一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器制造技术

技术编号：41059604 阅读：4 留言：0更新日期：2024-04-24 11:10

本发明专利技术公开了一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器，属于宽禁带半导体应用领域。本发明专利技术所述一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器，通过开关电容将系统电压升到更高，一方面可以降低系统的输入电压等级，另一方面可以增大逆变器的输出增益。通过低频开关管利用电压进行低频电平切换得到三电平，同时通过高频开关管将切换得到的电平进行高频调制。用最少的高频开关器件可以实现整个系统的高频化，具有成本低、可靠性高、效率高、安全性好等优势。特别适用光伏发电、电动汽车、医疗设备、工业机械等宽禁带器件应用的领域。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器，属于宽禁带半导体应用领域。

技术介绍

1、随着宽禁带半导体的商业化，高频宽禁带器件由于其优异的性能受到工程师的关注，也给电力电子带来了巨大的技术革新。

2、高频宽禁带器件具有高击穿电场、高热导率、高熔点、高禁带宽度和高电子饱和速度。这些特性使得宽禁带器件更适合于应用在高频、高效和高密度的功率变换当中。高频宽禁带器件虽然已经有商用化产品，但整体价格依然较为昂贵。且由于现在制造工艺的制约，目前主流应用的商业化的高频宽禁带产品击穿电压等级无法与si器件相比。高频宽禁带器件昂贵的价格以及耐压等级低限制导致了其在工业上的应用并不是特别广泛。在多电平变换器中，器件数量庞大，但并非所有器件工作于高开关频率，器件的损耗也不均衡。高频宽禁带器件和si器件混合应用既充分发挥不同器件的优势，提高电路的性能，又在较低的成本下应用宽禁带器件。因此，现阶段研究基于高频宽禁带器件和si器件混合应用的变换器具有重要的意义。

3、开关电容的基本单元由电容和开关器件组成，依靠电容储存能量来实现电压转换。在输入电压较低，逆变器要求高输入电压的应用场景下，一般采用两级变换器。两级式变换器存在器件较多，结构复杂，成本高且效率低等限制。集成开关电容混合型三电平半桥变换器发挥了开关电容的升压能力，输出电平数多，降低了开关器件的电压应力。相比于两级式变换器，集成开关电容变换器具有结构简单，降低变换器损耗等优势。因此，研究集成开关电容式三电平变换器具有重要意义。

技术实现思路

1、本专利技术针对高频宽禁带器件价格昂贵和耐压等级低等问题，提供一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器。

2、所述一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器由直流电源(udc)、第一电容(cdc1)、第二电容(cdc2)、第一开关管(s1)、第二开关管(s2)、第三开关管(s3)、第四开关管(s4)、第五开关管(s5)、第六开关管(s6)、输出滤波电感(lf)、输出滤波电容(cf)以及负载(ro)构成；

3、其中，所述直流电源(udc)的正极与第三开关管(s3)的漏极、第二开关管(s2)的源极、第一电容(cdc1)的一端、第二电容(cdc2)的一端、负载(ro)的一端连接于端点o，所述直流电源(udc)的负极与第四开关管(s4)的源极连接，所述第一电容(cdc1)的一端与第一开关管(s1)的漏极连接于端点p；所述第二电容(cdc2)的另一端与第四开关管(s4)的源极连接于端点n，所述第一开关管(s1)的源极与第二开关管(s2)的漏极、第五开关管(s5)的漏极连接，所述第三开关管(s3)的源极与第四开关管(s4)的漏极、第六开关管(s6)的漏极连接，所述第五开关管(s5)的源极与第六开关管(s6)的漏极连接于端点a；所述输出滤波电容(cf)与负载(ro)并联连接，该并联结构的一端与输出滤波电感(lf)连接，另一端与端点o连接；所述输出滤波电感(lf)的另一端与端点a连接。

4、所述一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器，其特征在于：逆变器输出电压正半周时，所述第一开关管(s1)和第三开关管(s3)保持导通，所述第二开关管(s2)和第四开关管(s4)保持关断，所述第五开关管(s5)和第六开关管(s6)高频开关；逆变器输出电压负半周工作时，所述第一开关管(s1)和第三开关管(s3)保持关断，所述第二开关管(s2)和第四开关管(s4)保持导通，所述第五开关管(s5)和第六开关管(s6)高频开关。

5、本专利技术具有以下有益效果：

6、1)采用宽禁带半导体，工作频率高，可以提升系统的功率密度；

7、2)可以多相并联工作，提高系统的功率等级；

8、3)利用开关电容，可以将系统的输入电压等级降低。

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【技术保护点】

1.一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器，其特征在于：所述一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器由直流电源(Udc)、第一电容(Cdc1)、第二电容(Cdc2)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、输出滤波电感(Lf)、输出滤波电容(Cf)以及负载(Ro)构成；

2.根据权利要求1所述一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器，其特征在于：逆变器输出电压正半周时，所述第一开关管(S1)和第三开关管(S3)保持导通，所述第二开关管(S2)和第四开关管(S4)保持关断，所述第五开关管(S5)和第六开关管(S6)高频开关；逆变器输出电压负半周工作时，所述第一开关管(S1)和第三开关管(S3)保持关断，所述第二开关管(S2)和第四开关管(S4)保持导通，所述第五开关管(S5)和第六开关管(S6)高频开关。

【技术特征摘要】

1.一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器，其特征在于：所述一种集成开关电容混合型三电平半桥变换器由直流电源(udc)、第一电容(cdc1)、第二电容(cdc2)、第一开关管(s1)、第二开关管(s2)、第三开关管(s3)、第四开关管(s4)、第五开关管(s5)、第六开关管(s6)、输出滤波电感(lf)、输出滤波电容(cf)以及负载(ro)构成；

2.根据权利要求1所述一种集成开关电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红飞，韦有辰，田志隆，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：

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