一种可双向变换的三相升降压变换器及其控制方法技术

本申请涉及一种可双向变换的三相升降压变换器及其控制方法，它包括交流复合开关桥臂组、储能续流单元和升降压开关单元；交流复合开关桥臂组包括三个由两个等效可控选择开关串联成的辅助桥臂；储能续流单元包括储能续流开关和续流电感，所述储能续流开关两端与交流复合开关辅助桥臂组的两个输出端连接，续流电感与交流复合开关辅助桥臂组的输出端和升降压开关单元的输入端连接；升降压开关单元包括升降压开关回路和第一滤波电容。本发明专利技术解决了现有技术存在的无法满足交直流宽范围或者需要两级变换器多次变换导致损耗大，变换复杂，从而不适宜在体积有限或者成本要求相对较高的场所进行应用的技术问题。的场所进行应用的技术问题。的场所进行应用的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可双向变换的三相升降压变换器及其控制方法


[0001]本申请涉及电力电子
及电池设备领域，具体涉及一种可双向变换的三相升降压变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着当前可再生能源的利用和“碳达峰”，“碳中和”等需求，出现的很多电池储能相关的应用场景，譬如充电桩，家庭储能，商业储能等，当前设备功率越来越大，采用三相供电方式的用电设备也越来越多，同时还要求电源可充可放，可削峰填谷；如电池储能，在能量富裕的时候可以将太阳能以及电网的能量转换为化学能储备在电池中，在能量使用高峰或者需要的时候又将电池中的化学能转换为电能释放到电网中，因此需要设备可以作交直流的双向变换，同时还需满足电池及电网的宽范围。如果电源设备没有功率因数矫正(PFC)功能就会对电网的电能质量破坏很大，严重时甚至会导致电网的瘫痪。为满足电网质量要求，减少对电网的谐波污染或者造成配网不必要的输送负担，三相用电设备必须具备PFC功能或者增加滤波装置，以满足相关法规要求。
[0003]一般来说，对于三相交流输入的整流变换电路，如果需要PFC功能，则通常以两电平或者三电平升压型为主。但升压后，输出电压较高，对后端所接的变换器或者负载使用有所限制，如输入标称三相三线380V的交流电压，输出一般都设定在720V左右，甚至高达800V。当后端输出电压还需要变换器调整时，常规的性能较好的功率管在650V以下，近年有电压稍高且高频开关性能较好的1200V左右的SiC等新型开关器件，但成本高昂；为解决整流变换器后端的直流变换器的功率器件的局限性，同时又兼顾效率及其他因素，近年来降压型的两电平整流变换器也成为研究的热点。如图1所示，M.F.Vancu等人在《Comparative Evaluation of Bidirectional Buck
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Type PFC Converter Systems for Interfacing Residential DC Distribution Systems to the Smart Grid》中提到的可双向变换的降压型PFC变换器电路，a，b，c，d均可以实现交直流的双向变换，每种电路都各自具有特色，但是都有一个共同的缺陷：只能针对降压型，即直流电压低于三相交流输入的最低整流电压，反之，当直流端的电压需要高于三相交流输入的最低整流电压，其无论是作为整流变换或者是作为逆变器变换，该电路均不太适用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种可双向变换的三相升降压变换器及其控制方法，解决现有技术存在的无法满足交直流宽范围或者需要两级变换器多次变换导致损耗大，变换复杂，从而不适宜在体积有限或者成本要求相对较高的场所进行应用的技术问题。
[0005]本专利技术采取的一种技术方案是：一种可双向变换的三相升降压变换器，包括交流复合开关桥臂组、储能续流单元和升降压开关单元；所述交流复合开关桥臂组包括三个由两个等效可控选择开关串联成的辅助桥臂，三个辅助桥臂的正输出端口相互连接，形成交流复合开关辅助桥臂组的正输出端，三个辅助桥臂的负输出端口相互连接，形成交流复合
