專(zhuān)利名稱(chēng)：基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子變換技術(shù)，特別是一種基于反激變換器的多模塊串并聯(lián)組合 交-交變換器。
背景技術(shù)：
交-交(AC-AC)變換技術(shù)是應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，將某一頻率和幅值的交流電能 轉(zhuǎn)換成同一或另一頻率和幅值的交流電能的一種變流技術(shù)，廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、工礦企業(yè)、 科研院所、大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和日常生活中。迄今為止，國(guó)內(nèi)外電力電子研究人員對(duì)于交-交變換器的研究，主要集中在非電 氣隔離式、低頻和高頻電氣隔離式等兩電平交-交和多電平交-交變換器的研究；對(duì)于多模 塊串并聯(lián)組合式變換器的研究，主要集中在直流變換器和逆變器，且大多僅局限于單向功 率流變換，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量的回饋，而對(duì)于多模塊串并聯(lián)組合交-交變換器的研究則非常少。 交-直-交型多電平交-交變換器("A new AC/AC multilevel converter family”，IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2005, Vol. 52, No. 3, pp. 662 669.)禾口交-交 型三電平交-交變換器雖然各具優(yōu)點(diǎn)，但它們存在需要輔助箝位開(kāi)關(guān)、電路拓?fù)鋸?fù)雜、控制 策略復(fù)雜、不能減少電流應(yīng)力等缺點(diǎn)。它們較不適用于輸入輸出其中一側(cè)為低壓大電流的 場(chǎng)合。陳道煉等人對(duì)高頻交流環(huán)節(jié)交-交變換器進(jìn)行了并聯(lián)擴(kuò)容的仿真研究(AC-AC變換 技術(shù)[M].北京科學(xué)出版社，2009.)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種功率開(kāi)關(guān)電壓或電流應(yīng)力較低，濾波器體積較小，電 路拓?fù)漭^簡(jiǎn)潔、控制較簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)較方便、便于模塊化且更適用于輸入輸出側(cè)電壓不 等的電能變換場(chǎng)合的交-交變換器。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種基于反激變換器的多模塊組合交-交變 換器，包括輸入交流電源、輸入濾波電路，該輸入濾波電路包括輸入濾波電感和輸入濾波電 容，由依次連接的輸入交流電源、輸入濾波電路、多模塊組合變換器和輸出交流負(fù)載構(gòu)成， 該變換器將高壓或低壓交流電變換成穩(wěn)定或可調(diào)的同頻高壓或低壓正弦交流電，并減少功 率變換級(jí)數(shù)，實(shí)現(xiàn)高頻電氣隔離，適用于高壓或大電流交-交變換場(chǎng)合，即該輸入濾波電路 對(duì)輸入高壓或低壓交流電源濾波，所述的多模塊組合變換器將經(jīng)輸入濾波電路濾波后的輸 入電壓變換為穩(wěn)定或可調(diào)的同頻高壓或低壓正弦交流電，該多模塊組合變換器輸出端與負(fù) 載相連，該多模塊組合變換器包括多個(gè)基本功率變換單元、一個(gè)輸入分壓電路和一個(gè)輸出 濾波電路，該基本功率變換單元包括兩個(gè)四象限功率開(kāi)關(guān)模塊和一個(gè)接在二者之間的高頻 儲(chǔ)能變壓器，該四象限功率開(kāi)關(guān)模塊包括四象限功率開(kāi)關(guān)及其緩沖電路和驅(qū)動(dòng)電路，該高 頻儲(chǔ)能變壓器包括耦合的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組；該多模塊組合變換器中的各基本功率變換 單元的功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)通時(shí)刻相位依次滯后2 π /N，增大了輸出濾波電容前的電流紋波頻率， 經(jīng)濾波電路濾波，從而在負(fù)載上得到正弦交流電壓，其中N為大于1的整數(shù)，χ為大于或等于1且小于或等于N的整數(shù)，P指變換器輸入側(cè)，s變換器輸出側(cè)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)由于采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)的基本功率變換單 元串并聯(lián)組合而成，只需設(shè)計(jì)一次變壓器和四象限功率開(kāi)關(guān)模塊，設(shè)計(jì)與制造更方便；(2) 與三電平和多電平電路相比，由于采用基本的兩電平功率變換單元組合而成，因而功率器 件較少，功率電路拓?fù)漭^簡(jiǎn)潔，控制邏輯較簡(jiǎn)單，工作更可靠；(3)各基本功率變換單元的 功率開(kāi)關(guān)交錯(cuò)開(kāi)關(guān)，提高了電壓與電流紋波頻率，從而減小了濾波器體積與重量。(4)由于 采用串聯(lián)或并聯(lián)連接，功率開(kāi)關(guān)電壓或電流應(yīng)力較低。(5)由于各基本功率變換單元是單四 象限功率開(kāi)關(guān)電流源高頻交流環(huán)節(jié)交-交變換器，具有高頻電氣隔離、兩級(jí)功率變換(低頻 交流LFAC-高頻交流HFAC-低頻交流LFAC)、雙向功率流的優(yōu)點(diǎn)。(6)三種不同的組合方式 分別適用于輸入輸出側(cè)電壓均較高的交-交變換場(chǎng)合，輸入側(cè)電壓較低輸出側(cè)電壓較高 的交-交變換場(chǎng)合，和輸入側(cè)電壓較高輸出側(cè)電壓較低的交-交變換場(chǎng)合。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的電路結(jié)構(gòu)圖。圖1中的標(biāo)號(hào)名稱(chēng)為1-輸入濾波電路；2-多模塊組合變換器。圖2是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的輸入并聯(lián)輸出串聯(lián) (IPOS)組合拓?fù)鋱D。圖3是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的輸入串聯(lián)輸出并聯(lián) (ISOP)組合拓?fù)鋱D。圖4是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的輸入串聯(lián)輸出串聯(lián) (ISOS)組合拓?fù)鋱D。圖5是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的四種工作模式的示意 圖。圖5(a)是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的工作模式A的示 意圖。圖5(b)是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的工作模式B的示 意圖。圖5(c)是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的工作模式C的示 意圖。圖5(d)是本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器的工作模式D的示 意圖。圖6 (a) (e)是本發(fā)明具有兩基本功率變換單元的多模塊組合交-交變換器的 仿真波形圖。