一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器制造技术

本实用新型专利技术提出一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器。若设定所述变换器含有m个桥臂，2m个输入相数，n个增益单元，则其构成如下：一个直流输入电压源、m个桥臂、每个桥臂包括4个功率开关和2个二极管，桥臂上下两侧接直流电源，同时并联两个电容C1、C2；2m个变比为1：n的高频变压器T1、T2、T3...T2

【技术实现步骤摘要】
一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器
本技术涉及一种基于桥式的大容量、高升压DC/DC变换器，具体是一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器。
技术介绍
近年来，海上风电直流汇流及输电技术因风电场规模不断扩大，离岸距离不断增加而受到了越来越多的研究与关注。三电平逆变器因开关器件电压应力低被认为是直流汇流中输入侧逆变电路较好的选择，但目前所提方案受限于其输入相数不可调，器件电流应力过高的问题。传统的三电平逆变器与二极管桥式整流器应用广泛，但一方面输出电压增益常通过扩大变压器初次级绕组的匝数比来实现，而大容量高匝数比高频变压器的设计与制作难度均大，在对输入输出电压增益要求较高的场合难以胜任；另一方面逆变器输入相数不可调节，在大电流输入场合中难以利用。
技术实现思路
为解决现有技术中三电平逆变器输入相数不可调、电压电流应力过高、输入输出增益低且整流侧二极管电压应力高的问题，本技术提供一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器。本技术采取的技术方案为:一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器，该变换器包含一个多相三电平逆变器，1个直流输入电源，2m个输入相，2m个变比为1：N的高频变压器，n个增益单元，一个输出二极管D0，一个输出滤波电容C0，负载RL。其中：所述多相三电平逆变器包含：m个三电平逆变桥臂，两个输入侧滤波电容C1、C2，4m个功率开关S11、S12、S13、S14、S21、S22、S23、S24...Sm1、Sm2、Sm3、Sm4，2m个二极管Db11、Db12、Db21、Db22...Dbm1、Dbm2。电容C1的另一端、C2的一端与偶数个变压器一次侧相连的节点定义为节点0，开关管S12的源极、S13的漏极与变压器T1一次侧相连的节点定义为节点1，开关管S22的源极、S23的漏极与变压器T3一次侧相连的节点定义为节点2，...，以此类推，开关管Sm2的源极、Sm3的漏极与变压器T2m-1一次侧相连的节点定义为节点m。具体连接方式为：直流输入电源的正极与电容C1一端连接在一起，同时与下标尾数为1的开关管S11、S21、S31...Sm1的漏极连接在一起，直流输入电源的负极与电容C2的另一端连接在一起，同时与下标尾数为4的开关管S14、S24...Sm4的源极连接在一起。电容C1的另一端接电容C2的一端，开关管S11的源极接开关管S12的漏极，同时与二极管Db11的阴极相连，开关管S12的源极接开关管S13的漏极，开关管S13的源极接开关管S14的漏极，同时与二极管Db12的阳极相连，二极管Db12的阴极与二极管Db11的阳极相连，同时与二极管Db21的阳极以及节点0相连。开关管S21的源极接开关管S22的漏极，同时与二极管Db21的阴极相连，开关管S22的源极接开关管S23的漏极，开关管S23的源极接开关管S24的漏极，同时与二极管Db22的阳极相连，二极管Db22的阴极与二极管Db21的阳极相连，同时与二极管Db31的阳极相连，...，以此类推，开关管Sm-11的源极接开关管Sm-12的漏极，同时与二极管Dbm-11的阴极相连，开关管Sm-12的源极接开关管Sm-13的漏极，开关管Sm-13的源极接开关管Sm-14的漏极，同时与二极管Dbm-12的阳极相连，二极管Dbm-12的阴极与二极管Dbm-11的阳极相连，同时与二极管Dbm1的阳极相连。