一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器制造技术

一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器，其输入相数可模块化调整，且所有模块输入电流可自动均流，输出增益根据每个模块中二极管电容个数可灵活调整。所提变换器包含1个直流输入电源，m个模块，1个滤波电容C0，1个负载RL。每个模块都含有1个电感，1个功率主开关及其漏源极寄生电容，1个箝位二极管，1个变比为1：k的高频变压器及其漏感，n个电容，n+2个二极管。公共箝位电路可以缓解由漏感引起的开关管电压应力高的问题，提高变换器的效率。与现有的大容量隔离型高升压DC/DC变换技术相比，本发明专利技术所有模块中开关和二极管的电压应力、电流应力均得到了显著降低并可调节，适用于大容量且输入输出需要电气隔离的应用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器
本专利技术涉及一种直流-直流变换器，具体涉及一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器。
技术介绍
近年来，海上风力发电技术发展迅速，风场规模不断扩大，由于传统的交流汇流存在频率同步性和谐波含量较高等诸多不利因素，海上风电直流汇流技术受到了越来越多的关注和研究，其实现的核心就是将风机侧整流后的1-5kV低压直流电能升压至40kV左右的中压直流汇流母线上。对DC/DC变换器提出了更高的要求，需要更大的容量、更高的可靠性和更高的升压比。风机单机容量最高已超过10MW，常见海上风机的容量也在2.5MW以上，基于目前器件耐压及过流能力情况下，解决大容量电能变换的方案通常是多个模块串并联使用，并依靠变压器变比来实现高增益升压，目前方案常存在以下问题：(1)多个模块并联运行时均流策略复杂、成本高及可靠性低的问题；(2)大容量高变比变压器设计及制造难度大。这些难题也限制了大容量高升压DC/DC变换方案的实现，使得海上风电直流汇流技术一直难以走向实际。因此研究可自动均流的高升压大容量隔离型DC/DC变换器对于海上风电直流汇流的发展具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术为解决现有隔离型升压DC/DC变换器存在模块化均流难、功率开关和二极管电压应力大、升压比低等问题，而提供一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器。本专利技术采取的技术方案为：一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器，包括：直流输入电源、m个模块、滤波电容C0、负载RL、公共箝位电路；所述m个模块包括m个功率开关S1、S2...Sm，m个电感L1、L2...Lm，m个箝位二极管DVT1、DVT2、DVT3...DVTm，m个变比为1：k的高频变压器T1、T2...Tm，nm个电容C11、C12...Cnm，m(n+2)个二极管D1、D2、D3...Dm、D01、D02、D03...D0m、D11、D12、D13...Dnm；所述公共箝位电路包括1个开关SVT，1个电容CVT，1个电感LVT，1个二极管DVT；该变换器还包括变压器漏感LK1、LK2...LKm；开关漏源极寄生电容C1、C2...Cm；该变换器连接方式如下：模块1的一次侧端：电感L1另一端分别连接变压器T1的一次侧同名端、第一功率开关S1的漏极、二极管DVT1的阳极；模块1的二次侧端：变压器T1的二次侧同名端分别连接电容C11的一端、二极管D11的阳极、二极管D01的阴极；所述电容C11的另一端分别连接电容C21的一端、二极管D21的阳极，所述电容C21的另一端分别连接电容C31的一端、二极管D31的阳极，所述电容C31的另一端分别连接电容C41的一端、二极管D41的阳极，……依次类推，电容C(n-1)1的另一端分别连接第n个电容Cn1的一端、第n个二极管Dn1的阳极；电容Cn1的另一端连接二极管D1的阳极；模块2的一次侧端：电感L2另一端分别连接变压器T2的一次侧同名端、第二功率开关S2的漏极、二极管DVT2的阳极；模块2的二次侧端：变压器T2的二次侧同名端分别连接电容C12的一端、二极管D12的阳极、二极管D02