一種三電平直流變換裝置及采用該裝置的電能變換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三電平直流變換裝置及采用該裝置的電能變換方法。本發(fā)明的三電平直流變換裝置包括n個三電平直流變換模塊M1、M2、······、Mi、······Mn，所述n個三電平直流變換模塊彼此并聯(lián)連接，且每一個模塊都具有相同的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)。本發(fā)明的電能變換方法對模塊內(nèi)和模塊之間的開關(guān)管都進行移相控制。本發(fā)明的三電平直流變換器裝置結(jié)構(gòu)簡單，擴展性強，冗余能力高，且將低壓的單個開關(guān)管應(yīng)用到高壓大功率的電能變換場合；本發(fā)明的控制方法可將三電平直流變換裝置的等效開關(guān)頻率提高至原開關(guān)頻率的2n倍，大幅度減小輸入電流和輸出電壓的脈動，從而大大減小輸入和輸出濾波器的體積、重量和成本，同時電路的效率和動態(tài)性能也得到提高。
【專利說明】—種三電平直流變換裝置及采用該裝置的電能變換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流-直流電能變換裝置，具體涉及適用于高壓、大功率應(yīng)用場合的一種三電平直流變換裝置及采用該裝置的電能變換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，電力電子技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)社會中的應(yīng)用越來越廣泛，對電能變換裝置的要求也越來越高,高效、高可靠性、高功率密度、低成本、模塊化已經(jīng)成為電力電子技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。在很多場合，如通信電源、三相功率因數(shù)校正變換器、舶電氣、高速鐵路電氣、軌道交通電氣等，它們的輸入或輸出電壓都較高，米用傳統(tǒng)的變換器，如Buck、Boost、Buck-Boost, Cuk, SEPIC、Zeta、半橋和全橋等，需要選擇高電壓定額的開關(guān)管。高壓的MOSFET開關(guān)管，通態(tài)電阻大，導(dǎo)通損耗大，不利于提高變換器效率；高壓的IGBT開關(guān)管，電流拖尾現(xiàn)象嚴重，限制開關(guān)頻率的提高，不利于減小變壓器和濾波器的體積、重量和成本；開關(guān)管串聯(lián)，需要較復(fù)雜的電路和控制來保證串聯(lián)開關(guān)管之間較好同步控制和均壓。此外，上述場合中，其輸入或輸出電流也都很大，采用開關(guān)管并聯(lián)的方式以滿足大電流需求，一方面要求器件本身有較好的一致性，另一方面也要求開關(guān)管有較好的同步控制，這樣大大增加了器件篩選的成本，和電路控制的難度，整個系統(tǒng)的可靠性也較低；再者，大功率變壓器和濾波器的制作工藝復(fù)雜，成本較高，且不利于安裝和維護。
[0003]因此，目前傳統(tǒng)變換器和技術(shù)在高壓大功率場合應(yīng)用時存在種種問題，這些問題尚未得到解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種三電平直流變換裝置及采用該裝置的電能變換方法。本發(fā)明的三電平直流變`換裝置及電能變換方法在滿足高壓大功率需求的基礎(chǔ)上，不僅拓撲結(jié)構(gòu)簡單、標準化、模塊化，具有冗余能力，而且還將低電壓定額的單個開關(guān)管運用到高壓、大功率的領(lǐng)域，從而大大降低了裝置的成本和提高了可靠性。此外，本發(fā)明的電能變換方法通過采用移相控制結(jié)合多個三電平直流變換模塊并聯(lián)的方式，將在保證每一個開關(guān)管開關(guān)頻率不變的基礎(chǔ)上，提高整個裝置的等效開關(guān)頻率，從而進一步減小裝置的濾波器體積、重量和成本，同時電路的效率和動態(tài)性能也得到提高。
