一种单级式隔离型双向AC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种单级式隔离型双向AC‑DC变换器，包括：三个交流侧电感、三个交流侧电容、三相全桥、三个双向开关、正母线单相全桥、负母线单相全桥、两个隔离变压器、整流/逆变单相全桥、直流侧滤波电感和直流侧滤波电容。本发明专利技术实现了降压类型的整流模式，避免了以往boost整流模式的启动冲击问题，同时解决现有技术中三相双向AC/DC变换器将三相380V交流电压变换为低压直流电压或者低压直流电压变换为三相380V交流电压时必须采用两级结构的问题，并且仅用单级功率变换电路实现了电气隔离。

【技术实现步骤摘要】
一种单级式隔离型双向AC-DC变换器
本专利技术涉及AC/DC双向变换器
，尤其是一种单级式隔离型双向AC-DC变换器。
技术介绍
以新能源为核心的直流微网作为新兴的供电形式，其研究和应用仍处于快速发展阶段，尚有诸多问题需要解决。直流微网是电力电子技术、信息电子技术与电力系统融合的产物，涉及变流装置、运行控制、故障保护、电源规划、系统架构和通信协议等多个研究领域。其中，直流微电网与交流电网的接口AC/DC变换器作为连接两种网络的纽带，负责调控整个微电网的能量平衡，是直流微网研究的重点之一。在大功率场合，通常考虑采用三相双向AC/DC变换器，它是保证微网正常运行的关键变换器。三相双向AC/DC根据是否具有直流侧电感可以分为两大类：电流源型和电压源性AC/DC变换器；根据是否存在高频隔离变压器又可以分为隔离型和非隔离型。由三相桥式电路构成的非隔离三相电压源型AC/DC变换器，在整流工作时直流侧呈升压特性，三相380V交流电压经其变换后直流电压通常达600～800V，通常需要通过隔离变压器或者在后级加DC/DC变换器进行降压后才能接到低压直流母线上。此外，电压源型AC/DC变换器的整流模式是升压(boost)类型，存在启动冲击问题，需要在功率传输路径中加入启动限流措施，影响变换器效率和功率密度，同时，升压型电路在空载或轻载工作时，系统的闭环控制也存在较大的难度，难以兼顾控制的稳定性和快速动态响应特性。隔离型AC/DC变换器通常需要两级式结构，一种是在前级加入工频隔离变压器，这会导致变换器整体体积重量大、成本高；另一种是在后级加入高频隔离双向DC/DC变换器，但是两级式功率变换对系统效率有很大的负面影响，并且现有的高频隔离双向DC/DC变换器宽电压变化范围条件下的特性较差，这种变换器难以适应宽输入输出电压变化的应用需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种单级式隔离型双向AC-DC变换器，实现了降压类型的整流模式，避免了以往boost整流模式的启动冲击问题，同时解决现有技术中三相双向AC/DC变换器将三相380V交流电压变换为低压直流电压或者低压直流电压变换为三相380V交流电压时必须采用两级结构的问题，并且仅用单级功率变换电路实现了电气隔离。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种单级式隔离型双向AC-DC变换器，包括：三个交流侧电感、三个交流侧电容、三相全桥、三个双向开关、正母线单相全桥、负母线单相全桥、两个隔离变压器、整流/逆变单相全桥、直流侧滤波电感和直流侧滤波电容；三个交流侧电感一端分别连接到三相交流电源输入，另一端分别连接到三个交流侧电容，三个交流侧电容采用星形连接，三相全桥的三个桥臂中点分别连接到三个双向开关，三个双向开关的另一端同时连接到一个相同的节点Y，三相全桥的正直流母线节点p与节点Y分别连接到正母线单相全桥的公共输入侧，同时节点Y与三相全桥的负直流母线节点n分别连接到负母线单相全桥的公共输入侧，正母线单相全桥的两组桥臂中点输出连接到隔离变压器T1的原边，负母线单相全桥的两组桥臂中点输出连接到隔离变压器T2的原边，隔离变压器T1和T2的副边按照同名端顺向串联，变压器串联后的输出端连接到整流/逆变单相全桥的两组桥臂中点，整流/逆变单相全桥的一个公共输出端口连接直流侧滤波电感，直流侧滤波电感的另一端为变换器的正直流母线接口，母线接口同时与直流侧滤波电容的一端连接，直流侧滤波电容的另一端为变换器的负直流母线接口，负直流母线接口同时还与整流/逆变单相全桥的另一个公共输出端口相连。