[发明专利]一种高频双向隔离系统

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种高频双向隔离系统。

背景技术

在电力电子系统中，一些变流领域中的装置或设备，其输入、输出一般是是一个变化范围较大的，甚至波动很大的源、而其输出是一个波动很小，相对固定的值，因此要求其内部应具备升降压功能。在工业和民用领域有些场所会根据安全、场地需要，要求电力电子装置的输入、输出具备电气隔离、体积小、重量轻的功能；还有一些设备需要根据不同工况，要求既能通过外部电源给其充电、也能给外部负载供能放电，这就要求装置内具备可以实现能量双向传递的功能。以上这些需求，行业通用解决办法就是根据需求单一集成应对。若以上要求都满足时，按照通用搭积木做法，整个系统异常臃肿、庞大且价格昂贵，无法真正满足客户需求，更无市场推广价值。而具备升降压、高隔离功能的单元在以上领域和行业变流装置中又处于核心位置，要求其应具有高可靠性、高转换效率、体积小、重量轻，输入、输出高电气隔离、能量可以双向传递功能。

发明内容

针对现有技术不足和市场巨大需求，本发明提供一种高频双向隔离系统，解决了电力电子系统变流领域中，变流单元要求同时具备高频隔离、能量双向流动、升降压的矛盾，具有极强的创新性。该拓扑的应用会有效提高整个系统的集成度和稳定性，易同时满足系统高频隔离、能量双向传递、升降压功能、具有体积小、重量轻的特点；可为市面上主流的变流装置如光伏并网逆变器、离网逆变器、储能双向逆变器、风力变流器，直流变换器，提供所需的电压等级；实现能量的高效、精准、按需传递。本发明具有较强的创新性，会有助于在电力电子系统变流领域中的革新应用，有望带来较大的经济效益和社会效益。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种高频双向隔离系统，所述系统包括低压侧单元、能量流向管理单元、升压逆变单元、高频隔离单元、变流逆变单元、高压侧单元和控制单元；低压侧单元、能量流向管理单元、升压逆变单元、高频隔离单元、变流逆变单元和高压侧单元依次双向连接，所述能量流向管理单元、升压逆变单元、高频隔离单元和变流逆变单元分别与所述控制单元双向连接。

所述低压侧单元包括低压直流支撑电容C1，所述低压直流支撑电容C1为金属膜电容；所述低压直流支撑电容C1的正极连接高频电力场效应晶体管T5的源极，其负极接地。

所述能量流向管理单元包括高频电力场效应晶体管T5和第一AD采集器；所述高频电力场效应晶体管T5为N沟通增强型电力场效应管，其工作频率达20KHz以上，且内部设有续流二极管；所述第一AD采集器为电压-电流采集器。

当能量从高压侧单元向低压侧单元传递时，通过控制所述高频电力场效应晶体管T5的开通，以提供能量流向通道；

当能量从低压侧单元向高压侧单元传递时，续流二极管提供能量流向通道，同时也截止高压侧单元的高电压对低压侧单元的冲击。

所述升压逆变单元包括高频电感L1、高频电感L2、电力场效应晶体管T1和电力场效应晶体管T2；所述高频电感L1和高频电感L2的一端均连接高频电力场效应晶体管T5的漏极，高频电感L1和高频电感L2的另一端分别连接电力场效应晶体管T1和电力场效应晶体管T2的漏极，同时电力场效应晶体管T1和电力场效应晶体管T2的源极分别和高频隔离单元中的高频隔离变压器低压端相连，电力场效应晶体管T1和电力场效应晶体管T2的源极均接地。

所述高频电感L1和高频电感L2的磁芯采用基于非晶合金材料制成；

所述电力场效应晶体管T1和电力场效应晶体管T2均为N沟通增强型电力场效应管，两者的工作频率高达20KHz以上，且内部分别设有续流二极管。

所述高频隔离单元包括高频隔离变压器、第二AD采集器和隔直电容C4；所述高频隔离变压器分为低压端和高压端，低压端和高压端均通过接线端子分别连接升压逆变单元和变流逆变单元。

所述高频隔离变压器内部磁芯采用非晶合金或铁粉芯材质制成，可耐受至少20kHz的高频交流电压，其变比为1：1；所述高频隔离变压器低压端和高压端均耐受3000KV以上工频高压冲击，工作海拔高度不低于3000米。

所述第二AD采集器为电流采集器，该电流采集器设置在高频隔离变压器低压端，实时采集流过高频电感L1和高频电感L2内的电流，防止短路或过流烧毁变压器的事故发生；

所述隔直电容C4串联在高频隔离变压器高压侧，采用可耐高频纹波冲击的金属膜电容，防止在逆变中有直流成分进入到高频隔离变压器内部，造成变压器磁饱和而发生短路事故。