[实用新型]一种三电平双向直流变换器拓扑结构

说明书

本实用新型为一种三电平双向直流变换器拓扑结构，其特征在于：所述三电平双向直流变换器包括两个串联的两电平变流器，分别为上单元和下单元，所述上单元的正极输入端U1+作为所述三电平双向直流变换器的正极输入端DC+，所述上单元的负极输入端U1‑与所述下单元的正极输入端U2+连接，所述下单元的负极输入端U2‑作为所述三电平双向直流变换器的负极输入端DC‑，所述上单元的输出端U1o作为所述三电平双向直流变换器的正极输出端SC+，所述下单元的输出端U2o作为所述三电平双向直流变换器的负极输出端SC‑。本实用新型可用较低电压等级的电力电子器件实现较高电压等级的双向直流变换，节约了制造成本。

技术领域

本实用新型涉及一种直流变换器拓扑结构，特别是公开一种三电平双向直流变换器拓扑结构，应用于电力电子直流变换器领域。

背景技术

在大功率直流电压变换的应用领域，如基于超级电容或电池的储能应用等，均需要使用大功率的能量可双向流动的直流变换器。目前的主流方案大多为两电平拓扑结构，电力电子开关器件一般为IGBT。两电平拓扑具有结构简单的优点，但也存在以下一些问题：1）变换器工作电压范围较小，如目前常用的1700V等级的IGBT，适用于1000VDC以下的直流变换器，在更高电压等级应用时，就需要使用更高电压等级的电力电子器件，如3300V或4500V的IGBT，增加了器件成本；2）高压IGBT的驱动控制电路更为复杂，增加了开发难度，降低了设备的稳定性；3）高压IGBT的开关频率较低，使得输出电流纹波较大，为了降低电流纹波，需要使用多重化电路或加大电抗器感量，均会使得设备体积变大，成本增加；4）使用高压IGBT可将两电平变换器的工作电压范围得到相应的提升，但是若工作电压进一步升高，则两电平拓扑直流变换器无法满足要求，限制了其应用范围。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种三电平双向直流变换器拓扑结构，可用较低电压等级的电力电子器件实现较高电压等级的双向直流变换，结构简单，且便于模块化设计，尤其适用于高电压，大功率的直流变换应用。

本实用新型是这样实现的：一种三电平双向直流变换器拓扑结构，其特征在于：所述三电平双向直流变换器包括两个串联的两电平变流器，分别为上单元和下单元，所述上单元的正极输入端U1+作为所述三电平双向直流变换器的正极输入端DC+，所述上单元的负极输入端U1-与所述下单元的正极输入端U2+连接，所述下单元的负极输入端U2-作为所述三电平双向直流变换器的负极输入端DC-，所述上单元的输出端U1o作为所述三电平双向直流变换器的正极输出端SC+，所述下单元的输出端U2o作为所述三电平双向直流变换器的负极输出端SC-。

所述上单元包括第一滤波电容C1和n个结构相同的桥臂，其中n为自然数，且n≥1，所述第一滤波电容C1并联连接在所述上单元的正极输入端U1+和负极输入端U1-之间，每个桥臂均包括两个电力电子开关和一个电抗器，两个电力电子开关串联连接后并联连接在所述上单元的正极输入端U1+和负极输入端U1-之间，两个电力电子开关串联连接的点与所述电抗器的一端连接，所述电抗器的另一端连接至所述上单元的输出端U1o。

所述下单元包括第二滤波电容C2和m个结构相同的桥臂，其中m为自然数，m≥1且m=n，所述第二滤波电容C2并联连接在所述下单元的正极输入端U2+和负极输入端U2-之间，每个桥臂均包括两个电力电子开关和一个电抗器，两个电力电子开关串联连接后并联连接在所述下单元的正极输入端U2+和负极输入端U2-之间，两个电力电子开关串联连接的点与所述电抗器的一端连接，所述电抗器的另一端连接至所述下单元的输出端U2o。