一种谐振DC/DC包括：第一DC链路，优选地包括第一DC链路电容器；DC/AC转换器，包括被并联连接到第一DC链路的第一多个N>1个转换器桥；每个转换器桥包括多个开关，多个开关中的每个开关可以在导通状态与非导通状态之间切换；AC中间电路，具有被连接到AC/DC转换器的输出的输入并且包括：变压器，优选地是中频变压器，具有初级侧和次级侧；其中初级侧包括至少一个初级绕组；第一多个N个电容器，其中对于每个转换器桥，来自第一多个电容器的不同电容器被连接在所述转换器桥与至少一个初级绕组之间；控制单元，被配置为以预定第一开关频率在导通状态与非导通状态之间切换逆变器桥的半导体开关，或是以预定第一开关频率在非导通状态与导通状态之间切换逆变器桥的半导体开关，以向AC中间电路提供AC电流和/或电压；多个N个电流感测装置，其中对于每个逆变器桥，多个电流感测装置中的不同电流感测装置被提供用于监测通过所述逆变器桥的电流；其中控制单元被配置为确定通过逆变器桥中的一个逆变器桥的电流是否偏离预期值；并且如果通过逆变器桥中的一个逆变器桥的电流偏离预期值，则适配、特别是增加预定第一开关频率。预定第一开关频率。预定第一开关频率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过频率适配对谐振转换器级的冗余
[0001]本专利技术属于电力电子领域。根据独立专利权利要求，本专利技术涉及一种谐振DC/DC转换器、以及一种用于控制这种转换器的方法。
技术介绍
[0002]在如电动汽车(EV)快速充电、光伏(PV)太阳能、电池储能系统(BESS)、风能(陆上或海上)、或数据中心等分布式能量应用中，需要如逆变器或整流器等电力转换器来提供电绝缘以及处理大电流、特别是超过100A的电流、或更具体地是超过200A或甚至500A的电流。必须将大量半导体开关并联以提供可以导通和切换的电源开关、特别是中断所需要的或所期望的电流而没有不必要和/或大量损耗的电源开关、特别是构建或采用固态变压器(SST)所需要的电源开关。由于寄生效应以及不均匀的温度、几何形状和半导体特性，很难在并联芯片中实现损耗的均匀分布并且从而实现单独的电流。由于开关速度快、特别是在(开关)频率高于1kHz、或更具体地高于5kHz或甚至10kHz时，以及通常由于相对较较小的芯片尺寸，这对宽带隙半导体的未来大电流应用来说尤其是一种挑战。
[0003]虽然将大量半导体开关并联在理论上允许处理、特别是切换和/或传导所期望的和/或所需要的大电流，但这需要并联芯片中的损耗至少基本上均匀分布，以使通过单独的芯片的电流至少在本质上是完美平衡的。由于寄生效应、不均匀的温度、几何形状和/或(单独的)半导体特性，或者更确切地，由于半导体开关所包含的单独的半导体芯片之间的这种特性的(统计)变化，例如，由于(非零)制造公差，这种至少基本上均匀的分布是难以实现的。需要相对较大的精力(包括例如半导体开关、芯片和/或功率模块的预选、特定模块布局的选择/开发、专用栅极驱动器技术的选择/开发)来充分平衡电流。即便如此，随着芯片、特别是半导体开关数目的增加(例如，可以低至10、5或甚至2)，平衡变得越来越困难，并且特别是对于宽带隙半导体的未来大电流应用而言，成为一个挑战。
[0004]随着部件、特别是半导体开关数目的增加，变得越来越严重的另一问题是，由于任何一个部件发生故障的可能性增加而导致系统可靠性潜在地降低。
[0005]Figge等人(电力电子专家会议2008，IEEE)的“Paralleling of LLC resonant converters using frequency controlled current balancing”描述了一种用于开关模式电源(图8)的被绘制为半桥拓扑的LLC谐振转换器(图1)。每个LLC谐振转换器包括变压器、被连接到DC链路的一对开关S1、S2、以及被连接在半桥的输出与每个变压器的初级绕组之间的谐振电容器Cs。在每个LLC的输出处测量的电流之间的差值被输入到平衡负载控制器，并且每个LLC的开关频率被调节以最小化所述差值。