优选的，三相全桥由六个开关管组成，第一开关管Sa+的发射极与第二开关管Sa-的集电极相连作为一个桥臂，第三开关管Sb+的发射极与第四开关管Sb-的集电极相连作为一个桥臂，第五开关管Sc+的发射极与第六开关管Sc-的集电极相连作为一个桥臂，第一开关管Sa+、第三开关管Sb+、第五开关管Sc+的集电极相连作为三相全桥的正直流母线节点p，第二开关管Sa-、第四开关管Sb-、第六开关管Sc-的发射极相连作为三相全桥的负直流母线节点n。优选的，三个双向开关由六个开关管组成，第七开关管Sya+的发射极与第八开关管Sya-的发射极相连组成一个双向开关，第九开关管Syb+的发射极与第十开关管Syb-的发射极相连组成一个双向开关，第十一开关管Syc+的发射极与第十二开关管Syc-的发射极相连组成一个双向开关。优选的，正母线单相全桥由四个开关管组成，第十三开关管Sp1的发射极与第十四开关管Sp2的集电极相连作为一个桥臂，第十五开关管Sp3的发射极与第十六开关管Sp4的集电极相连作为一个桥臂，第十三开关管Sp1的集电极与第十五开关管Sp3的集电极相连作为正母线单相全桥的正直流节点与三相全桥的正直流母线节点p相连，第十四开关管Sp2的发射极与第十六开关管Sp4的发射极相连作为正母线单相全桥的负直流节点与双向开关的公共节点Y相连。优选的，负母线单相全桥由四个开关管组成，第十七开关管Sn1的发射极与第十八开关管Sn2的集电极相连作为一个桥臂，第十九开关管Sn3的发射极与第二十开关管Sn4的集电极相连作为一个桥臂，第十七开关管Sn1的集电极与第十九开关管Sn3的集电极相连作为负母线单相全桥的正直流节点与双向开关的公共节点Y相连，第十八开关管Sn2的发射极与第二十开关管Sn4的发射极相连作为负母线单相全桥的负直流节点与三相全桥的负直流母线节点n相连。优选的，整流/逆变单相全桥由四个开关管组成，第二十一开关管Sd1的发射极与第二十二开关管Sd2的集电极相连作为一个桥臂，第二十三开关管Sd3的发射极与第二十四开关管Sd4的集电极相连作为一个桥臂，第二十一开关管Sd1的集电极与第二十三开关管Sd3的集电极相连作为整流/逆变单相全桥的正直流侧节点与直流滤波电感相连，第二十二开关管Sd2的发射极与第二十四开关管Sd4的发射极相连作为整流/逆变单相全桥的负直流侧节点与直流滤波电容相连。优选的，开关管均由一个单向开关管和一个二极管并联组成，并联时单向开关管的发射极与二极管的阳极相连，单向开关管的集电极与二极管的阴极相连。优选的，开关管为绝缘栅双极性晶体管或绝缘栅场效应晶体管或其他类型的全控型电力电子开关。优选的，二极管为IGBT的反并二极管或者MOSFET的寄生二极管。优选的，采用低频扇区开关选择以及高频全桥移相相结合的组合控制，低频扇区开关将三相交流侧电压与电流分为六个扇区进行控制，通过直流侧电压外环与直流侧电流内环产生调制比，并根据当前直流侧电流与交流侧电压以及相位信息产生三个单相全桥的高频控制移相角，保证直流侧电压输出，以及交流侧电流的正弦度以及功率因数控制。本专利技术的有益效果为：本专利技术的单级式隔离型三相双向AC/DC变换器中的隔离变压器具有调节输出电压值和电气隔离功能；双向AC/DC变换器通过控制可以分别实现整流模式以及逆变模式；当单级式隔离型三相双向AC/DC变换器工作在整流模式时，输入的三相380V交流电压通过三相全桥以及三组双向开关为正负母线单相全桥分别提供一个低频周期变化的脉动直流电压，正负母线单相全桥通过调整合适移相角，分别将各自低频周期变化的脉动直流电压输入斩波，并通过副边变压器串联叠加成在一个开关周期内平均绝对值不变的正负交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单级式隔离型双向AC‑DC变换器，其特征在于，包括：三个交流侧电感、三个交流侧电容、三相全桥、三个双向开