开关辅助桥臂组的负输出端；三个辅助桥臂中两个等效可控选择开关的串联点作为交流复合开关辅助桥臂组的三个输出端；所述储能续流单元包括储能续流开关和续流电感，所述储能续流开关两端与交流复合开关辅助桥臂组的正输出端和负输出端连接，所述续流电感一端与交流复合开关辅助桥臂组的输出端连接，另一端与升降压开关单元的输入端连接；所述升降压开关单元包括升降压开关回路和第一滤波电容，所述升降压开关回路的输入端作为升降压开关单元的输入端与续流电感连接，输出端与第一滤波电容连接。
[0006]进一步地，所述等效可控选择开关为二极管与高频开关管的串联组合或两个高频开关管反向串联组合，等效可控选择开关根据交流相位导通的需要对高频开关管施加高频PWM驱动信号控制开通与关断，实现有方向选择性的导通连接，并形成对交流的高频脉冲式整流输入及高频逆变导通；所述储能续流开关为开关管或开关管与二极管的串联组合。
[0007]进一步地，所述储能电感是两个为串联关系的续流电感或两个续流电感等效后的等效电感，等效电感的电感值为两个续流电感电感值的总和；当所述储能电感是两个为串联关系的续流电感时，第一续流电感一端与交流复合开关桥臂组的正输出端连接，另一端与升降压开关回路的一个输入端连接，第二续流电感一端与交流复合开关桥臂组的负输出端连接，另一端与升降压开关回路的另一个输入端连接；当所述储能电感是两个续流电感等效后的等效电感时，等效电感一端与交流复合开关桥臂组的其中一个输出端连接，另一端与升降压开关回路的其中一个输入端连接，升降压开关回路的另一个输入端通过导线与交流复合开关桥臂组的另一个输出端连接。
[0008]进一步地，所述升降压开关回路包括两组由二极管和开关管串联而成的支路或者两个串联连接的开关管；
[0009]当升降压开关回路为两组由二极管和开关管串联而成的支路时，第八二极管的阳极和第八开关管的漏极串联成第一支路，第九二极管的阴极和第九开关管的源极串联成第二支路，第八二极管的阳极和第九二极管的阴极作为升降压开关回路的两个输入端与储能续流单元连接，第八二极管的阴极和第九开关管的漏极连接，作为升降压开关回路的一个输出端，第九二极管的阳极和第八开关管的源极连接，作为升降压开关回路的另一个输出端；
[0010]当升降压开关回路为两个串联连接的开关管时，第十一开关管的漏极与第十二开关管的源极串联连接，第十一开关管的漏极和源极作为升降压开关回路的两个输入端与储能续流单元连接，第十一开关管的源极和第十二开关管的漏极作为升降压开关回路的两个输出端与第一滤波电容连接。
[0011]进一步地，所述交流复合开关桥臂组、储能续流单元和升降压开关单元中的开关管为设置有反并联二极管的高频开关管，或者等效为相同功能的高频开关管；所述反并联二极管为集成二极管、寄生二极管或外加二极管。
[0012]进一步地，还包括输入滤波器，所述输入滤波器与所述交流复合开关桥臂组的输入端连接，且在靠近交流复合开关桥臂组侧设置有三个并联的无极电容，所述无极电容之间为星型连接或三角形型连接。
[0013]进一步地，当升降压开关回路为两组由二极管和开关管串联而成的支路时，在整流模式下，储能续流开关等效为一个二极管，用于续流导通；第九开关管或第八开关管不开通，视为开路，第八开关管或者第九开关管做升压管，根据驱动控制做脉冲导通，实现升压；
在逆变模式下，第八开关管或者第九开关管根据驱动控制直通，第九开关管或者第八开关管根据驱动控制做脉冲导通或者直通，实现直流的反向降压输出或者直通输出，储能续流开关等效为一个可控开关管，用作升压管，根据驱动控制做脉冲导通，做直流的反向升压导通；
[0014]当升降压开关回路为两个串联连接的开关管时，在整流模式下，储能续流开关和第十二开关管做续流二极管使用，用于续流导通；第十一开关管做升压管使用，根据驱动控制做脉冲导通，实现升压；在逆变模式下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可双向变换的三相升降压变换器，其特征在于，包括交流复合开关桥臂组、储能续流单元和升降压开关单元；所述交流复合开关桥臂组包括三个由两个等效可控选择开关串联成的辅助桥臂，三个辅助桥臂的正输出端口相互连接，形成交流复合开关辅助桥臂组的正输出端，三个辅助桥臂的负输出端口相互连接，形成交流复合开关辅助桥臂组的负输出端；三个辅助桥臂中两个等效可控选择开关的串联点作为交流复合开关辅助桥臂组的三个输出端；所述储能续流单元包括储能续流开关和续流电感，所述储能续流开关两端与交流复合开关辅助桥臂组的正输出端和负输出端连接，所述续流电感一端与交流复合开关辅助桥臂组的输出端连接，另一端与升降压开关单元的输入端连接；所述升降压开关单元包括升降压开关回路和第一滤波电容，所述升降压开关回路的输入端作为升降压开关单元的输入端与续流电感连接，输出端与第一滤波电容连接。