[0006]本专利技术的目的是提供一种表现出提高的系统可靠性的具有并联连接的半导体开关的谐振DC/DC转换器、以及一种可以增加系统可靠性的对于具有并联连接的半导体开关的谐振DC/DC转换器的控制方法。
技术实现思路
[0007]该目的通过具有独立专利权利要求的特征组合的一种谐振DC/DC转换器和一种用于控制这种转换器的方法来实现。其他示例性实施例从从属权利要求和以下结合附图的描述中很清楚。
[0008]根据本专利技术的一种谐振DC/DC转换器和一种用于控制相应DC/DC转换器的方法可以包括以下特征、元件和/或步骤：优选地包括第一DC链路电容器的第一DC链路；包括被并联连接到第一DC链路的第一多个N>1个转换器桥的DC/AC转换器；每个转换器桥包括多个开关，多个开关中的每个开关可以在导通状态与非导通状态之间切换；AC中间电路，该AC中间电路具有被连接到DC/AC转换器的输出的输入并且包括：变压器、优选地是中频变压器，具有初级侧和次级侧；其中初级侧包括至少一个初级绕组；第一多个N个电容器，其中对于每个转换器桥，来自第一多个电容器的不同电容器被连接在所述转换器桥与至少一个初级绕组之间；控制单元，被配置为以预定第一开关频率在导通状态与非导通状态之间切换逆变器桥的半导体开关，或是以预定第一开关频率在非导通状态与导通状态之间切换逆变器桥的半导体开关，以向AC中间电路提供AC电流和/或电压；多个N个电流感测装置，其中对于每个逆变器桥，多个电流感测装置中的不同电流感测装置被提供用于监测通过所述逆变器桥的电流；其中控制单元被配置为确定通过逆变器桥中的一个逆变器桥的电流是否偏离预期值；如果通过逆变器桥中的一个逆变器桥的电流偏离预期值，则适配、特别是增加预定第一开关频率。
[0009]第一多个N>1个转换器桥可以被视为具有被连接到第一DC链路的输入的DC/AC转换器或逆变器的一部分，第一DC链路又可以经由转换器被连接到电网，或被连接到如PV太阳能系统或BESS等DC电源，其中DC/AC转换器被配置为在所述DC/AC转换器的输出处提供AC电压和/或电流。
[0010]作为AC中间电路的一部分的变压器可以具有被连接到所述DC/AC转换器的输出的输入和/或初级侧。AC中间电路可以包括附加元件、特别是与AC中间电路的输入或输出或次级侧并联或串联在AC中间电路的输入或输出与变压器之间的电容器或电感器。特别地，变压器可以仅设置有单个初级和/或单个次级绕组，但通常将包括多个初级绕组和/或多个次级绕组。
[0011]AC中间电路的输出和/或次级侧可以被连接到AC/DC转换器的输入，该AC/DC转换器被配置为将AC中间电路输出的AC电流和/或电压转换为AC/DC转换器的输出处的DC电压和/或(间歇)DC电流，AC/DC转换器的输出又可以被连接到第二DC链路、优选地是第二DC链路电容器，负载可以被连接在该第二DC链路电容器处。如果转换器适用于双向操作，特别是允许双向电力流动，则负载可以至少暂时也用作发电源。
[0012]第一DC链路可以提供至少第一电压电平和第二电压电平、特别是零或中性电平和正电平。特别地，第一DC链路还可以提供正电平、零或中性电平以及负电压电平。
[0013]转换器桥尤其可以是任意拓扑的有源桥，其可以将由第一DC链路提供的两个电压电平中的至少一个施加到AC中间电路的输入、特别是输入端子。这可以包括半桥、全桥、中点钳位桥和任何类型的多级拓扑。例如，三点电桥允许向AC中间电路的输入施加正电压、负电压和零电压。
[0014]因此，转换器桥包括多个开关，多个开关中的每个开关可以在导通状态与非导通
