基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构及控制方法技术

技术编号：40102421 阅读：65 留言：0更新日期：2024-01-23 17:54

本发明专利技术涉及一种基于频分复用的隔离型单级AC‑DC变换器拓扑结构及控制方法，该结构包括依次连接的交流侧滤波器、交流侧变换器、LLC谐振腔、直流侧变换器和直流侧滤波器，交流侧变换器的交流端复用为工频及高频输出端，通过频分复用方式与交流侧和直流侧实现能量交互，交流侧变换器的直流端连接交流侧直流电容，以将交流侧直流电容电压斩波成占空比可调的高工频混合脉冲电能；LLC谐振腔从交流侧变换器产生的高工频混合脉冲电能波形中分离出高频基波分量，使得流向直流侧变换器的仅有高频电能，LLC谐振腔内设有高频变压器；直流侧变换器则将高频交流电能整流成直流电能。与现有技术相比，本发明专利技术能实现低成本、高功率密度以及高性能的AC‑DC功率变换。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子功率变换器，尤其是涉及一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构及控制方法。

技术介绍

1、由于电动汽车电池充电过程中要求对地绝缘，车载充电机或充电桩充电模块与电网要求高频隔离，因而目前市场对于具备高效率、高功率密度、高可靠性、强抗扰能力及低电流纹波特性的隔离型ac-dc变换器产生了巨大的需求。

2、目前，主流隔离型ac-dc变换器由非隔离型ac-dc变换器和高频隔离型dc-dc变换器两级级联而成。前级主要用于网侧功率因数矫正，后级控制动力电池的充电电压和电流。两级式变换器传输效率为前级ac-dc与后级dc-dc变换器传输效率的乘积，两级损耗及器件多的特点明显制约了车载充电机、充电模块系统效率、功率密度及可靠性的进一步提升。

3、单级式结构则融合了前级ac-dc与后级dc-dc网侧部分，交直流能量转换和电气隔离通过一级电能变换实现。与两级式结构相比，采用单级式变换器可以减少网侧开关管数量、降低开关管损耗及系统复杂度，在传输效率、能量密度及可靠性方面具有更高挖掘潜力。然而，现有的单级式结构通常省略网侧直流稳压电容，这将导致网侧变换器输出电压与电网电压相关，使得系统整体抗干扰能力变弱、系统效率下降、充电电流纹波变大。

技术实现思路

1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构及控制方法，能够解决现有单级结构中系统效率下降、抗干扰能力变弱及充电电流纹波问题。

2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构，包括依次连接的交流侧滤波器、交流侧变换器、llc谐振腔、直流侧变换器和直流侧滤波器，所述llc谐振腔内设置有高频变压器，所述交流侧滤波器的一端连接有交流电源或交流负载，所述交流侧滤波器的另一端连接至交流侧变换器的交流端；

3、所述交流侧变换器的交流端复用为工频及高频输出端，通过频分复用的方式与交流侧和直流侧实现能量交互，所述交流侧变换器的直流端连接有交流侧直流电容，所述交流侧变换器用于将交流侧直流电容电压斩波成占空比可调的高工频混合脉冲电能；

4、所述交流侧直流电容用于调节稳定电压；

5、所述llc谐振腔的一端与交流侧变换器的交流端相连接，所述llc谐振腔的另一端与直流侧变换器相连接，所述llc谐振腔用于从交流侧变换器产生的高工频混合脉冲电能波形中分离出高频基波分量，使得流向直流侧变换器的仅有高频电能；

6、所述高频变压器用于实现高频隔离；

7、所述直流侧变换器用于将高频变压器输出的高频交流电能整流成直流电能；

8、所述直流侧滤波器的输出端与直流电源、电池或直流负载相连接。

9、进一步地，所述交流侧滤波器具体为l或lcl结构。

10、进一步地，所述直流侧滤波器具体为cl结构。

11、进一步地，所述交流电源具体为单相交流电源或三相交流电源。

12、进一步地，所述交流电源为单相交流电源时，所述交流侧变换器由单相全桥组成，所述直流侧变换器由单相全波或全桥整流二极管组成，所述llc谐振腔为单相llc谐振腔。

13、进一步地，所述交流电源为三相交流电源时，所述交流侧变换器由三相全桥组成，所述直流侧变换器由三相全波或全桥整流二极管组成，所述llc谐振腔为三相llc谐振腔。

