基于电压举升技术的模块化多电平DC-DC升压变换器及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电压举升技术的模块化多电平DC

【技术实现步骤摘要】
基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器及方法


[0001]本专利技术涉及高压直流电力电子变换技术，尤其涉及一种基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器及方法。

技术介绍

[0002]在可再生能源发电系统中，由于单个燃料电池和太阳能电池产生的直流电压均较低，无法满足当今用电设备的用电需求，故需要在其中接入能将低电压转换为高电压的高增益DC
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DC升压变换器。同时，由于高压直流输电在大容量远距离传输上具有不可比拟的优势和宽广的应用前景，对具有高升压比的DC
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DC变换器的研制和创新吸引了国内外众多学者的目光。但目前的研究都聚集在中低压小功率DC
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DC变换器，能够应用在高压大功率场合的直流变换器仍然有待研究。在这种背景下，具有可变高增益的模块化多电平变换器越来越受到人们的关注。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器及方法。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005]基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器，包括第一输入电感、第二输入电感、第一输入二极管、第二输入二极管、输入电容、上桥臂、下桥臂、输出电感和滤波电容；
[0006]所述上桥臂包含N个依次串联的上桥单元，下桥臂包含M个依次串联的下桥单元；
[0007]所述上桥单元包含第一上桥IGBT、第二上桥IGBT和上桥电容，其中，所述第一上桥IGBT、第二上桥IGBT内均反并联二极管；所述第一上桥IGBT的漏极和所述上桥电容的正极板相连，源极和所述第二上桥IGBT的漏极相连；所述第二上桥IGBT的源极和所述上桥电容的负极板相连；所述第一上桥IGBT的源极作为上桥单元的输入端，第二上桥IGBT的源极作为上桥单元的输出端；
[0008]所述下桥单元包含下桥IGBT、下桥二极管和下桥电容，其中，下桥IGBT的源极和所述下桥二极管的阴极相连，漏极和所述下桥电容的正极板相连；所述下桥电容的负极板和所述下桥二极管的阳极相连；所述下桥IGBT的源极作为下桥单元的输入端，下桥电容的负极板作为下桥单元的输出端；
[0009]所述第p个上桥单元的输入端和第p
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1个上桥单元的输出端相连，第q个下桥单元的输入端和第q
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1个下桥单元的输出端相连，p为大于1小于等于N的自然数，q为大于1小于等于M的自然数；
[0010]所述第1个上桥单元的输入端和外界低压侧电压源的正极、滤波电容的正极板相连；
[0011]所述第一输入电感的一端分别和第一输入二极管的阴极、外界低压侧电压源的负
极相连，另一端分别和输入电容的正极板、第二输入二极管的阴极相连；
[0012]所述第二输入电感的一端分别和第一输入二极管的阳极、输入电容的负极板相连，另一端分别和第二输入二极管的阳极、第N个上桥单元的输出端、第1个下桥单元的输入端相连；
[0013]所述第N个下桥单元的输出端和所述输出电感的一端相连；
[0014]所述输出电感的另一端和所述滤波电容的负极板相连；
[0015]所述滤波电容的两端用于连接负载，滤波电容值远大于上桥电容、下桥电容的电容值。
[0016]作为本专利技术基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器进一步的优化方案，所述N取1，此时，变换器能够在开环工作下实现上桥单元和各个下桥单元的电容电压自均衡。
[0017]作为本专利技术基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器进一步的优化方案，采用载波移相脉宽调制策略控制第一输入电感、输入电容、第二输入电感、N个上桥单元、M个下桥单元的充放电状态。
[0018]本专利技术还公开了一种该基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器的驱动方法，包含以下步骤：
[0019]步骤1)，令j＝1；
[0020]步骤2)，计算P＝mod(j+N，N)，Q＝mod(j+M，M)，mod为取余函数；
[0021]步骤3)，关断所有上桥单元的第一上桥IGBT，开通所有上桥单元的第二上桥IGBT，第一输入二极管、第二输入二极管承受正向压降导通，外界低压侧电压源分别对第一输入电感、输入电容和第二输入电感充电储能；
