一种双输入全隔离集成变流器制造技术

本发明专利技术公开了一种双输入全隔离集成变流器，它是由第一个前级输入端口的电流型全桥变换电路，第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路，高频隔离变压器和后级整流电路组成。它利用电流型全桥变换器实现输入直流电流源的高频方波逆变，同时在采用的移相PWM控制方式下实现开关管的软开关；利用串联谐振变换器实现输入直流电压源的高频正弦电流变换，利用多绕组的变压器实现输入侧高频方波电流和正弦电流的耦合隔离传输，两个输入端口之间不受变压器电压箝位的影响，变压器的原边绕组电压均为输出电压的折算。并且引入的谐振电感和谐振电容与开关频率同频的串联谐振过程，不仅实现输入电源向谐振电流源的转换，并且在谐振电流的过零点实现了所有功率管的开关切换，降低了电路损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可实现DC-AC-DC能源变换的集成双输入变流器，尤其涉及一种电流源型全桥变换器与串联谐振变换器集成的双输入的三端口 DC/DC变换器。该变换器利用电流型全桥变换器实现输入直流电流源的高频方波逆变，采用串联谐振变换器实现输入电压源的高频正弦电流变换，利用多绕组的变压器实现输入侧高频方波电流和正弦电流的耦合隔离传输的双输入三端口 DC/DC变换器。
技术介绍
随着新能源产品的不断普及，涌现了大量的适用于清洁能源供电的拓扑结构，其中多端口变换器因其自身独具的特性而倍受青睐，由于不同的能源形式、能量存储设备及负载有不同的电压等级和伏安特性，因此这些设备不能直接连接在一起。多端口变换器用一个集中功率处理单元来连接输入源、存储设备和负载，使得控制更便捷，降低了成本，并 且可以从各个新能源获得最大的能量。现存的多端口变换器的拓扑可分为非隔离型电路、半隔离型电路和全隔离型电路三大类，而组成多端口变换器的基本单元有电压型和电流型两大类。人们对于多端口变换器的研究大多集中于由电压型基本单元组成的拓扑，但由于电压型基本单元组成多端口变换器时，常由于变压器绕组的电压箝位作用而造成两个端口向负载传输能量的过程相互影响。一个端口的电压变化，一般会影响到另一个端口的正常工作。而对于电流型输入变换器而言，由于采用的拓扑为电流单向流动结构，无法实现功率的双向传输。利用新能源供电，构成新型电网结构，已经成为一种趋势。而新能源普遍存在功率密度不均匀和电压幅值变化范围大等缺点，如果采用电压型多端口变换器作为电力变换的拓扑，势必需要引入更为复杂的控制方式，来弥补电压幅值变化引起的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服了现有技术中的不足，提出一种双输入DC/DC变换器拓扑一种双输入全隔离集成变流器，它采用电流型全桥变换器实现输入直流电流源的高频方波逆变，同时在采用的移相PWM控制方式下实现开关管的软开关；采用串联谐振变换器实现输入直流电压源的高频正弦电流变换，利用多绕组的变压器实现输入侧高频方波电流和正弦电流的耦合隔离传输，两个输入端口之间不受变压器电压箝位的影响，变压器绕组原边的电压均为输出的电压的折算。并且引入的谐振电感和谐振电容与开关频率同频的串联谐振过程，不仅实现输入电源向谐振电流源的转换，并且在谐振电流的过零点实现了所有功率管的开关切换，降低了电路损耗。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的一种双输入全隔离集成变流器，是由第一个前级电流型全桥变换电路，第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路，高频隔离变压器和后级整流电路组成；第一个前级电流型全桥变换电路采用带有体内反并联二极管的功率开关管Vn、V12> V13、V14和各自串联的功率二极管Dp