一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，將至少兩個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路輸入端口并聯(lián)連接，輸出端口并聯(lián)連接。所述單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路為橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器拓?fù)?，每個(gè)單元電路實(shí)現(xiàn)了諧振軟開(kāi)關(guān)，并保證4N倍輸入電壓的輸出，各個(gè)單元電路之間采用移相控制。除了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減少輸出電壓紋波外，主要解決了單相開(kāi)關(guān)電容變換器輸入電流紋波過(guò)大的問(wèn)題，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率和變換器功率等級(jí)。該發(fā)明適用于大電流高增益的場(chǎng)合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多相開(kāi)關(guān)電容變換器，尤其涉及一種多相直流-直流開(kāi)關(guān)電容變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電容變換器而言，運(yùn)行過(guò)程中存在大的電壓尖峰和電磁干擾等問(wèn)題，且隨著開(kāi)關(guān)頻率的升高，開(kāi)關(guān)損耗亦迅速增大。為了解決上述問(wèn)題，在變換器中引入零電流開(kāi)關(guān)(zero current switching-ZCS)技術(shù),該技術(shù)充分利用電路中的雜散電感作為諧振電感。目前已提出的含飛躍電容的開(kāi)關(guān)電容變換器(FCSCC)、多電平模塊化開(kāi)關(guān)電容變換器(麗SCC)以及對(duì)稱(chēng)性多電平模塊化開(kāi)關(guān)電容變換器(SMMSCC)跟發(fā)明中提出的一種橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器(BMSCC)相比，在獲得同樣電壓轉(zhuǎn)化比下，使用的器件數(shù)目上或是輸出阻抗上都無(wú)優(yōu)勢(shì)。這也是本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)所在。但對(duì)于單個(gè)ZCS橋式多電平模塊化開(kāi)關(guān)電容變換器而言，輸入電流紋波大，常常需要較大容量值的電容去濾除電流紋波以適應(yīng)光伏發(fā)電中的應(yīng)用，而這又勢(shì)必影響整個(gè)變換器能量轉(zhuǎn)換的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種輸入電流紋波低，輸出電壓紋波地，能量轉(zhuǎn)換效率高，功率密度大的開(kāi)關(guān)電容變換器
[0004]為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，包括至少兩個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路，所述至少兩個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路的輸入部分并聯(lián)連接，共用一個(gè)電源；輸出部分并聯(lián)輸出為負(fù)載供電。所述單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路為橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器拓?fù)洹?br> [0005]作為優(yōu)選，所述橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器拓?fù)浒℉橋，諧振電感，至少一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容模塊。
[0006]作為優(yōu)選，所述H橋由四個(gè)MOSFET全控器件S。S2, S3、S4組成，其中S1' S4同步，S2, S3同步；S1、S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與S2、S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間相差180°。
[0007]作為優(yōu)選，所述基本開(kāi)關(guān)電容模塊由四個(gè)開(kāi)關(guān)管和四個(gè)電容構(gòu)成，每增加一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容模塊，輸出電壓電平較輸入電壓電平提高4倍。
[0008]作為優(yōu)選，所述各個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路之間采用移相控制，對(duì)于含m個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路的一種的多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，其各相驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的相位差為2μ/m,其中m≥2。
[0009]作為優(yōu)選，對(duì)于單向升壓電路，所述基本開(kāi)關(guān)電容模塊中的開(kāi)關(guān)管為快恢復(fù)二極管。
[0010]本發(fā)明提供的一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器通過(guò)將至少兩個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路采 用輸入并聯(lián)，輸出并聯(lián)的方式，降低了變換器的輸出電流紋波，輸出電壓紋波，提高變換電路轉(zhuǎn)換效率和功率密度，特別適用于光伏模塊、TEG模塊等低壓輸出場(chǎng)合。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路。
[0013]圖3為H橋電路圖。
[0014]圖4為基本開(kāi)關(guān)電容I旲塊圖。
[0015]圖5為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖6為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的關(guān)鍵波形圖。