[0005]具體而言，本發(fā)明提供了一種三電平直流變換裝置，其特征在于，所述直流變換裝
置包括η個三電平直流變換模塊M^M2、......、Mp......Mn，其中，1、η為正
整數(shù)，i ( n，所述η個三電平直流變換模塊彼此并聯(lián)連接；
[0006]每個三電平直流變換模塊包括第一升壓電感LMiJ和第二升壓電感Lm 2、第一開關(guān)管Smu和第二開關(guān)管SMi—2、第一二極管Dmu和第二二極管DMi—2以及第一分壓電容Cmu和第二分壓電容CMi—2，低壓直流輸入端Uin的兩端分別輸入至每個三電平直流變換模塊的兩個輸入端，
[0007]其中，所述直流變換裝置還包括驅(qū)動控制電路，所述驅(qū)動控制電路輸出的驅(qū)動控制信號分別輸送至每個三電平直流變換模塊的第一開關(guān)管sMi」和第二開關(guān)管SMi 2，依次驅(qū)動所述直流變換裝置中的所有開關(guān)管，使得每個開關(guān)管之間的驅(qū)動控制信號相差預(yù)定相位周期。
[0008]進一步地，對于每個三電平直流變換模塊，低壓直流輸入端Uin的正極連接至第一升壓電感LMi !的第一端，第一升壓電感LMi !的第二端分別連接至第一二極管Dm !的陽極和第一開關(guān)管SMi i的集電極，第一開關(guān)管SMi i的發(fā)射極連接至第二開關(guān)管SMi 2的集電極，第二開關(guān)管SMi 2的發(fā)射極分別連接至第二升壓電感的第二端和第二二極管Dm 2的陰極，第二升壓電感的第一端連接至直流輸入端Uin的負極，第一二極管DMi」的陰極連接至第一分壓電容CMi」的正極，第一分壓電容CMi」的負極分別連至第一開關(guān)管SMi」的發(fā)射極和第二分壓電容CMi 2的正極，第二分壓電容CMi 2的負極連接至第二二極管Dm 2的陽極，第一分壓電容cMiJ的正極和第二分壓電容CMi 2的負極分別作為高壓直流輸出端U。的正極和負極。
[0009]進一步地，每個三電平直流變換模塊彼此相同，并且對于每個三電平直流變換模塊，其中的第一升壓電感LMi—i和第二升壓電感LMi—2的感值相等，第一分壓電容Cmu和第二分壓電容CMi 2的容值相等。
[0010]進一步地，所述驅(qū)動控制電路從每個三電平直流變換模塊接收其中的開關(guān)管的導(dǎo)通壓降信號，并且判斷所述導(dǎo)通壓降信號是否超出預(yù)定閾值，如果所述導(dǎo)通壓降信號超出所述預(yù)定閾值，則所述驅(qū)動控制電路關(guān)斷該三電平直流變換模塊內(nèi)的兩個開關(guān)管，并相應(yīng)改變所述η值。
[0011]另一方面，本發(fā)明提供一種上述三電平直流變換裝置進行電能變換的方法，其特征在于，所述方法包括:
[0012]確定低壓直流輸入端Uin的輸入電壓值；
[0013]判斷所述輸入電壓值是否大于待輸出電壓U。的1/2 ；
[0014]如果所述輸入電壓值Uin>Uy2，利用所述三電平直流變換裝置的驅(qū)動控制電路依次向所述三電平直流變換裝置中的開關(guān)管輸出占空比小于0.5的輸出脈沖；
[0015]如果所述輸入電壓值Uin≤U0/2，則利用所述三電平直流變換裝置的驅(qū)動控制電路依次向所述三電平直流變換裝置中的開關(guān)管輸出占空比大于或等于0.5的輸出脈沖。
[0016]進一步地，所述方法包括利用所述三電平直流變換裝置的驅(qū)動控制電路驅(qū)動所述三電平直流變換裝置中的所有開關(guān)管，使得每個開關(guān)管之間的驅(qū)動控制信號相差預(yù)定相位周期。
[0017]本發(fā)明的三電平直流變換裝置中，不僅每一個三電平直流變換器模塊中的兩個開關(guān)管是移相控制的，而且模塊與模塊之間的開關(guān)管也是移相控制，也就是說整個結(jié)構(gòu)中的
開關(guān)管都進行了移相控制，具體為開關(guān)管SM1_1、SM1_2, Sm2_1, Sm2_ 2......SMn_ l, SMn_ 2具有
