【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电力电子，尤其涉及一种功率变换器及控制方法。
技术介绍
1、双有源桥式(dual active bridge，dab)变换器作为一种电能转换装置，可以通过其桥臂上的开关管的导通与截止，实现电能转化的功能。为了实现桥臂开关管的导通与截止，可以根据dab变换器中原边桥上的内移相、原副边桥之间的外移相以及变开关频率这些控制自由度，生成用于控制桥臂开关管的驱动波形。然而，根据以上自由度控制开关管的驱动波形时，dab变换器的电能转换效率不高。
技术实现思路
1、本申请提供一种功率变换器及控制方法，旨在实现原边变换电路和副边变换电路中开关管的全范围零电压开关(zero voltage switch，zvs)开通，提升功率变换器的转换效率。
2、第一方面，本申请提供一种功率变换器，功率变换器包括原边全桥变换电路、变压器、副边变换电路和控制器，原边全桥变换电路的输入端用于连接光伏组件，副边变换电路的输出端用于连接电网或负载，原边全桥变换电路包括左桥臂电路和右桥臂电路，左桥臂电路包括两个互补的开关管，右桥臂电路包括两个互补的开关管，副边变换电路包括两对互补开关管。
3、控制器用于：输出多个驱动信号，驱动信号用于驱动左桥臂电路的开关管、右桥臂电路的开关管和副边变换电路的开关管中的一个或多个且满足如下特征中至少一个：
4、左桥臂电路中的两个开关管的驱动信号在第一开关周期和第二开关周期中的死区时间不同，第一开关周期和第二开关周期为左桥臂电路中任一开关管的不同开
5、在互补功率开关管的死区时间内，变换电路内谐振电感通过功率开关管的寄生电容实现续流，谐振电感的续流使功率开关管对应的互补功率开关管的两端电压降低到接近零时使互补开关管导通，实现zvs开通。通过引入三个死区时间控制自由度对dab变换电路中互补开关管之间的死区时间进行控制，根据开关管上寄生电容的充放电需求适应性地调整互补开关管的死区时间，从而实现开关管的全范围zvs开通，提升功率变换器的转换效率。
6、在一些实现方式中，副边变换电路中的任一对互补开关管的驱动信号的死区时间为第三死区时间，功率变换器的功率因数为1的情况下，第三死区时间满足：
7、在副边变换电路的输出电流由零升高至第一电流值的区间，第三死区时间保持不变；在副边变换电路的输出电流由第一电流值升高至第二电流值的区间，第三死区时间与副边变换电路的输出电流成正相关关系。
8、在一些实现方式中，第三死区时间还满足：
9、在副边变换电路的输出电流由第二电流值升高至第三电流值的区间时，第三死区时间保持不变；在副边变换电路的输出电流由第三电流值升高至峰值且拓扑增益小于1的区间，第三死区时间保持不变；或者，在副边变换电路的输出电流由第三电流值升高至峰值且拓扑增益大于1的区间，第三死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系。
10、其中，拓扑增益满足如下关系式：
11、
12、m为拓扑增益，n为变压器的变比，v1为原边全桥变换电路的输入电压，v2为副边变换电路的输出电压。
13、在一些实现方式中，第三死区时间还满足：
14、在副边变换电路的输出电流由第二电流值升高至第四电流值的区间，第三死区时间与副边变换电路的输出电流成正相关关系，在副边变换电路的输出电流由第四电流值升高至第五电流值的区间，第三死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系；在副边变换电路的输出电流由第五电流值升高至峰值且拓扑增益小于1的区间，第三死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系，第三死区时间的变化量为第一时长；或者，副边变换电路的输出电流由第五电流值升高至峰值且拓扑增益大于1的区间，第三死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系，第三死区时间的变化量为第二时长，第二时长大于第一时长。
15、其中，拓扑增益满足如下关系式：
16、
17、m为拓扑增益，n为变压器的变比，v1为原边全桥变换电路的输入电压，v2为副边变换电路的输出电压。
18、根据拓扑增益的取值，可以进一步提升对第三死区时间的时长进行控制的灵活程度，从而提升功率变换器的转换效率。
19、在一些实现方式中，左桥臂电路中的两个开关管的驱动信号的死区时间为第一死区时间，功率变换器的功率因数为1时，第一死区时间满足：
20、在副边变换电路的输出电流由零升高至第六电流值的区间，第一死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系；在副边变换电路的输出电流由第六电流值升高至第七电流值的区间，第一死区时间保持不变。
21、在一些实现方式中，第一死区时间还满足：
22、在副边变换电路的输出电流由第七电流值升高至峰值且拓扑增益小于1的区间，第一死区时间保持不变；或者，在副边变换电路的输出电流由第七电流值升高至峰值且拓扑增益大于1的区间，第一死区时间与副边变换电路的输出电流成正相关关系。
23、其中，拓扑增益满足如下关系式：
24、