的阴极；所述电容C12的另一端分别连接电容C22的一端、二极管D22的阳极，所述电容C22的另一端分别连接电容C32的一端、二极管D32的阳极，所述电容C32的另一端分别连接电容C42的一端、二极管D42的阳极，……依次类推，电容C(n-1)2的另一端分别连接第n个电容Cn2的一端、第n个二极管Dn2的阳极；电容Cn2的另一端连接二极管D2的阳极；以此类推到模块m，模块m的一次侧端：电感Lm另一端分别连接变压器Tm的一次侧同名端、第m功率开关Sm的漏极、二极管DVTm的阳极；模块m的二次侧端：变压器Tm的二次侧同名端分别连接电容C1m的一端、二极管D1m的阳极、二极管D0m的阴极；所述电容C1m的另一端分别连接电容C2m的一端、二极管D2m的阳极，所述电容C2m的另一端分别连接电容C3m的一端、二极管D3m的阳极，所述电容C3m的另一端分别连接电容C4m的一端、二极管D4m的阳极，……依次类推，电容C(n-1)m的另一端分别连接第n个电容Cnm的一端、第n个二极管Dnm的阳极；电容Cnm的另一端连接二极管Dm的阳极；所述公共箝位电路中，电容CVT的一端连接开关管SVT的漏极，电容CVT的另一端连接二极管DVT1的阳极，二极管DVT1阴极分别连接开关管SVT的源极、电感LVT的一端；各个模块之间连接方式如下：直流输入电源的负极接地；模块1的电感L1一端连接直流输入电源的正极，第一功率开关S1源极接地，二极管DVT1的阴极连接公共箝位电路中的电容CVT的一端；变压器T1一次侧异名端连接变压器T2一次侧异名端，变压器T1二次侧异名端连接变压器T2二次侧异名端；二极管D11阴极连接二极D22阳极，二极管D21阴极连接D32阳极，以此类推，二极管Dn1阴极连接二极管D2阳极，二极管D1阴极连接负载RL一端、滤波电容C0一端，二极管D01的阳极连接负载RL另一端、滤波电容C0另一端；模块2的电感L2一端连接直流输入电源的正极，第二功率开关S2源极接地，二极管DVT2的阴极连接公共箝位电路中的电容CVT的一端；变压器T2一次侧异名端连接变压器T3一次侧异名端，变压器T2二次侧异名端连接变压器T3二次侧异名端；二极管D12阴极连接二极D23阳极，二极管D22阴极连接D33阳极，以此类推，二极管Dn2阴极连接二极管D3阳极，二极管D2阴极连接负载RL一端、滤波电容C0一端，二极管D02的阳极连接负载RL另一端、滤波电容C0另一端；以此类推到模块m：模块m的电感Lm一端连接直流输入电源的正极，第m功率开关Sm源极接地，二极管DVTm的阴极连接公共箝位电路中的电容CVT的一端；变压器Tm一次侧异名端连接变压器T1一次侧异名端，变压器Tm二次侧异名端连接变压器T1二次侧异名端；二极管D1m阴极连接二极D21阳极，二极管D2m阴极连接D31阳极，以此类推，二极管Dnm阴极连接二极管D1阳极，二极管Dm阴极连接负载RL一端、滤波电容C0一端，二极管D0m的阳极连接负载RL另一端、滤波电容C0另一端；公共箝位电路中电容CVT另一端接地，电感LVT另一端接直流输入电源的正极。所述隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器，其控制方式为相邻功率开关之间采用交错控制策略，即每相邻两相之间开关驱动相位相差180°。公共箝位模块开关SVT动作根据电容CVT设定电压决定，需大于等于1-D，其中D为功率开关S1、S2...Sm的占空比。与现有技术相比，本专利技术一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器，有益效果如下：1、本专利技术利用多升压单元实现变换器高升压输出，根据需求每调整每个模块中二极管和电容的个数来使增益变化。且该变换器与现有技术相比，主开关和二极管电压应力也较为降低，该变换器增益可调，应用范围广泛，更适用于大容量高升压场合。可以使用较低匝数比的变压器来达到高升压的目的，变压器的设计难度大大降低。