DC-DC变换器及其信号调制方法技术

本发明专利技术提供了一种DC‑DC变换器及其信号调制方法，DC‑DC变换器包括三电平全桥变换器、变压器及驱动信号发生器，三电平全桥变换器的交流输出端电连接至变压器的原边，三电平全桥变换器与驱动信号发生器通信连接，信号调制方法包括以下步骤：驱动信号发生器向第一桥臂输出第一驱动信号；驱动信号发生器向第x桥臂输出第x驱动信号；三电平全桥变换器的交流输出端的输出电压为双极性方波。本发明专利技术在开关管的开关频率不变的情况下，可以将变压器的工作频率提升至少一倍，从而有效地减小了变压器的体积和重量，而且还可以保证DC‑DC变换器的交流输出端的输出电压为双极性方波，从而使变压器的输入电压幅值为直流母线电压的一半。

DC-DC converter and its signal modulation method

【技术实现步骤摘要】
DC-DC变换器及其信号调制方法
本专利技术涉及变换器控制领域，特别涉及一种用于电力电子牵引变压器的LLC谐振(一种谐振电路)DC-DC(直流到直流)变换器及其信号调制方法。
技术介绍
中高频电力电子牵引变压器能够减小磁性元件的体积、重量，同时能够提高系统效率，并且控制灵活具有额外的电网谐波治理、无功补偿等电能质量调节功能，因此，对于体积重量有着严格限制的动力分散型的高铁动车等轨道交通牵引系统具有重要的意义。在电力电子牵引变压器中，高频隔离变压器的体积重量与其工作频率成反比。为进一步减小体积和重量，需要提高变压器的工作频率。目前，在LLC谐振DC-DC变换器中，变压器的工作频率与开关频率成正比，由于现有的调制策略下变压器的工作频率只能和开关频率相同，因此，变压器体积重量的小型化较难实现技术性突破。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中由于DC-DC变换器中变压器的工作频率只能和开关频率相同，无法减小变压器体积和重量的缺陷，提供一种DC-DC变换器及其信号调制方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决所述技术问题：一种DC-DC变换器的信号调制方法，所述DC-DC变换器包括三电平全桥变换器、变压器及驱动信号发生器，所述三电平全桥变换器的交流输出端电连接至所述变压器的原边，所述三电平全桥变换器与所述驱动信号发生器通信连接；所述三电平全桥变换器包括N个三电平全桥单元，N为正整数，每一个三电平全桥单元分别包括2个桥臂，每一个桥臂分别包括4个开关，将第一桥臂的4个开关从上到下依次记为S11、S12、S13及S14，并且将S11、S12、S13及S14的驱动波形分别记为D_S11、D_S12、D_S13及D_S14，将第x桥臂的4个开关从上到下依次记为Sx1、Sx2、Sx3及Sx4，并且将Sx1、Sx2、Sx3及Sx4的驱动波形分别记为D_Sx1、D_Sx2、D_Sx3及D_Sx4，x为大于或等于2且小于或等于2N的整数；所述信号调制方法包括以下步骤：所述驱动信号发生器向所述第一桥臂输出第一驱动信号，所述第一驱动信号调制为：D_S11为占空比为1/4N的矩形波，D_S12为占空比为(4N-1)/4N的矩形波，并且将D_S12的上升沿滞后D_S11的上升沿1/2N个开关周期，D_S13为D_S11的互补信号，D_S14为D_S12的互补信号；所述驱动信号发生器向所述第x桥臂输出第x驱动信号，所述第x驱动信号调制为：D_Sx1为占空比为1/4N的矩形波，D_Sx2为占空比为(4N-1)/4N的矩形波；当x为奇数时，将D_Sx1的上升沿滞后D_S11的上升沿(x-1)/2N个开关周期，将D_Sx2的上升沿滞后D_S11的上升沿x/2N个开关周期；当x为偶数时，将D_Sx1及D_Sx2的上升沿分别滞后D_S11的上升沿(2x-1)/4N个开关周期；D_Sx3为D_Sx1的互补信号，D_Sx4为D_Sx2的互补信号；所述三电平全桥变换器的交流输出端的输出电压为双极性方波。可选地，所述信号调制方法还包括以下步骤：当所述DC-DC变换器停止工作时，S11与S12相比，先关闭S11，后关闭S12，S13与S14相比，先关闭S14，后关闭S13，Sx1与Sx2相比，先关闭Sx1，后关闭Sx2，Sx3与Sx4相比，先关闭Sx4，后关闭Sx3。在本方案中，为防止开关管承受全部的直流母线电压而损坏的情况，当所述DC-DC变换器停止工作时，遵循先关断外管后关断内管的规则。可选地，所述DC-DC变换器还包括两电平全桥变换器；所述变压器的副边电连接至所述两电平全桥变换器的交流输入端。可选地，所述DC-DC变换器为LLC谐振DC-DC变换器；所述三电平全桥变换器为单相三电平全桥变换器。