和较低电压等级的直流电压源的负极，所述滤波电感的另一端连接至较低电 压等级的直流电压源的正极。4. 根据权利要求3所述的非隔离型直流变压器，其特征在于，所述η个半桥型子模块中 的任一个半桥型子模块包括:电容Csm、第一功率开关管、第二功率开关管，电容Csm的正极连 接第一功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的发射极连接第二功率开关管的集电极 并构成该半桥型子模块的第一端口，所述第二功率开关管的发射极连接至Csm的负极并构成 该半桥型子模块的第二端口。5. 根据权利要求4所述的非隔离型直流变压器，其特征在于，所述第一功率开关管、第 二功率开关管的类型为:含反并二极管的绝缘栅双极型晶体管。6. 根据权利要求4所述的非隔离型直流变压器，其特征在于，包括四种工作模态，具体 地如下： 模态1:即t在区间(0，cUT)时，cU表示移相占空比，T表示该直流变压器的开关周期； 该模态下，第一链式模块和第二链式模块均工作于低电平状态，此时桥臂电感和滤波 电感两端的电压值ULa和ULf分别为： ULa(t) =Udcl-(UCll+UC12) =Udcl (1) ULf ( t) = UC12-Udc2 = -Udc2 (2) 式中：Udcl表示较高电压等级的直流电压源的电压值，Udc2表示较低电压等级的直流电 压源的电压值，Ucll、Ucl2分别表不第一链式模块、第二链式模块两端的电压值，Ula(t)、Ulf (t)分别表示桥臂电感、滤波电感两端的电压随时间t的变化值，il线性上升，i3线性下降， 即：式中：il表示通过第一链式模块的电流，i3表示通过滤波电感Lf的电流，ii(t)表示il随 时间t的变化值，i3(t)表示i3随时间t的变化值，li(0)表示il在零时刻的瞬时电流值，12(0) 表示i2在零时刻的瞬时电流值，La表示桥臂电感的电感值，Lf表示滤波电感的电感值； 模态2: t在区间(cUT，肌)时，d表示第二链式模块输出PWM波形的占空比； 该模态下，第一链式模块工作于低电平状态，第二链式模块工作于高电平状态，此时桥 臂电感、滤波电两端的电压分别为： ULa(t)=0 (5) ULf ( t) = Udcl~Udc2 (6) 贝IJ，ii保持不变，i3线性上升，即： ii(t) = Ii(dsT) (7)巧） 模态3:t在区间(dT，（d+cU)T)时 该模态下，第一链式模块和第二链式模块均工作于高电平状态，此时桥臂电感和滤波 电感两端的电压分别为： ULa(t)=-Udcl (9) ULf(t)=Udcl-Udc2 (10) 则，il线性下降，i3线性上升，即：模态4:t在区间（（d+cU)T，T)时 该模态下，第一链式模块工作于高电平状态，第二链式模块工作于低电平状态，此时桥 臂电感和滤波电感两端的电压分别为： ULa(t)=0 (13) ULf(t)=-Udc2 (14) 贝ij，ii保持不变，i3线性下降，即： ii(t) = Ii[(d+山）T] (15)(16) 用i3减去il即得到交流输出的波形。
【专利摘要】本发明提供了一种非隔离型直流变压器，包括：两个不同电压等级的直流电压源、上桥臂、下桥臂，所述上桥臂通过下桥臂与较高等级的直流电压源两端相连；较低等级的直流电压源通过滤波电感连接至下桥臂的两端。所述上桥臂由桥臂电感和若干个半桥型子模块串联构成，所述下桥臂由若干个半桥型子模块串联构成。本发明提供的非隔离型直流变压器的子模块电容容值大大减小，因此减小了子模块的成本和体积，且无需两级变换，电路结构更简单。本发明采用的开关管频率小、损耗低；此外交流环流更小，导通损耗低，从而具备更高的效率。
【IPC分类】H02M3/335
【公开号】CN105576982
【申请号】CN201610074518
【发明人】蔡旭, 游洪程
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月2日