D2, D3、D4组成具有反向电压阻断能力的电流源型全桥逆变电路，直流输入电源Vio的正极连接输入电感L1的一端，输入电感L1的另一端连接功率二极管D1和D2的阳极，功率二极管D1的阴极连接功率开关管V11的漏极，功率二极管仏的阴极连接功率开关管V12的漏极，功率开关管V11的源极连接功率二极管D3的阳极，功率开关管V12的源极连接功率二极管D4的阳极，功率二极管D3的阴极连接功率开关管V13的漏极，功率二极管D4的阴极连接功率开关管V14的漏极，功率开关管V13和V14的源极连接直流输入电源Vio的负极；该电流型全桥逆变电路可以实现对输入电流的方波逆变的同时，在采用的控制方式下实现所有开关管的软开关；第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路采用由带有体内反并联二极管的功率开关管v21、V22, V23、V24组成的全桥结构，直流输入电源VDe2的正极连接功率开关管V21和V22的漏极，功率开关管V21的源极连接功率开关管V23的漏极，功率开关管V22的源极连接功率开关管V24的漏极，直流输·入电源VDe2的负极与功率开关管V23和V24的源极相连，谐振电感L的一端与功率开关管V21的源极和V23的漏极连接，谐振电感L的另一端与谐振电容(；的一端相串联组成串联谐振槽；该输入端口由四个带体内反并联二极管的功率开关管V21、V22, V23, V24以及由谐振电感和谐振电容组成的串联谐振槽共同组成具有电流反向流动功能的全桥逆变电路，实现输入直流电源向谐振电流源的转换，并在谐振电流过零点实现功率开关器件的切换。上述的说明中的四个带有体内反向二极管的功率晶体管也可以采用体内无二极管的功率器件和二极管组合代替，组成同样结构的全桥电路拓扑；高频隔离变压器由两个原边绕组NpN2和两个副边绕组N3、N4组成，两个原边绕组N1, N2的匝数不同但极性相同，两个副边绕组N3、N4的匝数相同但极性相反，原边绕组N1的同名端与第一个前级电流型全桥变换电路中的功率开关管V11的源极连接，N1的异名端与前级第一个电流源型全桥电路中的功率开关管V12的源极连接；原边绕组队的同名端与第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路的谐振电容(；的另一端连接,N2的异名端与第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路的功率开关管V22的源极连接；高频隔离变压器的副边绕组N3、N4的同名端和异名端与后级整流电路连接；双原边、双副边绕组的高频变压器实现方波电流源和谐振电流源的耦合传输，两个原边绕组K、N2为同极性绕制，分别连接输入侧的两个全桥变换器，并且两个原边绕组的同名端分别接由开关管Vn、V13和V21、V23组成的前桥臂，另一端接由开关管V12、V14和V23、V24组成的后桥臂。两个副边绕组N3、N4为匝数相等的反极性绕制；输出侧采用电容滤波，实现稳定输出电压的目的，省略了输出滤波电感，减小了电路体积的同时也解决了由于滤波电感没有续流回路时造成的电压冲击，并且由于采用电容滤波方式，方便于多模块的并联扩大系统的功率容量；后级的整流电路有三种方案，第一种是采用具有体内反并联二极管的四个功率晶体管v31、V32> V33> V34组合而成的周波变换器结构；第二种是在前一种的基础上将功率开关管v33、V34替换为功率二极管，连接方式与原来体内二极管连接方式相同；第3种为将具有体内反并联二极管的四个功率晶体管v31、V32> V33> V34组合为全桥电路结构，而高频的隔离变压器为双原边绕组、单副边绕组形式，并且副边绕组N3的同名端连接功率晶体管开关管v31>v33组成的前桥臂中点，异名端连接由开关管v32、v34组成的后桥臂中点。这三种连接方式均可以实现负载能量通过后级整流电路、高频隔离变压器以及串联谐振变换器传输到前级第二个输入源，使该双输入DC/DC变换器实现功率的双向传输。具体说明如下方案一；后级整流电路采用具有体内反并联二极管的四个功率晶体管V31、V32、V33、V34组合而成的周波变换器结构，功率管V31的发射极和功率管V32的发射极连接，后级功率管V33的发射极和功率管V34的发射极连接，后级功率管V31的集电极与高频隔离变压器的一副边N3的同名端连接，后级功率管V33的集电极与高频隔离变压器的一副边N3的异名端连接，后级功率管V34的集电极与高频隔离变压器的一副边N4的同名端连接，后级功率管V32的集电极与高频隔离变压器的一副边N4的异名端连接，输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双输入全隔离集成变流器，是由第一个前级电流型全桥变换电路，第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路，高频隔离变压器和后级整流电路组成，其特征在于 第一个前级电流型全桥变换电路采用带有体内反并联二极管的功率开关管vn、v12、V13、V14和各自串联的功率二极管Dp