圖1-圖5中的主要符號(hào)名稱(chēng)DB_輸入分壓電路，OFB-輸出濾波電路，CB1 CBn-基本功率變換單元，Zf負(fù)載，G^5 (^p-初級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)模塊，Gls Glfe-次級(jí)四象 限功率開(kāi)關(guān)模塊，Slp 初級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)，Sls Sns-次級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)，Slpa SNpa、Slpb SNpb、Slsa SNsa、Slsb SNsb-反向并聯(lián)二極管的單向功率開(kāi)關(guān)，T1 Tn-高頻變壓 器，N11 Nni-初級(jí)繞組，N12 Nn2-次級(jí)繞組，Li-輸入濾波電感，Ci-輸入濾波電容，Cdl Ctffl-輸入分壓電容，Cfl Cffl-輸出濾波電容，Ui-輸入交流電源，u。_輸出交流電壓，i。_輸 出電流，iLi"輸入濾波電感Li電流，iDBi-多模塊組合變換器2輸入電流，Uci-輸入濾波電容 Ci電壓，Ufflli u。BNi-基本功率變換單元輸入側(cè)電壓，iL11 im_基本功率變換單元輸入側(cè) 電流，Ufflltj uraN。_基本功率變換單元輸出側(cè)電壓，iL12 iM2_基本功率變換單元輸出側(cè)電 流。上述下標(biāo)中的N為大于1的整數(shù)。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明將基于反激變換器工作原理工作的電流源型高頻交流環(huán)節(jié) 交-交變換器作為基本功率變換單元進(jìn)行串并聯(lián)組合，得到基于反激變換器的多模塊組合 交-交變換器。該基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器包括輸入交流電源Ui、輸入 濾波電路1，該輸入濾波電路1包括輸入濾波電感Li和輸入濾波電容Ci,由依次連接的輸入 交流電源W、輸入濾波電路1、多模塊組合變換器2和輸出交流負(fù)載\構(gòu)成，該變換器將高 壓或低壓交流電變換成穩(wěn)定或可調(diào)的同頻高壓或低壓正弦交流電，并減少功率變換級(jí)數(shù)， 實(shí)現(xiàn)高頻電氣隔離，適用于高壓或大電流交-交變換場(chǎng)合，即輸入濾波電路1包括輸入濾波 電感Li和輸入濾波電容Ci,該輸入濾波電路1對(duì)輸入高壓或低壓交流電源Ui濾波，所述的 多模塊組合變換器2將經(jīng)輸入濾波電路1濾波后的輸入電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定或可調(diào)的同頻高壓 或低壓正弦交流電，該多模塊組合變換器2輸出端與負(fù)載&相連，該多模塊組合變換器2包 括多個(gè)基本功率變換單元CB1 CBn、一個(gè)輸入分壓電路DB和一個(gè)輸出濾波電路0FB，該基 本功率變換單元CB1 CBn分別包括兩個(gè)四象限功率開(kāi)關(guān)模塊Gxp、(^和一個(gè)接在二者之間 的高頻儲(chǔ)能變壓器Tx，該四象限功率開(kāi)關(guān)模塊Gxp或Gxs包括四象限功率開(kāi)關(guān)、或Sxs及其 緩沖電路和驅(qū)動(dòng)電路，該高頻儲(chǔ)能變壓器Tx包括耦合的初級(jí)繞組t和次級(jí)繞組Nx2。該多 模塊組合變換器2中的各基本功率變換單元(CB1 CBn)的功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)通時(shí)刻相位依次 滯后2 π /N，增大了輸出濾波電容前的等效電流紋波頻率，經(jīng)濾波電路OFB濾波，從而在負(fù) 載\上得到正弦交流電壓11。。，其中N為大于1的整數(shù)，χ為大于或等于1且小于或等于N 的整數(shù)，P指變換器輸入側(cè)，s變換器輸出側(cè)。上述的“高壓”和“低壓”分別是指，相對(duì)于所 采用的功率開(kāi)關(guān)的額定電壓較高或較低的電壓?！按箅娏鳌笔侵福鄬?duì)于所采用的功率開(kāi)關(guān) 的額定電流較大的電流?！胺€(wěn)定或可調(diào)”是指，可通過(guò)變換器控制電路調(diào)節(jié)各基本功率變換 單元的功率開(kāi)關(guān)的占空比調(diào)節(jié)輸出正弦交流電壓的幅值或使其保持恒定。圖2是本發(fā)明適用于高頻電氣隔離的低輸入電壓大電流輸出高電壓交-交變換場(chǎng) 合的輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)IPOS組合交-交變換器電路拓?fù)?，即輸入低壓交流電源Ui的一端與 輸入濾波電感Li 一端連接，該輸入濾波電感Li的另一端與輸入濾波電容Ci的一端連接，兩 者接頭處引出線(xiàn)與所有高頻變壓器T1 Tn的初級(jí)繞組N11 的一端連接；該第一高頻 變壓器T1的初級(jí)繞組N11的另一端與初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)S^的一端連接；……；該第 N高頻變壓器Tn的初級(jí)繞組K1的另一端與初級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Snp的一端連接；該輸 入濾波電容Ci的另一端與所有初級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)S^5 Snp的另一端連接，該輸入濾波電 容Ci的另一端與所有初級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)S^ Snp的另一端接頭處引出線(xiàn)與低壓交流電 源Ui的另一端連接；所述的輸入濾波電感Li和輸入濾波電容Ci構(gòu)成輸入濾波電路1 ；該第 一高頻變壓器T1的次級(jí)繞組N12的一端與第一輸出濾波電容Cfl的一端連接，兩者接頭處引 出線(xiàn)與負(fù)載\的一端連接；該第一高頻變壓器T1的次級(jí)繞組N12的另一端與次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)Sls的一端連接；該次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)Sls的另一端與第一輸出濾波電容 Cfl的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第二高頻變壓器T2的次級(jí)繞組隊(duì)2的一端及第二輸 出濾波電容Cf2的一端連接；……；該第i高頻變壓器Ti的次級(jí)繞組Ni2的另一端與次級(jí)第 i四象限功率開(kāi)關(guān)Sis的一端連接；該次級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)Sis的另一端與第i輸出濾 波電容Cfi的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第i+Ι高頻變壓器T(i+1)的次級(jí)繞組N(i+1)2的 一端及第i+Ι輸出濾波電容Cf(i+1)的一端連接；……；該第N-I高頻變壓器Tm的次級(jí)繞 組N(n_1)2的另一端與次級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)S(n_1)s的一端連接；該次級(jí)第N-I四象限功 率開(kāi)關(guān)S(N_1)s的另一端與第N-I輸出濾波電容Cffrl)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第 N高頻變壓器Tn的次級(jí)繞組Nn2的一端及第N輸出濾波電容CfN的一端連接；該第N高頻變 壓器Tn的次級(jí)繞組Nn2的另一端與次級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Sns的一端連接；該次級(jí)第N四 象限功率開(kāi)關(guān)、s的另一端與第N輸出濾波電容Cffl的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與負(fù) 載4的另一端連接；所述的四象限功率開(kāi)關(guān)、或Sxs及其緩沖電路與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成四象限 功率開(kāi)關(guān)模塊Gxp或Gxs ；所述的初級(jí)第χ四象限功率開(kāi)關(guān)模塊Gxp、第χ高頻變壓器Tx和次 級(jí)第χ四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(ixs構(gòu)成第χ基本功率變換單元CBx ；所述的所有輸出濾波電容 Cfl CfN構(gòu)成輸出濾波電路OFB ；所述的所有基本功率變換單元CB1 CBn和輸出濾波電路 OFB構(gòu)成輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(IP0Q多模塊組合變換器2 ；所述的輸入交流電源Ui、輸入濾波 電路1和輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(IPOS)多模塊組合變換器2構(gòu)成輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(IPOS)組 合交-交變換器。 