开关管Sm1的源极接开关管Sm2的漏极，同时与二极管Dbm1的阴极相连，开关管Sm2的源极接开关管Sm3的漏极，开关管Sm3的源极接开关管Sm4的漏极，同时与二极管Dbm2的阳极相连，二极管Dbm2的阴极与二极管Dbm1的阳极相连。所述多相三电平逆变器与变压器的具体连接方式为：变压器T1一次侧一端接节点1，变压器T3一次侧一端接节点2，以此类推到第2m-1相，变压器T2m-1一次侧一端接节点m，变压器T2、T4、...、T2m一次侧一端均接节点0。各个变压器一次侧的另一端接到一起，二次侧的另一端也接在一起。所述增益单元1包含：二极管D21、D31、D41...D2m1，电容C21、C31、C41...C2m1。其具体连接方式为：二极管D21的阴极接电容C21的一端，同时与二极管D31的阳极相连，二极管D31的阴极接电容C31的一端，同时与二极管D41的阳极相连，...，以此类推，二极管D2m-11的阴极接电容C2m-11的一端，同时与二极管D2m1的阳极相连，二极管D2m1的阴极接电容C2m1的一端。所述增益单元2包含：二极管D12、D22、D32...D2m2，电容C12、C22、C32...C2m2。其具体连接方式为：二极管D12的阴极接电容C12的一端，同时与二极管D22的阳极相连，二极管D22的阴极接电容C22的一端，同时与二极管D32的阳极相连，...，以此类推二极管D2m-12的阴极接电容C2m-12的一端，同时与二极管D2m2的阳极相连，二极管D2m2的阴极接电容C2m2的一端。所述增益单元3包含：二极管D13、D23、D33...D2m3，电容C13、C23、C33...C2m3。其具体连接方式为：二极管D13的阴极接电容C13的一端，同时与二极管D23的阳极相连，二极管D23的阴极接电容C23的一端，同时与二极管D33的阳极相连，...，以此类推二极管D2m-13的阴极接电容C2m-13的一端，同时与二极管D2m3的阳极相连，二极管D2m3的阴极接电容C2m3的一端。以此类推，所述增益单元n包含：二极管D1n、D2n、D3n...D2mn，电容C1n、C2n、C3n...C2mn。其具体连接方式为：二极管D1n的阴极接电容C1n的一端，同时与二极管D2n的阳极相连，二极管D2n的阴极接电容C2n的一端，同时与二极管D3n的阳极相连，...，以此类推二极管D2m-1n的阴极接电容C2m-1n的一端，同时与二极管D2mn的阳极相连，二极管D2mn的阴极接电容C2mn的一端。所述增益单元之间以及与变压器及其它元器件的具体连接方式为：变压器T1二次侧一端接增益单元1中二极管D21的阳极以及输出滤波电容CO和负载RL的另一端，同时与增益单元2中电容C12，增益单元3中电容C13，...，增益单元n中电容C1n的另一端相连，变压器T2二次侧一端接增益单元1中电容C21，增益单元2中电容C22，...，增益单元n中电容C2n的另一端相连，变压器T3二次侧一端接增益单元1中电容C31，增益单元2中电容C32，...，增益单元n中电容C3n的另一端相连，...，以此类推，变压器T2m二次侧一端接增益单元1中电容C2m1，增益单元2中电容C2m2，...，增益单元n中电容C2mn的另一端相连。增益单元1中二极管D2m1阴极与电容C2m1一端之间的节点与增益单元2中二极管D12的阳极相连，增益单元2中二极管D2m2阴极与电容C2m2一端之间的节点与增益单元3中二极管D13的阳极相连，...，以此类推，增益单元n-1中二极管D2mn-1阴极与电容C2mn-1一端之间的节点与增益单元n中二极管D1n的阳极相连，增益单元n中二极管D2mn阴极与电容C2mn一端之间的节点与二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器，其特征在于：该变换器包含一个多相三电平逆变器，1个直流输入电源，2m个输入相，2m个变比为1：N的高频变压器，n个增益单元，一个输出二极管D0，一个输出滤波电容C0，负载RL；其中：所述多相三电平逆变器包含：m个三电平逆变桥臂，两个输入侧滤波电容C1、C2，4m个功率开关S1 1、S12、S13、S1 4、S2 1、S2 2、S23、S2 4...Sm 1、Sm 2、Sm3、Sm4，2m个二极管Db1 1、Db1 2、Db2 1、Db2 2...Dbm 1、Dbm 2；电容C1的另一端、C2的一端与偶数个变压器一次侧相连的节点定义为节点0， 开关管S1 2的源极、S1 3的漏极与变压器T1一次侧相连的节点定义为节点1，开关管S2 2的源极、S2 3的漏极与变压器T3一次侧相连的节点定义为节点2，...