D2, D3、D4组成具有反向电压阻断能力的电流源型全桥逆变电路，直流输入电源Vio的正极连接输入电感L1的一端，输入电感L1的另一端连接功率二极管D1和D2的阳极，功率二极管D1的阴极连接功率开关管V11的漏极，功率二极管D2的阴极连接功率开关管V12的漏极，功率开关管V11的源极连接功率二极管D3的阳极，功率开关管V12的源极连接功率二极管D4的阳极，功率二极管D3的阴极连接功率开关管V13的漏极，功率二极管D4的阴极连接功率开关管V14的漏极，功率开关管V13和V14的源极连接直流输入电源VDa的负极； 第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路采用由带有体内反并联二极管的功率开关管V21、V22、V23、V24组成的全桥结构，直流输入电源VDe2的正极连接功率开关管V21和V22的漏极，功率开关管V21的源极连接功率开关管V23的漏极，功率开关管V22的源极连接功率开关管V24的漏极，直流输入电源Vrc2的负极与功率开关管V23和V24的源极相连，谐振电感Lr的一端与功率开关管V21的源极和V23的漏极连接，谐振电感L的另一端与谐振电容(；的一端相串联组成串联谐振槽； 高频隔离变压器由两个原边绕组Ni、N2和两个副边绕组N3、N4组成，两个原边绕组Ni、N2的匝数不同但极性相同，两个副边绕组乂、队的匝数相同但极性相反，原边绕组N1的同名端与第一个前级电流型全桥变换电路中的功率开关管V11的源极连接，N1的异名端与前级第一个电流源型全桥电路中的功率开关管V12的源极连接；原边绕组队的同名端与第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路的谐振电容(；的另一端连接,N2的异名端与第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路的功率开关管V22的源极连接；高频隔离变压器副边绕组N3、N4的同名端和异名端与后级整流电路连接； 后级整流电路采用具有体内反并联二极管的四个功率晶体管V31、V32> V33、V34组合而成的周波变换器结构，功率管V31的发射极和功率管V32的发射极连接，后级功率管V33的发射极和功率管V34的发射极连接，后级功率管V31的集电极与高频隔离变压器的一副边N3的同名端连接，后级功率管V33的集电极与高频隔离变压器的一副边N3的异名端连接，后级功率管V34的集电极与高频隔离变压器的一副边N4的同名端连接，后级功率管V32的集电极与高频隔离变压器的一副边N4的异名端连接，输出滤波电容C1与负载R1相并联，其一端与后级功率管V31和V32的发射极连接，另一端与后级功率管V33和V34的发射极连接。2.一种双输入全隔离集成变流器，是由第一个前级电流型全桥变换电路，第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路，高频隔离变压器和后级整流电路组成，其特征在于 第一个前级电流型全桥变换电路采用带有体内反并联二极管的功率开关管Vn、V12、V13、V14和各自串联的功率二极管Dp D2, D3、D4组成具有反向电压阻断能力的电流源型全桥逆变电路，直流输入电源Vio的正极连接输入电感L1的一端，输入电感L1的另一端连接功率二极管D1和D2的阳极，功率二极管D1的阴极连接功率开关管V11的漏极，功率二极管D2的阴极连接功率开关管V12的漏极，功率开关管V11的源极连接功率二极管D3的阳极，功率开关管V12的源极连接功率二极管D4的阳极，功率二极管D3的阴极连接功率开关管V13的漏极，功率二极管D4的阴极连接功率开关管V14的漏极，功率开关管V13和V14的源极连接直流输入电源vDa的负极； 第二个前级输入端口的串联谐振全桥变换电路采用由带有体内反并联二极管的功率开关管V21、V22、V23、V24组成的全桥结构，直流输入电源VDe2的正极连接功率开关管V21和V22的漏极，功率开关管V21的源极连接功率开关管V23的漏极，功率开关管V22的源极连接功率开关管V24的漏极，直流输入电源Vrc2的负极与功率开关管V23和V24的源极相连，谐振电感Lr的一端与功率开关管V21的源极和V23的漏极连接，谐振电感L的另一端与谐振电容(；的一端相串...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙孝峰，李昕，张宇环，裴光明，姚帅，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：