圖3是本發(fā)明適用于高頻電氣隔離的高輸入電壓低輸出電壓大電流交-交變換場(chǎng) 合的輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(ISOP)組合交-交變換器電路拓?fù)?，即輸入高壓交流電源Ui的一 端與輸入濾波電感Li 一端連接，該輸入濾波電感Li的另一端與輸入濾波電容Ci的一端連 接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第一高頻變壓器T1的初級(jí)繞組N11的一端及第一輸入分壓電容Cdl 的一端連接；該第一高頻變壓器T1的初級(jí)繞組N11的另一端與初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)Slp 的一端連接，該初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)S^的另一端與第一輸入分壓電容Cdl的另一端連 接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第二高頻變壓器T2的初級(jí)繞組R1的一端及第二輸入分壓電容Cd2 的一端連接；……；該第i高頻變壓器Ti的初級(jí)繞組Nil的另一端與初級(jí)第i四象限功率 開(kāi)關(guān)Sip的一端連接，該初級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)的另一端與第i輸入分壓電容Cdi的另 一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第i+Ι高頻變壓器T(i+1)的初級(jí)繞組N(i+1)1的一端及第i+1 輸入分壓電容Cd(i+1)的一端連接；……；該第N-I高頻變壓器Tfrl)的初級(jí)繞組N(N_m的另 一端與初級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)S(N_1)P的一端連接，該初級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)Sfrl) P的另一端與第N-I輸入分壓電容Cdfrl)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第N高頻變壓 器Tn的初級(jí)繞組Nni的一端及第N輸入分壓電容Ctffl的一端連接；該第N高頻變壓器Tn的 初級(jí)繞組K1的另一端與初級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Snp的一端連接，該初級(jí)第N四象限功率 開(kāi)關(guān)Snp的另一端與第N輸入分壓電容CdN的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與輸入濾波電 容Ci的另一端及輸入高壓交流電源Ui的另一端連接；所述的輸入濾波電感Li和輸入濾波 電容Ci構(gòu)成輸入濾波電路1 ；所述的輸入分壓電容Cdl CdN構(gòu)成輸入分壓電路DB ；該第一 高頻變壓器T1的次級(jí)繞組N12 —端與次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)Sls的一端連接；……；該第 N高頻變壓器Tn的次級(jí)繞組Nn2 —端與次級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Sns的一端連接；所有次級(jí) 四象限功率開(kāi)關(guān)Sls Sns的另一端與輸出濾波電容Cf的一端及負(fù)載\的一端連接；該輸
9出濾波電容Cf的另一端與所有高頻變壓器T1 Tn的次級(jí)繞組N12 Nn2的另一端及負(fù)載T^ 的另一端連接；所述的四象限功率開(kāi)關(guān)Sxp或Sxs及其緩沖電路與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成四象限功率 開(kāi)關(guān)模塊Gxp或Gxs ；所述的輸出濾波電容Cf構(gòu)成輸出濾波電路OFB ；所述的初級(jí)第χ四象 限功率開(kāi)關(guān)模塊Gxp、第χ高頻變壓器Tx和次級(jí)第χ四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(}xs構(gòu)成第χ基本 功率變換單元CBx ；所述的所有基本功率變換單元CB1 CBn、輸入分壓電路DB和輸出濾波 電路OFB構(gòu)成輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(ISOP)多模塊組合變換器2;所述的輸入電源交流電Ui、 輸入濾波電路1和輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(ISOP)多模塊組合變換器2構(gòu)成輸入串聯(lián)輸出并聯(lián) (ISOP)組合交-交變換器。 圖4是本發(fā)明適用于高頻電氣隔離的高輸入電壓高輸出電壓交-交變換場(chǎng)合的輸 入串聯(lián)輸出串聯(lián)(IS0Q組合交-交變換器電路拓?fù)?，即輸入高壓交流電源Ui的一端與輸 入濾波電感Li 一端連接，該輸入濾波電感Li的另一端與輸入濾波電容Ci的一端連接，兩者 接頭處引出線(xiàn)與第一高頻變壓器T1的初級(jí)繞組N11的一端及第一輸入分壓電容Cdl的一端 連接；該第一高頻變壓器T1的初級(jí)繞組N11的另一端與初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)Slp的一端 連接，該初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)另一端與第一輸入分壓電容Ctll的另一端連接，兩者 接頭處引出線(xiàn)與第二高頻變壓器T2的初級(jí)繞組N21的一端及第二輸入分壓電容Cd2的一端 連接；……；該第i高頻變壓器Ti的初級(jí)繞組Nil的另一端與初級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)Sip 的一端連接，該初級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)的另一端與第i輸入分壓電容Cdi的另一端連 接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第i+Ι高頻變壓器T(i+1)的初級(jí)繞組N(i+m的一端及第i+Ι輸入分 壓電容Cd(i+1)的一端連接；……；該第N-I高頻變壓器Tfrl)的初級(jí)繞組N(N_m的另一端與 初級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)S(N_1)P的一端連接，該初級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)S(N_1)P的另一 端與第N-I輸入分壓電容Cdfrl)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第N高頻變壓器Tn的 初級(jí)繞組Nni的一端及第N輸入分壓電容CdN的一端連接；該第N高頻變壓器Tn的初級(jí)繞組 Nni的另一端與初級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Snp的一端連接，該初級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Snp的 另一端與第N輸入分壓電容Ctffl的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與輸入濾波電容(；的另一 端及輸入高壓交流電源Ui的另一端連接；所述的輸入濾波電感Li和輸入濾波電容Ci構(gòu)成 輸入濾波電路1 ；所述的輸入分壓電容Cdl CdN構(gòu)成輸入分壓電路DB ；該第一高頻變壓器 