相同的開關(guān)頻率和占空比，但其驅(qū)動信號的相位依次相差180° /n，從開關(guān)管的開通時刻來看，則依次相差Ts/(2n)，Ts = l/fs為開關(guān)管的開關(guān)周期，fs為開關(guān)管的開關(guān)頻率。這樣一來，所述三電平直流變換裝置的等效開關(guān)頻率相當于2nXfs。
[0018]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，對于三電平直流變換裝置中所有的開關(guān)管，所述驅(qū)動控制電路輸送給每個開關(guān)管的驅(qū)動控制信號依次相差l/2n個開關(guān)周期。優(yōu)選地，所述開關(guān)周期為500微秒、200微秒或者150微秒。
[0019]在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，并且，所述驅(qū)動控制電路輸送給每個開關(guān)管的驅(qū)動控制信號的結(jié)束時間與所述驅(qū)動控制電路輸送給下一開關(guān)管的驅(qū)動控制信號的開始時間之間的間隔小于每個驅(qū)動控制信號的持續(xù)時間。
[0020]所述三電平直流變換裝置及采用該裝置的電能變換方法的優(yōu)點在于:
[0021 ] (I)每一個模塊的結(jié)構(gòu)都較簡單，且具有統(tǒng)一的尺寸和接口，有利于標準化和模塊化的設(shè)計和生產(chǎn)，擴展性強；
[0022](2)任意一個模塊損壞后，通過關(guān)斷對應(yīng)模塊內(nèi)的開關(guān)管，可以使該模塊自動停止工作，對正常工作的模塊無影響，也無需開關(guān)等將其切除，整個結(jié)構(gòu)可繼續(xù)冗余且可靠運行，冗余能力強，可靠性高；
[0023](3)每增加一個模塊，整個結(jié)構(gòu)的等效開關(guān)頻率增加一倍，即整個結(jié)構(gòu)的等效開關(guān)頻率表達式為2nXfs，這樣一來，輸入電流和輸出電壓的脈動將大幅度減小，從而大大減小整個結(jié)構(gòu)的濾波器體積、重量和成本，同時整個結(jié)構(gòu)的效率和動態(tài)性能也得到提高；
[0024](4)任意一個模塊損壞且退出模塊化組合結(jié)構(gòu)后，將剩余模塊按照180° /(η-1)更改移相角度，可繼續(xù)保留提高整個結(jié)構(gòu)等效開關(guān)頻率的優(yōu)點，這樣輸入電流和輸出電壓的脈動依然較小，有利于保證整個結(jié)構(gòu)的高效率、高功率密度和高動態(tài)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三電平直流變換裝置的主電路圖；
[0026]圖2是用于驅(qū)動本發(fā)明的三電平直流變換裝置的一種驅(qū)動控制信號示意圖；
[0027]圖3是用于驅(qū)動本發(fā)明的三電平直流變換裝置的另一種驅(qū)動控制信號示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明的具有2個三電平直流變換模塊的變換裝置的主電路圖；
[0029]圖5是用于驅(qū)動圖4所不實施例的一種驅(qū)動控制信號不意圖；
[0030]圖6是用于驅(qū)動圖4所示實施例的另一種驅(qū)動控制信號示意圖；
[0031 ] 圖7是用于驅(qū)動圖4所示實施例的一種驅(qū)動控制信號仿真波形；
[0032]圖8是現(xiàn)有技術(shù)的一種驅(qū)動控制信號仿真波形；
[0033]圖9是現(xiàn)有技術(shù)的另一種驅(qū)動控制信號仿真波形；
[0034]圖10是圖4所示實施例分別采用圖7、圖8和圖9所示驅(qū)動控制信號的輸入電流和輸出電壓脈動比較仿真波形；
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0036]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三電平直流變換裝置的主電路圖。如圖1所示，
本實施例中的三電平直流變換裝置包括η個三電平直流變換模塊Mp Μ2、......、
Mp......Mn，其中，1、η為正整數(shù)，i≤n，i代表1~η中任何一個模塊，所述η個三