25、m为拓扑增益，n为变压器的变比，v1为原边全桥变换电路的输入电压，v2为副边变换电路的输出电压。
26、根据拓扑增益的取值，可以进一步提升对第一死区时间的时长进行控制的灵活程度，从而提升功率变换器的转换效率。
27、在一些实现方式中，右桥臂电路中的两个开关管的驱动信号的死区时间为第二死区时间，功率变换器的功率因数为1时，第二死区时间满足：
28、在副边变换电路的输出电流由零升高至第八电流值的区间，第二死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系，第二死区时间的变化量为第三时长；在副边变换电路的输出电流由第八电流值升高至峰值的区间，第二死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系，第二死区时间的变化量为第四时长，第三时长大于第四时长。
29、根据副边变换电路的输出电流，可以灵活调整第二死区时间的时长，从而提升功率变换器的转换效率。
30、在一些实现方式中，在副边变换电路的输出电流由零升高至第八电流值的区间，第二死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系，第二死区时间对应的时长的变化速率为第一速率；在副边变换电路的输出电流由第八电流值升高至峰值的区间，第二死区时间与副边变换电路的输出电流成负相关关系，第二死区时间对应的时长的变化速率为第二速率，第二速率始终小于第一速率。
31、在一些实现方式中，左桥臂电路的开关管、右桥臂电路的开关管和副边变换电路的开关管中任一开关管的开关频率大于副边变换电路的谐振电路的固有谐振频率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功率变换器，其特征在于，所述功率变换器包括原边全桥变换电路、变压器、副边变换电路和控制器，所述原边全桥变换电路的输入端用于连接光伏组件，所述副边变换电路的输出端用于连接电网或负载，所述原边全桥变换电路包括左桥臂电路和右桥臂电路，所述左桥臂电路包括两个互补的开关管，所述右桥臂电路包括两个互补的开关管，所述副边变换电路包括两对互补开关管；
2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述副边变换电路中的任一对互补开关管的驱动信号的死区时间为第三死区时间，所述功率变换器的功率因数为1的情况下，所述第三死区时间满足：
3.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述第三死区时间还满足：
4.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述第三死区时间还满足：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述左桥臂电路中的两个开关管的驱动信号的死区时间为第一死区时间，所述功率变换器的功率因数为1时，所述第一死区时间满足：
6.根据权利要求5所述的功率变换器，其特征在于，所述第一死区时间还满足：>
7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述右桥臂电路中的两个开关管的驱动信号的死区时间为第二死区时间，所述功率变换器的功率因数为1时，所述第二死区时间满足：
8.根据权利要求2至7中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述左桥臂电路的开关管、所述右桥臂电路的开关管和所述副边变换电路的开关管中任一开关管的开关频率大于所述副边变换电路的谐振电路的固有谐振频率。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述原边全桥变换电路还包括第一电感和第一电容，所述左桥臂电路包括第一开关管和第二开关管，所述右桥臂电路包括第三开关管和第四开关管，所述第一电感的第一端用于连接直流电源的输出端，所述第一电感的第二端分别与所述第一电容的第一端、所述第一开关管的漏极和所述第三开关管的漏极连接，所述第一电容的第二端与所述直流电源的输入端连接，所述变压器的原边绕组的第一端与所述第一开关管的源极和所述第二开关管的漏极连接，所述变压器的原边绕组的第二端与所述第三开关管的源极和所述第四开关管的漏极连接；
10.根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器的功率因数为1，所述拓扑增益大于或等于1，且所述副边变换电路的输出电流大于或等于第一阈值的情况下，所述第一相移为零。