关、正母线单相全桥、负母线单相全桥、两个隔离变压器、整流/逆变单相全桥、直流侧滤波电感和直流侧滤波电容；三个交流侧电感一端分别连接到三相交流电源输入，另一端分别连接到三个交流侧电容，三个交流侧电容采用星形连接，三相全桥的三个桥臂中点分别连接到三个双向开关，三个双向开关的另一端同时连接到一个相同的节点Y，三相全桥的正直流母线节点p与节点Y分别连接到正母线单相全桥的公共输入侧，同时节点Y与三相全桥的负直流母线节点n分别连接到负母线单相全桥的公共输入侧，正母线单相全桥的两组桥臂中点输出连接到隔离变压器T1的原边，负母线单相全桥的两组桥臂中点输出连接到隔离变压器T2的原边，隔离变压器T1和T2的副边按照同名端顺向串联，变压器串联后的输出端连接到整流/逆变单相全桥的两组桥臂中点，整流/逆变单相全桥的一个公共输出端口连接直流侧滤波电感，直流侧滤波电感的另一端为变换器的正直流母线接口，母线接口同时与直流侧滤波电容的一端连接，直流侧滤波电容的另一端为变换器的负直流母线接口，负直流母线接口同时还与整流/逆变单相全桥的另一个公共输出端口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种单级式隔离型双向AC-DC变换器，其特征在于，包括：三个交流侧电感、三个交流侧电容、三相全桥、三个双向开关、正母线单相全桥、负母线单相全桥、两个隔离变压器、整流/逆变单相全桥、直流侧滤波电感和直流侧滤波电容；三个交流侧电感一端分别连接到三相交流电源输入，另一端分别连接到三个交流侧电容，三个交流侧电容采用星形连接，三相全桥的三个桥臂中点分别连接到三个双向开关，三个双向开关的另一端同时连接到一个相同的节点Y，三相全桥的正直流母线节点p与节点Y分别连接到正母线单相全桥的公共输入侧，同时节点Y与三相全桥的负直流母线节点n分别连接到负母线单相全桥的公共输入侧，正母线单相全桥的两组桥臂中点输出连接到隔离变压器T1的原边，负母线单相全桥的两组桥臂中点输出连接到隔离变压器T2的原边，隔离变压器T1和T2的副边按照同名端顺向串联，变压器串联后的输出端连接到整流/逆变单相全桥的两组桥臂中点，整流/逆变单相全桥的一个公共输出端口连接直流侧滤波电感，直流侧滤波电感的另一端为变换器的正直流母线接口，母线接口同时与直流侧滤波电容的一端连接，直流侧滤波电容的另一端为变换器的负直流母线接口，负直流母线接口同时还与整流/逆变单相全桥的另一个公共输出端口相连。2.如权利要求1所述的单级式隔离型双向AC-DC变换器，其特征在于，三相全桥由六个开关管组成，第一开关管Sa+的发射极与第二开关管Sa-的集电极相连作为一个桥臂，第三开关管Sb+的发射极与第四开关管Sb-的集电极相连作为一个桥臂，第五开关管Sc+的发射极与第六开关管Sc-的集电极相连作为一个桥臂，第一开关管Sa+、第三开关管Sb+、第五开关管Sc+的集电极相连作为三相全桥的正直流母线节点p，第二开关管Sa-、第四开关管Sb-、第六开关管Sc-的发射极相连作为三相全桥的负直流母线节点n。3.如权利要求1所述的单级式隔离型双向AC-DC变换器，其特征在于，三个双向开关由六个开关管组成，第七开关管Sya+的发射极与第八开关管Sya-的发射极相连组成一个双向开关，第九开关管Syb+的发射极与第十开关管Syb-的发射极相连组成一个双向开关，第十一开关管Syc+的发射极与第十二开关管Syc-的发射极相连组成一个双向开关。4.如权利要求1所述的单级式隔离型双向AC-DC变换器，其特征在于，正母线单相全桥由四个开关管组成，第十三开关管Sp1的发射极与第十四开关管Sp2的集电极相连作为一个桥臂，第十五开关管Sp3的发射极与第十六开关管Sp4的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌锋，王鑫诚，丰瀚麟，谢少军，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，南京麦格安倍电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32