一种高压输出的模块化级联式直流变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种高压输出的模块化级联式直流变换器，包括三相整流电路、n个输入并联输出串联的级联式功率模块。所述功率模块由直流斩波电路、全桥LLC串联谐振变换器电路、多绕组变压器及高频整流电路级联形成。本发明专利技术能够实现低压交流至高压直流的高效率变换，输出电压等级可根据需求采用相应数目的功率模块进行组合；各功率模块中，前级直流斩波电路变换器于低压侧闭环控制，而后级串联谐振式直流变换器采用开环定频控制，反馈回路易于实现，且能保证变换器工作于性能最佳状态。本发明专利技术具有功率系统模块化设计，灵活性高，输出电能质量高，系统整体效率高等特点，适用于电压与功率等级日益增长的大功率、高效率的高压直流供电场合。

A modular cascade DC converter with high voltage output

The invention discloses a modular cascade DC converter with high voltage output, which comprises a three-phase rectifier circuit and N cascade power modules with input parallel output in series. The power module is composed of a DC chopper circuit, a full bridge LLC series resonant converter circuit, a multi winding transformer and a high frequency rectifier circuit. The invention can realize high efficiency conversion from low-voltage AC to high-voltage DC, and the output voltage level can be combined with corresponding number of power modules according to the demand; in each power module, the former stage DC chopper circuit converter is closed-loop controlled at the low-voltage side, the latter stage series resonant DC converter is open-loop constant frequency controlled, and the feedback loop is easy to realize, and the converter can be guaranteed to work For the best performance. The invention has the advantages of modular design of power system, high flexibility, high output power quality, high overall efficiency of the system, and is suitable for high-power, high-efficiency high-voltage DC power supply occasions with increasing voltage and power level.