，以此类推，开关管Sm 2的源极、Sm 3的漏极与变压器T2m‑1一次侧相连的节点定义为节点m；具体连接方式为：直流输入电源的正极与电容C1一端连接在一起，同时与下标尾数为1的开关管S1 1、S2 1、S3 1...Sm 1的漏极连接在一起，直流输入电源的负极与电容C2的另一端连接在一起，同时与下标尾数为4的开关管S1 4、S2 4...Sm 4的源极连接在一起；电容C1的另一端接电容C2的一端，开关管S1 1的源极接开关管S1 2的漏极，同时与二极管Db1 1的阴极相连，开关管S1 2的源极接开关管S1 3的漏极，开关管S1 3的源极接开关管S1 4的漏极，同时与二极管Db1 2的阳极相连，二极管Db1 2的阴极与二极管Db1 1的阳极相连，同时与二极管Db2 1的阳极以及节点0相连；开关管S2 1的源极接开关管S2 2的漏极，同时与二极管Db2 1的阴极相连，开关管S2 2的源极接开关管S2 3的漏极，开关管S2 3的源极接开关管S2 4的漏极，同时与二极管Db2 2的阳极相连，二极管Db2 2的阴极与二极管Db2 1的阳极相连，同时与二极管Db3 1的阳极相连，...，以此类推，开关管Sm‑1 1的源极接开关管Sm‑1 2的漏极，同时与二极管Dbm‑1 1的阴极相连，开关管Sm‑1 2的源极接开关管Sm‑1 3的漏极，开关管Sm‑1 3的源极接开关管Sm‑1 4的漏极，同时与二极管Dbm‑1 2的阳极相连，二极管Dbm‑1 2的阴极与二极管Dbm‑1 1的阳极相连，同时与二极管Dbm 1的阳极相连；开关管Sm 1的源极接开关管Sm 2的漏极，同时与二极管Dbm 1的阴极相连，开关管Sm 2的源极接开关管Sm 3的漏极，开关管Sm 3的源极接开关管Sm 4的漏极，同时与二极管Dbm 2的阳极相连，二极管Dbm 2的阴极与二极管Dbm 1的阳极相连；所述多相三电平逆变器与变压器的具体连接方式为：变压器T1一次侧一端接节点1，变压器T3一次侧一端接节点2，以此类推到第2m‑1相，变压器T2m‑1一次侧一端接节点m，下标为偶数的变压器T2、T4、...、T2m一次侧一端均接节点0；各个变压器一次侧的另一端接到一起，二次侧的另一端也接在一起；所述增益单元1包含：二极管D2 1、D3 1、D4 1...D2m 1，电容C2 1、C3 1、C4 1...C2m 1；其具体连接方式为：二极管D2 1的阴极接电容C2 1的一端，同时与二极管D3 1的阳极相连，二极管D3 1的阴极接电容C3 1的一端，同时与二极管D4 1的阳极相连，...，以此类推，二极管D2m‑1 1的阴极接电容C2m‑1 1的一端，同时与二极管D2m 1的阳极相连，二极管D2m 1的阴极接电容C2m 1的一端；所述增益单元2包含：二极管D1 2、D2 2、D3 2...D2m 2，电容C1 2、C2 2、C3 2...C2m 2；其具体连接方式为：二极管D1 2的阴极接电容C1 2的一端，同时与二极管D2 2的阳极相连，二极管D2 2的阴极接电容C2 2的一端，同时与二极管D3 2的阳极相连，...，以此类推二极管D2m‑1 2的阴极接电容C2m‑1 2的一端，同时与二极管D2m 2的阳极相连，二极管D2m 2的阴极接电容C2m 2的一端；所述增益单元3包含：二极管D1 3、D2 3、D3 3...D2m 3，电容C1 3、C2 3、C3 3...C2m 3；其具体连接方式为：二极管D1 3的阴极接电容C1 3的一端，同时与二极管D2 3的阳极相连，二极管D2 3的阴极接电容C2 3的一端，同时与二极管D3 3的阳极相连，...，以此类推二极管D2m‑1 3的阴极接电容C2m‑1 3的一端，同时与二极管D2m 3的阳极相连，二极管D2m 3的阴极接电容C2m 3的一端；...以此类推，所述增益单元n包含：二极管...