2.根据权利要求1所述的一种可双向变换的三相升降压变换器，其特征在于，所述等效可控选择开关为二极管与高频开关管的串联组合或两个高频开关管反向串联组合，等效可控选择开关根据交流相位导通的需要对高频开关管施加高频PWM驱动信号控制开通与关断，实现有方向选择性的导通连接，并形成对交流的高频脉冲式整流输入及高频逆变导通；所述储能续流开关为开关管或开关管与二极管的串联组合。3.根据权利要求1所述的一种可双向变换的三相升降压变换器，其特征在于，所述储能电感是两个为串联关系的续流电感或两个续流电感等效后的等效电感，等效电感的电感值为两个续流电感电感值的总和；当所述储能电感是两个为串联关系的续流电感时，第一续流电感一端与交流复合开关桥臂组的正输出端连接，另一端与升降压开关回路的一个输入端连接，第二续流电感一端与交流复合开关桥臂组的负输出端连接，另一端与升降压开关回路的另一个输入端连接；当所述储能电感是两个续流电感等效后的等效电感时，等效电感一端与交流复合开关桥臂组的其中一个输出端连接，另一端与升降压开关回路的其中一个输入端连接，升降压开关回路的另一个输入端通过导线与交流复合开关桥臂组的另一个输出端连接。4.根据权利要求1所述的一种可双向变换的三相升降压变换器，其特征在于，所述升降压开关回路包括两组由二极管和开关管串联而成的支路或者两个串联连接的开关管；当升降压开关回路为两组由二极管和开关管串联而成的支路时，第八二极管的阳极和第八开关管的漏极串联成第一支路，第九二极管的阴极和第九开关管的源极串联成第二支路，第八二极管的阳极和第九二极管的阴极作为升降压开关回路的两个输入端与储能续流单元连接，第八二极管的阴极和第九开关管的漏极连接，作为升降压开关回路的一个输出端，第九二极管的阳极和第八开关管的源极连接，作为升降压开关回路的另一个输出端；当升降压开关回路为两个串联连接的开关管时，第十一开关管的漏极与第十二开关管的源极串联连接，第十一开关管的漏极和源极作为升降压开关回路的两个输入端与储能续流单元连接，第十一开关管的源极和第十二开关管的漏极作为升降压开关回路的两个输出端与第一滤波电容连接。5.根据权利要求1所述的一种可双向变换的三相升降压变换器，其特征在于，所述交流复合开关桥臂组、储能续流单元和升降压开关单元中的开关管为设置有反并联二极管的高频开关管，或者等效为相同功能的高频开关管；所述反并联二极管为集成二极管、寄生二极管或外加二极管。
6.根据权利要求1所述的一种可双向变换的三相升降压变换器，其特征在于，还包括输入滤波器，所述输入滤波器与所述交流复合开关桥臂组的输入端连接，且在靠近交流复合开关桥臂组侧设置有三个并联的无极电容，所述无极电容之间为星型连接或三角形型连接。7.根据权利要求4所述的一种可双向变换的三相升降压变换器，其特征在于，当升降压开关回路为两组由二极管和开关管串联而成的支路时，在整流模式下，储能续流开关等效为一个二极管，用于续流导通；第九开关管或第八开关管不开通，视为开路，第八开关管或者第九开关管做升压管，根据驱动控制做脉冲导通，实现升压；在逆变模式下，第八开关管或者第九开关管根据驱动控制直通，第九开关管或者第八开关管根据驱动控制做脉冲导通或者直通，实现直流的反向降压输出或者直通输出，储能续流开关等效为一个可控开关管，用作升压管，根据驱动控制做脉冲导通，做直流的反向升压导通；当升降压开关回路为两个串联连接的开关管时，在整流模式下，储能续流开关和第十二开关管做续流二极管使用，用于续流导通；第十一开关管做升压管使用，根据驱动控制做脉冲导通，实现升压；在逆变模式下，第十一开关管做续流二极管使用，用于续流导通；第十二开关管根据驱动控制做脉冲导通或者直通，实现直流的反向降压输出或者直通输出；储能续流开关用于做升压管，根据控制做脉冲导通，做直流的反向升压导通。8.一种可双向变换的三相升降压变换器的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1~7任一权利要求所述的三相升降压变换器，包括以下步骤：S100：确定工作模式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，陈乾宏，李婞慧，
申请(专利权)人：深圳市迪威电气有限公司，
类型：发明
国别省市：