14、进一步地，所述交流侧变换器内功率开关器件为igbt功率开关器件、sic功率开关器、gan功率开关器或mosfet功率开关器件。

15、进一步地，所述直流侧变换器内二极管具体为硅或碳化硅二极管。

16、一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构的控制方法，采用功率变换控制，用于实现隔离型单级ac-dc变换器功率大小的调整控制。

17、进一步地，所述功率变换控制的具体过程为：改变交流侧变换器的工频调制波的大小与相位，实现与交流电网的功率交互；改变交流侧变换器的开关频率指令，实现直流侧功率大小的调整。

18、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：

19、一、本专利技术通过设置依次连接的交流侧滤波器、交流侧变换器、llc谐振腔、直流侧变换器和直流侧滤波器，并将交流侧变换器的交流端复用为工频及高频输出端，通过频分复用的方式与交流侧和直流侧实现能量交互，还在交流侧变换器的直流端连接有交流侧直流电容，以实现电压稳定，利用交流侧变换器将交流侧直流电容电压斩波成占空比可调的高工频混合脉冲电能；利用llc谐振腔从交流侧变换器产生的高工频混合脉冲电能波形中分离出高频基波分量，使得流向直流侧变换器的仅有高频电能；利用高频变压器实现高频隔离；利用直流侧变换器将高频交流电能整流成直流电能。由此实现一种隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构，能够实现低成本、高功率密度以及高性能的ac-dc功率变换，有效解决现有单级结构中系统效率下降、抗干扰能力变弱及充电电流纹波问题。

20、二、本专利技术设计功率变换控制方案，一方面通过改变交流侧变换器的工频调制波的大小与相位，实现与交流电网的功率交互；另一方面改变交流侧变换器的开关频率指令，实现直流侧功率大小的调整。由此能够稳定可靠地实现隔离型单级ac-dc变换器功率大小的调整控制。

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【技术保护点】

1.一种基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，包括依次连接的交流侧滤波器、交流侧变换器、LLC谐振腔、直流侧变换器和直流侧滤波器，所述LLC谐振腔内设置有高频变压器，所述交流侧滤波器的一端连接有交流电源或交流负载，所述交流侧滤波器的另一端连接至交流侧变换器的交流端；

2.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流侧滤波器具体为L或LCL结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述直流侧滤波器具体为CL结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源具体为单相交流电源或三相交流电源。

5.根据权利要求4所述的一种基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源为单相交流电源时，所述交流侧变换器由单相全桥组成，所述直流侧变换器由单相全波或全桥整流二极管组成，所述LLC谐振腔为单相LLC谐振腔。

6.根据权利

7.根据权利要求5或6所述的一种基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流侧变换器内功率开关器件为IGBT功率开关器件、SiC功率开关器、GaN功率开关器或MOSFET功率开关器件。

8.根据权利要求5或6所述的一种基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构，其特征在于，所述直流侧变换器内二极管具体为硅或碳化硅二极管。

9.一种应用于如权利要求1所述基于频分复用的隔离型单级AC-DC变换器拓扑结构的控制方法，其特征在于，采用功率变换控制，用于实现隔离型单级AC-DC变换器功率大小的调整控制。

10.根据权利要求9所述的一种控制方法，其特征在于，所述功率变换控制的具体过程为：改变交流侧变换器的工频调制波的大小与相位，实现与交流电网的功率交互；改变交流侧变换器的开关频率指令，实现直流侧功率大小的调整。

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【技术特征摘要】

1.一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，包括依次连接的交流侧滤波器、交流侧变换器、llc谐振腔、直流侧变换器和直流侧滤波器，所述llc谐振腔内设置有高频变压器，所述交流侧滤波器的一端连接有交流电源或交流负载，所述交流侧滤波器的另一端连接至交流侧变换器的交流端；

2.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流侧滤波器具体为l或lcl结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述直流侧滤波器具体为cl结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源具体为单相交流电源或三相交流电源。

5.根据权利要求4所述的一种基于频分复用的隔离型单级ac-dc变换器拓扑结构，其特征在于，所述交流电源为单相交流电源时，所述交流侧变换器由单相全桥组成，所述直流侧变换器由单相全波或全桥整流二极管组成，所述llc谐振腔为单相llc谐振腔。

6.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐维溢，曹宇飞，汪雨锋，贺久阳，赵伟杰，杜金博，黄家盛，李锦，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人