[发明专利]一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法

说明书

本申请公开了一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法，通过在现有的三电平双向直流变换器拓扑的基础上，各开关管均采用MOS管且每个MOS管所在支路均新增一个与原有MOS管共源极的MOS管，在现有驱动方法的基础上，各二极管阴极一侧的MOS管相较于二极管阳极一侧的MOS管先导通、后关断，从而由于二极管续流作用以及新增的MOS管在关断时自然换流到二极管，仅有两个MOS管为硬开关，其余MOS管均为软开关，降低了开关管开关损耗，而MOS管导通作为同步整流，由于MOS管导通电阻小，又有效减小了导通损耗，提高了产品效率，减少开关管发热或过应力导致的损坏。

技术领域

本申请涉及电力电子功率变换技术领域，特别是涉及一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法。

背景技术

目前大功率电池充放电的应用需求变得更多，使用三相电对电池充电和使用高压电池储能成为较好的解决方案。这对光伏储能逆变器来说意味着更高的电池输入电压和更高的母线电压。为了兼容主流三相并网逆变器，母线电压最高需要达到1500V。

而传统的升降压（Buck-Boost）电路已经不能满足现有电压等级的应用，现有高压储能设备上大多数为三电平双向直流变换器（DC-DC）拓扑。图1为现有技术中的一种三电平双向直流变换器的电路图。如图1所示，常见的三电平双向直流变换器包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、飞跨电容C_fly和第一电感L1；其中，第一电容C1的第一弹、第一电感L1的第一端与低压电源的正极连接，第一电容C1的第二端、第二开关S2的第二端、第三电容C3的第二端与低压电源的负极及高压电源的负极连接，第一电感L1的第二端、第一开关S1的第一端与第三开关S3的第一端连接，第一开关S1的第二端、第二开关S2的第一端与飞跨电容C_fly的第二端连接，第三开关S3的第二端、飞跨电容C_fly的第一端与第四开关S4的第一端连接，第四开关S4的第二端、第二电容C2的第一端与高压电源的正极连接，第二电容C2的第二端与第三电容C3的第一端连接，此外，各开关两端均并联有二极管。其中，四个开关通常采用场效应管（MOSFET，MOS）或绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT），控制方式为第二开关S2、第四开关S4互补驱动，第一开关S1、第三开关S3互补驱动，第一开关S1、第二开关S2驱动交错180°，第三开关S3、第四开关S4驱动交错180°。控制飞跨电容C_fly电压为母线电压的一半，减小各开关管的电压压力。

应用上述三电平双向直流变换器，若开关采用MOS管，则在电感续流时，在MOS管关断瞬间，MOS管的体二极管会引起很多的反向恢复电流，引起较大损耗，同时会引起较大的尖峰电压，造成MOS管过压或过热损坏。若采用IGBT，由于IGBT拖尾问题，开关频率无法提高，需要采用较大体积的电感，与设备产品小型化趋势相悖。除此以外，该三电平双向直流变换器中的开关控制过程都属于硬开关，损耗较大，效率较低。

降低三电平双向直流变换器的开关损耗，提高三电平双向直流变换器的开关效率，从而提高产品质量，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种三电平双向直流变换器及其控制系统、控制方法，用于降低三电平双向直流变换器的开关损耗，提高三电平双向直流变换器的开关效率，从而提高产品质量。

为解决上述技术问题，本申请提供一种三电平双向直流变换器，包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和飞跨电容；

其中，所述第一二极管的阴极、所述第三二极管的阳极与低压电源的正极连接，所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极与所述飞跨电容的第二端连接，所述第二二极管的阳极与所述低压电源的负极、高压电源的负极连接，所述第三二极管的阴极、所述第四二极管的阳极与所述飞跨电容的第一端连接，所述第四二极管的阴极与所述高压电源的正极连接；