【技术实现步骤摘要】
一种高压输出的模块化级联式直流变换器
本专利技术涉及一种电力机车转向架构架装配设备,特别是一种转向架构架转运平车。
技术介绍
随着高压电器设备的发展，高压直流电源已广泛应用在工业生产，国防战备，轨道交通等各个领域中，而且对高电压等级与功率密度的要求日益增长，大功率高效率的高压直流变换器越来越多地应用在各个领域中，且越来越多的高压直流供电场合需要输出电压在宽范围内可调以实现不同规模的能量输送。传统的由工频变压器升压、二极管、电容组成的倍压整流电路形成的高压直流电源因其输出电压波动大、功率密度小、工作效率低，已不适应当前工业、国防领域的应用需求，目前基于谐振式变换器的高压直流电源，提高了效率与功率密度，但其调压范围受限于工作频率且难以实现拓展，无法适应不同规模、不同功率等级的供能需求。因此，构建一种大功率、宽输出范围的高压直流变换器具有较高的工程及市场价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种高压输出的模块化级联式直流变换器，可实现高变比、宽范围的电压输出。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种高压输出的模块化级联式直流变换器，包括三相整流电路、n个输入并联输出串联的级联式功率模块；所述功率模块包括依次连接的直流斩波电路、全桥LLC串联谐振变换器电路和多绕组变压器；所述多绕组变压器与多个高频整流电路连接。所述全桥LLC串联谐振变换器电路包括由全桥逆变电路和由谐振电容、谐振电感和变压器励磁电感串联而形成的LLC谐振网络。>所述LLC串联谐振变换器电路中开关管的开关脉冲信号占空比固定为50％，频率等于LLC谐振网络中谐振电容与谐振电感的串联谐振频率所述高频整流电路数量为k个；其中k也为多绕组变压器副边绕组个数，输入的直流电压经过全桥逆变电路形成方波，通过LLC谐振网络在变压器副边形成正弦波，再通过输入端串联的整流电路形成高压直流输出；正常工作时，全桥LLC串联谐振电路的开关管开关脉冲信号频率固定为LLC谐振网络中谐振电容Cr和谐振电感Lr的串联谐振频率占空比固定为50％。三相交流市电首先经三相整流电路形成540V的直流电压，并通过n个功率模块的直流斩波电路形成0～540V可调的直流电压输出至全桥LLC串联谐振变换器，直流电压经全桥LLC串联谐振电路形成正弦变化的谐振电压，该谐振电压通过多绕组变压器与整流电路升压形成单个功率模块的高压直流输出，最终n个功率模块的输出端串联为负载提供宽范围可调的高压直流电。n个功率模块采取(n-1)个模块均压环和1个公用的系统输出电压环进行控制，对于前(n-1)个功率模块，系统输出电压调节器的输出信号vo_r与各个功率模块输出均压调节器的输出信号vo_ri相加后，和与锯齿波Vrampi相交截，产生第i个功率模块的占空比信号；对于第n个功率模块，Vo_r与相减后，差值与锯齿波Vrampn相交截，产生第n个模块的占空比信号。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术引入的高效高压直流变换器能够大功率，高效率地输出高压直流电，且可实现高变比、宽范围的电压输出。在低压侧进行闭环控制，解决了控制系统跨高压取能带来的绝缘设计问题，变换器整体结构采用模块化设计，便于扩展；谐振式变换器输入端引入直流斩波电路，降低谐振变换器中器件电压电流应力，降低器件成本，提高变换器整体性能，且在谐振式变换器电路中使用高频变压器，设备体积小，功率密度高；调压过程通过投切多绕组变压器副边绕组与调节直流斩波电路开关管占空比相互配合实现，输出电压可调范围宽，调节过程快速，输出电压精度高。综上，该系统具有高变比，高电能转换效率，宽调压范围，高可靠性，低成本的特点，且易于拓展，易于维修，适用于电压与功率等级日益增长的大功率、高效率的高压直流供电场合。附图说明图1是本专利技术实施例的一种高效率高压输出的模块化级联式直流变换器拓扑结构示意图；图2是本专利技术实施例的一种高效率高压输出的模块化级联式直流变换器拓扑结构的降压斩波电路结构示意图；图3是本专利技术实施例的一种高效率高压输出的模块化级联式直流变换器拓扑结构的直流变压环节电路示意图；图4是本专利技术实施例的一种高效率高压输出的模块化级联式直流变换器的控制策略示意图；具体实施方式图1所示为本专利技术实施例的一种高效率高压输出的模块化级联式直流变换器拓扑结构示意图；由三相整流电路、直流斩波电路、全桥LLC串联谐振变换器电路、多绕组变压器及高频整流电路构成，其中直流斩波电路、全桥LLC串联谐振变换器电路、多绕组变压器及高频整流电路依次级联形成功率模块结构，根据功率与电压等级确定功率模块个数n，再将n个功率模块组合成输入端并联输出端串联结构，并与三相整流电路输出端相连构成该模块化级联式直流变换器，其中全桥LLC串联谐振变换器电路是由全桥逆变电路和由谐振电容、谐振电感和变压器励磁电感串联而形成的LLC谐振网络构成。三相交流市电首先经三相整流电路形成540V左右的直流电压，并通过n个模块的直流斩波电路形成0～540V可调的直流电压输出至全桥LLC串联谐振变换器，直流电压经全桥LLC串联谐振电路形成正弦变化的谐振电压，该谐振电压通过多绕组变压器与整流电路升压形成单个功率模块的高压直流输出，最终n个功率模块的输出端串联为负载提供宽范围可调的高压直流电。其中LLC串联谐振电路的开关脉冲信号占空比固定为50％，频率等于LLC谐振网络中谐振电容与谐振电感的串联谐振频率，此时由全桥LLC串联谐振变换器电路、变压器及高频整流桥构成的直流变压环节具有开关管在零至满负载范围内实现零电压开通、关断电流较小，高频整流二极管在导通和关断时电流均自然过零、无高频电压脉冲等优点，适合于高压输出的应用场合；同时谐振式变换器输入端引入直流斩波电路，降低器件电压电流应力，降低器件成本，提高变换器整体性能，且在谐振式变换器电路中使用高频变压器，设备体积小，功率密度高；通过投切多绕组变压器副边绕组与调节直流斩波电路开关管占空比相互配合可实现宽范围、高精度的输出电压调节：当目标输出电压等级大幅度变化时，闭合或断开相应的开关即可实现输出电压等级的大范围调节，而调节直流斩波电路的开关管占空比可使得该变换器稳定且精确地输出目标电压；且功率系统模块化设计，通过改变功率模块的个数，可进一步调节输出的电压和功率等级。图2所示为本专利技术实施例的一种高效率高压输出的模块化级联式直流变换器中直流斩波电路结构示意图。在开关管导通时，输入电压源通过开关管对电感L1与负载供能，此时电感L1电流增加，储存一部分能量；在开关管关断时，电感L1经二极管D1与负载端形成回路释放上一阶段储存的能量，与电容C1共同维持输出电压，此时输出电压vo_B必将小于输入电压vin_B，在vo_B>vin_B时，输入电压源无法向负载供能。在正常工作过程中，输出电压Uo与输入电压Ui和开关器件占空比D之间呈Uo＝Ui*D的线性关系，控制方便，其中1>D>0，在占空比D较小时，电压变比大，但需要增大电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压输出的模块化级联式直流变换器，其特征在于，包括三相整流电路、n个输入并联输出串联的级联式功率模块；所述功率模块包括依次连接的直流斩波电路、全桥LLC串联谐振变换器电路和多绕组变压器；所述多绕组变压器与多个高频整流电路连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压输出的模块化级联式直流变换器，其特征在于，包括三相整流电路、n个输入并联输出串联的级联式功率模块；所述功率模块包括依次连接的直流斩波电路、全桥LLC串联谐振变换器电路和多绕组变压器；所述多绕组变压器与多个高频整流电路连接。


2.根据权利要求1所述的高压输出的模块化级联式直流变换器，其特征在于，所述全桥LLC串联谐振变换器电路包括由全桥逆变电路和由谐振电容、谐振电感和变压器励磁电感串联而形成的LLC谐振网络。


3.根据权利要求2所述的高压输出的模块化级联式直流变换器，其特征在于，所述LLC串联谐振变换器电路中开关管的开关脉冲信号占空比固定为50％，频率等于LLC谐振网络中谐振电容与谐振电感的串联谐振频率


4.根据权利要求2所述的高压输出的模块化级联式直流变换器，其特征在于，所述高频整流电路数量为k个；其中k也为多绕组变压器副边绕组个数，输入的直流电压经过全桥逆变电路形成方波，通过LLC谐振网络在变压器副边形成正弦波，再通过输入端串联的整流电路形成高压直流输出；正常工作时，全桥LLC串联谐振电路的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，刘阳，何志兴，张浚坤，廖明园，汪亮，管仁锋，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43