[发明专利]复用全软开关交直流输入固态变压器电路及其调制方法

说明书

本发明公开一种复用全软开关交直流输入固态变压器电路及其调制方法。其电路包括一个输入滤波电感及前级全桥电路、辅助支路与后级隔离型DC‑DC变换器各n个，每个前级全桥电路，辅助支路与后级隔离型DC‑DC变换器依次串联组成一个子模块电路，n个子模块电路输入串联、输出并联，输入端经输入滤波电感接入中压交流或直流电网，输出端接低压直流电网或负载；其中前级全桥电路根据输入电网电压的交直流特性进行SPWM调制或PWM调制，后级隔离型DC‑DC变换器采用PWM调制，n个子模块电路的载波之间具有相移，根据输入电流极性，将前级全桥电路原始驱动信号与后级隔离型DC‑DC变换器原始驱动信号的下降沿对齐，并将对齐后的驱动信号进行软开关调制，生成子模块电路的驱动信号。

技术领域

本发明属于电力电子技术的技术领域，涉及固态变压器与软开关技术，尤其涉及一种复用全软开关交直流输入固态变压器电路及其调制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，固态变压器受到了广泛的关注，固态变压器除了具备传统变压器隔离和升、降电压功能外，同时集成了电网无功调节、功率控制、谐波抑制以及故障保护等功能；此外，固态变压器能够大幅度减小变压器的体积和重量，提升功率密度；不仅如此，采用模块化的结构可以大幅提升固态变压器耐压等级与功率容量，简化电路设计流程。

但是目前，关于交直流电网输入通用的固态变压器研究较少；且相较于传统变压器，固态变压器的效率仍然较低，这主要是因为在两级式固态变压器中，前级电路常常工作在硬开关的条件下，后级隔离型DC-DC变换器在轻载时也存在软开关较难实现的问题，这增大了固态变压器的开关损耗，限制了固态变压器的转换效率；因此有必要提出一种交直流输入通用的，能够同时实现前后级电路软开关的固态变压器。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种复用全软开关交直流输入固态变压器电路及其调制方法，可以通用于交流以及直流输入的情况，且通过引入辅助支路，可以利用辅助支路同时实现前级全桥电路与后级隔离型DC-DC变换器的软开关。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明的一个方面，提出一种复用全软开关交直流输入固态变压器电路，包括输入滤波电感、n个相同的前级全桥电路、n个相同的辅助支路与n个相同的后级隔离型DC-DC变换器。n个前级全桥电路的交直流输入端串联后形成输入端口，输入端口与输入滤波电感串联后接入中压交流或直流电网；n个后级隔离型DC-DC变换器的直流输出端并联后形成输出端口，输出端口与低压直流电网或负载相连；每个前级全桥电路、辅助支路与后级隔离型DC-DC变换器依次串联构成一个子模块电路，共形成n个子模块电路。

上述技术方案中，进一步地，前级全桥电路包括两组桥臂，每组桥臂均由两个串联的包含反并联二极管与谐振电容的全控型开关管构成，两组桥臂的两个上开关管漏极相连，两个下开关管源极相连；两个桥臂中点构成交直流输入端；桥臂上开关管漏极与下开关管源极构成输出端；辅助支路包括一个包含反并联二极管与谐振电容的全控型辅助开关管、一个箝位电容、一个辅助电感与一个母线电容；辅助开关管与箝位电容串联后再与辅助电感并联构成一个子电路，该子电路与母线电容串联共同构成辅助支路；后级隔离型DC-DC变换器包括逆变电路、LC谐振电路、变压器、整流电路与输出电容；逆变电路是由四个包含反并联二极管与谐振电容的全控型开关管连接成的全桥结构；LC谐振电路由谐振电感与谐振电容串联而成；逆变电路的桥臂中点与LC谐振电路串联后连接变压器的原边；整流电路由四个包含反并联二极管的全控型开关管连接成全桥结构；整流电路的上开关管漏极与输出电容的正极相连，整流电路的下开关管源极与输出电容的负极相连；整流电路的桥臂中点与变压器的副边相连。