一种基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器制造技术

本发明专利技术公开一种基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，包括：全桥ANPC和电感连接于变压器的一侧，H桥电路连接于变压器的另一侧；全桥ANPC能够最多输出五种电平，H桥电路能够最多输出三个电平；全桥ANPC有源桥由两个分压电容和两个半桥ANPC三电平电路组成；两个分压电容串接于母线电压V

A bi-directional DC / DC converter based on isolated full bridge ANPC and H-bridge

【技术实现步骤摘要】
一种基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器
本专利技术涉及DC/DC变换器
，更具体地，涉及一种基于隔离式全桥有源中点钳位型(ActiveNeutralPointClamped，ANPC)和H桥的双向DC/DC变换器。
技术介绍
具有电流隔离和双向传输功率能力的DC/DC变换器能够实现不同电压等级电网间的功率传输和电压变送。双有源桥型(DualActiveBridge，DAB)DC/DC变换器具有电气隔离、功率密度高、能量可以双向流动、和软开关易于实现等优点，已在可再生能源和直流输配电领域的得到了广泛的研究和应用。常见的DAB拓扑为双H桥DAB，其中开关器件承受的电压应力为直流母线电压。由于在许多应用场合，例如直流输电网不同电压等级间的电压变送，需要DAB实现较大的输入输出电压的变换比。此时，若高压侧仍采用H桥电路，所用开关管的电压等级需要与高压侧直流母线电压匹配，导致成本高昂、开关器件性能受限。采用多电平电路拓扑可以利用较低电压等级的开关器件实现较高直流电压等级的变换电路，适用于直流母线电压高的应用场合。在多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，其特征在于，包括：全桥ANPC有源桥、H桥电路、变压器以及电感；/n全桥ANPC有源桥和电感连接于变压器的一侧，H桥电路连接于变压器的另一侧；所述全桥ANPC有源桥可以输出五种电平，H桥电路可以输出三个电平；/n所述全桥ANPC有源桥由两个直流分压电容和两个半桥ANPC三电平电路组成；两个直流分压电容串联接于直流母线电压V

【技术特征摘要】
1.一种基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，其特征在于，包括：全桥ANPC有源桥、H桥电路、变压器以及电感；
全桥ANPC有源桥和电感连接于变压器的一侧，H桥电路连接于变压器的另一侧；所述全桥ANPC有源桥可以输出五种电平，H桥电路可以输出三个电平；
所述全桥ANPC有源桥由两个直流分压电容和两个半桥ANPC三电平电路组成；两个直流分压电容串联接于直流母线电压Vdc，每个直流分压电容上的电压均为Vdc/2，半桥ANPC将串联开关管桥臂的中点通过有源开关器件连接到两个直流分压电容的串联中点，使得每个半桥ANPC有源桥中的每个开关管承受的电压应力均为Vdc/2；每个半桥ANPC有源桥可以输出Vdc/2、0以及-Vdc/2三个电平，全桥ANPC的输出电平由两个半桥ANPC输出电平的差值确定，所述全桥ANPC有源桥在工作过程中可输出Vdc、Vdc/2、0、-Vdc/2以及-Vdc五种电平中的任意数量的电平；
所述H桥电路在工作过程中可输出VdcH、0以及-VdcH三种电平中的任意数量的电平，其中VdcH为H桥电路对应的直流母线电压。


2.根据权利要求1所述的基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述全桥ANPC有源桥连接高压网侧直流电源或负载，H桥电路连接低压网侧直流电源或负载；所述高压侧直流电源或负载及低压侧直流电源或负载中至少有一个直流电源作为DC/DC变换器的能量来源；
工作模式分为两种，一种是能量从高压网侧流向低压网侧，此时高压侧全桥ANPC有源桥处于逆变状态，低压网侧H桥电路处于整流状态，高压网侧全桥ANPC有源桥与低压网侧H桥电路间的移相角φ为正；一种是能量从低压网侧流向高压网侧，此时高压网侧全桥ANPC有源桥处于整流状态，低压网侧H桥电路处于逆变状态，高压网侧全桥ANPC有源桥与低压侧H桥电路间的移相角φ为负。


3.根据权利要求1或2所述的基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，其特征在于，还包括：移相控制器；
所述移相控制器用于控制全桥ANPC有源桥和H桥电路的输出电压波形，及全桥ANPC有源桥与H桥电路间的移相角φ。


4.根据权利要求3所述的基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，其特征在于，所述全桥ANPC有源桥包括：第一直流分压电容、第二直流分压电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管以及第十二开关管；
所述第一直流分压电容和第二直流分压电容串联；
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次正向串联，两端分别连接直流母线电压；所述第五开关管和第六开关管正向串联，两端分别与所述第一开关管和第二开关管的串联中点及所述第三开关管和第四开关管的串联中点相连；第五开关管和第六开关管的串联中点与第一直流分压电容和第二直流分压电容的串联中点相连；
所述第七开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管依次正向串联，两端分别连接直流母线电压；所述第十一开关管和第十二开关管正向串联，两端分别与所述第七开关管和第八开关管的串联中点及所述第九开关管和第十开关管的串联中点相连；第十一开关管和第十二开关管的串联中点与第一直流分压电容和第二直流分压电容的串联中点相连；
所述第二开关管和第三开关管的串联中点连接电感的一端，所述电感的另一端连接变压器一侧的一端；所述第八开关管和第九开关管的串联中点连接变压器一侧的另一端；
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管组成第一个半桥ANPC有源桥臂，所述第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管以及第十二开关管组成第二个半桥ANPC有源桥臂。


5.根据权利要求4所述的基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，其特征在于，当两个半桥ANPC有源桥臂的输出在正电平、零电平、负电平以及零电平之间循环切换时，控制距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管均在没有承受电压的情况下进行开关状态切换，以使得距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的开关损耗为零，降低距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的总损耗，所述总损耗包括开关损耗和通态损耗；其中，距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的通态损耗相比半桥ANPC有源桥臂其他开关管的通态损耗高。


6.根据权利要求5所述的基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，其特征在于，
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出正电平时，第一开关管、第二开关管和第六开关管导通；第三开关管和第四开关管关断；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出正电平时，第七开关管、第八开关管和第十二开关管导通；第九开关管和第十开关管关断；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，第三开关管、第四开关管和第五开关管导通；第一开关管和第二开关管关断；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，第九开关管、第十开关管和第十一开关管导通；第七开关管和第八开关管关断；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出零电平时，第二开关管和第五开关管导通，和/或所述第三开关管和第六开关管导通；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出零电平时，第八开关管和第十一开关管导通，和/或所述第九开关管和第十二开关管导通。


7.根据权利要求6所述的基于隔离式全桥ANPC和H桥的双向DC/DC变换器，其特征在于，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出正电平，第二个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，全桥ANPC输出电压为Vdc；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，关清心，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42