電平直流變換模塊彼此并聯(lián)連接。
[0037]從圖1中可以看出，每個三電平直流變換模塊包括第一升壓電感Lm」和第二升壓電感LMi—2、第一開關(guān)管SMi—i和第二開關(guān)管SMi—2、第一二極管DMi—i和第二二極管DMi—2以及第一分壓電容CMi—i和第二分壓電容CMi—2，低壓直流輸入端Uin的兩端分別輸入至每個三電平直流變換模塊的兩個輸入端。其中，所述直流變換裝置還包括驅(qū)動控制電路(圖中未示出)，所述驅(qū)動控制電路分別連接至每個三電平直流變換模塊的第一開關(guān)管SMi」和第二開關(guān)管SMi 2，以便分別向每個三電平直流變換模塊的第一開關(guān)管sMi i和第二開關(guān)管SMi 2輸出驅(qū)動控制信號，依次驅(qū)動所述直流變換裝置中的所有開關(guān)管，使得每個開關(guān)管之間的驅(qū)動控制信號相差預(yù)定相位周期。
[0038]例如，每個開關(guān)管的驅(qū)動控制信號依次相差l/2n個開關(guān)周期，優(yōu)選地，所述開關(guān)周期為500微秒、200微秒或者150微秒。
[0039]從圖1中還可以看出，對于每個三電平直流變換模塊，低壓直流輸入端Uin的正極連接至第一升壓電感LMi—i的第一端，第一升壓電感LMi—i的第二端分別連接至第一二極管Dm」的陽極和第一開關(guān)管SMi」的集電極，第一開關(guān)管SMi」的發(fā)射極連接至第二開關(guān)管SMi 2的集電極，第二開關(guān)管SMi 2的發(fā)射極分別連接至第二升壓電感的第二端和第二二極管DMi 2的陰極，第二升壓電感的第一端連接至直流輸入端Uin的負極，第一二極管DMi」的陰極連接至第一分壓電容CMi」的正極，第一分壓電容CMi」的負極分別連至第一開關(guān)管SMi」的發(fā)射極和第二分壓電容CMi 2的正極，第二分壓電容CMi 2的負極連接至第二二極管DMi 2的陽極，第一分壓電容CMi」的正極和第二分壓電容CMi 2的負極分別作為高壓直流輸出端U。的正極和負極。
[0040]在本實施例中，每個三電平直流變換模塊彼此相同，包括尺寸、接口、電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并且對于每個三電平直流變換模塊，其中的第一升壓電感LMi l和第二升壓電感LMi 2的感值相等，第一分壓電容CMi」和第二分壓電容CMi 2的容值相等。
[0041]驅(qū)動控制電路從每個三電平直流變換模塊接收其中的開關(guān)管的導(dǎo)通壓降信號，并且判斷所述導(dǎo)通壓降信號是否超出預(yù)定閾值，如果所述導(dǎo)通壓降信號超出所述預(yù)定閾值(例如，上述預(yù)定閾值可以為時間閾值，優(yōu)選地，10微秒)，則所述驅(qū)動控制電路關(guān)斷該三電平直流變換模塊內(nèi)的兩個開關(guān)管，并相應(yīng)將η值改變?yōu)棣?-1。
[0042]如上所述，本發(fā)明還提供了利用三電平直流變換裝置進行電能變換的方法，該方法包括:
[0043]確定低壓直流輸入端Uin的輸入電壓值；
[0044]判斷所述輸入電壓值是否大于待輸出電壓U。的1/2 ；
[0045]如果所述輸入電壓值Uin>Uy2，利用所述三電平直流變換裝置的驅(qū)動控制電路依次向所述三電平直流變換裝置中的開關(guān)管輸出相同開關(guān)頻率，相同占空比，但占空比〈0.5的輸出脈沖；
[0046]如果所述輸入電壓值Uin≤隊/2，則利用所述三電平直流變換裝置的驅(qū)動控制電路依次向所述三電平直流變換裝置中的開關(guān)管輸出相同開關(guān)頻率，相同占空比，但占空比大于或等于0.5的輸出脈沖。
[0047]圖2示出了輸入電壓值Uin>U0/2情況下的一種驅(qū)動控制信號，其中Gmi」、
Gmi 2、......、GMi 1、GMi 2、.....Gfcl^Gsfa2分別為輸送至三電平直流變換裝置中