[0022]开通所有下桥单元中的下桥IGBT，所有下桥单元中的下桥二极管承受反向压降截止，M个下桥单元中的下桥电容、输出电感、滤波电容串联谐振工作，由于滤波电容值远大于下桥单元中下桥电容的电容值，此时谐振频率由输出电感和M个下桥单元中的下桥电容决定，滤波电容释放能量为负载供电；
[0023]步骤4)，开通第P个上桥单元中的第一上桥IGBT，关断剩余上桥单元中的第一上桥IGBT；关断第P个上桥单元中的第二上桥IGBT，开通剩余上桥单元中的第二上桥IGBT；第一输入二极管、第二输入二极管承受反向压降截止，第一输入电感、输入电容、第二输入电感和外界低压侧电压源串联给第P个上桥单元中的上桥电容充电，第一输入电感、第二输入电感中的电流下降；
[0024]关断第Q个下桥单元的下桥IGBT，开通剩余下桥单元的下桥IGBT；第Q个下桥单元的下桥二极管承受正向压降导通，剩余下桥单元的下桥二极管承受反向压降截止，使得除去第Q个下桥单元以外的下桥单元的下桥电容、第P个上桥单元中的上桥电容、输出电感、滤波电容串联谐振工作；由于滤波电容值远大于上桥电容、下桥电容电容值，此时谐振频率由第P个上桥单元中的上桥电容、除去第Q个下桥单元以外的下桥单元的下桥电容、输出电感决定，当上桥电容、下桥电容的电容值相等时，谐振频率和步骤2)的谐振频率相同；
[0025]步骤5)，令j＝j+1，跳转执行步骤2)。
[0026]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0027]结合电压举升技术，在相同的输入电压和工作占空比情况下，本专利技术公开的基于
电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器可通过改变下桥臂串联配置的子模块数量，实现可变的电压增益；通过载波移相脉宽调制策略依次切换下桥臂投入电路的子模块，改变下桥臂串联的电容数量，与投入电路的上桥单元的电容工作匹配，使在每个工作模态下，均有M个电容与输出电感、滤波电容串联谐振。当下桥臂采用M个下桥单元情况下，本专利技术的电压增益为：G＝2M/(1
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d)，d为电感充电比，为模态一在一个工作周期内的时间占比，也即，上桥单元中下IGBT的占空比，设下桥单元中开关管的占空比为D时，则d＝1
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M(1
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D)；此外，本专利技术电路输入电源电流连续，负载电流连续，不存在电路启动冲击电流问题，能够极大的延长输入电源的使用寿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器，其特征在于，包括第一输入电感、第二输入电感、第一输入二极管、第二输入二极管、输入电容、上桥臂、下桥臂、输出电感和滤波电容；所述上桥臂包含N个依次串联的上桥单元，下桥臂包含M个依次串联的下桥单元；所述上桥单元包含第一上桥IGBT、第二上桥IGBT和上桥电容，其中，所述第一上桥IGBT、第二上桥IGBT内均反并联二极管；所述第一上桥IGBT的漏极和所述上桥电容的正极板相连，源极和所述第二上桥IGBT的漏极相连；所述第二上桥IGBT的源极和所述上桥电容的负极板相连；所述第一上桥IGBT的源极作为上桥单元的输入端，第二上桥IGBT的源极作为上桥单元的输出端；所述下桥单元包含下桥IGBT、下桥二极管和下桥电容，其中，下桥IGBT的源极和所述下桥二极管的阴极相连，漏极和所述下桥电容的正极板相连；所述下桥电容的负极板和所述下桥二极管的阳极相连；所述下桥IGBT的源极作为下桥单元的输入端，下桥电容的负极板作为下桥单元的输出端；所述第p个上桥单元的输入端和第p
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1个上桥单元的输出端相连，第q个下桥单元的输入端和第q
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1个下桥单元的输出端相连，p为大于1小于等于N的自然数，q为大于1小于等于M的自然数；所述第1个上桥单元的输入端和外界低压侧电压源的正极、滤波电容的正极板相连；所述第一输入电感的一端分别和第一输入二极管的阴极、外界低压侧电压源的负极相连，另一端分别和输入电容的正极板、第二输入二极管的阴极相连；所述第二输入电感的一端分别和第一输入二极管的阳极、输入电容的负极板相连，另一端分别和第二输入二极管的阳极、第N个上桥单元的输出端、第1个下桥单元的输入端相连；所述第N个下桥单元的输出端和所述输出电感的一端相连；所述输出电感的另一端和所述滤波电容的负极板相连；所述滤波电容的两端用于连接负载，滤波电容值远大于上桥电容、下桥电容的电容值。2.根据权利要求1所述的基于电压举升技术的模块化多电平DC
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DC升压变换器，其特征在于，所述N取1，此时，变换器能够在开环工作下实现上桥单元和...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋黎明，朱小全，刘康，叶开文，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：