多相双向谐振直流变换电路及其控制方法、控制系统技术方案

本发明专利技术提供了多相双向谐振直流变换电路及其控制方法、控制系统，其中的多相双向谐振直流变换电路，包括：源端、变压器组和负载端，对应同一相支路的源端线路节点与变压器的源侧之间通过一个电感电容谐振电路连通，对应同一相支路的变压器的负载侧和所述负载端线路节点之间一对一连通；其中，所述源端的相邻两相支路的源端线路节点之间通过一个限流电感连通。本发明专利技术实施例提供的多相双向谐振直流变换电路，当谐振电感与限流电感上的电流相等时，由谐振电感和限流电感组成的总电感，与原有的谐振电感的电感相比，电感量有了大幅度提升，从而能够大幅度提升谐振电容上的电压，进而提升谐振电流，使功率增加。

【技术实现步骤摘要】
多相双向谐振直流变换电路及其控制方法、控制系统
本专利技术涉及直流供电电路
，具体地说是一种多相双向谐振直流变换电路及其控制方法、控制系统。
技术介绍
电力电子直流变换均为硬开关，存在开关损耗，电路效率低。电力电子技术中可以利用开关管的动作实现对电流电压的控制，谐振软开关即利用感容谐振降低开关损耗。桥式LLC直流变换电路流出电源上电流和流入负载上电流都有比较高的电流纹波；为了消除电池侧的电容纹波电流，无论是从电池侧的电容到直流母线侧的电容的升压，还是从直流母线侧的电容到电池侧的电容的降压，这两个电容都需要并联较大容量的电容，导致滤波器体积变大，特别是在中大功率等级应用时，由于低压侧的纹波电流问题会变得更突出，因而，需要并联更大容量的电容，导致滤波器体积大得将不利于电源的高密度设计。现有的双向传递能量的串联谐振电路在开关管桥臂点不能实现开关电流的限制。现有技术中提供一种谐振式双向变换器和不间断电源装置，其采用电容电感谐振电路(即LC电路)，用于提供不间断电源，但是并不能通过调频来调节功率。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例提供了多相双向谐振直流变换电路及其控制方法、控制系统，通过在源端的电路上增加限流电感，使限流电感与固有的电感电容谐振电路进行谐振，从而实现增加功率的目的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种多相双向谐振直流变换电路，包括：源端，对应每相支路连接一个源端开关管桥臂，所述源端开关管桥臂包括串联的两个半导体开关管，位于两个半导体开关管之间的线路上的任意连接点为源端线路节点；变压器组，对应每相支路设置一个变压器；负载端，对应每相支路连接一个负载端开关管桥臂，所述负载端开关管桥臂包括同向串联的两个半导体开关管，位于两个半导体开关管之间的线路上的任意连接点为负载端线路节点；对应同一相支路的所述源端线路节点与变压器的源侧之间通过一个电感电容谐振电路连通，对应同一相支路的所述变压器的负载侧和所述负载端线路节点之间一对一连通；其中，在所述源端的相邻两相支路的源端线路节点之间通过一个限流电感连通。所述电感电容谐振电路，由谐振电感和谐振电容串联组成。可选择地，所述限流电感的电感量大于所述电感电容谐振电路中的谐振电感的电感量。可选择地，所述限流电感的电感量是所述电感电容谐振电路中的谐振电感的电感量的4-12倍。可选择地，所述电感电容谐振电路中的谐振电感位于与所述电感电容谐振电路连通的变压器的源侧，此时的谐振电感作为变压器的线圈使用。可选择地，所述源端开关管桥臂的两个半导体开关管采用同向串联的方式连接，或者，所述源端开关管桥臂的两个半导体开关管采用反向串联的方式连接。可选择地，所述负载端开关管桥臂的两个半导体开关管采用同向串联的方式连接，或者，所述负载端开关管桥臂的两个半导体开关管采用反向串联的方式连接。可选择地，所述半导体开关管为金属氧化物场效应晶体管(Mosfet)、双向可控金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、可关断晶闸管(GTO)或二极管。可选择地，所述多相双向谐振直流变换电路，用于两相、三相或四相及以上。可选择地，所述源端的各个所述源端开关管桥臂之间的相位沿圆周方向依次相差相等的相位角；和/或，所述负载端的各个所述负载端开关管桥臂之间的相位沿圆周方向依次相差相等的相位角。可选择地，所述源端开关管桥臂的两个半导体开关管之间的相位角相差180度，并且所述源端开关管桥臂的两个半导体开关管的占空比为50％；可选择地，所述负载端开关管桥臂的两个半导体开关管之间的相位角相差180度，并且所述负载端开关管桥臂的两个半导体开关管的占空比为50％。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种多相双向谐振直流变换电路的控制系统，用于所述多相双向谐振直流变换电路的源端电压U1和/或负载端电压U2进行控制，包括：频率控制器，用于调节所述多相双向谐振直流变换电路的工作频率，使所述多相双向谐振直流变换电路的源端电压U1达到预设阈值U1*和/或负载端电压U2达到预设阈值U2*；偏置控制器，用于调节所述多相双向谐振直流变换电路中的每相支路的高电平时间，使每相支路的高电平的占空比小于50％；检测器，用于检测所述多相双向谐振直流变换电路的源端电压U1和/或负载端电压U2、以及所述多相双向谐振直流变换电路的工作频率fs；策略选择器，用于接收所述检测器的电压信号和频率信号，并根据接收到的电压信号和频率信号选择控制所述频率控制器或所述偏置控制器。可选择地，所述偏置控制器，控制每相支路的高电平时间偏置△T；当所述多相双向谐振直流变换电路为三相时，△T的取值范围为(0，T/6)，其中T为每相支路的周期。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种多相双向谐振直流变换电路的控制方法，包括：调节所述多相双向谐振直流变换电路的工作频率fs，使所述多相双向谐振直流变换电路的源端电压U1达到预设阈值U1*和/或负载端电压U2达到预设阈值U2*；当所述工作频率fs达到最大值fmax时，固定工作频率fs＝fmax，调节所述多相双向谐振直流变换电路中的每相支路的高电平偏置△T＞0，使每相支路的高电平的占空比小于50％，使所述多相双向谐振直流变换电路的源端电压U1达到预设阈值U1*和/或负载端电压U2达到预设阈值U2*；当所述偏置△T＝0时，重新调节所述多相双向谐振直流变换电路的工作频率fs，使所述多相双向谐振直流变换电路的源端电压U1达到预设阈值U1*和/或负载端电压U2达到预设阈值U2*。本专利技术实施例提供的多相双向谐振直流变换电路，其中的每个单相支路主要由源端开关管桥臂、串联的谐振电感和谐振电容、变压器、负载端开关管桥臂组成，相邻两相支路的源端开关管桥臂之间通过限流电感连接，由此组成的多相双向谐振直流变换电路，可以有效地减小输入输出谐振电容上的纹波电流，通过限流电感和变压器自感，实现了双向的以谐振方式传递能量；本专利技术实施例提供的多相双向谐振直流变换电路，当谐振电感与限流电感上的电流相等时，由谐振电感和限流电感组成的总电感，与原有的谐振电感的电感相比，电感量有了大幅度提升，从而能够大幅度提升谐振电容上的电压，进而提升谐振电流，使功率增加。将本专利技术实施例提供的多相双向谐振直流变换电路，应用于直流供电设备上，可以使直流供电设备的功率增加，并且有效地减小直流供电设备的纹波电流。所述检测器包括电压检测单元和频率检测单元，其中的电压检测单元用于检测多相双向谐振直流变换电路的源端电压U1和/或负载端电压U2；其中的频率检测单元用于检测多相双向谐振直流变换电路的工作频率fs。本专利技术实施例提供的多相双向谐振直流变换电路的控制系统，策略选择器根据检测器的检测数据，选择控制频率控制器或控制偏置控制器30，从而确保负载端电压U2达到预设阈值U2*。本专利技术实施例提供的多相双向谐振直流变换电路的控制方法，通过对多相双向谐振直流变换电路的工作频率fs进行控制，以及对多相双向谐振直流变换电路的单相支路的高电平进行偏置控制，从而确保负载端电压U2达到预设阈值U2*。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式的描述中可以更好地理解本专利技术，其中：通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。本文档来自技高网...

