[发明专利]一种三相三电平LLC谐振直流变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相三电平LLC谐振直流变换器及其控制方法，属于电能变换装置领域。

背景技术

随着各种电力电子设备的广泛应用，人们对使用市电的功率变换装置用电质量提出了严格的要求。国际电工委员会已经制定了相应的标准，对谐波含量进行限制，这就要求电气装置有必要采用功率因数校正技术。中、大功率的高频开关电源一般为三相380VAC±20%输入，整流后的直流母线电压最高将会达到640V左右；如果采用三相功率因数技术，直流母线电压通常会达到760-800V，甚至会高达上千伏，这就使得后级直流变换器中开关管的电压应力大大增加，给器件的选取带来了困难。此外，在一些高压直流输出场合，如大功率充电桩、电除尘电源等，对副边整流二极管的电压应力也提出了较高的要求，传统的电感/电容型滤波方式中，整流管电压应力一般高于输出电压，因此也给器件选型带来了难度。

三电平变换器可以通过增加开关管的数量来降低开关管的电压应力，使之适用于高输入电压场合。半桥三电平变换器是最早提出的隔离型三电平变换器之一，它具有电路结构简单、可以实现软开关、开关频率恒定等优点，因而得到广泛应用。但随着输出功率的提高，开关管的电流应力也随之增加。为降低开关管的电流应力，可采用多个器件或模块并联，但也同时存在热设计困难、控制电路复杂等问题。

中国国家知识产权局，专利号为201010598995.8，专利名称为“对称控制型三相三电平直流变换器及对称控制方法”的专利文件，公开了一种对称控制型三相三电平直流变换器，包括电源电路、半桥三电平电路、全桥电路、三相隔离变压器及整流滤波电路，该专利主要针对高输入大功率应用场合，有效降低了开关管电压和电流应力，一定程度上解决了热设计困难、控制电路复杂等问题。

但是，但该专利公开的变换器还存在如下问题：

（1）同一桥臂的两只开关管存在同时关断时间，在该时段内，两只开关管结电容同时参与谐振，无法保证在开关管开通之前其两端电压恰好谐振至零，因此开关管为硬开关，变换器效率低，开关频率受限，变换器体积重量大。

（2）输出为电感/电容型滤波，当输出电压较高时，输出滤波电感体积重量大，因此该变换器不适用于高压输出场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种三相三电平LLC谐振直流变换器，有效解决了现有技术中变换器开关管硬开关引起的开关损耗大的问题。同时输出为单电容滤波，副边整流管电压应力仅为输出电压，适用于高压输出场合。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种三相三电平LLC谐振直流变换器，包括输入分压电容单元、半桥三电平单元、全桥单元、三相隔离变压器、整流及滤波电路；所述全桥单元包括第一桥臂、第二桥臂；所述半桥三电平单元包括逆变桥臂；所述三相隔离变压器包括a相变压器、b相变压器、c相变压器，所述a、b、c相变压器原边绕组分别包括第一端、第二端；还包括用于实现软开关功能的谐振网络，所述谐振网络包括A相支路、B相支路、C相支路；所述谐振网络的A相支路、B相支路、C相支路均包括谐振电感、谐振电容、激磁电感；其中，所述全桥单元的第一桥臂中点与a相隔离变压器原边绕组的第一端之间依次串联连接A相支路的谐振电感、谐振电容，所述A相支路的激磁电感连接于a相隔离变压器原边绕组的两端；所述半桥三电平单元的逆变桥臂中点与b相隔离变压器原边绕组的第一端之间依次串联连接B相支路的谐振电感、谐振电容，所述B相支路的激磁电感连接于b相隔离变压器原边绕组的两端；所述全桥单元的第二桥臂中点与c相隔离变压器原边绕组的第一端之间依次串联连接C相支路的谐振电感、谐振电容，所述C相支路的激磁电感连接于c相隔离变压器原边绕组的两端；所述a、b、c相隔离变压器原边绕组的第二端相互连接。

所述三相隔离变压器原副边的连接方式包括星形/星形、星形/三角形、三角形/星形、三角形/三角形。

所述半桥三电平单元的逆变桥臂包括第一开关管、第三开关管、第四开关管、第六开关管、第一续流二极管、第二续流二极管、飞跨电容；所述全桥单元的第一桥臂包括第一开关管、第四开关管，所述全桥单元的第二桥臂包括第二开关管、第五开关管。

进一步地，本发明还公开了一种三相三电平LLC谐振直流变换器的控制方法，依次设置第一至第六开关管相隔1/6开关周期导通且导通时间相等，占空比为0.5。

所述第一至第六开关管采用变频控制。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、增加了谐振电路，使得该变换器实现了软开关功能，减小了开关损耗。