一种DC/DC变流器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种DC/DC变流器及其控制方法，属于直流电力电子变换器领域。一种DC/DC变流器及其控制方法，其特征在于，所述DC/DC换流器包括BOOST升压电路、级联子模块电路和滤波电路；BOOST升压电路的输入端口连接直流电源，BOOST升压电路的输出端口连接级联子模块电路的输入端口；级联子模块电路的输出端口连接滤波电路的输入端口；滤波电路的输出端口连接高压侧直流网络；与现有技术相比，本申请采用了模块化设计的方案，具有容易拓展、方便维护、冗余度高和模块化程度高等优势；通过子模块串联，减小了高压侧开关器件的电压应力，通过串联子模块电容显著降低了对储能电容耐压能力和容量的要求。和容量的要求。和容量的要求。

【技术实现步骤摘要】
的集电极分别与子模块的正极性输出端口连接，第一功率开关T1的栅极、第二功率开关T2的栅极分别与控制功率开关的开通与关断的控制电路连接，第二功率开关T2的发射极与子模块的负极性输出端口连接，第一功率开关T1的集电极经储能电容与子模块的负极性输出端口连接。
[0010]进一步地，所述BOOST升压电路包括储能电感、输入二极管和升压功率开关；储能电感的一侧连接输入二极管的阳极，升压功率开关的集电极连接输入二极管的阳极，升压功率开关的栅极与控制升压功率开关的开通与关断的控制电路连接；储能电感的另一侧和升压功率开关的发射极构成BOOST升压电路的输入端口，输入二极管的阴极和升压功率开关的发射极构成BOOST升压电路的输出端口。
[0011]进一步地，滤波电路包括输出二极管、滤波电感和滤波电容；输出二极管的阴极连接滤波电感的一侧，滤波电感的另一侧连接滤波电容的正极性端口；输出二极管的阳极和滤波电容的负极性端口构成滤波电路的输入端口，滤波电容的正、负极性端口构成滤波电路的输出端口。
[0012]本专利技术还提供一种如上述任一项所述的DC/DC变流器的控制方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1：导通BOOST升压电路的升压功率开关，同时导通第1个子模块的上管和关断第1个子模块的下管，或者导通第N个子模块的上管和关断第N个子模块的下管；
[0014]步骤2：经过t
s
时间间隔后，若步骤1中导通的为第1个子模块的上管，则导通第1+X个子模块的上管，关断第1+X个子模块的下管；
[0015]若步骤1中导通的第N个子模块的上管，则导通第N
‑
X个子模块的上管，关断第N
‑
X个子模块的下管；X为大于1的整数；
[0016]步骤3：重复步骤2，直至N个子模块的上管按顺序全部导通，下管按顺序全部关断；
[0017]步骤4：保持N个子模块的上管均导通和下管均关断的状态t1时间；
[0018]步骤5：若步骤1中导通为第1个子模块的上管，关断第1个子模块的上管，导通第1个子模块的下管；
[0019]若步骤1中导通为第N个子模块的上管，关断第N个子模块的上管，导通第N个子模块的下管；
[0020]步骤6：经过t
s
时间间隔后，若步骤1中导通的为第1个子模块的上管，则关断第1+X个子模块的上管，导通第1+X个子模块的下管；
[0021]若步骤1中导通的为第N个子模块的上管，则关断第N
‑
X个子模块的上管，导通第N
‑
X个子模块的下管；
[0022]步骤7：重复步骤6，直至N个子模块的上管按顺序全部关断，下管按顺序全部导通；
[0023]步骤8：关断BOOST升压电路的升压功率开关，保持N个子模块的上管均关断和下管均导通的状态t2时间。
[0024]步骤9：重复步骤1
‑
8，通过调节BOOST升压电路的升压功率开关的占空比和子模块上管的占空比，可以调节输出电压大小，实现不同电压等级的直流输出。
[0025]进一步地，N个子模块的上管的占空比均相等，子模块触发导通时刻和关断时刻按顺序执行。
[0026]进一步地，步骤2中的时间t
s
的值为：
[0027]其中，α
in
是升压功率开关的占空比，α
sm
是子模块上管的占空比，T是变流器中功率开关的导通周期。
[0028]进一步地，步骤4中的时间t1的值为：t1＝(2α
sm
‑
α
in
)T；
[0029]其中，α
in
是升压功率开关的占空比，α
sm
是子模块上管的占空比，T是变流器中功率开关的导通周期。
[0030]进一步地，步骤8中的时间t2的值为：t2＝(1
‑
α
in
)T。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]本专利技术可以实现大变比的低压直流到高压直流的电能变换，通过调节BOOST功率开关和子模块上管的占空比，可以实现较宽的电压变比调节范围，且控制策略简单实用，易于理解与实施。
[0033]本专利技术采用了模块化设计的方案，具有容易拓展、方便维护、冗余度高和模块化程度高等优势。传统的大变比DC/DC变流器高压侧开关器件需要承受较高的电压应力，对开关器件的要求较高，而且对于储能电容的耐压能力和容量要求较高。本专利技术通过子模块串联，减小了高压侧开关器件的电压应力，通过串联子模块电容显著降低了对储能电容耐压能力和容量的要求。另外，如果有某个子模块出现故障，可以将其旁路从而不影响整体系统运行。
