[发明专利]三电平半桥电压平衡变换器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种三电平半桥电压平衡变换器，属电能变换装置中的直流非隔离变换技术。

背景技术

目前，随着环境问题的日益突出和电力电子等技术的迅速发展，基于直流电网(DC Grid)的可再生能源(如太阳能、风能等可再生能源)分布式发电系统得到了越来越多的关注，随着技术的发展必将得到广泛的应用。在直流电网中，通常采用两根直流输电线传送电能，由于只存在一个直流电压，通常无法同时满足各种功率变换器对输入电压的要求。例如，半桥或三电平半桥拓扑结构由于结构简单、功率器件少等优点，而被广泛地采用。但是它们存在输入端直流分压电容不均压问题，这将导致出电压和电流波形畸变或无法很好地实现功率器件三电平状态，影响功率器件安全工作。同时，输出电压相同的半桥逆变器的输入电压约为全桥逆变器输入电压的两倍，需要两种规格的输入电压。

为了解决半桥或三电平半桥拓扑结构功率变换器中输入端直流分压电容均压问题，可以采用额外的输入均压控制方案。但是，随着均压控制环路的加入，控制系统将变得复杂，在一定程度上会影响到最终控制目标的性能，例如输出动态响应速度等性能。同时，不同的负载特性引起输入端不均压的情况也是不同的，所以输入均压控制方案会很繁多，而且不具有通用性。对于输出电压相同的半桥逆变器和全桥逆变器，由于需要两种输入电压规格，两线直流输电方式显然无法同时满足。因此，为了满足各种功率变换器能够直接并入直流电网和减轻功率变换器对输入电压的控制，在直流电网中的用户端利用独立的功率变换器构造一根输出电压平衡的中线，变成三线直流输送方式。当采用带中线的三线直流输电进入家庭，即可以满足低输入电压家用电器要求(例如LED家用照明等)，有可以满足较高输入电压家用电器要求(冰箱、空调等)。这样不但提高了直流电网应用灵活性，而且扩大了其应用范围。

因此，本发明三电平半桥电压平衡变换器电路能够将两线直流输电方式转变成三根直流输电线方式，在输出端构造一个中线，形成一个稳定的、电压等于输入电压一半的中点电压，以满足不同功率变换器或用电设备对输入电压的要求。同时，三电平半桥电压平衡变换器电路将有利于降低电功率器件的电压应力，提高了功率器件的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对采用两根直流线输送直流电能无法同时满足不同变换器或用电设备对输入电压的要求，提供一种结构简单合理、可将两根直流输电线输入方式转变成三根直流输电线输出方式的三电平半桥电压平衡变换器。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种三电平半桥电压平衡变换器，包括一个输入电压源、一个三电平半桥电路、一个中间直流环节电路；三电平半桥电路包括：第一功率开关管、第一续流二极管、第二功率开关管、第二续流二极管、第三功率开关管、第三续流二极管、第四功率开关管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管，第一功率开关管集电极和第一续流二极管阴极相连接，其连接处和第一电容一端相连接，第一功率开关管发射极和第一续流二极管阳极相连接，连接处分别与第二功率开关管集电极与第二续流二极管阴极相连接处以及第五续流二极管阴极相连接，第二功率开关管发射极和第二续流二极管阳极相连接，连接处分别与第三功率开关管集电极和第三续流二极管阴极相连接处以及电感一端相连接，第三功率开关管发射极和第三续流二极管阳极相连接，连接处与第四功率开关管集电极和第四续流二极管阴极相连接处相连接，第四功率开关管发射极和第四续流二极管阳极相连接，连接处和第二电容一端相连接；中间直流环节电路包括：第一电容、第二电容、电感L，其中第一电容另一端与第二电容另一端串联，串联点分别与输出中线、电感另一端、第五续流二极管阳极以及第六续流二极管阴极相连接；输入电压源包括：一个输入电压源，其正端与第一功率开关管集电极和第一续流二极管阴极相连接处相连接，其负端与第四功率开关管发射极和第四续流二极管阳极相连处相连接。

附图说明

附图1是本发明三电平半桥电压平衡变换器电路图。

附图2是本发明三电平半桥电压平衡变换器控制原理图。

附图3是本发明三电平半桥电压平衡变换器工作原理图(电感电流大于零)。

附图4是本发明三电平半桥电压平衡变换器工作原理图(电感电流小于零)。

附图5是本发明三电平半桥电压平衡变换器模态1和模态9的示意图。

附图6是本发明三电平半桥电压平衡变换器模态2的示意图。

附图7是本发明三电平半桥电压平衡变换器电路模态3的示意图。

附图8是本发明三电平半桥电压平衡变换器模态4的示意图。