[发明专利]一种串并联双有源桥式变换器及调制方法

权利要求书

1.一种串并联双有源桥式变换器，其特征在于，包括：电容C₁、电容C₂、开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃、开关管S₄、变压器T₁、变压器T₂、电感L、开关管S₅、开关管S₆、电容C₃、电容C₄和电容Co；

所述开关管S₁的漏极分别与开关管S3的漏极和电容C₁的一端连接，并作为串并联双有源桥式变换器的正输入端；所述开关管S₁的源极分别与变压器T₁原边的一端和开关管S₂的漏极连接；所述开关管S₂的源极分别与开关管S₄的源极和电容C₂的一端连接，并作为串并联双有源桥式变换器的负输入端；所述开关管S₃的源极分别与开关管S₄的漏极和变压器T₂原边的一端连接；所述电容C₁的另一端分别与电容C₂的另一端、变压器T₁原边的另一端和变压器T₂原边的另一端连接；所述变压器T₁副边的一端与电感L的一端连接，其副边的另一端与变压器T₂副边的一端连接；所述开关管S₅的源极分别与电感L的另一端和开关管S₆的漏极连接，其漏极分别与电容C₃的一端和电容Co的一端连接，并作为串并联双有源桥式变换器的正输出端；所述开关管S₆的源极分别与电容C₄的一端和电容Co的另一端连接，并作为串并联双有源桥式变换器的负输出端；所述电容C₃的另一端分别与电容C₄的另一端和变压器T₂副边的另一端连接；所述开关管S₁和开关管S₂构成第一半桥DAB变换器模块；所述开关管S₃和开关管S₄构成第二半桥DAB变换器模块；所述开关管S₅和开关管S₆构成第三半桥DAB变换器模块；

所述串并联双有源桥式变换器存在8种模态：

模态一：第一时间段[t₀～t₁]中，在t₀时刻，开关管S₂关断，开关管S₁导通，开关管S₄和开关管S₆保持开通，通过开关管S₁的电流i₁的方向为开关管S₁的源极到漏极，通过开关管S₄的电流i₂的方向为开关管S₄的漏极到源极，电感L的电流i_L的方向为逆时针；

在模态一中，所述电流i_L的时域表达式为：t₁时刻的电流值为其中，i_L(t₀)为t₀时刻电感L的电流值，V_o为串并联双有源桥式变换器的输出电压，t为第一时间段[t₀～t₁]中的时间点，L为电感L的值，T_H为半个开关周期，D₁为第一半桥DAB变换器模块的方波电压V_i1相对于第三半桥DAB变换器模块的方波电压V₂的超前移相占空比，D₂为第二半桥DAB变换器模块的方波电压V_i2相对于第三半桥DAB变换器模块的方波电压V₂的超前移相占空比；

模态二：第二时间段[t₁～t₂]中，在t₁时刻，开关管S₄关断，开关管S₃导通，开关管S₁和开关管S₆保持开通，通过开关管S₁的电流i₁的方向为开关管S₁的源极到漏极，通过开关管S₃的电流i₂的方向为开关管S₃的源极到漏极，电感L的电流i_L的方向为逆时针；

在模态二中，所述电流i_L的时域表达式为：t₂时刻的电流值为0，其中，i_L(t₁)为t₁时刻电感L的电流值，V_in为串并联双有源桥式变换器的输入电压，n为变压器的变比，L为电感L的值，t为第二时间段[t₁～t₂]中的时间点，V_o为串并联双有源桥式变换器的输出电压；

模态三：第三时间段[t₂～t₃]中，在t₂时刻，开关管S₁、开关管S₃和开关管S₆保持开通，通过开关管S₁的电流i₁的方向为开关管S₁的漏极到源极，通过开关管S₃的电流i₂的方向为开关管S₃的漏极到源极，电感L的电流i_L的方向为顺时针；

在模态三中，所述电流i_L的时域表达式为：t₃时刻的电流值为其中，i_L(t₂)为t₂时刻电感L的电流值，V_in为串并联双有源桥式变换器的输入电压，n为变压器的变比，L为电感L的值，t为第三时间段[t₂～t₃]中的时间点，V_o为串并联双有源桥式变换器的输出电压，D₂为第二半桥DAB变换器模块的方波电压V_i2相对于第三半桥DAB变换器模块的方波电压V₂的超前移相占空比，T_H为半个开关周期；

