[发明专利]混合三电平双向DC-DC变换器及其中点电压平衡控制方法

说明书

本发明公开了一种混合三电平双向DC‑DC变换器，拓扑结构主要包括：直流电源、三电平结构、H桥结构。本发明变换器的拓扑包含三电平结构，可以降低开关管电压应力，提高直流侧电压。移相加占空比控制为通过增加移相角，使得变换器交流侧输出不同的电压波形，控制更加灵活。本发明的中点电压平衡控制方法可以有效解决三电平结构的中点箝位电容电压偏移问题，从而避免出现电容损耗增大，使用寿命降低，输出波形谐波含量增大等的问题，保证混合三电平双向DC/DC变换器长期可靠运行。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种混合三电平双向DC-DC变换器，还涉及一种混合三电平双向DC-DC变换器的中点电压平衡控制方法。

背景技术

隔离型双向DC/DC变换器常用的是双向全桥的电路结构，它是由两个H桥、高频变压器以及两个直流稳压电容组成。虽然这种拓扑结构可以实现电气隔离和能量双向流动，但是，这种结构开关管的电压应力等于输入或输出电压。因此，输入或者输出电压越高，要求开关管的耐压值越高，所以只能选择耐压等级较高的功率器件来满足设计要求，这必然会增加系统成本，降低系统的效率及可靠性。

混合三电平双向DC/DC变换器的传统移相控制是通过改变三电平全桥和H桥之间的移相角来实现的，这种控制方法在变压器两端电压不匹配时软开关范围缩小，而且电流有效值也较大，变换器损耗变大，效率降低。

在有级联电容存在的电路拓扑中，中点电压平衡一直是研究的热点。级联电容之间的充电电压不同，或者开关管开通时间有延迟等情况都会出现电容两端电压不平衡的问题。在三相逆变器中，中点电压平衡已经得到深入研究，但是在直流变换器中，对该问题研究甚少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种混合三电平双向DC-DC变换器，解决传统双向变压器对开关管耐压值要求高、系统成本高、效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下。

第一方面，本发明提供了一种混合三电平双向DC-DC变换器，包括：直流电源、分压电容电路、三电平电路、变压器、H桥电路和负载电阻；

所述分压电容电路包括串联的第一电容和第二电容；两端分别连接直流电源的正负两端；第一电容和第二电容的串联中点作为分压电容电路的分压端；

所述三电平电路包括并联的第一个半桥桥臂和第二个半桥桥臂的两端，第一个半桥桥臂和第二个半桥桥臂的两端分别连接直流电源的正负两端；第一个半桥桥臂的输入端和第二个半桥桥臂的输入端分别与分压电容电路的分压端相连；第一个半桥桥臂的中点和第二个半桥桥臂的中心分别连接变压器的第一绕组的两端；

变压器的第二绕组的一端串联第一电感后连接H桥电路的第一输入端，变压器的第二绕组的另一端连接H桥电路的第二输入端；

H桥电路的两桥臂中点连接并联的第三电容和负载电阻。

可选的，所述三电平电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；

第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一二极管和第二二极管组成第一个半桥桥臂，第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第三二极管和第四二极管组成第二个半桥桥臂；

第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管依次正向串联，两端分别连接直流电源的正负两端；所述第一二极管和第二二极管正向串联，两端分别与所述第一开关管和第二开关管的串联中点及所述第三开关管和第四开关管的串联中点相连；所述第一二极管和第二二极管的串联中点作为第一个半桥桥臂的输入端，与分压电容电路的分压端相连；