T1的次級(jí)繞組N12的一端與第一輸出濾波電容Cfl的一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與負(fù)載& 的一端連接；該第一高頻變壓器T1的次級(jí)繞組N12的另一端與次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)Sls 的一端連接；該次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)Sls的另一端與第一輸出濾波電容Cfl的另一端連 接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第二高頻變壓器T2的次級(jí)繞組隊(duì)2的一端及第二輸出濾波電容Cf2 的一端連接；……；該第i高頻變壓器Ti的次級(jí)繞組Ni2的另一端與次級(jí)第i四象限功率 開(kāi)關(guān)Sis的一端連接；該次級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)Sis的另一端與第i輸出濾波電容Cfi的另 一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第i+Ι高頻變壓器T(i+1)的次級(jí)繞組N(i+m的一端及第i+1 輸出濾波電容Cf(i+1)的一端連接；……；該第N-I高頻變壓器Tfrl)的次級(jí)繞組N(n_1)2的另 一端與次級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)S(N_1)s的一端連接；該次級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)Sfrl) s的另一端與第N-I輸出濾波電容Cffrl)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第N高頻變壓 器Tn的次級(jí)繞組Nn2的一端及第N輸出濾波電容Cffl的一端連接；該第N高頻變壓器Tn的 次級(jí)繞組Nn2的另一端與次級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Sns的一端連接；該次級(jí)第N四象限功率 開(kāi)關(guān)Sns的另一端與第N輸出濾波電容Cffl的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與負(fù)載T^的另一端連接；所述的四象限功率開(kāi)關(guān)Sxp或及其緩沖電路與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成四象限功率開(kāi)關(guān) 模塊Gxp或Gxs ；所述的初級(jí)第χ四象限功率開(kāi)關(guān)模塊Gxp、第χ高頻變壓器Tx和次級(jí)第χ四 象限功率開(kāi)關(guān)模塊構(gòu)成第χ基本功率變換單元CBx ；所述的所有輸出濾波電容Cfl CfN 構(gòu)成輸出濾波電路OFB ；所述的所有基本功率變換單元CB1 CBn、輸出濾波電路OFB和輸入 分壓電路DB構(gòu)成輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)(ISOS)多模塊組合變換器2 ；所述的輸入交流電源Ui、 輸入濾波電路1和輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)(IS0Q多模塊組合變換器2構(gòu)成輸入串聯(lián)輸出串聯(lián) (ISOS)組合交-交變換器。上述的基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器，每個(gè)四象限功率開(kāi)關(guān)、或 Sxs均由兩個(gè)并聯(lián)反向二極管的單向的功率開(kāi)關(guān)反向串聯(lián)而構(gòu)成承受正向、反向的電壓應(yīng)力 和電流應(yīng)力的開(kāi)關(guān)。該四象限功率開(kāi)關(guān)Sxp或Sxs及其緩沖電路和驅(qū)動(dòng)電路共同構(gòu)成四象限 功率開(kāi)關(guān)模塊Gxp或(ixs。每個(gè)功率變換單元CBx，由依次連接的初級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)模塊Gxp、 高頻儲(chǔ)能變壓器Tx和次級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(ixs構(gòu)成，并基于反激變換器的工作原理對(duì) 分散開(kāi)的功率流進(jìn)行變換。每個(gè)多模塊組合變換器2由依次連接的輸入分壓電路DB、多個(gè) 基本功率變換單元CBx和輸出濾波電路OFB構(gòu)成，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合選取不同輸入分壓電路DB 將輸入電壓分壓為適合基本功率變換單元CBx的電壓或輸入電流分流為適合基本功率變換 單元CBx的電流，各基本功率變換單元CB1 CBn的功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)通時(shí)刻相位依次滯后2 π / N，其輸出高頻脈動(dòng)電流經(jīng)合適的輸出濾波電路OFB濾波后輸出高壓或低壓正弦交流電。本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器采用脈寬調(diào)制斬波控制方式。 本發(fā)明基于反激變換器的輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)交-交變換器，當(dāng)?shù)蛪航涣麟娫聪蜇?fù)載傳遞功 率時(shí)，多模塊組合變換器中的分壓電路將濾波后的輸入電流分流為N份而電壓相同，各基 本功率變換單元以單四象限開(kāi)關(guān)反激變換器原理工作，在輸出側(cè)得到調(diào)制后的高頻脈動(dòng)電 流，各基本功率變換單元輸出側(cè)串聯(lián)經(jīng)輸出濾波電路濾波得到穩(wěn)定或可調(diào)的同頻、正弦交 流輸出電壓，其輸出電壓值是各基本功率變換單元輸出電壓之和。本發(fā)明基于反激變換器 的輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)交-交變換器，當(dāng)高壓交流電源向負(fù)載傳遞功率時(shí)，多模塊組合變換 器中的分壓電路將濾波后的輸入高電壓分壓為N份而電流相同，由N個(gè)基本功率變換單元 分別處理，各基本功率變換單元以單四象限開(kāi)關(guān)反激變換器原理工作，在輸出側(cè)得到調(diào)制 后的高頻脈動(dòng)電流，各基本功率變換單元輸出側(cè)并聯(lián)經(jīng)輸出濾波電路濾波得到穩(wěn)定或可調(diào) 的同頻、正弦交流輸出電壓，其輸出電流值是各基本功率變換單元輸出電流之和。本發(fā)明 基于反激變換器的輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)交-交變換器，當(dāng)高壓交流電源向負(fù)載傳遞功率時(shí)， 多模塊組合變換器中的分壓電路將濾波后的輸入高電壓分壓為N份而電流相同，由N個(gè)基 本功率變換單元分別處理，各基本功率變換單元以單四象限開(kāi)關(guān)反激變換器原理工作，在 輸出側(cè)得到調(diào)制后的高頻脈動(dòng)電流，各基本功率變換單元輸出側(cè)串聯(lián)經(jīng)輸出濾波電路濾波 得到穩(wěn)定或可調(diào)的同頻、正弦交流輸出電壓，其輸出電壓值是各基本功率變換單元輸出電 壓之和。各基本功率變換單元獨(dú)立工作，但各功率變換單元的功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)時(shí)間依次錯(cuò) 開(kāi)，從而增大變換器輸入和輸出側(cè)電壓或電流紋波頻率，減小濾波器體積和重量。根據(jù)輸入 濾波電路輸出電壓和各基本功率變換單元輸出電流方向，其功率開(kāi)關(guān)有四種工作模式，每 種工作模式下每個(gè)基本功率變換單元只有一個(gè)功率開(kāi)關(guān)高頻斬波，其他功率開(kāi)關(guān)常通或截 止。通過(guò)控制各基本功率變換單元中處于高頻開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的功率開(kāi)關(guān)的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì) 輸出電壓的調(diào)節(jié)和各基本功率變換單元的均壓均流。
