一种混合桥臂式隔离型双向直流变换器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种混合桥臂式隔离型双向直流变换器及其控制方法，变换器包括第一、第二、第三、第四桥臂，高频隔离变压器T以及电容C1、电容C2，其中：第一桥臂由两个开关管S1、S2构成，第二桥臂由两个开关管S3、S4构成，第三桥臂由两个开关管S5、S6构成，第四桥臂由两个开关管S7、S8构成，所述开关管S2、S4、S7、S8为SiC-MOSFET开关管。本发明专利技术将开关损耗较小的新型SiC-MOSFET与基于目前主流半导体技术的Si-IGBT相结合，并通过控制将开关损耗集中在SiC-MOSFET上，使隔离型双向直流变换器同时具备两种不同种类开关器件的优势，从而提高系统效率和开关频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及电气自动化设备
，具体地，设及一种应用于直流微网的、集合 IGBT与SIC-MOS阳T的混合桥臂式隔离型双向直流变换器及其控制方法。
技术介绍
隔离型双向直流变换器是直流微网中的关键部件之一，其地位类似于交流电网中 的变压器，可实现直流能量的双向传输，电压等级转换及故障隔离等功能。其中较为成熟的 一种隔离型双向直流变换器采用双移相桥拓扑，其结构及控制简单，中高频工作下，隔离变 压器的体积可W大幅减小，且效率更高。 传统双移相桥拓扑采用Si-IGBT作为开关器件，控制方式则采用移相控制。此种 控制方式下，在一个开关周期内会产生八次开关损耗，IGBT的开关损耗基本在数十mj/次 运个数量级，此值与开关频率直接相乘即为开关损耗，因而随着系统频率提高，该损耗将非 常可观，不利于系统效率的进一步提高。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种应用于直流微网的混合桥臂式 隔离型双向直流变换器，并提供其对应的控制方法，有利于系统效率的提高。 阳〇化]根据本专利技术的一个方面，提供一种混合桥臂式隔离型双向直流变换器，包括第一 桥臂，第二桥臂，第立桥臂，第四桥臂，高频隔离变压器TW及输入电容Cl、输出电容C2,其 中：第一桥臂由两个开关管S1、S2构成，第二桥臂由两个开关管S3、S4构成，第=桥臂由 两个开关管S5、S6构成，第四桥臂由两个开关管S7、S8构成，所述开关管S2、S4、S7、S8为 SiC-MOS阳T开关管； 所述变换器的电源输入端正极接至输入电容Cl的正极，电源输入端负极接至输入 电容Cl的负极。电容C1正极与第一桥臂正端即开关管Sl的集电极、第二桥臂正端即开关 管S3的漏极相连；开关管Sl的发射极与开关管S2的集电极相连，开关管S3的源极与开关 管S4的漏极相连；第一桥臂中点A、第二桥臂中点B引出接至高频隔离变压器T的原边；电 容Cl负极与第一桥臂负端即开关管S2的发射极、第二桥臂负端即开关管S4的源极相连； 所述变换器的电源输出端正极接至输出电容Cz的正极，电源输出端负极接至输入 电容Cz的负极；电容Cz正极与第=桥臂正端即开关管S5的集电极、第四桥臂正端即开关管 S7的漏极相连；开关管S5的发射极与开关管S6的集电极相连，开关管S7的源极与开关管 S8的漏极相连；第=桥臂中点C、第四桥臂中点D引出接至高频隔离变压器T的副边；电容 Cz负极与第=桥臂负端即开关管S6的发射极、第四桥臂负端即开关管S8的源极相连。 根据本专利技术的另一个方面，提供一种混合桥臂式隔离型双向直流变换器的控制方 法，所述方法具体为：在变换器运行时，开关序列W-个开关周期Ts为基本单位进行循环， 一个开关序列共进行6次开关切换，切换时刻分别为tl、t2、172、tl巧,/2、t2巧,/2、L，时 亥Ij0与ti之间的时间间隔记为T1，tl与t2之间的时间间隔记为T2,通过合理设置T1、T2 两大参数实现第一桥臂和第=桥臂的ZCS软开关，每个开关周期只产生二次开关损耗，且 开关损耗全部由SiC-MOSFET开关管产生；其中Tl,T2需满足如下条件： 其中，Udc1、Udc2代表输入电容Cl、输出电容Cz上的直流电压，n表示变压器变比； 当Tl,T2满足上式时，电流在0时刻自零开始增大，并在t2时刻回到零，实现了第一和第= 桥臂的ZCS软开关；电路传输功率P为： 与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果： 本专利技术方法由低开关损耗但价格较高的SIC-M0SFET承受开关损耗，SI-IGBT则工 作于ZCS软开关状态，从而提升系统整体效率。除具备该优势外，此方法可实现与传统的移 相控制方法相类似的功率双向流动功能。 本专利技术的应用于直流微网的隔离双向直流变流器混合式桥臂拓扑，可实现传统双 向直流变换器的所有基本功能，同时提升其效率。当本专利技术的拓扑运行于本专利技术的控制方 式下时，可减小开关损耗，从而提升系统的功率密度，减小散热压力。