軟開關(guān)電力電子變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種軟開關(guān)電力電子變壓器，包括輸入整流電路、中間隔離級和DC-AC逆變器，所述中間隔離級包括：逆變器、變壓器、整流器、鉗位電路和鉗位電容，所述鉗位電路包括第一電容、第二電容、兩個選通器件，兩個選通器件反向并聯(lián)后連接到所述整流器的其中一個輸出端與鉗位電容的一端之間，第一電容連接在所述整流器的兩個輸出端之間，第二電容的兩端并聯(lián)到所述鉗位電容的兩端。本發(fā)明提供的軟開關(guān)電力電子變壓器結(jié)構(gòu)簡單，容易工程實現(xiàn)。
【專利說明】 軟開關(guān)電力電子變壓器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力【技術(shù)領域】，尤其涉及一種軟開關(guān)電力電子變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電子變壓器(PET)是一種將電力電子變換技術(shù)和基于電磁感應原理的電能變換技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)將一種電力特征的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N電力特征的電能的新型智能變壓器。它在完成常規(guī)變壓器變壓、隔離、能量傳遞等功能的同時，也可以完成波形控制、潮流控制或電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能，因此它具備解決電力系統(tǒng)中面臨的許多問題。然而，受限于功率器件的耐壓等級，電力電子變壓器大多采用多模塊級聯(lián)的方式運行，大量功率器工作時的開關(guān)損耗成為PET主要的損耗方式。
[0003]解決開關(guān)損耗的有效途徑是采用軟開關(guān)技術(shù)?！败涢_關(guān)”是指零電壓開關(guān)(ZeroVoltage Switching, ZVS)或零電流開關(guān)(Zero Current Switching, ZCS)。它是應用諧振原理，使開關(guān)變換器的開關(guān)管中電流(或電壓)按正弦或準正弦規(guī)律變化，當電流自然過零時或當電壓過零時，使器件開通或關(guān)斷，從而可將開關(guān)器件損耗大大減小甚至降為零。因此，軟開關(guān)技術(shù)在電力電子變壓器的應用將大大減小開關(guān)損耗，提高其性能。
[0004]如圖1所示的一種軟開關(guān)電力電子變壓器中的全橋變換器的示意圖，超前橋臂SI和S2并聯(lián)結(jié)電容Cl和C3，滯后橋臂不并聯(lián)電容，各橋臂均并聯(lián)二極管。在變壓器的原邊串接隔直電容，副邊通過Ce、Dc和Dh構(gòu)成⑶D鉗位電路，超前橋臂開關(guān)器件工作于ZVS方式，滯后橋臂開關(guān)管實現(xiàn)零電流開關(guān)。
[0005]如圖2所示為一種副邊加入輔助無源無損鉗位的方法實現(xiàn)滯后橋臂的ZCS。在一次側(cè)向二次側(cè)傳輸能量的時間里，給無源無損網(wǎng)絡中的電容充電，在續(xù)流階段，由于變壓器原邊電壓減小，變壓器副邊電壓隨之減小，與此同時和電容相串聯(lián)的二極管導通，電容中的電壓通過副邊反向加在變壓器的原邊，來復位變壓器原邊的電流，從而實現(xiàn)滯后橋臂的 ZCS。
[0006]但是現(xiàn)有技術(shù)中的軟開關(guān)電力電子變壓器實現(xiàn)所用的電子器件相對較多，并且為了確保原邊電流可以迅速復位，就必須保證箝位電容足夠大，但是如果箝位電容過大，又會影響到負載范圍和最大占空比。因此鉗位電容大小不容易設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，設計復雜度低的軟開關(guān)電力電子變壓器。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種軟開關(guān)電力電子變壓器，包括輸入整流電路、中間隔離級和DC-AC逆變器，