本發(fā)明的電路的具體工作原理及功率開(kāi)關(guān)的工作方式將在下面介紹。下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5來(lái)敘述本發(fā)明的三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的具體工作原理。本發(fā)明基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器采用脈寬調(diào)制斬波控制方式。 圖2所示是本發(fā)明基于反激變換器的輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)交-交變換器，當(dāng)?shù)蛪航涣麟娫碪i 向負(fù)載4傳遞功率時(shí)，多模塊組合變換器2中的分壓電路DB將濾波后的輸入電流iDBi分流 為各基本功率變換單元CB1 CBn的輸入側(cè)電流iul iM1，即iDBi = iul+…+im，而各基本 功率變換單元CB1 ( 輸入側(cè)電壓Ufflli Ufflm與輸入濾波電容電壓ua相等，即uCBli =… =Ucrai = ura，各基本功率變換單元CB1 CBn以單四象限開(kāi)關(guān)反激變換器原理工作，在其輸 出側(cè)得到調(diào)制后的高頻脈動(dòng)輸出側(cè)電流iU2 iM2，各基本功率變換單元CB1 C 輸出側(cè) 串聯(lián)經(jīng)輸出濾波電路OFB濾波得到穩(wěn)定或可調(diào)的同頻、正弦交流輸出電壓u。，其值是各基本 功率變換單元CB1 CBn輸出側(cè)電壓Ufflltj uCBN。之和，即u。= CB1。+…+uCBN。。本發(fā)明基于反 激變換器的輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)交-交變換器，當(dāng)高壓交流電源Ui向負(fù)載\傳遞功率時(shí)，多 模塊組合變換器2中的分壓電路DB將濾波后的高電壓值濾波電容電壓分壓為各基本功 率變換單元CB1 CBn的輸入側(cè)電壓Ufflli uCBNi，即uCi = uCBli+…+Ucrai,而各基本功率變換 單元CB1 OTn輸入側(cè)電流im 與輸入電流iDBi相等，即im =…=iLN1 = iDBi，由N 個(gè)基本功率變換單元CB1 CBn分別處理，各基本功率變換單元CB1 CBn以單四象限開(kāi)關(guān) 反激變換器原理工作，在輸出側(cè)得到調(diào)制后的高頻脈動(dòng)電流iU2 i·，各基本功率變換單 元CB1-CBn輸出側(cè)并聯(lián)經(jīng)輸出濾波電路OFB濾波得到穩(wěn)定或可調(diào)的同頻、正弦交流輸出電 壓u。，其輸出電流值i。是各基本功率變換單元CB1 CBn輸出側(cè)電流之和，即i。= iU2+··· +iM2。本發(fā)明基于反激變換器的輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)交-交變換器，當(dāng)高壓交流電源Ui向負(fù) 載4傳遞功率時(shí)，多模塊組合變換器2中的分壓電路DB將濾波后的高電壓值濾波電容電壓 Uci分壓為各基本功率變換單元CB1 CBn的輸入側(cè)電壓uCBli uCBNi，即uCi = uCBli+…+uCBNi， 由N個(gè)基本功率變換單元CB1 CBn分別處理，各基本功率變換單元CB1 CBn以單四象限 開(kāi)關(guān)反激變換器原理工作，在輸出側(cè)得到調(diào)制后的高頻脈動(dòng)電流iU2 ，各基本功率變 換單元CB1-CBn輸出側(cè)串聯(lián)經(jīng)輸出濾波電路OFB濾波得到穩(wěn)定或可調(diào)的同頻、正弦交流輸 出電壓u。，其輸出電壓值是各基本功率變換單元CB1 CBn輸出側(cè)電壓ιι。Β1。 u·之和，即 U0 = CB1。+…+uCBN。。各基本功率變換單元CB1 CBn相對(duì)獨(dú)立工作，根據(jù)輸出電壓U。和電流 i0方向其功率開(kāi)關(guān)有四種工作模式，但每種工作模式每個(gè)基本功率變換單元CB1 CBn只有 一個(gè)功率開(kāi)關(guān)高頻斬波，其他功率開(kāi)關(guān)常開(kāi)或常閉。根據(jù)輸入濾波電路1輸出電壓Ura和各基本功率變換單元的輸出電流‘的方向， 電路可以工作在四種不同的模式A、B、C、D，其中模式B與D是能量回饋模式。A)模式 A當(dāng)輸入濾波電路1輸出電壓Ura大于零且各基本功率變換單元的輸出電流‘大 于零時(shí)，多模塊組合交-交變換器工作于模式A。圖5(a)是本發(fā)明基于反激變換器的多模 塊組合交-交變換器的工作模式A的示意圖，此時(shí)功率開(kāi)關(guān)Slpa SNpa高頻斬波，功率開(kāi)關(guān) Slsa SNsa、功率開(kāi)關(guān)Slpb SNpb常通，功率開(kāi)關(guān)Slsb SNsb截止。各基本功率變換單元CB1 OTn相對(duì)獨(dú)立工作，每個(gè)基本功率變換單元等效為一個(gè)隔離式直流反激變換器。通過(guò)改變功 率開(kāi)關(guān)Slpa SNpa的占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓U。和基本功率變換單元CB1 CBn的均壓均流。B)模式當(dāng)輸入濾波電路1輸出電壓Ura大于零且各基本功率變換單元的輸出電流‘小 于零時(shí)，多模塊組合交-交變換器工作于模式B。圖5(b)是本發(fā)明基于反激變換器的多模 塊組合交-交變換器的工作模式B的示意圖，此時(shí)功率開(kāi)關(guān)Slsb 、sb高頻斬波，功率開(kāi)關(guān) Slsa SNsa、功率開(kāi)關(guān)Slpb SNpb常通，功率開(kāi)關(guān)Slpa SNpa截止。各基本功率變換單元CB1 OTn相對(duì)獨(dú)立工作，每個(gè)基本功率變換單元等效為一個(gè)隔離式直流反激變換器。通過(guò)改變功 率開(kāi)關(guān)Slsb 、sb的占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓U。和基本功率變換單元CB1 CBn的均壓均 流。C)模式當(dāng)輸入濾波電路1輸出電壓Ura小于零且各基本功率變換單元的輸出電流‘小 于零時(shí)，多模塊組合交-交變換器工作于模式C。圖5(c)是本發(fā)明基于反激變換器的多模 塊組合交-交變換器的工作模式C的示意圖，此時(shí)功率開(kāi)關(guān)Slpb SNpb高頻斬波，功率開(kāi)關(guān) Slsb SNsb、功率開(kāi)關(guān)Slpa SNpa常通，功率開(kāi)關(guān)Slsa SNsa截止。各基本功率變換單元CB1 OTn相對(duì)獨(dú)立工作，每個(gè)基本功率變換單元等效為一個(gè)隔離式直流反激變換器。通過(guò)改變功 率開(kāi)關(guān)Slpb SNpb的占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓U。和基本功率變換單元CB1 CBn的均壓均 流。D)模式當(dāng)輸入濾波電路1輸出電壓Ura小于零且各基本功率變換單元的輸出電流‘大 于零時(shí)，多模塊組合交-交變換器工作于模式D。圖5(d)是本發(fā)明基于反激變換器的多模 塊組合交-交變換器的工作模式D的示意圖，此時(shí)功率開(kāi)關(guān)Slsa 、sa高頻斬波，功率開(kāi)關(guān) Slpa SNpa、功率開(kāi)關(guān)Slsb 、sb常通，功率開(kāi)關(guān)Slpb SNpb截止。各基本功率變換單元CB1 OTn相對(duì)獨(dú)立工作，每個(gè)基本功率變換單元等效為一個(gè)隔離式直流反激變換器。通過(guò)改變功 率開(kāi)關(guān)Slsa 、sa的占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓U。和基本功率變換單元CB1 CBn的均壓均 流。