模态四：第四时间段[t₃～t₄]中，在t₃时刻，开关管S₆关断，开关管S₅导通，开关管S₁和开关管S₃保持开通，通过开关管S₁的电流i₁的方向为开关管S₁的漏极到源极，通过开关管S₃的电流i₂的方向为开关管S₃的漏极到源极，电感L的电流i_L的方向为顺时针；

在模态四中，所述电流i_L的时域表达式为：t₄时刻的电流值为其中，i_L(t₃)为t₃时刻电感L的电流值，V_in为串并联双有源桥式变换器的输入电压，n为变压器的变比，L为电感L的值，t为第四时间段[t₃～t₄]中的时间点，V_o为串并联双有源桥式变换器的输出电压，T_H为半个开关周期，D₁为第一半桥DAB变换器模块的方波电压V_i1相对于第三半桥DAB变换器模块的方波电压V₂的超前移相占空比；

模态五：第五时间段[t₄～t₅]中，在t₄时刻，开关管S₁关断，开关管S₂导通，开关管S₃和开关管S₅保持开通，通过开关管S₂的电流i₁的方向为开关管S₂的源极到漏极，通过开关管S₃的电流i₂的方向为开关管S₃的漏极到源极，电感L的电流i_L的方向为顺时针；

在模态五中，所述电流i_L的时域表达式为：t₅时刻的电流值为其中，i_L(t₄)为t₄时刻电感L的电流值，V_o为串并联双有源桥式变换器的输出电压，t为第五时间段[t₄～t₅]中的时间点，L为电感L的值，T_H为半个开关周期，D₁为第一半桥DAB变换器模块的方波电压V_i1相对于第三半桥DAB变换器模块的方波电压V₂的超前移相占空比，D₂为第二半桥DAB变换器模块的方波电压V_i2相对于第三半桥DAB变换器模块的方波电压V₂的超前移相占空比；

模态六：第六时间段[t₅～t₆]中，在t₅时刻，开关管S₃关断，开关管S₄导通，开关管S₂和开关管S₅保持开通，通过开关管S₂的电流i₁的方向为开关管S₂的源极到漏极，通过开关管S₄的电流i₂的方向为开关管S₃的源极到漏极，电感L的电流i_L的方向为顺时针；

在模态六中，所述电流i_L的时域表达式为：t₆时刻的电流值为0，其中，i_L(t₅)为t₅时刻电感L的电流值，V_in为串并联双有源桥式变换器的输入电压，n为变压器的变比，L为电感L的值，t为第六时间段[t₅～t₆]中的时间点，V_o为串并联双有源桥式变换器的输出电压；

模态七：第七时间段[t₆～t₇]中，在t₆时刻，开关管S₂、开关管S₄和开关管S₅保持开通，通过开关管S₂的电流i₁的方向为开关管S₂的漏极到源极，通过开关管S₄的电流i₂的方向为开关管S₄的漏极到源极，电感L的电流i_L的方向为逆时针；

在模态七中，所述电流i_L的时域表达式为：t₇时刻的电流值为其中，i_L(t₆)为t₆时刻电感L的电流值，V_in为串并联双有源桥式变换器的输入电压，n为变压器的变比，L为电感L的值，t为第七时间段[t₆～t₇]中的时间点，V_o为串并联双有源桥式变换器的输出电压，D₂为第二半桥DAB变换器模块的方波电压V_i2相对于第三半桥DAB变换器模块的方波电压V₂的超前移相占空比，T_H为半个开关周期；

模态八：第八时间段[t₇～t₈]中，在t₇时刻，开关管S₅关断，开关管S₆导通，开关管S₂和开关管S₄保持开通，通过开关管S₂的电流i₁的方向为开关管S₂的漏极到源极，通过开关管S₄的电流i₂的方向为开关管S₄的漏极到源极，电感L的电流i_L的方向为逆时针；

在模态八中，所述电流i_L的时域表达式为：t₄时刻的电流值为其中，i_L(t₇)为t₇时刻电感L的电流值，V_in为串并联双有源桥式变换器的输入电压，n为变压器的变比，L为电感L的值，t为第八时间段[t₇～t₈]中的时间点，V_o为串并联双有源桥式变换器的输出电压，T_H为半个开关周期，D₁为第一半桥DAB变换器模块的方波电压V_i1相对于第三半桥DAB变换器模块的方波电压V₂的超前移相占空比。