相應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動控制信號，例如，Gmli, Gmi 2分別為輸送至第I個模塊中第一開關(guān)管Smi」和第二開關(guān)管Sm12的驅(qū)動控制信號。從圖中可以看到，它們的開關(guān)頻率和占空比相同，但開通時刻依次相差l/2n個開關(guān)周期，且它們輸送至開關(guān)管的控制信號為占空比〈0.5的脈沖信號。
[0048]圖3示出了輸入電壓值K U0/2情況下的一種驅(qū)動控制信號，其中Gmi1、Gml2>......、Gmli, GMi—2、.....Gfc l, Gsfa 2分別為輸送至三電平直流變換裝置中相應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動控制信號。從圖中可以看到，每個開關(guān)管驅(qū)動控制信號具有相同的開關(guān)頻率和占空比，但開通時刻依次相差l/2n個開關(guān)周期，且它們輸送至開關(guān)管的控制信號為占空比≥0.5的脈沖信號。
[0049]圖4是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的主電路圖，其具有2個三電平直流變換模塊。圖5和圖6分別為uin>uy2和Uin ( U0/2兩種情況下驅(qū)動圖4中三電平直流變換裝置中開關(guān)管的驅(qū)動控制信號，其中GM1—1、GM1—2、Gm21, Gm2 2為輸送至開關(guān)管SM1—1、SML2, Sm21, Sm2 2的驅(qū)動控制信號，它們的開關(guān)頻率相同，t0=0, t2=Ts/4、t4=Ts/2、t6=3Ts/4分別為開關(guān)管SM1—p SML2,Si2—1、Sm2 2 —個開關(guān)周期內(nèi)的開通時刻,依次相差Ts/4。
[0050]下面結(jié)合圖5，簡要介紹圖4所示實施例在Uin>U0/2情況下的工作過程。h之前，Sm—1、Smi_2> Sm2J-, Sm2-2 均關(guān)斷，二極管 Dm_1、Dm12 > Dm2J、DM2—2 均導(dǎo)通，此時電感 LM1—丨、Lmi 2-> Lm21 >L12 2釋放能量，一方面給輸出供電，另一方面給電容Cm1J、CM1_2>C^1和Cm2je充電,輸出電壓上升；t(!~tp 開關(guān)管 Sm1J 導(dǎo)通，Sm12> Sm2-1、Sm2je 關(guān)斷,二極管 DM1—i 關(guān)斷，DM1—2、Dm21 > Dm2 2 導(dǎo)通，電感Lmi 1、Lm12的電流上升，電感Lm21、Lm2 2的電流下降，電容Cmi 1、Cm21、Cm2 2放電，Cm12充電，輸出電壓下降山~t2類似于h之前,此時電感Lm1-PLmij^Lm2-PLm2je釋放能量,一方面給輸出供電，另一方面給電容CM1—pCi2、CM2—i和Cm2 2充電，輸出電壓上升；t2~t4、t4~t6、t6~t8的能量變換過程和h~t2 —樣,這意味h~t2的時間持續(xù)過程相當于整個電能變換裝置的等效開關(guān)周期，該持續(xù)過程也即是之前定義的開關(guān)管之間的移相周期，大小等于Ts/4?？梢钥闯觯瑢嵤├牡刃ч_關(guān)周期縮短至原來的1/4，等效開關(guān)頻率提高至原來的4倍。
[0051]下面結(jié)合圖6，簡要介紹圖4所示實施例在Uin≤隊/2情況下的工作過程。h之前，開關(guān)管Smu和Smi—2關(guān)斷,Sm1和SM2—2導(dǎo)通,二極管Dm1J和DM1—2導(dǎo)通,Dm1和Dm2-2關(guān)斷，電感Lml1、Lm12的電流下降，LM2」、Lm2 2的電流上升，電容CM1」、Cm12、Cm2j和Cm2 2充電，輸出電壓上升；t(!~tp 開關(guān)管 SM1—1、Sm21 > SM2_2 導(dǎo)通，Smi—2 關(guān)斷,二極管 DM1—1、DM2」、Dm2je 關(guān)斷，Dm12 導(dǎo)通，電感LM1—P Lm12的電流下降，Lm21, Lm2 2的電流上升，電容CM1—P CM2J, Cm2 2放電，Cm12充電，輸出電壓下降山~開關(guān)管Sm1J和SM2—2導(dǎo)通，Smi_2和SM2J關(guān)斷,二極管Dmu和DM2—2關(guān)斷，Dml2和Dm21導(dǎo)通，電感LM1—pU—2、LM2—pi*—2的電流下降，電容Cm12和Cm21充電，Cmi i和Cm2 2放電，由于充電電流大于放電電流，輸出電壓上升；t2~t4、t4~t6、t6~t8的能量變換過程和h~t2 —樣，這意味h~t2的時間持續(xù)過程同樣為整個電能變換裝置的等效開關(guān)周期，也就是之前定義的開關(guān)管之間的移相周期，大小等于Ts/4?？