一种多电平隔离式双向DCDC变换电路制造技术

本实用新型专利技术提供的一种多电平隔离式双向DCDC变换电路，包括：第一多电平全桥变换器、变压器和第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器通过所述变压器连接所述第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器不连接所述变压器的连接端为输入端或输出端，所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器均为飞跨电容嵌位三电平桥臂构成的全桥变换器。本实用新型专利技术中，第一多电平全桥变换器和第二多电平全桥变换器为可以产生五电平输出电压状态的多电平全桥变换器，相对于传统的采用两电平桥臂的全桥变换器，输出电压能力也可以提高一倍，可以较大程度的提高隔离式双向DC/DC变换器的输出电压等级。

【技术实现步骤摘要】
一种多电平隔离式双向DCDC变换电路
本技术涉及电力功率变换领域，尤其涉及一种多电平隔离式双向DCDC变换电路。
技术介绍
现代输配电网开始发生了很多革命性的改变，对直流输配电的需求越来越大。负荷中心越来越多的是依靠于远距离输送的电力，或者依赖于大型风电场等可再生能源发电。直流输电方式在远距离输电或者新能源发电接入方面具有明显优势。在配电侧也包含越来越多的直流式的分布式电源，例如光伏发电、电池储能等。即使是对于风力发电，采用直流方式也可以减少功率变换环节。越来越多的负荷需要使用直流供电。例如数据中心、LED、电动汽车等。以及大量的消费量电子，例如个人计算机、手机和平板电脑等。在配电网采用直流的方式，将可以占用更少的输电走廊，并可利用它的快速可控性等特点，解决城市供电中存在的供电困难、成本高以及潮流难以控制等问题，维持城市电网的安全可靠经济运行。直流电压难以像交流变压器那样通过磁耦合的方式实现电压变换，因此必须基于电力电子技术通过DC/DC变换电路实现直流电压的变换和功率的传递。对于需要电气隔离的直流变换场合，或者两侧直流电压等级相差较大的场合，在DC/DC变换电路中仍需采用变压器。但是由于工频变压器体积庞大、质量笨重、损耗较大并且噪音很大，很难实现功率转换系统的高功率密度和高效率。通过采用高频变压器取代传统的工频变压器被普遍认为是下一代功率变换的必然发展趋势。采用高频变压器方案的优势在于装置的体积小、重量轻、成本低，并可避免传统工频变压器由于铁心磁饱和造成系统中电压电流波形畸变的问题；若将开关频率提高到20kHz以上，更可极大地降低装置的运行噪声。尤其在智能电网中功率变换系统越来越普及的大背景下，高频隔离功率变换技术的应用前景广阔。基于高频变压器隔离的双向DC/DC变换电路作为核心电路被普遍应用在下一代中压功率变换系统中。高频隔离的双向DC/DC变换电路主要由两个全桥变换器和一个高频隔离变压器组成。通过控制全桥变换器高频交流输出侧的方波电压，就可以控制加在辅助电感两端电压的大小和相位，进而控制功率的大小和流向。目前的全桥变换器大多采用两电平全桥电路。在开关器件的电压等级有限的情况下，两电平全桥电路所能够输出的电压也受到限制，使实现高压大容量的双向DC/DC变换电路困难，应用领域也受到限制。
技术实现思路
本技术提出了一种多电平隔离式双向DC/DC变换电路工作原理，针对现有的双向DC/DC变换电路的缺点，采用飞跨电容嵌位三电平桥臂构成的全桥变换器，以提高隔离式双向DC/DC变换的输出电压能力。本技术提供的一种多电平隔离式双向DCDC变换电路，包括：第一多电平全桥变换器、变压器和第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器通过所述变压器连接所述第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器不连接所述变压器的连接端为输入端或输出端；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器均为飞跨电容嵌位三电平桥臂构成的全桥变换器。优选地，所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器不连接所述变压器的连接端为输入端或输出端具体包括两种连接方式；第一种连接方式为：所述第一多电平全桥变换器不连接所述变压器的连接端为输入端，所述第二多电平全桥变换器不连接所述变压器的连接端为输出端；第二种连接方式为：所述第一多电平全桥变换器不连接所述变压器的连接端为输出端，所述第二多电平全桥变换器不连接所述变压器的连接端为输入端。优选地，所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器电路结构相同；所述第一多电平全桥变换器包括：第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第二电容C2和第三电容C3；所述第一开关S1的集电极、所述第一二极管D1的阴极、所述第五开关S5的集电极、所述第五二极管D5的阴极和所述第三电容C3的正极相互连接后构成所述第一多电平全桥变换器的直流正端子DC1；所述第一开关S1的发射极、所述第一二极管D1的阳极、所述第二开关S2的集电极、所述第二二极管D2的阴极和所述第一电容C1的正极相互连接；所述第二开关S2的发射极、所述第二二极管D2的阳极、所述第三开关S3的集电极和所述第三二极管D3的阴极相互连接后构成多电平全桥变换电路的一个交流线端AC1；所述第三开关S3的发射极、所述第三二极管D3的阳极、所述第四开关S4的集电极、所述第四二极管D4的阴极和所述第一电容C1的负极相互连接；所述第四开关S4的发射极、所述第四二极管D4的阳极、所述第八开关S8的发射极、所述第八二极管D8的阳极和所述第三电容C3的负极相互连接后构成多电平全桥变换器的直流负端子DC2；所述第五开关S5的发射极、所述第五二极管D5的阳极、所述第六开关S6的集电极、所述第六二极管D6的阴极和所述第二电容C2的正极相互连接；所述第六开关S6的发射极、所述第六二极管D6的阳极、所述第七开关S7的集电极和所述第七二极管D7的阴极相互连接后构成多电平全桥变换器的一个交流线端AC2；所述第七开关S7的发射极、所述第七二极管D7的阳极、所述第八开关S8的集电极、所述第八二极管D8的阴极和所述第二电容C2的负极相互连接；所述交流线端AC1和所述交流线端AC2连接所述变压器；所述直流正端子DC1和所述直流负端子DC2为不连接所述变压器的连接端。优选地，所述变压器为中频或者高频隔离变压器。优选地，所述变压器的工作频率大于或等于200Hz。从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：本技术提供的一种多电平隔离式双向DCDC变换电路，包括：第一多电平全桥变换器、变压器和第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器通过所述变压器连接所述第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器不连接所述变压器的连接端为输入端或输出端，所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器均为飞跨电容嵌位三电平桥臂构成的全桥变换器。本技术中，第一多电平全桥变换器和第二多电平全桥变换器为可以产生五电平输出电压状态的多电平全桥变换器，相对于传统的采用两电平桥臂的全桥变换器，输出电压能力也可以提高一倍，可以较大程度的提高隔离式双向DC/DC变换器的输出电压等级。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本技术提供的多电平隔离式双向DC/DC变换电路的结构示意图。图2是本技术的多电平隔离式双向DC/DC变换电路的多电平全桥变换器结构示意图。图3、图4和图5分别是本技术多电平隔离式双向DC/DC变换电路中多电平全桥变换器中一个飞跨电容嵌位三电平桥臂的三种电压输出状态示意图。具体实施方式本技术提出了一种多电平隔离式双向DC/DC变换电路工作原理，针本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电平隔离式双向DCDC变换电路，其特征在于，包括：第一多电平全桥变换器、变压器和第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器通过所述变压器连接所述第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器的不连接所述变压器的连接端为输入端或输出端；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器均为飞跨电容嵌位三电平桥臂构成的全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器电路结构相同；所述第一多电平全桥变换器包括：第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第二电容C2和第三电容C3；所述第一开关S1的集电极、所述第一二极管D1的阴极、所述第五开关S5的集电极、所述第五二极管D5的阴极和所述第三电容C3的正极相互连接后构成所述第一多电平全桥变换器的直流正端子DC1；所述第一开关S1的发射极、所述第一二极管D1的阳极、所述第二开关S2的集电极、所述第二二极管D2的阴极和所述第一电容C1的正极相互连接；所述第二开关S2的发射极、所述第二二极管D2的阳极、所述第三开关S3的集电极和所述第三二极管D3的阴极相互连接后构成多电平全桥变换电路的一个交流线端AC1；所述第三开关S3的发射极、所述第三二极管D3的阳极、所述第四开关S4的集电极、所述第四二极管D4的阴极和所述第一电容C1的负极相互连接；所述第四开关S4的发射极、所述第四二极管D4的阳极、所述第八开关S8的发射极、所述第八二极管D8的阳极和所述第三电容C3的负极相互连接后构成多电平全桥变换器的直流负端子DC2；所述第五开关S5的发射极、所述第五二极管D5的阳极、所述第六开关S6的集电极、所述第六二极管D6的阴极和所述第二电容C2的正极相互连接；所述第六开关S6的发射极、所述第六二极管D6的阳极、所述第七开关S7的集电极和所述第七二极管D7的阴极相互连接后构成多电平全桥变换器的一个交流线端AC2；所述第七开关S7的发射极、所述第七二极管D7的阳极、所述第八开关S8的集电极、所述第八二极管D8的阴极和所述第二电容C2的负极相互连接；所述交流线端AC1和所述交流线端AC2连接所述变压器；所述直流正端子DC1和所述直流负端子DC2为不连接所述变压器的连接端。...