其中：输入输出增益为：主开关管电压应力为：各个模块中二极管的电压应力为：式中，uin本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器，其特征在于包括：直流输入电源、m个模块、滤波电容C0、负载RL、公共箝位电路；所述m个模块包括m个功率开关S1、S2...Sm，m个电感L1、L2...Lm，m个箝位二极管DVT1、DVT2、DVT3...DVTm，m个变比为1：k的高频变压器T1、T2...Tm，nm个电容C11、C12...Cnm，m(n+2)个二极管D1、D2、D3...Dm、D01、D02、D03...D0m、D11、D12、D13...Dnm；所述公共箝位电路包括1个开关SVT，1个电容CVT，1个电感LVT，1个二极管DVT；该变换器还包括变压器漏感LK1、LK2...LKm；开关漏源极寄生电容C1、C2...Cm；该变换器连接方式如下：模块1的一次侧端：电感L1另一端分别连接变压器T1的一次侧同名端、第一功率开关S1的漏极、二极管DVT1的阳极；模块1的二次侧端：变压器T1的二次侧同名端分别连接电容C11的一端、二极管D11的阳极、二极管D01的阴极；所述电容C11的另一端分别连接电容C21的一端、二极管D21的阳极，所述电容C21的另一端分别连接电容C31的一端、二极管D31的阳极，所述电容C31的另一端分别连接电容C41的一端、二极管D41的阳极，……依次类推，电容C(n‑1)1的另一端分别连接第n个电容Cn1的一端、第n个二极管Dn1的阳极；电容Cn1的另一端连接二极管D1的阳极；模块2的一次侧端：电感L2另一端分别连接变压器T2的一次侧同名端、第二功率开关S2的漏极、二极管DVT2的阳极；模块2的二次侧端：变压器T2的二次侧同名端分别连接电容C12的一端、二极管D12的阳极、二极管D02的阴极；所述电容C12的另一端分别连接电容C22的一端、二极管D22的阳极，所述电容C22的另一端分别连接电容C32的一端、二极管D32的阳极，所述电容C32的另一端分别连接电容C42的一端、二极管D42的阳极，……依次类推，电容C(n‑1)2的另一端分别连接第n个电容Cn2的一端、第n个二极管Dn2的阳极；电容Cn2的另一端连接二极管D2的阳极；以此类推到模块m，模块m的一次侧端：电感Lm另一端分别连接变压器Tm的一次侧同名端、第m功率开关Sm的漏极、二极管DVTm的阳极；模块m的二次侧端：变压器Tm的二次侧同名端分别连接电容C1m的一端、二极管D1m的阳极、二极管D0m的阴极；所述电容C1m的另一端分别连接电容C2m的一端、二极管D2m的阳极，所述电容C2m的另一端分别连接电容C3m的一端、二极管D3m的阳极，所述电容C3m的另一端分别连接电容C4m的一端、二极管D4m的阳极，……依次类推，电容C(n‑1) m的另一端分别连接第n个电容Cnm的一端、第n个二极管Dnm的阳极；电容Cnm的另一端连接二极管Dm的阳极；所述公共箝位电路中，电容CVT的一端连接开关管SVT的漏极，电容CVT的另一端连接二极管DVT1的阳极，二极管DVT1阴极分别连接开关管SVT的源极、电感LVT的一端；各个模块之间连接方式如下：直流输入电源的负极接地；模块1的电感L1一端连接直流输入电源的正极，第一功率开关S1源极接地，二极管DVT1的阴极连接公共箝位电路中的电容CVT的一端；变压器T1一次侧异名端连接变压器T2一次侧异名端，变压器T1二次侧异名端连接变压器T2二次侧异名端；二极管D11阴极连接二极D22阳极，二极管D21阴极连接D32阳极，以此类推，二极管Dn1阴极连接二极管D2阳极，二极管D1阴极连接负载RL一端、滤波电容C0一端，二极管D01的阳极连接负载RL另一端、滤波电容C0另一端；模块2的电感L2一端连接直流输入电源的正极，第二功率开关S2源极接地，二极管DVT2的阴极连接公共箝位电路中的电容CVT的一端；变压器T2一次侧异名端连接变压器T3一次侧异名端，变压器T2二次侧异名端连接变压器T3二次侧异名端；二极管D12阴极连接二极D23阳极，二极管D22阴极连接D33阳极，以此类推，二极管Dn2阴极连接二极管D3阳极，二极管D2阴极连接负载RL一端、滤波电容C0一端，二极管D02的阳极连接负载RL另一端、滤波电容C0另一端；以此类推到模块m：模块m的电感Lm一端连接直流输入电源的正极，第m功率开关Sm源极接地，二极管DVTm的阴极连接公共箝位电路中的电容CVT的一端；变压器Tm一次侧异名端连接变压器T1一次侧异名端，变压器Tm二次侧异名端连接变压器T1二次侧异名端；二极管D1m阴极连接二极D21阳极，二极管D2m阴极连接D31阳极，以此类推，二极管Dnm阴极连接二极管D1阳极，二极管Dm阴极连接负载RL一端、滤波电容C0一端，二极管D0m的阳极连接负载RL另一端、滤波电容C0另一端；公共箝位电路中电容CVT...

