[发明专利]一种集成三端口功率变换器

说明书

一种集成三端口功率变换器，所述功率变换器包括具有三个独立绕组的变压器、第一电压型逆变单元、第二电压型逆变单元、输出整流单元、控制模块单元以及端口P1、P2和P3，其中，一个端口P3作为负载端口，另外两个端口P1、P2作为源或负载端口；端口P3与输出整流单元连接，所述端口P1与第一电压型逆变单元连接，所述端口P2与第二电压型逆变单元连接，其中一个变压器的独立绕组与所述输出整流单元连接，所述第一电压型逆变单元、第二电压型逆变单元分别与变压器的另外两个独立绕组连接，所述第一电压型逆变单元、第二电压型逆变单元、输出整流单元的受控开关均与所述控制模块单元连接。本发明集中控制、成本低、可靠性良好。

技术领域

本发明涉及本发明属于电力电子功率变换领域，具体涉及到在电动汽车应用中的三端口功率变换器。

背景技术

随着新能源发展，尤其是电动汽车的发展，出现了多端口之间的功率变换需求，且部分端口功率变换需求为双向传输。而目前在电动汽车中实际应用情况为：从电网整流直流高压端到高压储能电池端，基本采用AC/DC变换器来实现，一般称为充电机；而从高压储能电池端返回到电网端直流高压采用DC/AC变换器来实现,一般称为逆变器（部分低端需求不配置该逆变模块）；从高压储能电池端到低压电器（电池）端则采用DC/DC变换器来实现；从电网整流直流高压端到低压电器端，目前没有相对应的模块来实现。为了完成以上功能，目前至少采用三个以上模块来实现，成本高、体积大、重量重；又由于模块间分开控制，很难得到最优化设计；可靠性也存在较大挑战。

发明内容

为了克服电动汽车功率变换中存在的分开控制、成本高、可靠性较差的不足，本发明提供一种集中控制、成本低、可靠性良好的集成三端口功率变换器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种集成三端口功率变换器，所述功率变换器包括具有三个独立绕组的变压器、第一电压型逆变单元、第二电压型逆变单元、输出整流单元、控制模块单元以及端口P1、P2和P3，其中，一个端口P3作为负载端口，另外两个端口P1、P2作为源或负载端口；端口P3与输出整流单元连接，所述端口P1与第一电压型逆变单元连接，所述端口P2与第二电压型逆变单元连接，其中一个变压器的独立绕组与所述输出整流单元连接，所述第一电压型逆变单元、第二电压型逆变单元分别与变压器的另外两个独立绕组连接，所述第一电压型逆变单元、第二电压型逆变单元、输出整流单元的受控开关均与所述控制模块单元连接。

进一步，所述功率变换器还包括第一阻抗匹配单元和第二阻抗匹配单元，所述第一电压型全桥单元与所述第一阻抗匹配单元连接，所述第一阻抗匹配单元与变压器的另外两个独立绕组中的一个独立绕组连接；所述第二电压型全桥单元与所述第二阻抗匹配单元连接，所述第二阻抗匹配单元与变压器的另外两个独立绕组中的另一个独立绕组连接。

再进一步，所述第一阻抗匹配单元和/或第二阻抗匹配单元采用一个电感。

所述变压器为在同一个铁芯上设有三个独立绕组，所述三个独立绕组之间相互电气隔离。

所述第一电压型逆变单元和第二电压型逆变单元均为电压型全桥单元，所述电压型全桥单元由四个功率管组成两个并联桥臂，桥臂一个中点连接一电容，通过该电容与阻抗匹配单元相连，桥臂另外一个中点与阻抗匹配单元相连。当然，也可以是半桥形式。

所述输出整流单元为全波整流单元，所述由两个功率管和一个电感组成，其中两个功率管和电感分别与三绕组变压器的一个独立端口相连，两个功率管另外一端相连之后与端口P3相连，电感另外一端与端口P3相连。当然，也可以是半波形式。

所述的控制模块单元包括用于采集各端口的电压和电流信号的采样和隔离电路、调理电路、计算和控制电路以及隔离和驱动电路，所述采样和隔离电路与调理电路连接，所述调理电路与所述计算和控制电路连接，所述计算和控制电路与所述隔离和驱动电路连接。可以采用DSP或ARM等带有数字运算处理的芯片。