可选地，所述DC-DC变换器用于电力电子牵引变压器。一种DC-DC变换器，包括三电平全桥变换器、变压器及驱动信号发生器；所述三电平全桥变换器的交流输出端电连接至所述变压器的原边，所述三电平全桥变换器与所述驱动信号发生器通信连接；所述三电平全桥变换器包括N个三电平全桥单元，N为正整数，每一个三电平全桥单元分别包括2个桥臂，每一个桥臂分别包括4个开关，将第一桥臂的4个开关从上到下依次记为S11、S12、S13及S14，并且将S11、S12、S13及S14的驱动波形分别记为D_S11、D_S12、D_S13及D_S14，将第x桥臂的4个开关从上到下依次记为Sx1、Sx2、Sx3及Sx4，并且将Sx1、Sx2、Sx3及Sx4的驱动波形分别记为D_Sx1、D_Sx2、D_Sx3及D_Sx4，x为大于或等于2且小于或等于2N的整数；所述驱动信号发生器配置为向所述第一桥臂输出第一驱动信号，所述第一驱动信号调制为：D_S11为占空比为1/4N的矩形波，D_S12为占空比为(4N-1)/4N的矩形波，并且将D_S12的上升沿滞后D_S11的上升沿1/2N个开关周期，D_S13为D_S11的互补信号，D_S14为D_S12的互补信号；所述驱动信号发生器还配置为向所述第x桥臂输出第x驱动信号，所述第x驱动信号调制为：D_Sx1为占空比为1/4N的矩形波，D_Sx2为占空比为(4N-1)/4N的矩形波；当x为奇数时，将D_Sx1的上升沿滞后D_S11的上升沿(x-1)/2N个开关周期，将D_Sx2的上升沿滞后D_S11的上升沿x/2N个开关周期；当x为偶数时，将D_Sx1及D_Sx2的上升沿分别滞后D_S11的上升沿(2x-1)/4N个开关周期；D_Sx3为D_Sx1的互补信号，D_Sx4为D_Sx2的互补信号；所述三电平全桥变换器配置为交流输出端输出双极性方波的输出电压。可选地，所述DC-DC变换器配置为：当停止工作时，S11与S12相比，先关闭S11，后关闭S12，S13与S14相比，先关闭S14，后关闭S13，Sx1与Sx2相比，先关闭Sx1，后关闭Sx2，Sx3与Sx4相比，先关闭Sx4，后关闭Sx3。在本方案中，为防止开关管承受全部的直流母线电压而损坏的情况，当所述DC-DC变换器停止工作时，遵循先关断外管后关断内管的规则。可选地，所述DC-DC变换器还包括两电平全桥变换器；所述变压器的副边电连接至所述两电平全桥变换器的交流输入端。可选地，所述DC-DC变换器为LLC谐振DC-DC变换器；所述三电平全桥变换器为单相三电平全桥变换器。可选地，所述DC-DC变换器用于电力电子牵引变压器。在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实施例。本专利技术的积极进步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC-DC变换器的信号调制方法，其特征在于，所述DC-DC变换器包括三电平全桥变换器、变压器及驱动信号发生器，所述三电平全桥变换器的交流输出端电连接至所述变压器的原边，所述三电平全桥变换器与所述驱动信号发生器通信连接；/n所述三电平全桥变换器包括N个三电平全桥单元，N为正整数，每一个三电平全桥单元分别包括2个桥臂，每一个桥臂分别包括4个开关，将第一桥臂的4个开关从上到下依次记为S11、S12、S13及S14，并且将S11、S12、S13及S14的驱动波形分别记为D_S11、D_S12、D_S13及D_S14，将第x桥臂的4个开关从上到下依次记为Sx1、Sx2、Sx3及Sx4，并且将Sx1、Sx2、Sx3及Sx4的驱动波形分别记为D_Sx1、D_Sx2、D_Sx3及D_Sx4，x为大于或等于2且小于或等于2N的整数；/n所述信号调制方法包括以下步骤：/n所述驱动信号发生器向所述第一桥臂输出第一驱动信号，所述第一驱动信号调制为：D_S11为占空比为1/4N的矩形波，D_S12为占空比为(4N-1)/4N的矩形波，并且将D_S12的上升沿滞后D_S11的上升沿1/2N个开关周期，D_S13为D_S11的互补信号，D_S14为D_S12的互补信号；/n所述驱动信号发生器向所述第x桥臂输出第x驱动信号，所述第x驱动信号调制为：D_Sx1为占空比为1/4N的矩形波，D_Sx2为占空比为(4N-1)/4N的矩形波；当x为奇数时，将D_Sx1的上升沿滞后D_S11的上升沿(x-1)/2N个开关周期，将D_Sx2的上升沿滞后D_S11的上升沿x/2N个开关周期；当x为偶数时，将D_Sx1及D_Sx2的上升沿分别滞后D_S11的上升沿(2x-1)/4N个开关周期；D_Sx3为D_Sx1的互补信号，D_Sx4为D_Sx2的互补信号；/n所述三电平全桥变换器的交流输出端的输出电压为双极性方波。/n...