【技术特征摘要】
1.一种桥臂数可调的大容量高升压三电平隔离型DC/DC变换器，其特征在于：该变换器包含一个多相三电平逆变器，1个直流输入电源，2m个输入相，2m个变比为1：N的高频变压器，n个增益单元，一个输出二极管D0，一个输出滤波电容C0，负载RL；其中：所述多相三电平逆变器包含：m个三电平逆变桥臂，两个输入侧滤波电容C1、C2，4m个功率开关S11、S12、S13、S14、S21、S22、S23、S24...Sm1、Sm2、Sm3、Sm4，2m个二极管Db11、Db12、Db21、Db22...Dbm1、Dbm2；电容C1的另一端、C2的一端与偶数个变压器一次侧相连的节点定义为节点0，开关管S12的源极、S13的漏极与变压器T1一次侧相连的节点定义为节点1，开关管S22的源极、S23的漏极与变压器T3一次侧相连的节点定义为节点2，...，以此类推，开关管Sm2的源极、Sm3的漏极与变压器T2m-1一次侧相连的节点定义为节点m；具体连接方式为：直流输入电源的正极与电容C1一端连接在一起，同时与下标尾数为1的开关管S11、S21、S31...Sm1的漏极连接在一起，直流输入电源的负极与电容C2的另一端连接在一起，同时与下标尾数为4的开关管S14、S24...Sm4的源极连接在一起；电容C1的另一端接电容C2的一端，开关管S11的源极接开关管S12的漏极，同时与二极管Db11的阴极相连，开关管S12的源极接开关管S13的漏极，开关管S13的源极接开关管S14的漏极，同时与二极管Db12的阳极相连，二极管Db12的阴极与二极管Db11的阳极相连，同时与二极管Db21的阳极以及节点0相连；开关管S21的源极接开关管S22的漏极，同时与二极管Db21的阴极相连，开关管S22的源极接开关管S23的漏极，开关管S23的源极接开关管S24的漏极，同时与二极管Db22的阳极相连，二极管Db22的阴极与二极管Db21的阳极相连，同时与二极管Db31的阳极相连，...，以此类推，开关管Sm-11的源极接开关管Sm-12的漏极，同时与二极管Dbm-11的阴极相连，开关管Sm-12的源极接开关管Sm-13的漏极，开关管Sm-13的源极接开关管Sm-14的漏极，同时与二极管Dbm-12的阳极相连，二极管Dbm-12的阴极与二极管Dbm-11的阳极相连，同时与二极管Dbm1的阳极相连；开关管Sm1的源极接开关管Sm2的漏极，同时与二极管Dbm1的阴极相连，开关管Sm2的源极接开关管Sm3的漏极，开关管Sm3的源极接开关管Sm4的漏极，同时与二极管Dbm2的阳极相连，二极管Dbm2的阴极与二极管Dbm1的阳极相连；所述多相三电平逆变器与变压器的具体连接方式为：变压器T1一次侧一端接节点1，变压器T3一次侧一端接节点2，以此类推到第2m-1相，变压器T2m-1一次侧一端接节点m，下标为偶数的变压器T2、T4、...、T2m一次侧一端均接节点0；各个变压器一次侧的另一端接到一起，二次侧的另一端也接在一起；所述增益单元1包含：二极管D21、D31、D41...D2m1，电容C21、C31、C41...

【专利技术属性】
技术研发人员：邾玢鑫，丁峰，余志林，佘小莉，王寒，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42