[发明专利]软开关电力电子变压器

说明书

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种软开关电力电子变压器。

背景技术

电力电子变压器（PET）是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的新型智能变压器。它在完成常规变压器变压、隔离、能量传递等功能的同时，也可以完成波形控制、潮流控制或电能质量调节功能，因此它具备解决电力系统中面临的许多问题。然而，受限于功率器件的耐压等级，电力电子变压器大多采用多模块级联的方式运行，大量功率器工作时的开关损耗成为PET主要的损耗方式。

解决开关损耗的有效途径是采用软开关技术。“软开关”是指零电压开关(Zero Voltage Switching，ZVS)或零电流开关(Zero Current Switching，ZCS)。它是应用谐振原理，使开关变换器的开关管中电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时或当电压过零时，使器件开通或关断，从而可将开关器件损耗大大减小甚至降为零。因此，软开关技术在电力电子变压器的应用将大大减小开关损耗，提高其性能。

如图1所示的一种软开关电力电子变压器中的全桥变换器的示意图，超前桥臂S1和S2并联结电容C1和C3，滞后桥臂不并联电容，各桥臂均并联二极管。在变压器的原边串接隔直电容，副边通过Cc、Dc和Dh构成CDD钳位电路，超前桥臂开关器件工作于ZVS方式，滞后桥臂开关管实现零电流开关。

如图2所示为一种副边加入辅助无源无损钳位的方法实现滞后桥臂的ZCS。在一次侧向二次侧传输能量的时间里，给无源无损网络中的电容充电,在续流阶段,由于变压器原边电压减小，变压器副边电压随之减小,与此同时和电容相串联的二极管导通，电容中的电压通过副边反向加在变压器的原边,来复位变压器原边的电流，从而实现滞后桥臂的ZCS。

但是现有技术中的软开关电力电子变压器实现所用的电子器件相对较多，并且为了确保原边电流可以迅速复位，就必须保证箝位电容足够大，但是如果箝位电容过大，又会影响到负载范围和最大占空比。因此钳位电容大小不容易设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，设计复杂度低的软开关电力电子变压器。

为了达到上述目的，本发明提供了一种软开关电力电子变压器，包括输入整流电路、中间隔离级和DC-AC逆变器，

所述中间隔离级包括：逆变器、变压器、整流器、钳位电路和钳位电容，其中，所述逆变器的直流侧与所述输入整流电路的直流输出端相连，交流侧连接所述变压器的原方；所述整流器的交流侧连接所述变压器的副方，所述整流器的直流侧与所述钳位电容相连，所述钳位电容与所述DC-AC逆变器相连，所述钳位电路并联在所述钳位电容的两端；

所述钳位电路包括第一电容、第二电容、两个选通器件，两个选通器件反向并联后连接到所述整流器的其中一个输出端与钳位电容的一端之间，第一电容连接在所述整流器的两个输出端之间，第二电容的两端并联到所述钳位电容的两端。

优选的，所述输入整流电路包括多个级联的子整流电路，所述中间隔离级包括多个子隔离级，每一个子隔离级包括一个逆变器、一个变压器、一个整流器、一个钳位电路和一个钳位电容，每一个子隔离级与一个子整流电路相连，各个子隔离级并联输入到所述DC-AC逆变器。

优选的，所述逆变器的超前桥臂还并联有结电容。

优选的，所述选通器件为二极管，二极管的阳极连接到钳位电容的一端，阴极连接在整流器的一个输出端。

优选的，所述整流器包括四组绝缘栅双极型晶体管和续流二极管，四组绝缘栅双极型晶体管和所述续流二极管成H桥结构连接。

本发明提供的单相电力电子变压器中，在变压器副边添加钳位电路，且钳位电路仅使用四个元器件即可实现，与现有技术中的软开关电子电力变压器相比，使用的元器件大大减少，结构更为简单。且钳位电容的大小的设计非常简单。

附图说明

图1为现有技术中的一种软开关电力电子变压器中的全桥变换器的示意图；

图2为现有技术中的另一种软开关电力电子变压器中的全桥变换器的示意图；

图3为本发明实施例一种软开关电力电子变压器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。