一种双有源桥变换器及其开路故障冗余处理方法技术

本发明专利技术提供了一种双有源桥变换器及其开路故障冗余处理方法，所述双有源桥变换器包括原边全桥电路、副边全桥电路以及连接原边全桥电路和副边全桥电路的高频变压器。所述方法通过双有源桥变换器来实现并包括步骤：在所述开路故障发生在原边全桥电路的情况下，确定发生故障的开关器件并封锁该开关器件的驱动脉冲，剩余开关器件采用移相控制，并限制双有源桥变换器的最大占空比；在所述开路故障发生在副边全桥电路的情况下，确定发生故障的开关器件并封锁该开关器件所在桥臂上所有开关器件的驱动脉冲，剩余开关器件采用移相控制，并限制双有源桥变换器的最大占空比。本发明专利技术具有能够在开路故障后继续传输功率、不会对剩余器件造成冲击等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种双有源桥变换器及其开路故障冗余处理方法
本专利技术涉及高速列车领域、电网领域、电动汽车领域和储能领域，具体来讲，涉及一种双有源桥变换器及其开路故障冗余处理方法。
技术介绍
双有源桥变换器作为隔离型DC/DC的电力电子变换器，具有软开关、电气隔离、高频化等优点，在电网变流器、高铁牵引系统、高铁辅助供电系统、电动汽车牵引、储能领域有广泛的应用。双有源桥变换器可以将输入直流电压转换成高频交流电压，通过高频变压器隔离，再经过副边整流将高频交流电压转换为直流电压输出，可以有效减小变换器体积，提升效率。双有源桥变换器能够通过改变移相值，的实现功率双向流动，而且功率控制稳定，在对功率控制要求高的双向流动场合更受欢迎。对于电力电子变换器而言，在运行过程中其开关器件普遍会由于环境变化、暂态冲击、过负荷运行、器件设计缺陷以及热循环等问题而损坏。单个开关器件的故障也经常会引起连锁反应，在电路中产生不可控的电压电流，导致其余元器件的进一步故障，最终引起整个电气设备停机。因此，电力电子变换器通常需要故障冗余方法保证可靠运行。故障冗余方法可以在故障后容忍或排除故障，使变换器重新恢复正常运行模式。开路故障是故障中经常发生的一类，由于芯片故障、驱动线断线、驱动信号异常或开关器件内部损坏，均有可能导致开关器件的开路故障发生。然而，目前针对单个双有源桥变换器没有较好的故障冗余方法，开路故障后，双有源桥变换器面临故障停机的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种能够实现故障冗余运行的双有源桥变换器。又如，本专利技术的另一目的在于提供一种能够进行故障冗余处理、避免设备停机、提高变换器运行可靠性的双有源桥变换器开路故障冗余处理方法。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种双有源桥变换器。所述双有源桥变换器包括原边全桥电路、副边全桥电路以及设置在原边全桥电路和副边全桥电路之间的高频变压器，其中，所述原边全桥电路包括与直流电压输入端电连接且彼此并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂上串联有第一开关器件和第二开关器件，并且所述第一桥臂上还设置有与第一开关器件反并联的第一二极管以及与第二开关器件反并联的第二二极管；所述第二桥臂上串联有第三开关器件和第四开关器件，并且所述第二桥臂上还设置有与第三开关器件反并联的第三二极管以及与第四开关器件反并联的第四二极管；所述副边全桥电路包括与直流电压输出端电连接且彼此并联的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂上串联有第五开关器件和第六开关器件，并且所述第三桥臂上还设置有与第五开关器件反并联的第五二极管以及与第六开关器件反并联的第六二极管；所述第四桥臂上串联有第七开关器件和第八开关器件，并且所述第四桥臂上还设置有与第七开关器件反并联的第七二极管以及与第八开关器件反并联的第八二极管；所述高频变压器的第一输入端与第一桥臂位于第一开关器件和第二开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第二输入端与第二桥臂位于第三开关器件和第四开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第一输出端与第三桥臂位于第五开关器件和第六开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第二输出端与第四桥臂位于第七开关器件和第八开关器件之间部分桥臂电连接。在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述双有源桥变换器还可包括：判断模块，所述判断模块被配置为在双有源桥变换器发生开路故障后，判断故障发生在原边全桥电路还是副边全桥电路以及发生故障的开关器件的位置；控制器，所述控制器被配置为在所述开路故障发生在原边全桥电路的情况下，封锁发生故障的开关器件的驱动脉冲，并对剩余开关器件进行移相控制，限制双有源桥变换器的最大占空比；在所述开路故障发生在副边全桥电路的情况下，封锁发生故障的开关器件所在桥臂上所有的开关器件的驱动脉冲，并对剩余开关器件管进行移相控制，限制双有源桥变换器的最大占空比。在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述判断模块分别与原边全桥电路和副边全桥电路上的各个开关器件电连接并监控各个开关器件的工作状态是否正常，所述控制器分别与原边全桥电路和副边全桥电路上的各个开关器件电连接并能够控制各个开关器件的驱动脉冲，当有开关器件发生故障时，判断模块内置的逻辑程序能够根据发生故障的开关器件的位置判断出需要封锁驱动脉冲的开关器件的数目和位置，并将判断结果发送给所述控制器，所述控制器接收判断模块发出的信号后将对应的开关器件的驱动脉冲封锁。在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述高频变压器的第一输入端与所述第一桥臂的中点电连接，所述高频变压器的第二输入端与所述第二桥臂的中点电连接，所述高频变压器的第一输出端与所述第三桥臂的中点电连接，所述高频变压器的第二输出端与所述第四桥臂的中点电连接。