【技术保护点】
多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，包括：源端，对应每相支路连接一个源端开关管桥臂，所述源端开关管桥臂包括串联的两个半导体开关管，位于两个半导体开关管之间的线路上的任意连接点为源端线路节点；变压器组，对应每相支路设置一个变压器；负载端，对应每相支路连接一个负载端开关管桥臂，所述负载端开关管桥臂包括同向串联的两个半导体开关管，位于两个半导体开关管之间的线路上的任意连接点为负载端线路节点；其中，对应同一相支路的所述源端线路节点与变压器的源侧之间通过一个电感电容谐振电路连通，对应同一相支路所述变压器的负载侧和所述负载端线路节点之间一对一连通；所述源端的相邻两相支路的源端线路节点之间通过一个限流电感连通。

【技术特征摘要】
1.多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，包括：源端，对应每相支路连接一个源端开关管桥臂，所述源端开关管桥臂包括串联的两个半导体开关管，位于两个半导体开关管之间的线路上的任意连接点为源端线路节点；变压器组，对应每相支路设置一个变压器；负载端，对应每相支路连接一个负载端开关管桥臂，所述负载端开关管桥臂包括同向串联的两个半导体开关管，位于两个半导体开关管之间的线路上的任意连接点为负载端线路节点；其中，对应同一相支路的所述源端线路节点与变压器的源侧之间通过一个电感电容谐振电路连通，对应同一相支路所述变压器的负载侧和所述负载端线路节点之间一对一连通；所述源端的相邻两相支路的源端线路节点之间通过一个限流电感连通。2.如权利要求1所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述电感电容谐振电路，由谐振电感和谐振电容串联组成。3.如权利要求1所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述限流电感的电感量大于所述电感电容谐振电路中的谐振电感的电感量。4.如权利要求3所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述限流电感的电感量是所述电感电容谐振电路中的谐振电感的电感量的4-12倍。5.如权利要求1所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述电感电容谐振电路中的谐振电感位于与所述电感电容谐振电路连通的变压器的源侧。6.如权利要求1所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述源端开关管桥臂的两个半导体开关管采用同向串联的方式连接，或者，所述源端开关管桥臂的两个半导体开关管采用反向串联的方式连接。7.如权利要求1所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述负载端开关管桥臂的两个半导体开关管采用同向串联的方式连接，或者，所述负载端开关管桥臂的两个半导体开关管采用反向串联的方式连接。8.如权利要求1-7之一所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述半导体开关管为金属氧化物场效应晶体管、双向可控金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、可关断晶闸管或二极管。9.如权利要求1-7之一所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述多相双向谐振直流变换电路，用于两相、三相或四相及以上。10.如权利要求1-7之一所述的多相双向谐振直流变换电路，其特征在于，所述源端的各个所述源端开关管桥臂之间的相位沿圆周方向依次相差相等的相位角；和/或，所述负载端的各个所述负载端开关管桥臂之间的相位沿圆周方向依次相差相等的相位角。11.如权利要求1-7之一所述的多相双向...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜鑫，黄晓波，孙雷，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11