仿真實(shí)驗(yàn)效果下面結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)波形說(shuō)明專(zhuān)利效果。仿真使用具有兩個(gè)基本功率變換單元CBp CB2的變換器，且變壓器T1和T2匝比均為1，并使基本功率變換單元CBp CB2工作于電感電 流斷續(xù)工作狀態(tài)。圖6(a)是輸入側(cè)串聯(lián)組合時(shí)的輸入濾波電路1的輸出電壓Ua波形、分壓電容電 壓u。dl波形(即基本功率變換單元CB1的輸入電壓波形)。仿真輸入電壓為220V工頻正弦 交流電。圖中，分壓電容電壓Ucdl總是輸入濾波電路1的輸出電壓Ura的一半，即ua/N。圖6(b)是輸出側(cè)串聯(lián)組合時(shí)的輸出電壓U。波形、濾波電容電Sum波形(即基 本功率變換單元CB1的輸出電壓波形)。仿真時(shí)，將輸出電壓設(shè)計(jì)為220V工頻正弦交流電。 圖中，濾波電容電壓um總是輸出電壓U。的一半，即u。/N。圖6 (c)是輸出側(cè)并聯(lián)組合時(shí)的輸出電壓U。波形(即基本功率變換單元CB1和CB2 的輸出電壓波形)。仿真時(shí)，將輸出電壓設(shè)計(jì)為Iiov工頻正弦交流電。圖6(d)是基本功率變換單元CB1的功率開(kāi)關(guān)Slpa上的電Susipa波形。仿真時(shí)，將 基本功率變換單元CB1的輸入電壓Uedl和輸出電壓Um設(shè)計(jì)為IlOV工頻正弦交流電。Usipa的最大值是基本功率變換單元CB1輸入電壓Uedl與輸出電壓Um之和。圖6 (e)是基本功率變換單元CB1和CB2的變壓器初級(jí)電感電流im和的波形 展開(kāi)圖。仿真時(shí)，將基本功率變換單元CB1的輸入電壓Uedl和輸出電壓Um設(shè)計(jì)為IlOV工 頻正弦交流電，并工作于電感電流斷續(xù)狀態(tài)。圖中，電感電流的頻率相等，相位差 為 π (艮P 2 π /N) 0由圖6的仿真波形可得出結(jié)論(1)在控制電路能夠保證各基本功率變換單元的 均壓均流的情況下，各功率變換單元CB1 CBn的工作狀態(tài)相同，適宜采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)的基本 功率變換單元。(2)基本功率變換單元CBx的功率開(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力與本單元輸入電壓uMx、 輸出電壓有關(guān)，而與輸入電壓uCi、輸出電壓uc。無(wú)直接關(guān)系?？赏ㄟ^(guò)串聯(lián)組合減少基本 功率變換單元CBx的輸入電壓u。dx或輸出電壓u。fx來(lái)減少功率開(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力。而并聯(lián)組合 的一側(cè)可輸入或輸出較大電流。( 各功率變換單元CB1 CBn的電流相位依次滯后2 π / N,使輸入電流和輸出電流紋波頻率提高為開(kāi)關(guān)頻率的N倍。
權(quán)利要求
1.一種基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器，包括輸入交流電源(Ui)、輸入濾 波電路(1)，該輸入濾波電路⑴包括輸入濾波電感(Li)和輸入濾波電容(Ci),其特征在 于由依次連接的輸入交流電源(Ui)、輸入濾波電路(1)、多模塊組合變換器( 和輸出交 流負(fù)載( )構(gòu)成，該變換器將高壓或低壓交流電變換成穩(wěn)定或可調(diào)的同頻高壓或低壓正弦 交流電，并減少功率變換級(jí)數(shù)，實(shí)現(xiàn)高頻電氣隔離，適用于高壓或大電流交-交變換場(chǎng)合， 即該輸入濾波電路(1)對(duì)輸入高壓或低壓交流電源(Ui)濾波，所述的多模塊組合變換器 ⑵將經(jīng)輸入濾波電路⑴濾波后的輸入電壓變換為穩(wěn)定或可調(diào)的同頻高壓或低壓正弦交 流電，該多模塊組合變換器( 輸出端與負(fù)載(ZJ相連，該多模塊組合變換器( 包括多 個(gè)基本功率變換單元(CB1 CBn)、一個(gè)輸入分壓電路(DB)和一個(gè)輸出濾波電路(OFB)，該 基本功率變換單元(CBx)包括兩個(gè)四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(Gxp、(ixs)和一個(gè)接在二者之間的 高頻儲(chǔ)能變壓器(Tx)，該四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(GXP、GXS)包括四象限功率開(kāi)關(guān)(Sxp、Sxs)及其 緩沖電路和驅(qū)動(dòng)電路，該高頻儲(chǔ)能變壓器(Tx)包括耦合的初級(jí)繞組(Nxl)和次級(jí)繞組(Nx2)； 該多模塊組合變換器O)中的各基本功率變換單元(CB1 CBn)的功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)通時(shí)刻相 位依次滯后2π/Ν，增大了輸出濾波電容前的電流紋波頻率，經(jīng)濾波電路(OFB)濾波，從而 在負(fù)載(ZJ上得到正弦交流電壓(U。)，其中N為大于1的整數(shù)，χ為大于或等于1且小于或 等于N的整數(shù)，P指變換器輸入側(cè)，s變換器輸出側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器，其特征在于 該變換器適用于高頻電氣隔離、低輸入電壓大電流和高輸出電壓交-交變換場(chǎng)合的輸入并 聯(lián)輸出串聯(lián)(IPOS)組合電路拓?fù)?，即輸入低壓交流電?Ui)的一端與輸入濾波電感(Li) 一端連接，該輸入濾波電感(Li)的另一端與輸入濾波電容(Ci)的一端連接，兩者接頭處引 出線(xiàn)與所有高頻變壓器(T1 Tn)的初級(jí)繞組(N11 Nni)的一端連接；該第一高頻變壓器(T1)的初級(jí)繞組(N11)的另一端與初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Slp)的一端連接，......，該第N高頻變壓器(Tn)的初級(jí)繞組(K1)的另一端與初級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)(Snp)的一端連 接；該輸入濾波電容(Ci)的另一端與所有初級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)(S^5 S_)的另一端連接， 該輸入濾波電容(Ci)的另一端與所有初級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)(S^5 S_)的另一端接頭處引 出線(xiàn)與低壓交流電源(Ui)的另一端連接；所述的輸入濾波電感(Li)和輸入濾波電容(Ci) 構(gòu)成輸入濾波電路(1)；該第一高頻變壓器(T1)的次級(jí)繞組(N12)的一端與第一輸出濾波電 容(Cfl)的一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與負(fù)載(ZJ的一端連接；該第一高頻變壓器(T1)的 次級(jí)繞組(N12)的另一端與次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Sls)的一端連接；該次級(jí)第一四象限 功率開(kāi)關(guān)(Sls)的另一端與第一輸出濾波電容(Cfl)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第 二高頻變壓器(T2)的次級(jí)繞組(N22)的一端及第二輸出濾波電容(Cf2)的一端連接；……； 該第i高頻變壓器(Ti)的次級(jí)繞組(Ni2)的另一端與次級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)(Sis)的一 端連接；該次級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)(Sis)的另一端與第i輸出濾波電容(Cfi)的另一端連 接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第i+Ι高頻變壓器(T(i+1))的次級(jí)繞組(N(i+1)2)的一端及第i+Ι輸 出濾波電容(Cf(i+1))的一端連接；……；該第N-I高頻變壓器(Tfrl))的次級(jí)繞組(N(n_1)2) 