在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述双有源桥变换器还可包括电感，所述电感设置在所述高频变压器的第一输入端与第一桥臂相连的导线上。在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述高频变压器的变比可为0.1~10。在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述双有源桥变换器的额定功率可为1~200KW，额定电流可为0~200A，额定电压为可10~3600V。在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，在发生开路故障后，所述双有源桥变换器还能传输0~77.8%的额定功率。在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述双有源桥变换器的占空比可以为40~60%。本专利技术另一方面提供了一种双有源桥变换器开路故障冗余处理方法。所述开路故障冗余处理方法通过如上任意一项所述双有源桥变换器来实现，且所述方法包括步骤：双有源桥变换器发生故障后，判断故障发生在原边全桥电路还是副边全桥电路；在所述开路故障发生在原边全桥电路的情况下，确定发生故障的开关器件位置并封锁对应的故障开关器件的驱动脉冲，剩余开关器件采用移相控制，并限制双有源桥变换器的最大占空比；在所述开路故障发生在副边全桥电路的情况下，确定发生故障的开关器件位置并封锁故障开关器件所在桥臂上的两个开关器件的驱动脉冲，剩余开关器件采用移相控制，并限制双有源桥变换器的最大占空比。在本专利技术另一方面的一个示例性实施例中，所述移相控制的相位差D的取值范围可为（0，0.5）。在本专利技术另一方面的一个示例性实施例中，所述移相控制的相位差D可表示如下：0＜D＜（2kuo-uin）/4kuo，其中，k为高频变压器变比，uo为双有源桥变换器输出电压，uin为双有源桥变换器输入电压。在本专利技术另一方面的一个示例性实施例中，当所述开路故障发生位置为原边全桥电路第一开关器件时，封锁第一开关器件的驱动脉冲；第二开关器件和第三开关器件工作状态相同，驱动脉冲均为50%占空比方波，且第四开关器件的工作状态与第二开关器件和第三开关器件的工作状态完全反向；第五开关器件和第八开关器件工作状态相同，驱动脉冲均为50%占空比方波，且第六开关器件、第七开关器件的工作状态与第五开关器件和第八开关器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双有源桥变换器，其特征在于，所述双有源桥变换器包括原边全桥电路、副边全桥电路以及设置在原边全桥电路和副边全桥电路之间的高频变压器，其中，/n所述原边全桥电路包括与直流电压输入端电连接且彼此并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂上串联有第一开关器件和第二开关器件，并且所述第一桥臂上还设置有与第一开关器件反并联的第一二极管以及与第二开关器件反并联的第二二极管；所述第二桥臂上串联有第三开关器件和第四开关器件，并且所述第二桥臂上还设置有与第三开关器件反并联的第三二极管以及与第四开关器件反并联的第四二极管；/n所述副边全桥电路包括与直流电压输出端电连接且彼此并联的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂上串联有第五开关器件和第六开关器件，并且所述第三桥臂上还设置有与第五开关器件反并联的第五二极管以及与第六开关器件反并联的第六二极管；所述第四桥臂上串联有第七开关器件和第八开关器件，并且所述第四桥臂上还设置有与第七开关器件反并联的第七二极管以及与第八开关器件反并联的第八二极管；/n所述高频变压器的第一输入端与第一桥臂位于第一开关器件和第二开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第二输入端与第二桥臂位于第三开关器件和第四开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第一输出端与第三桥臂位于第五开关器件和第六开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第二输出端与第四桥臂位于第七开关器件和第八开关器件之间部分桥臂电连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双有源桥变换器，其特征在于，所述双有源桥变换器包括原边全桥电路、副边全桥电路以及设置在原边全桥电路和副边全桥电路之间的高频变压器，其中，
所述原边全桥电路包括与直流电压输入端电连接且彼此并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂上串联有第一开关器件和第二开关器件，并且所述第一桥臂上还设置有与第一开关器件反并联的第一二极管以及与第二开关器件反并联的第二二极管；所述第二桥臂上串联有第三开关器件和第四开关器件，并且所述第二桥臂上还设置有与第三开关器件反并联的第三二极管以及与第四开关器件反并联的第四二极管；
所述副边全桥电路包括与直流电压输出端电连接且彼此并联的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂上串联有第五开关器件和第六开关器件，并且所述第三桥臂上还设置有与第五开关器件反并联的第五二极管以及与第六开关器件反并联的第六二极管；所述第四桥臂上串联有第七开关器件和第八开关器件，并且所述第四桥臂上还设置有与第七开关器件反并联的第七二极管以及与第八开关器件反并联的第八二极管；
所述高频变压器的第一输入端与第一桥臂位于第一开关器件和第二开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第二输入端与第二桥臂位于第三开关器件和第四开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第一输出端与第三桥臂位于第五开关器件和第六开关器件之间部分桥臂电连接，所述高频变压器的第二输出端与第四桥臂位于第七开关器件和第八开关器件之间部分桥臂电连接。