梢钥闯?，該情況下實施例的等效開關(guān)周期同樣縮短至原來的1/4，等效開關(guān)頻率提高至原來的4倍。
[0052]圖7是圖4所示實施例采用本發(fā)明控制方法的驅(qū)動控制信號仿真波形，其中Gmi」、GmL2>Gm2j,Gm2 2為輸送至開關(guān)管Sm1PSm1PSm2 PSm2 2的驅(qū)動控制信號，它們的開關(guān)頻率和占空比相同，但開通時刻依次相差Ts/4。
[0053]圖8是現(xiàn)有技術(shù)中采用的一種控制方法的驅(qū)動控制信號仿真波形，其中GM11、GM12、Gm21^Gm2 2為輸送至開關(guān)管Sm1PSmi^Sm2 PSm2 2的驅(qū)動控制信號，它們的開關(guān)頻率、占空比和圖7中所示一樣，不同的則是圖8中開關(guān)管Smi」、Smi 2、Sm21, Sm2 2都是同步開關(guān)工作，Gmli,Gml2> Gm21和Gm2 2完全同步，四個開關(guān)管同時開通，同時關(guān)斷。這意味著現(xiàn)有技術(shù)中的驅(qū)動控制方法的控制下，模塊內(nèi)和模塊之間的開關(guān)管都沒有移相控制，達不到提高等效開關(guān)頻率的目的。
[0054]圖9是現(xiàn)有技術(shù)中采用的另一種控制方法的驅(qū)動控制信號波形，其中Gmi」、Gmi 2、Gm21^Gm2 2為輸送至開關(guān)管Sm1PSmi^Sm2 PSm2 2的驅(qū)動控制信號，它們的開關(guān)頻率、占空比也和圖7所示一樣，不同的則是圖9中開關(guān)管Smi;和Smi 2交錯導(dǎo)通，開通時刻相差1/2個開關(guān)周期！Sm1和Sm2-2交錯導(dǎo)通，開通時刻相差1/2個開關(guān)周期；開關(guān)管Sn和Sm2-1的驅(qū)動控制信號同步，Smi 2和Sm2 2的驅(qū)動控制信號同步。這意味著現(xiàn)有技術(shù)中的驅(qū)動控制方法的控制下，模塊內(nèi)的開關(guān)管是移相控制，但模塊之間相同位置的開關(guān)管是同步的，這樣整個裝置的等效開關(guān)頻率只能提高至原來開關(guān)頻率的2倍，且隨著模塊數(shù)的增加，該等效開關(guān)頻率也不再增加。
[0055]圖10是本發(fā)明實施例分別采用圖7~圖9所示控制方法下，輸入電流和輸出電壓脈動的比較波形?？梢钥闯觯景l(fā)明控制方法可以進一步減小輸入電流和輸出電壓脈動，進而減小濾波器的體積、重量和成本，同時提高變換器的效率和動態(tài)性能。需要強調(diào)的是，采用本發(fā)明控制方法下，本發(fā)明的直流變換裝置的等效開關(guān)頻率會隨著模塊數(shù)量的增加而增加，等效開關(guān)頻率可以提高至原來開關(guān)頻率的2n倍，
[0056]本發(fā)明的實施例參數(shù)如下:輸入電壓Uin=510VDC ;輸出電壓Utj=UOOVDC ;輸出電流1=330A ；電感 LM1—丨=!^—2=LM2—FLm2-2=300 μ H ；電各 Cmi i=Cm12=Cm21=Cm2 2=1000 μ F ;開關(guān)管 Smi i>SML2> Sm21 和 Sm2 2 皆為 IGBT ；DML1, Dml2, Dm21 和 Dm2.2 皆為快恢復(fù)二極管；開關(guān)頻率 fs=5kHz ；開關(guān)周期八=20(^ S。`
【權(quán)利要求】