【技术特征摘要】
1.一种隔离型模块化带公共箝位电路的高升压DC/DC变换器，其特征在于包括：直流输入电源、m个模块、滤波电容C0、负载RL、公共箝位电路；所述m个模块包括m个功率开关S1、S2...Sm，m个电感L1、L2...Lm，m个箝位二极管DVT1、DVT2、DVT3...DVTm，m个变比为1：k的高频变压器T1、T2...Tm，nm个电容C11、C12...Cnm，m(n+2)个二极管D1、D2、D3...Dm、D01、D02、D03...D0m、D11、D12、D13...Dnm；所述公共箝位电路包括1个开关SVT，1个电容CVT，1个电感LVT，1个二极管DVT；该变换器还包括变压器漏感LK1、LK2...LKm；开关漏源极寄生电容C1、C2...Cm；该变换器连接方式如下：模块1的一次侧端：电感L1另一端分别连接变压器T1的一次侧同名端、第一功率开关S1的漏极、二极管DVT1的阳极；模块1的二次侧端：变压器T1的二次侧同名端分别连接电容C11的一端、二极管D11的阳极、二极管D01的阴极；所述电容C11的另一端分别连接电容C21的一端、二极管D21的阳极，所述电容C21的另一端分别连接电容C31的一端、二极管D31的阳极，所述电容C31的另一端分别连接电容C41的一端、二极管D41的阳极，……依次类推，电容C(n-1)1的另一端分别连接第n个电容Cn1的一端、第n个二极管Dn1的阳极；电容Cn1的另一端连接二极管D1的阳极；模块2的一次侧端：电感L2另一端分别连接变压器T2的一次侧同名端、第二功率开关S2的漏极、二极管DVT2的阳极；模块2的二次侧端：变压器T2的二次侧同名端分别连接电容C12的一端、二极管D12的阳极、二极管D02的阴极；所述电容C12的另一端分别连接电容C22的一端、二极管D22的阳极，所述电容C22的另一端分别连接电容C32的一端、二极管D32的阳极，所述电容C32的另一端分别连接电容C42的一端、二极管D42的阳极，……依次类推，电容C(n-1)2的另一端分别连接第n个电容Cn2的一端、第n个二极管Dn2的阳极；电容Cn2的另一端连接二极管D2的阳极；以此类推到模块m，模块m的一次侧端：电感Lm另一端分别连接变压器Tm的一次侧同名端、第m功率开关Sm的漏极、二极管DVTm的阳极；模块m的二次侧端：变压器Tm的二次侧同名端分别连接电容C1m的一端、二极管D1m的阳极、二极管D0m的阴极；所述电容C1m的另一端分别连接电容C2m的一端、二极管D2m的阳极，所述电容C2m的另一端分别连接电容C3m的一端、二极管D3m的阳极，所述电容C3m的另一端分别连接电容C4m的一端、二极管D4m的阳极，……依次类推，电容C(n-1)m的另一端分别连接第n个电容Cnm的一端、第n个二极管Dnm的阳极；电容Cnm的另一端连接二极管Dm的阳极；所述公共箝位电路中，电容CVT的一端连接开关管SVT的漏极...

【专利技术属性】
技术研发人员：邾玢鑫，王寒，余佩佩，
申请(专利权)人：宜昌格志科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42