11.根据权利要求9或10所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器的功率因数为1，拓扑增益大于或等于1，且所述第一相移为零的情况下，所述第一死区时间与所述第二死区时间相等。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述副边变换电路的谐振电路包括第二电感、第二电容和第三电容，所述副边半桥变换电路包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，所述变压器的副边绕组的第一端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第六开关管的漏极和所述第七开关管的漏极连接，所述第六开关管的源极与所述第五开关管的源极连接，所述第五开关管的漏极与所述第二电容的第一端用于连接交流电网的输入端，所述第七开关管的源极与所述第八开关管的源极连接，所述第八开关管的漏极与所述第三电容的第二端用于连接所述交流电网的输出端，所述变压器的副边绕组的第二端与所述第二电容的第二端和所述第三电容的第一端连接；
13.一种功率变换器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述副边变换电路中的任一对互补开关管的驱动信号的死区时间为第三死区时间，所述功率变换器的功率因数为1的情况下，所述第三死区时间满足：
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第三死区时间还满足：
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第三死区时间还满足：
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述左桥臂电路中的两个开关管的驱动信号的死区时间为第一死区时间，所述功率变换器的功率因数为1时，所述第一死区时间满足：
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一死区时间还满足：
19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述右桥臂电路中的两个开关管的驱动信号的死区时间为第二死区时间，所述功率变换器的功率因数为1时，所述第二死区时间满足：
20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述左桥臂电路的开关管、所述右桥臂电路的开...
【技术特征摘要】
1.一种功率变换器，其特征在于，所述功率变换器包括原边全桥变换电路、变压器、副边变换电路和控制器，所述原边全桥变换电路的输入端用于连接光伏组件，所述副边变换电路的输出端用于连接电网或负载，所述原边全桥变换电路包括左桥臂电路和右桥臂电路，所述左桥臂电路包括两个互补的开关管，所述右桥臂电路包括两个互补的开关管，所述副边变换电路包括两对互补开关管；
2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述副边变换电路中的任一对互补开关管的驱动信号的死区时间为第三死区时间，所述功率变换器的功率因数为1的情况下，所述第三死区时间满足：
3.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述第三死区时间还满足：
4.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述第三死区时间还满足：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述左桥臂电路中的两个开关管的驱动信号的死区时间为第一死区时间，所述功率变换器的功率因数为1时，所述第一死区时间满足：
6.根据权利要求5所述的功率变换器，其特征在于，所述第一死区时间还满足：
7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述右桥臂电路中的两个开关管的驱动信号的死区时间为第二死区时间，所述功率变换器的功率因数为1时，所述第二死区时间满足：
8.根据权利要求2至7中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述左桥臂电路的开关管、所述右桥臂电路的开关管和所述副边变换电路的开关管中任一开关管的开关频率大于所述副边变换电路的谐振电路的固有谐振频率。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述原边全桥变换电路还包括第一电感和第一电容，所述左桥臂电路包括第一开关管和第二开关管，所述右桥臂电路包括第三开关管和第四开关管，所述第一电感的第一端用于连接直流电源的输出端，所述第一电感的第二端分别与所述第一电容的第一端、所述第一开关管的漏极和所述第三开关管的漏极连接，所述第一电容的第二端与所述直流电源的输入端连接，所述变压器的原边绕组的第一端与所述第一开关管的源极和所述第二开关管的漏极连接，所述变压器的原边绕组的第二端与所述第三开关管的源极和所述第四开关管的漏极连接；
10.根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器的功率因数为1，所述拓扑...
【专利技术属性】
技术研发人员：荣先亮，辛凯，陈东，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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