[0009]所述中間隔離級包括:逆變器、變壓器、整流器、鉗位電路和鉗位電容，其中，所述逆變器的直流側(cè)與所述輸入整流電路的直流輸出端相連，交流側(cè)連接所述變壓器的原方；所述整流器的交流側(cè)連接所述變壓器的副方，所述整流器的直流側(cè)與所述鉗位電容相連，所述鉗位電容與所述DC-AC逆變器相連，所述鉗位電路并聯(lián)在所述鉗位電容的兩端；[0010]所述鉗位電路包括第一電容、第二電容、兩個選通器件，兩個選通器件反向并聯(lián)后連接到所述整流器的其中一個輸出端與鉗位電容的一端之間，第一電容連接在所述整流器的兩個輸出端之間，第二電容的兩端并聯(lián)到所述鉗位電容的兩端。
[0011]優(yōu)選的，所述輸入整流電路包括多個級聯(lián)的子整流電路，所述中間隔離級包括多個子隔離級，每一個子隔離級包括一個逆變器、一個變壓器、一個整流器、一個鉗位電路和一個鉗位電容，每一個子隔離級與一個子整流電路相連，各個子隔離級并聯(lián)輸入到所述DC-AC逆變器。
[0012]優(yōu)選的，所述逆變器的超前橋臂還并聯(lián)有結(jié)電容。
[0013]優(yōu)選的，所述選通器件為二極管，二極管的陽極連接到鉗位電容的一端，陰極連接在整流器的一個輸出端。
[0014]優(yōu)選的，所述整流器包括四組絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二極管，四組絕緣柵雙極型晶體管和所述續(xù)流二極管成H橋結(jié)構(gòu)連接。
[0015]本發(fā)明提供的單相電力電子變壓器中，在變壓器副邊添加鉗位電路，且鉗位電路僅使用四個元器件即可實現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)中的軟開關(guān)電子電力變壓器相比，使用的元器件大大減少，結(jié)構(gòu)更為簡單。且鉗位電容的大小的設計非常簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種軟開關(guān)電力電子變壓器中的全橋變換器的示意圖；
[0017]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的另一種軟開關(guān)電力電子變壓器中的全橋變換器的示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實施例一種軟開關(guān)電力電子變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0020]本發(fā)明提供了一種軟開關(guān)電力電子變壓器，如圖3所示，包括:輸入整流電路100、中間隔離級和DC-AC逆變器300，
[0021]中間隔離級包括:逆變器210、變壓器220、整流器230、鉗位電路240和鉗位電容Co，其中，逆變器210的直流側(cè)與輸入整流電路100的直流輸出端相連，交流側(cè)連接變壓器220的原方；整流器230的交流側(cè)連接變壓器220的副方，整流器230的直流側(cè)與鉗位電容Co相連，鉗位電容Co與逆變器300相連，鉗位電路240并聯(lián)在鉗位電容Co的兩端；
[0022]其中，鉗位電路240包括第一電容Ce、第二電容Co 1、兩個選通器件Vd和Dc，兩個選通器件反向并聯(lián)后連接到所述整流器的其中一個輸出端與鉗位電容的一端之間，第一電容Ce連接在所述整流器的兩個輸出端之間，第二電容Col的兩端并聯(lián)在所述鉗位電容Co的兩端。
[0023]本發(fā)明提供的軟開關(guān)電力電子變壓器的具體工作原理為:超前橋臂開關(guān)過程中，變壓器的漏感Lr和超前臂并聯(lián)的結(jié)電容發(fā)生諧振，其能量足以抽走超前橋臂上并聯(lián)電容的電荷從而很容易實現(xiàn)ZVS。滯后橋臂開關(guān)過程中，當二次側(cè)整流橋輸出電壓下降到與鉗位電容Co上的電壓相等時，選通器件Dcl導通，第一電容Ce兩端的電壓被鉗位在輸出主電路上，且有部分作用在變壓器漏感上，導致原邊電流快速減小，從而使原邊電流迅速恢復。對于滯后橋臂而言，可以在整個輸入電壓和負載變化范圍內(nèi)實現(xiàn)零電流開關(guān)。
[0024]優(yōu)選的，如圖3所示，輸入整流電路100包括多個級聯(lián)的子整流電路，中間隔離級200包括多個子隔離級，每一個子隔離級包括一個逆變器210、一個變壓器220、一個整流器230、一個鉗位電路240和一個鉗位電容Co，各個子隔離級共用一個鉗位電容Co，每一個子隔離級與一個子整流電路相連。
[0025]通過這種方式，能夠分擔各個模塊上的電流，允許在高壓電路中使用晶體管等軟開關(guān)電力電子變壓器中的各個電路結(jié)構(gòu)，從而降低電力電子變壓器的體積和成本。