【技术特征摘要】
1.一种DC-DC变换器的信号调制方法，其特征在于，所述DC-DC变换器包括三电平全桥变换器、变压器及驱动信号发生器，所述三电平全桥变换器的交流输出端电连接至所述变压器的原边，所述三电平全桥变换器与所述驱动信号发生器通信连接；
所述三电平全桥变换器包括N个三电平全桥单元，N为正整数，每一个三电平全桥单元分别包括2个桥臂，每一个桥臂分别包括4个开关，将第一桥臂的4个开关从上到下依次记为S11、S12、S13及S14，并且将S11、S12、S13及S14的驱动波形分别记为D_S11、D_S12、D_S13及D_S14，将第x桥臂的4个开关从上到下依次记为Sx1、Sx2、Sx3及Sx4，并且将Sx1、Sx2、Sx3及Sx4的驱动波形分别记为D_Sx1、D_Sx2、D_Sx3及D_Sx4，x为大于或等于2且小于或等于2N的整数；
所述信号调制方法包括以下步骤：
所述驱动信号发生器向所述第一桥臂输出第一驱动信号，所述第一驱动信号调制为：D_S11为占空比为1/4N的矩形波，D_S12为占空比为(4N-1)/4N的矩形波，并且将D_S12的上升沿滞后D_S11的上升沿1/2N个开关周期，D_S13为D_S11的互补信号，D_S14为D_S12的互补信号；
所述驱动信号发生器向所述第x桥臂输出第x驱动信号，所述第x驱动信号调制为：D_Sx1为占空比为1/4N的矩形波，D_Sx2为占空比为(4N-1)/4N的矩形波；当x为奇数时，将D_Sx1的上升沿滞后D_S11的上升沿(x-1)/2N个开关周期，将D_Sx2的上升沿滞后D_S11的上升沿x/2N个开关周期；当x为偶数时，将D_Sx1及D_Sx2的上升沿分别滞后D_S11的上升沿(2x-1)/4N个开关周期；D_Sx3为D_Sx1的互补信号，D_Sx4为D_Sx2的互补信号；
所述三电平全桥变换器的交流输出端的输出电压为双极性方波。


2.如权利要求1所述的信号调制方法，其特征在于，所述信号调制方法还包括以下步骤：
当所述DC-DC变换器停止工作时，S11与S12相比，先关闭S11，后关闭S12，S13与S14相比，先关闭S14，后关闭S13，Sx1与Sx2相比，先关闭Sx1，后关闭Sx2，Sx3与Sx4相比，先关闭Sx4，后关闭Sx3。


3.如权利要求1所述的信号调制方法，其特征在于，所述DC-DC变换器还包括两电平全桥变换器；
所述变压器的副边电连接至所述两电平全桥变换器的交流输入端。


4.如权利要求1～3中任意一项所述的信号调制方法，其特征在于，所述DC-DC变换器为LLC谐振DC-DC变换器；
所述三电平全桥变换器为单相三电平全桥变换器。


5.如权利要求4所述的信号调制方法，其特征在于，所述DC-DC变换器用于电力电...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅文庆，李红波，张志学，黄子昊，漆宇，陈涛，刘华东，罗文广，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43