状态之间切换；以及对应的开关连接，开关连接允许在AC中间电路的输入与每个电压电平之间建立或中断连接。特别地，开关可以在控制单元、特别是控制器或控制系统的控制下操作，控制单元可以在DC/AC转换器内部，或者可以在外部提供。控制尤其可以是开环控制。控制单元可以被配置为允许或提供零电流开关(ZCS)或零电压开关(ZVS)以最小化开关损耗。控制单元可以被配置为以第一开关频率、特别是预定第一开关频率在导通状态与非导通状态之间切换开关，或是以第一开关频率、特别是预定第一开关频本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种谐振DC/DC转换器，包括a)第一DC链路(10)，优选地包括第一DC链路电容器；b)DC/AC转换器(212)，包括被并联连接到所述第一DC链路的第一多个N>1个转换器桥；每个转换器桥包括多个开关、特别是半导体开关，所述多个开关中的每个开关可以在导通状态与非导通状态之间切换；c)AC中间电路(214，214
’
)，被连接到所述DC/AC转换器并且包括i)变压器(2141，2141
’
)、优选地是中频变压器，具有初级侧和次级侧；其中所述初级侧包括至少一个初级绕组；d)第一多个N个电容器，其中e)对于每个转换器桥，来自所述第一多个电容器的不同电容器被连接在所述转换器桥与所述至少一个初级绕组之间；f)控制单元，被配置为以开关频率在所述导通状态与所述非导通状态之间切换所述逆变器桥的开关，或是以所述开关频率在所述非导通状态与所述导通状态之间切换所述逆变器桥的开关，以向所述AC中间电路提供AC电流和/或电压；g)多个N个电流感测装置(17)，其中对于每个逆变器桥，所述多个电流感测装置中的不同电流感测装置被提供用于监测通过所述转换器桥的电流；h)所述控制单元被配置为确定通过所述逆变器桥中的一个逆变器桥的电流是否偏离预期值；并且如果通过所述逆变器桥中的一个逆变器桥的所述电流偏离所述预期值，则适配、特别是增加所述开关频率。2.根据权利要求1所述的谐振DC/DC转换器，其中所述控制系统被配置为根据已适配的开关频率来适配所述开关频率。3.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC/DC转换器，其中所述控制单元被配置为通过确定通过所述逆变器桥中的一个逆变器桥的电流、特别是所述电流的绝对值是否小于给定阈值，来确定所述电流是否偏离预期值。4.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC/DC转换器，其中所述控制单元被配置为通过确定通过所述逆变器桥中的一个逆变器桥的电流是否至少近似为零、特别是小于所述逆变器桥的额定电流、标称电流和/或最大电流的1/100、1/1000或1/10000，来确定所述电流是否偏离预期值。5.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC/DC转换器，其中如果所述控制单元被配置为在确定通过所述逆变器桥中的一个逆变器桥的所述电流偏离预期值时停用所述逆变器桥。6.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC/DC转换器，其中对于每个转换器桥，来自所述多个电流感测装置的不同电流感测装置被提供在所述转换器桥与所述至少一个初级绕组之间、特别是在所述转换器桥与被连接在所述转换器桥与所述至少一个初级绕组之间的所述电容器之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的谐振DC/DC转换器，其中AC电流传感器被用作用于测量由所述转换器桥输出的AC电流的电流感测装置。
8.一种用于控制谐振DC/DC转换器的方法，所述转换器包括：a)第一DC链路(10)，优选地包括第一DC...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤韦，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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