[发明专利]适用于变电站电力直流操作电源系统的全桥直流变换器

权利要求书

1.一种适用于变电站电力直流操作电源系统的全桥直流变换器，其特征在于：包括第一MOSFET、第二MOSFET、第一IGBT、第二IGBT、第一电容、第二电容、第三电容，第一变压器、第二变压器、第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管、第一滤波电感和第二滤波电感；

所述第一MOSFET和第二MOSFET串联连接，所述第一IGBT和第二IGBT串联连接，所述第一MOSFET和第二MOSFET、第一IGBT和第二IGBT分别构成半桥基本单元，并与输入端的正极、负极并联连接；所述第一MOSFET和第二MOSFET串联的连接点与第一变压器原边绕组的一端相连，所述第一变压器原边绕组的另一端与第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端与输入端的负极相连；所述第一IGBT和第二IGBT串联的连接点与第二变压器原边绕组的一端连接，所述第二变压器原边绕组的另一端与第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与输入端的负极相连；

所述第一变压器的副边绕组两端分别与所述第三整流二极管、第四整流二极管的阴极以及第一滤波电感、第二滤波电感的一端连接；所述第二变压器的副边绕组两端分别与所述第一整流二极管、第二整流二极管的阴极以及第三整流二极管、第四整流二极管的阳极连接；所述第一滤波电感和第二滤波电感的另一端均与所述第三电容的一端连接，作为输出电压的正端，所述第三电容的另一端与第一整流二极管和第二整流二极管的阳极相连，作为输出电压的负端；

具体的，Q₁、Q₃、T₁和C₁构成半桥逆变单元，Q₂、Q₄、T₂和C₂构成另一半桥逆变单元，忽略死区时间，开关管的占空比为0.5，变换器通过调整两逆变单元之间的相移时间Tα，实现对输出电压的调节，在二次侧，D₁~D₄和L₁、L₂构成倍流整流单元；

变换器在一个开关周期有10种工作模态，分别是[t₀~t₁]、[t₁~t₂]、[t₂~t₃]、[t₃~t₄]、[t₄~t₅]、[t₅~t₆]、[t₆~t₇]、[t₇~t₈]、[t₈~t₉]、[t₉~t₁₀]，其中，[t₀~t₅]为前半周期，[t₅~t₁₀]为后半周期，由于变换器的对称性，两种工作模态相同，只是电压、电流方向相反；下面以[t₀~t₅]前半周期各工作模态对变换器的工作情况进行具体分析；

为简化分析，作如下假设：1）开关管的寄生器件只考虑体二极管和结电容；2）忽略T₁和T₂变压器的励磁电感，其漏感分别为L_k1和L_k2；3）C₂容值足够大，等效为恒压源，L₁和L₂等效为恒流源忽；4）元器件均为理想器件；

开关模态1 [t₀~t₁]：Q₁、Q₂、D₂、D₃导通，该时段T₁和T₂变压器均能够传递功率，输出滤波电感L₁和L₂映射到原边，原副边电流均保持恒定值，C₁端电压线性增加；

开关模态2[t₁~t₂]：Q₁在t₁时刻关断，原副边电流仍然保持恒定值，Q₁、Q₃的结电容线性充放电，其连接点电压线性下降，与此同时，T₁变压器原副边电压和整流电压也开始线性下降；

开关模态3[t₂~t₃]：在t₂时刻，Q₁、Q₃连接点电压和D₄端电压同时下降到零，Q₃体二极管和D₄开始导通，Q₃可以实现零电压开通；

开关模态4[t₃~t₄]：在该时段，由Q₂、Q₄、T₂和C₂组成的半桥逆变单元电流原副边电流为零，为Q₂、Q₄实现零电流关断创造了条件；由Q₁、Q₃、T₁和C₁组成的半桥逆变单元电流保持恒定值，能够持续性地传递功率；

开关模态5[t₄~t₅]：在该时段内，整流二极管D₁和D₂同时导通，将T₂变压器副边电压钳位在零值，L_k2端电压为0.5V_in，其电流反方向线性升高，同时D₁电流线性增加，D₂电流线性减小；在t₅时刻，D₂电流下降到零，该时段结束，变换器进入到后半周期；

后半周期[t₅~t₁₀]的工作原理与前半周期[t₀~t₅]基本相同，只是电流、电压反方向变化；

其中：V_in为直流电源，Q₁、Q₃分别为第一MOSFET、第二MOSFET，Q₂、Q₄分别为第一IGBT、第二IGBT，C₁、C₂和C_o分别为第一电容、第二电容和第三电容，T₁、T₂分别为第一变压器、第二变压器，n_p为第一变压器和第二变压器的初级绕组匝数，n_s为第一变压器和第二变压器的副边绕组匝数，D₁、D₂、D₃、D₄分别为第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管，L₁、L₂分别为第一滤波电感、第二滤波电感；T_α是移相时间，n为T₁、T₂变压器副边与原边匝数之比，L_kl为T₁的漏感，L_k2为T₂的漏感，C_B等效为恒定电压源0.5V_in，负载电流为I_o，L₁、L₂电感值足够大等效为0.5I_o的恒流源。