【技术特征摘要】
1.一种多电平隔离式双向DCDC变换电路，其特征在于，包括：第一多电平全桥变换器、变压器和第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器通过所述变压器连接所述第二多电平全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器的不连接所述变压器的连接端为输入端或输出端；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器均为飞跨电容嵌位三电平桥臂构成的全桥变换器；所述第一多电平全桥变换器和所述第二多电平全桥变换器电路结构相同；所述第一多电平全桥变换器包括：第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7、第八开关S8、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第二电容C2和第三电容C3；所述第一开关S1的集电极、所述第一二极管D1的阴极、所述第五开关S5的集电极、所述第五二极管D5的阴极和所述第三电容C3的正极相互连接后构成所述第一多电平全桥变换器的直流正端子DC1；所述第一开关S1的发射极、所述第一二极管D1的阳极、所述第二开关S2的集电极、所述第二二极管D2的阴极和所述第一电容C1的正极相互连接；所述第二开关S2的发射极、所述第二二极管D2的阳极、所述第三开关S3的集电极和所述第三二极管D3的阴极相互连接后构成多电平全桥变换电路的一个交流线端AC1；所述第三开关S3的发射极、所述第三二极管D3的阳极、所述第四开关S4的集电极、所述第四二极管D4的阴极和所述第一电容C1的负极相互连接；所述第四开关S4的发射极、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾杰，张弛，赵伟，钟国彬，张威，胡伊凡，梅成林，徐琪，谢宁，曾嵘，余占清，宋强，姚大伟，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：新型
国别省市：广东,44