的另一端與次級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)(S(N_1)s)的一端連接；該次級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān) (S(N_1)s)的另一端與第N-I輸出濾波電容(Cffrl))的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第N 高頻變壓器(Tn)的次級(jí)繞組(Nn2)的一端及第N輸出濾波電容(CfN)的一端連接；該第N高 頻變壓器(Tn)的次級(jí)繞組(Nn2)的另一端與次級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Gns)的一端連接；該次級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)(S1J的另一端與第N輸出濾波電容(CfN)的另一端連接，兩者接 頭處引出線(xiàn)與負(fù)載(ZJ的另一端連接；所述的四象限功率開(kāi)關(guān)(Sxx)及其緩沖電路與驅(qū)動(dòng) 電路構(gòu)成四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(Gxx)；所述的初級(jí)第χ四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(Gxp)、第χ高頻 變壓器(Tx)和次級(jí)第χ四象限功率開(kāi)關(guān)模塊Oixs)構(gòu)成第χ基本功率變換單元(CBx)；所述 的所有輸出濾波電容(Cfl Cffl)構(gòu)成輸出濾波電路(OFB)；所述的所有基本功率變換單元 (CB1 CBn)和輸出濾波電路(OFB)構(gòu)成輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(IPOS)多模塊組合變換器O)； 所述的輸入交流電源(Ui)、輸入濾波電路(1)和輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(IPOS)多模塊組合變換 器(2)構(gòu)成輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)(IPOS)組合交-交變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器，其特征在于 該變換器適用于高頻電氣隔離的高輸入電壓低輸出電壓大電流交-交變換場(chǎng)合的輸入串 聯(lián)輸出并聯(lián)(ISOP)電路拓?fù)?，即輸入高壓交流電?Ui)的一端與輸入濾波電感(Li) 一端 連接，該輸入濾波電感(Li)的另一端與輸入濾波電容(Ci)的一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn) 與第一高頻變壓器(T1)的初級(jí)繞組(N11)的一端及第一輸入分壓電容(Cdl)的一端連接；該 第一高頻變壓器(T1)的初級(jí)繞組(N11)的另一端與初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Slp)的一端連 接，該初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Slp)的另一端與第一輸入分壓電容(Cdl)的另一端連接，兩 者接頭處引出線(xiàn)與第二高頻變壓器(T2)的初級(jí)繞組(R1)的一端及第二輸入分壓電容(Cd2) 的一端連接；……；該第i高頻變壓器(Ti)的初級(jí)繞組(Nil)的另一端與初級(jí)第i四象限 功率開(kāi)關(guān)(Sip)的一端連接，該初級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)(Sip)的另一端與第i輸入分壓電 容(Cdi)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第i+Ι高頻變壓器(T(i+1))的初級(jí)繞組(N(i+1)1) 的一端及第i+Ι輸入分壓電容(Cd(i+1))的一端連接；……；該第N-I高頻變壓器(Tfrl))的 初級(jí)繞組(Nfrl)1)的另一端與初級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)(S(N_1)P)的一端連接，該初級(jí)第 N-I四象限功率開(kāi)關(guān)(S(N_1)P)的另一端與第N-I輸入分壓電容(Cdfrl))的另一端連接，兩者 接頭處引出線(xiàn)與第N高頻變壓器(Tn)的初級(jí)繞組( )的一端及第N輸入分壓電容(CdN) 的一端連接；該第N高頻變壓器(Tn)的初級(jí)繞組( )的另一端與初級(jí)第N四象限功率開(kāi) 關(guān)(Snp)的一端連接，該初級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)(Snp)的另一端與第N輸入分壓電容(CdN) 的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與輸入濾波電容(Ci)的另一端及輸入高壓交流電源(Ui) 的另一端連接；所述的輸入濾波電感(Li)和輸入濾波電容(Ci)構(gòu)成輸入濾波電路(1)；所 述的輸入分壓電容(Cdl-Ctffl)構(gòu)成輸入分壓電路(DB)；該第一高頻變壓器(T1)的次級(jí)繞組 (N12) 一端與次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Sls)的一端連接；……；該第N高頻變壓器(Tn)的 次級(jí)繞組(Nn2) —端與次級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)(S1J的一端連接；所有次級(jí)四象限功率開(kāi) 關(guān)(Sls Sns)的另一端與輸出濾波電容(Cf)的一端及負(fù)載(Z)的一端連接；該輸出濾波電 容(Cf)的另一端與所有高頻變壓器( \ Τν)的次級(jí)繞組(N12 Nn2)的另一端及負(fù)載(Z) 的另一端連接；所述的四象限功率開(kāi)關(guān)(Sxx)及其緩沖電路與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成四象限功率開(kāi) 關(guān)模塊(Gxx)；所述的輸出濾波電容(Cf)構(gòu)成輸出濾波電路(OFB)；所述的初級(jí)第χ四象限 功率開(kāi)關(guān)模塊(Gxp)、第χ高頻變壓器(Tx)和次級(jí)第χ四象限功率開(kāi)關(guān)模塊Oixs)構(gòu)成第χ 基本功率變換單元(CBx)；所述的所有基本功率變換單元(CB1 CBn)、輸入分壓電路(DB) 和輸出濾波電路(OFB)構(gòu)成輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(ISOP)多模塊組合變換器O)；所述的輸入 電源交流電(Ui)、輸入濾波電路(1)和輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(ISOP)多模塊組合變換器(2)構(gòu) 成輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(ISOP)組合交-交變換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器，其特征在于 該變換器適用于高頻電氣隔離的高輸入電壓高輸出電壓交-交變換場(chǎng)合的輸入串聯(lián)輸出 串聯(lián)(IS0Q電路拓?fù)?