[0017]圖7為單相和三相情況下輸入電路紋波示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0019]參考圖1至圖4，圖 1是本發(fā)明提供的一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中包含有m個(gè)并聯(lián)連接的單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路。圖2為單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路，包括H橋1、諧振電感2和基本開(kāi)關(guān)電容模塊3。圖3為H橋電路圖，圖4為開(kāi)關(guān)電容模塊電路。H橋包含四個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)管，其中S1J4為同時(shí)開(kāi)通的一對(duì)開(kāi)關(guān)管、S2、S3為另一對(duì)同時(shí)開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管。S2、S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)滯后SpS4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)180°。基本開(kāi)關(guān)電容模塊含有四個(gè)開(kāi)關(guān)管和四個(gè)電容，每增加一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容模塊，輸出電壓電平較輸入電壓電平增加4倍。所述H橋具有2輸入端，4輸出端，2輸入端分別接電源的正極端(輸入電容的上端)、負(fù)極端(輸入電容的下端)，其中三個(gè)輸出端分別與第一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容模塊的三個(gè)輸入端口相連，剩余一個(gè)輸出端口與第一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容模塊之間插入諧振電感?；鹃_(kāi)關(guān)電容模塊的四個(gè)輸出端口分別于下一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容模塊的四個(gè)輸入端口相連。最后一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容模塊為二端口輸出，其中一個(gè)輸出端口為輸出電壓正極端，另一個(gè)輸出端口為輸出電壓的負(fù)極端。
[0020]進(jìn)一步參考圖5，圖5為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中三相諧振型橋式模塊化八電平開(kāi)關(guān)電容變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中3個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容單元電路的參數(shù)相同?；鹃_(kāi)關(guān)電容模塊中開(kāi)關(guān)管采用的是單向?qū)ǖ目旎謴?fù)二極管。第二相2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)滯后第一相I的驅(qū)動(dòng)信號(hào)120° ,第三相3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)滯后第二相2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)120° ,其中驅(qū)動(dòng)波形示意圖見(jiàn)圖6。圖6亦展示了各相11橋中開(kāi)關(guān)管的端電壓波形、諧振電感1^1、1^2、1^的電流波形和輸入電流波形。
[0021]下面對(duì)多相結(jié)構(gòu)在減少輸入電流紋波和提高電路轉(zhuǎn)化效率上進(jìn)行分析說(shuō)明:
[0022]對(duì)于只含一個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路的變換器而言，輸入電流可以表達(dá)為
[0023]Iinl=A1Sin 0，0 G [0 ] (I)
[0024]設(shè)平均電流為Iinl ave，則通過(guò)方程
[0025](I /兀)J",: A.sin OdO = /,? ave (2)
[0026]可求得A1=L 57Iinl ave，
[0027]由于輸入電流為正弦半波，所以輸入電流的紋波為IinUipple=A115[0028]則流進(jìn)輸入電容的電流有效值為
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，包括至少兩個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路，所述單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路為橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器拓?fù)?；其特征在于，所述至少兩個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路的輸入部分并聯(lián)連接，共用一個(gè)電源；輸出部分并聯(lián)輸出為負(fù)載供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，其特征在于，所述橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器拓?fù)浜幸粋€(gè)H橋、一個(gè)諧振電感和至少一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容1吳塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，其特征在于，所述H橋由四個(gè)MOSFET全控器件31、52、53、54組成，其中SpS4同步，S2、S3同步七、S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與S2、S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間相差180°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，其特征在于，所述基本開(kāi)關(guān)電容模塊包括四個(gè)開(kāi)關(guān)管和四個(gè)電容，每增加一個(gè)基本開(kāi)關(guān)電容模塊，輸出電壓電平較輸入電壓電平提高4倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，其特征在于，所述各個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路之間采用移相控制，對(duì)于含m個(gè)單元諧振開(kāi)關(guān)電容電路的一種的多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，其各相驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的相位差為2 ii /m,其中m≥2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的所述一種多相諧振型橋式模塊化多電平開(kāi)關(guān)電容變換器，其特征在于，對(duì)于單向升壓電路，所述基本開(kāi)關(guān)電容模塊中的開(kāi)關(guān)管為快恢復(fù)二極管。
【文檔編號(hào)】H02M1/14GK103618462SQ201310687992
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】何良宗, 周偉, 曾濤, 張景瑞 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)