1.一種三電平直流變換裝置，其特征在于，所述直流變換裝置包括η個三電平直流變換模塊Α、Μ2、......、Mp......Mn，其中，1、η為正整數(shù)，i≤n，所述η個三電平直流變換模塊彼此并聯(lián)連接； 每個三電平直流變換模塊包括第一升壓電感Lmu和第二升壓電感LMi 2、第一開關(guān)管Sli l和第二開關(guān)管SMi—2、第一二極管Dmu和第二二極管DMi—2以及第一分壓電容Cmu和第二分壓電容CMi—2，低壓直流輸入端Uin的兩端分別輸入至每個三電平直流變換模塊的兩個輸入端， 其中，所述直流變換裝置還包括驅(qū)動控制電路，所述驅(qū)動控制電路輸出的驅(qū)動控制信號分別輸送至每個三電平直流變換模塊的第一開關(guān)管sMi i和第二開關(guān)管SMi 2，依次驅(qū)動所述三電平直流變換裝置中的所有開關(guān)管，使得每個開關(guān)管之間的驅(qū)動控制信號相差預(yù)定相位周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平直流變換裝置，其特征在于，對于每個三電平直流變換模塊，低壓直流輸入端Uin的正極連接至第一升壓電感LMi—i的第一端，第一升壓電感LMi—i的第二端分別連接至第一二極管DMi !的陽極和第一開關(guān)管SMi !的集電極，第一開關(guān)管SMi !的發(fā)射極連接至第二開關(guān)管SMi 2的集電極，第二開關(guān)管SMi 2的發(fā)射極分別連接至第二升壓電感的第二端和第二二極管DMi—2的陰極，第二升壓電感的第一端連接至直流輸入端Uin的負極，第一二極管DMi」的陰極連接至第一分壓電容CMi l的正極，第一分壓電容CMi」的負極分別連至第一開關(guān)管SMi」的發(fā)射極和第二分壓電容CMi 2的正極，第二分壓電容CMi 2的負極連接至第二二極管DMi 2的陽極，第一分壓電容CMi」的正極和第二分壓電容CMi 2的負極分別作為高壓直流輸出端U。的正極和負極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平直流變換裝置，其特征在于，每個三電平直流變換模塊彼此相同，并且對于每個三電平直流變換模塊，其中的第一升壓電感Lm」和第二升壓電感LMi 2的感值相等，第一分壓電容CMi」和第二分壓電容CMi 2的容值相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平直流變換裝置，其特征在于，所述驅(qū)動控制電路從每個三電平直流變換模塊接收其中的開關(guān)管導(dǎo)通壓降信號，并且判斷所述導(dǎo)通壓降信號是否超出預(yù)定閾值，如果所述導(dǎo)通壓降信號超出所述預(yù)定閾值，則所述驅(qū)動控制電路關(guān)斷該三電平直流變換模塊內(nèi)的兩個開關(guān)管，并相應(yīng)改變所述η值。
5.一種采用權(quán)利要求1-4中任意一項所述的三電平直流變換裝置進行電能變換的方法，其特征在于，所述方法包括: 確定低壓直流輸入端Uin的輸入電壓值； 判斷所述輸入電壓值是否大于待輸出電壓U。的1/2 ； 如果所述輸入電壓值Uin>uy2，利用所述三電平直流變換裝置的驅(qū)動控制電路依次向所述三電平直流變換裝置中的開關(guān)管輸出占空比小于0.5的輸出脈沖； 如果所述輸入電壓值Uin≤隊/2，則利用所述三電平直流變換裝置的驅(qū)動控制電路依次向所述三電平直流變換裝置中的開關(guān)管輸出占空比大于或等于0.5的輸出脈沖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用所述三電平直流變換裝置的驅(qū)動控制電路驅(qū)動所述三電平直流變換裝置中的所有開關(guān)管，使得每個開關(guān)管之間的驅(qū)動控制信號相差預(yù)定相位周期。
【文檔編號】H02M3/155GK103825454SQ201310695248
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】吳浩偉, 姚川, 李鵬, 周樑, 蔡凱, 徐正喜, 陳濤, 魏華, 歐陽暉, 李小謙, 姜波, 李可維, 邢賀鵬, 金惠峰, 羅偉, 耿攀, 孫朝暉, 謝煒, 吳大立, 余躍聽, 雷津, 袁陽 申請人:中國船舶重工集團公司第七一九研究所