[0026]圖3中還示出了本發(fā)明提供的軟開關(guān)電力電子變壓器中輸入整流電路的一種優(yōu)選的實施結(jié)構(gòu)，包括四個功率器件以及一個直流儲能電容，一個功率器件包括一個絕緣柵雙極型晶體管和一個續(xù)流二極管，且四組功率器件成H橋結(jié)構(gòu)連接。
[0027]優(yōu)選的，兩個選通器件均為二極管。
[0028]圖3中還示出了本發(fā)明提供的軟開關(guān)電力電子變壓器中逆變器的一種優(yōu)選的實施結(jié)構(gòu)，包括四個串聯(lián)的功率器件，每一個功率器件包括一個絕緣柵雙極型晶體管和一個續(xù)流二極管，其中超前橋臂的上的功率器件還并聯(lián)有一個結(jié)電容。
[0029]圖3中還示出了本發(fā)明提供的軟開關(guān)電力電子變壓器中整流器的一種優(yōu)選的實施結(jié)構(gòu)，包括四個功率器件，一個功率器件包括一個絕緣柵雙極型晶體管和一個續(xù)流二極管，且四組功率器件成H橋結(jié)構(gòu)連接。
[0030]如圖3所示，為本發(fā)明實施例還提供了一種優(yōu)選的輸入整流電路的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的每一個子整流電路包括兩個串聯(lián)的功率器件以及一個直流儲能電容，每個功率器件包括一個絕緣柵雙極型晶體管和一個續(xù)流二極管，且每個功率器件的絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二極管成H橋結(jié)構(gòu)連接。
[0031]優(yōu)選的，如圖3所示，在逆變器的超前橋臂上還并聯(lián)有結(jié)電容。通過這種方式，能夠消除相應的開關(guān)器件開關(guān)時帶來的毛刺。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種軟開關(guān)電力電子變壓器，包括輸入整流電路、中間隔離級和DC-AC逆變器，其特征在于， 所述中間隔離級包括:逆變器、變壓器、整流器、鉗位電路和鉗位電容，其中，所述逆變器的直流側(cè)與所述輸入整流電路的直流輸出端相連，交流側(cè)連接所述變壓器的原方；所述整流器的交流側(cè)連接所述變壓器的副方，所述整流器的直流側(cè)與所述鉗位電容相連，所述鉗位電容與所述DC-AC逆變器相連，所述鉗位電路并聯(lián)在所述鉗位電容的兩端； 所述鉗位電路包括第一電容、第二電容、兩個選通器件，兩個選通器件反向并聯(lián)后連接到所述整流器的其中一個輸出端與鉗位電容的一端之間，第一電容連接在所述整流器的兩個輸出端之間，第二電容的兩端并聯(lián)到所述鉗位電容的兩端。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于，所述輸入整流電路包括多個級聯(lián)的子整流電路，所述中間隔離級包括多個子隔離級，每一個子隔離級包括一個逆變器、一個變壓器、一個整流器、一個鉗位電路，各個子隔離級共用一個鉗位電容，每一個子隔離級與一個子整流電路相連，各個子隔離級并聯(lián)輸入到所述DC-AC逆變器。
3.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于，所述逆變器的超前橋臂還并聯(lián)有結(jié)電容。
4.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于，所述選通器件為二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于，所述整流器包括四組絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二極管，四組絕緣柵雙極型晶體管和所述續(xù)流二極管成H橋結(jié)構(gòu)連接。
【文檔編號】H02M5/458GK103973129SQ201410135385
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】周柯, 王凱, 汪麗川, 劉鵬, 帥智康, 魏釗, 金慶忍, 高立克, 吳劍豪, 吳麗芳, 歐世鋒, 陳濤, 楚紅波 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學研究院, 湖南大學