，即輸入高壓交流電?Ui)的一端與輸入濾波電感(Li) 一端連接，該 輸入濾波電感(Li)的另一端與輸入濾波電容(Ci)的一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第一 高頻變壓器(T1)的初級(jí)繞組(N11)的一端及第一輸入分壓電容(Cdl)的一端連接；該第一高 頻變壓器(T1)的初級(jí)繞組(N11)的另一端與初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Slp)的一端連接，該 初級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Slp)的另一端與第一輸入分壓電容(Cdl)的另一端連接，兩者接 頭處引出線(xiàn)與第二高頻變壓器(T2)的初級(jí)繞組(R1)的一端及第二輸入分壓電容(Cd2)的 一端連接；……；該第i高頻變壓器(Ti)的初級(jí)繞組(Nil)的另一端與初級(jí)第i四象限功 率開(kāi)關(guān)(Sip)的一端連接，該初級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)(Sip)的另一端與第i輸入分壓電容 (Cdi)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第i+Ι高頻變壓器(Ta+1))的初級(jí)繞組(N(i+m)的 一端及第i+Ι輸入分壓電容(Cd(i+1))的一端連接；……；該第N-I高頻變壓器CV1))的初 級(jí)繞組(Nfrm)的另一端與初級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)(S(N_1)P)的一端連接，該初級(jí)第N-I 四象限功率開(kāi)關(guān)(S(N_1)P)的另一端與第N-I輸入分壓電容(Cdfrl))的另一端連接，兩者接頭 處引出線(xiàn)與第N高頻變壓器(Tn)的初級(jí)繞組(K1)的一端及第N輸入分壓電容(CdN)的一端 連接；該第N高頻變壓器(Tn)的初級(jí)繞組( )的另一端與初級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)(Snp) 的一端連接，該初級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)(S_)的另一端與第N輸入分壓電容(CdN)的另一 端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與輸入濾波電容(Ci)的另一端及輸入高壓交流電源(Ui)的另一 端連接；所述的輸入濾波電感(Li)和輸入濾波電容(Ci)構(gòu)成輸入濾波電路(1)；所述的輸 入分壓電容(Cdl CdN)構(gòu)成輸入分壓電路(DB)；該第一高頻變壓器(T1)的次級(jí)繞組(N12) 的一端與第一輸出濾波電容(Cfl)的一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與負(fù)載(ZJ的一端連接； 該第一高頻變壓器(T1)的次級(jí)繞組(N12)的另一端與次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Sls)的一 端連接；該次級(jí)第一四象限功率開(kāi)關(guān)(Sls)的另一端與第一輸出濾波電容(Cfl)的另一端連 接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第二高頻變壓器(T2)的次級(jí)繞組(N22)的一端及第二輸出濾波電 容(Cf2)的一端連接；……；該第i高頻變壓器(Ti)的次級(jí)繞組(Ni2)的另一端與次級(jí)第 i四象限功率開(kāi)關(guān)(Sis)的一端連接；該次級(jí)第i四象限功率開(kāi)關(guān)(Sis)的另一端與第i輸 出濾波電容(Cfi)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第i+Ι高頻變壓器(T(i+1))的次級(jí)繞 組(N(i+m)的一端及第i+Ι輸出濾波電容(Cf(i+1))的一端連接；……；該第N-I高頻變壓器 (Tm)的次級(jí)繞組(Nfrl)2)的另一端與次級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)(S(N_1)s)的一端連接；該 次級(jí)第N-I四象限功率開(kāi)關(guān)(S(N_1)s)的另一端與第N-I輸出濾波電容(Cffrl))的另一端連 接，兩者接頭處引出線(xiàn)與第N高頻變壓器(Tn)的次級(jí)繞組(HJ的一端及第N輸出濾波電 容(Cffl)的一端連接；該第N高頻變壓器(Tn)的次級(jí)繞組(Nn2)的另一端與次級(jí)第N四象限 功率開(kāi)關(guān)(Sns)的一端連接；該次級(jí)第N四象限功率開(kāi)關(guān)Gns)的另一端與第N輸出濾波電 容(CfN)的另一端連接，兩者接頭處引出線(xiàn)與負(fù)載(ZJ的另一端連接；所述的四象限功率開(kāi) 關(guān)(Sxx)及其緩沖電路與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(Gxx)；所述的初級(jí)第χ四象限 功率開(kāi)關(guān)模塊(Gxp)、第χ高頻變壓器(Tx)和次級(jí)第χ四象限功率開(kāi)關(guān)模塊Oixs)構(gòu)成第χ 基本功率變換單元(CBx)；所述的所有輸出濾波電容(Cfl Cffl)構(gòu)成輸出濾波電路(OFB)； 所述的所有基本功率變換單元(CB1 CBn)、輸出濾波電路(OFB)和輸入分壓電路(DB)構(gòu)成 輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)(IS0Q多模塊組合變換器O)；所述的輸入交流電源00、輸入濾波電路⑴和輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)(ISOS)多模塊組合變換器(2)構(gòu)成輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)(ISOS) 組合交-交變換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器，其 特征在于四象限功率開(kāi)關(guān)(sxp、SJ及其緩沖電路和驅(qū)動(dòng)電路共同構(gòu)成四象限功率開(kāi)關(guān) 模塊(Gxp、(；J，每個(gè)功率變換單元(CBx)由依次連接的初級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(Gxp)、高 頻儲(chǔ)能變壓器(Tx)和次級(jí)四象限功率開(kāi)關(guān)模塊(Gxs)構(gòu)成，并基于單四象限開(kāi)關(guān)電流源高 頻交流環(huán)節(jié)交-交變換器的工作原理對(duì)分散開(kāi)的功率流進(jìn)行變換；每個(gè)多模塊組合變換器 ⑵由依次連接的輸入分壓電路(DB)、多個(gè)基本功率變換單元(CB1-CBn)和輸出濾波電路 (OFB)構(gòu)成，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合選取不同輸入分壓電路(DB)將輸入電壓分壓為適合各基本功率 變換單元(CB1 CBn)的電壓或輸入電流分流為適合各基本功率變換單元(CB1 CBn)的電 流，各基本功率變換單元(CB1 CBn)的功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)通時(shí)刻相位依次滯后2 π/N，其輸出 高頻脈動(dòng)電流經(jīng)合適的輸出濾波電路(OFB)濾波后輸出高壓或低壓正弦交流電。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于反激變換器的多模塊組合交-交變換器，包括輸入交流電源、輸入濾波電路，該輸入濾波電路包括輸入濾波電感和輸入濾波電容，由依次連接的輸入交流電源、輸入濾波電路、多模塊組合變換器和輸出交流負(fù)載構(gòu)成，該變換器將高壓或低壓交流電變換成穩(wěn)定或可調(diào)的同頻高壓或低壓正弦交流電，并減少功率變換級(jí)數(shù)，實(shí)現(xiàn)高頻電氣隔離，適用于高壓或大電流交-交變換場(chǎng)合。本發(fā)明由于采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)的基本功率變換單元串并聯(lián)組合而成，只需設(shè)計(jì)一次變壓器和四象限功率開(kāi)關(guān)模塊，設(shè)計(jì)與制造更方便；與三電平和多電平電路相比，由于采用基本的兩電平功率變換單元組合而成，因而功率器件較少，功率電路拓?fù)漭^簡(jiǎn)潔，控制邏輯較簡(jiǎn)單，工作更可靠。
文檔編號(hào)H02M5/22GK102082514SQ20091023247
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者朱玲, 李磊, 胡偉, 趙勤 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)