[0034]本专利技术提出的控制方法可以减小变换器的谐波，改善变换器的输出性能。通过采用子模块阶梯式投入切除的投切策略，产生多电平电压使得高压侧输出电流更加平滑。
附图说明
[0035]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0036]图1是本专利技术提出的DC/DC变流器的拓扑结构图。
[0037]图2是本专利技术提出的控制方法1具体实施控制框图。
[0038]图3是本专利技术提出的控制方法2具体实施控制框图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0041]本专利技术提供一种基于模块化多电平换流器的新型DC/DC变流器，如图1所示，DC/DC换流器由BOOST升压电路5、级联子模块电路9和滤波电路13连接构成。级联子模块电路9包含N个结构相同的子模块6，每两个子模块6的储能电容的正极性端口由连接二极管7和缓冲电感8连接，其中与BOOST升压电路5直接连接的子模块6编号为1，剩余子模块6依次序编号
为2、3
···
N。子模块6采用半桥结构，每个子模块6由第一功率开关T1、第二功率开关T2，第一二极管D1、第二二极管D2和储能电容C
sm
组成。
[0042]基于如前的基于模块化多电平换流器的新型DC/DC变流器，本专利技术提供两种运行控制方法，下面分别说明：
[0043]方法1：如图2所示，一种基于模块化多电平换流器的新型DC/DC变流器的控制方法，包括如下步骤：
[0044]步骤1：导通BOOST升压电路5的升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DC/DC变流器，其特征在于，所述DC/DC换流器包括BOOST升压电路(5)、级联子模块电路(9)和滤波电路(13)；BOOST升压电路(5)的输入端口连接直流电源(1)，BOOST升压电路(5)的输出端口连接级联子模块电路(9)的输入端口；级联子模块电路(9)的输出端口连接滤波电路(13)的输入端口；滤波电路(13)的输出端口连接高压侧直流网络；级联子模块电路(9)包括N个相同的子模块(6)，相邻的两个子模块(6)之间由连接二极管(7)和缓冲电感(8)跨接。2.根据权利要求1所述的DC/DC变流器，其特征在于，级联子模块电路(9)的连接方式为：第n个子模块(6)的正极性输出端口连接第n+1个子模块(6)的负极性输出端口，第n个子模块(6)的负极性输出端口连接编号第n
‑
1个子模块(6)的正极性输出端口；第n个子模块(6)的储能电容正极性端口经缓冲电感(8)连接二极管的阳极，二极管的阴极连接第n+1个子模块(6)的储能电容正极性端口；其中1<n<N,且n和N均为整数；第1个子模块(6)的储能电容的正、负极性端口构成级联子模块电路(9)的输入端口，第1个子模块(6)的负极性输出端口和第N个子模块(6)的正极性输出端口构成级联子模块电路(9)的输出端口。3.根据权利要求2所述的DC/DC变流器，其特征在于，子模块(6)包括第一功率开关、第二功率开关，第一二极管、第二二极管和储能电容，其中，第一功率开关和第一二极管组成上管，第二功率开关和第二二极管组成下管；第一二极管的阴极连接第一功率开关的集电极，第二二极管的阳极连接第二功率开关的发射极，第二二极管的阴极连接第二功率开关的集电极，第二二极管的阳极连接第二功率开关的发射极，第一功率开关的发射极、第二功率开关的集电极分别与子模块(6)的正极性输出端口连接，第一功率开关的栅极、第二功率开关的栅极分别与控制功率开关的开通与关断的控制电路连接，第二功率开关的发射极与子模块(6)的负极性输出端口连接，第一功率开关的集电极经储能电容与子模块(6)的负极性输出端口连接。4.根据权利要求1所述的DC/DC变流器，其特征在于，所述BOOST升压电路(5)包括储能电感(2)、输入二极管(3)和升压功率开关(4)；储能电感(2)的一侧连接输入二极管(3)的阳极，升压功率开关(4)的集电极连接输入二极管(3)的阳极，升压功率开关(4)的栅极与控制升压功率开关(4)的开通与关断的控制电路连接；储能电感(2)的另一侧和升压功率开关(4)的发射极构成BOOST升压电路(5)的输入端口，输入二极管(3)的阴极和升压功率开关(4)的发射极构成BOOST升压电路(5)的输出端口。5.根据权利要求1所述的DC/DC变流器，其特征在于，滤波电路(13)包括输出二极管(10)、滤波电感(11)和滤波电容(12)；输出二极管(10)的阴极连接滤波电感(11)的一侧，滤波电感(11)的另一侧连接滤波电容(12)的正极性端口；输出二极管(10)的阳极和滤波电容(12)的负极性端口构成滤波电路(13)的输入端口，滤波电容(12)的正、负极性端口构成滤波电路(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓富金，朱康顺，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：