2.根据权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述双有源桥变换器还包括：
判断模块，所述判断模块被配置为在双有源桥变换器发生开路故障后，判断故障发生在原边全桥电路还是副边全桥电路以及发生故障的开关器件的位置；
控制器，所述控制器被配置为在所述开路故障发生在原边全桥电路的情况下，封锁发生故障的开关器件的驱动脉冲，并对剩余开关器件进行移相控制，限制双有源桥变换器的最大占空比；在所述开路故障发生在副边全桥电路的情况下，封锁发生故障的开关器件所在桥臂上所有的开关器件的驱动脉冲，并对剩余开关器件管进行移相控制，限制双有源桥变换器的最大占空比。


3.根据权利要求2所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述判断模块分别与原边全桥电路和副边全桥电路上的各个开关器件电连接并监控各个开关器件的工作状态是否正常，所述控制器分别与原边全桥电路和副边全桥电路上的各个开关器件电连接并能够控制各个开关器件的驱动脉冲，当有开关器件发生故障时，判断模块内置的逻辑程序能够根据发生故障的开关器件的位置判断出需要封锁驱动脉冲的开关器件的数目和位置，并将判断结果发送给所述控制器，所述控制器接收判断模块发出的信号后将对应的开关器件的驱动脉冲封锁。


4.根据权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述高频变压器的第一输入端与所述第一桥臂的中点电连接，所述高频变压器的第二输入端与所述第二桥臂的中点电连接，所述高频变压器的第一输出端与所述第三桥臂的中点电连接，所述高频变压器的第二输出端与所述第四桥臂的中点电连接。


5.根据权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述双有源桥变换器还包括电感，所述电感设置在所述高频变压器的第一输入端与第一桥臂相连的导线上。


6.根据权利要求1所述的双有源桥变换器，其特征在于，所述高频变压器的变比为0.1~10。


7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵楠，谢伟，郑泽东，李驰，刘建伟，黄旭东，
申请(专利权)人：四川华泰电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51