【附图说明】 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、 目的和优点将会变得更明显： 图1为本专利技术一实施例中混合桥臂式隔离型双向直流变换器拓扑图； 图2为本专利技术混合桥臂式隔离型双向直流变换器的工作波形（化<Vs); 阳0化]图3曰、图3b为典型Si-IGBT器件与SiC-MOS阳T器件之间的性能对比图； 图4为混合桥臂式隔离型双向直流变换器的工作波形（化〉Vs)。【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本专利技术，但不W任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可W做出若干变形和改进。运些都属于本专利技术 的保护范围。 参照图1，为本专利技术一实施例中混合桥臂式隔离型双向直流变换器拓扑，包括第一 桥臂，第二桥臂，第立桥臂，第四桥臂，高频隔离变压器TW及输入电容Cl、输出电容C2,其 中：第一桥臂由两个开关管Sl、S2构成，第二桥臂由两个开关管S3、S4构成，第=桥臂由两 个开关管S5、S6构成，第四桥臂由两个开关管S7、S8构成； 所述变换器的电源输入端正极接至输入电容Cl的正极，电源输入端负极接至输入 电容Cl的负极。电容C1正极与第一桥臂正端即开关管Sl的集电极（C极）、第二桥臂正端 即开关管S3的漏极值极）相连；开关管Sl的发射极巧极）与开关管S2的集电极相连， 开关管S3的源极（S极）与开关管S4的漏极相连；第一桥臂中点A、第二桥臂中点B引出 接至高频隔离变压器T的原边；电容Cl负极与第一桥臂负端即开关管S2的发射极、第二桥 臂负端即开关管S4的源极相连； 所述变换器的电源输出端正极接至输出电容Cz的正极，电源输出端负极接至输入 电容Cz的负极；电容Cz正极与第=桥臂正端即开关管S5的集电极、第四桥臂正端即开关管 S7的漏极相连；开关管S5的发射极与开关管S6的集电极相连，开关管S7的源极与开关管 S8的漏极相连；第=桥臂中点C、第四桥臂中点D引出接至高频隔离变压器T的副边；电容 Cz负极与第=桥臂负端即开关管S6的发射极、第四桥臂负端即开关管S8的源极相连。 在本实施例中，上述开关管S3、S4、S7、S8为SiC-MOS阳T开关管，上述开关管Sl、 S2,S5,S6为Si-IGBT开关管，采用SiC-MOS阳T与Si-IGBT共同构成混合式桥臂。 阳02引开关管SI,S2,S5,S6的口极（G极）连接至对应的驱动电路，其开关状态受驱动 电路产生的口极驱动信号所控制。S3,S4，S7，S8的栅极（G极）连接至对应的驱动电路，其 开光状态受驱动电路产生的栅极驱动信号所控制。 开关管S2,S4,S7,S8采用SiC-MOS阳T，SiC-MOS阳T在开关性能上优于现有双移 相桥拓扑的Si-IGBT,如图3曰、图3b所示，但导通损耗上因其呈现为电阻特性，压降随电流 增大线性增大，因此优势不明显，尤其在大电流的工况下。 为保证由SiC-MOSFET承受开关损耗，本专利技术将控制方法进行改进，通过调整开关 管切换时间ti，t2,实现第一桥臂和第S桥臂的ZCS软开关，同时第二和第四桥臂实现ZVS 软开关，从而降低开关损耗，提升整机效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合桥臂式隔离型双向直流变换器，其特征在于包括第一桥臂，第二桥臂，第三桥臂，第四桥臂，高频隔离变压器T以及电容C1、电容C2，其中：第一桥臂由两个开关管S1、S2构成，第二桥臂由两个开关管S3、S4构成，第三桥臂由两个开关管S5、S6构成，第四桥臂由两个开关管S7、S8构成，所述开关管S3，S4，S7，S8为SiC‑MOSFET开关管；所述变换器的电源输入端正极接至输入电容C1的正极，电源输入端负极接至输入电容C1的负极；电容C1正极与第一桥臂正端即开关管S1的集电极、第二桥臂正端即开关管S3的漏极相连；开关管S1的发射极与开关管S2的集电极相连，开关管S3的源极与开关管S4的漏极相连；第一桥臂中点A、第二桥臂中点B引出接至高频隔离变压器T的原边；电容C1负极与第一桥臂负端即开关管S2的发射极、第二桥臂负端即开关管S4的源极相连；所述变换器的电源输出端正极接至输出电容C2的正极，电源输出端负极接至输入电容C2的负极；电容C2正极与第三桥臂正端即开关管S5的集电极、第四桥臂正端即开关管S7的漏极相连；开关管S5的发射极与开关管S6的集电极相连，开关管S7的源极与开关管S8的漏极相连；第三桥臂中点C、第四桥臂中点D引出接至高频隔离变压器T的副边；电容C2负极与第三桥臂负端即开关管S6的发射极、第四桥臂负端即开关管S8的源极相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡旭，高宁，魏晓光，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，上海交通大学，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11