一種飛跨電容電壓均衡互聯電路制造技術

本發明專利技術公開了一種飛跨電容電壓均衡互聯電路，包括：變換模塊和均衡模塊，變換模塊為兩相或兩相以上N電平飛跨電容變換電路且N電平飛跨電容變換電路包括多個變換橋臂，每個變換橋臂均包含N

【技術實現步驟摘要】
一種飛跨電容電壓均衡互聯電路


[0001]本專利技術涉及電能變換
，特別涉及一種飛跨電容電壓均衡互聯電路。

技術介紹

[0002]飛跨電容型多電平變換器拓撲具有電路簡單、元件數量少，損耗小，倍頻輸出等顯著優點，因而在高效率高功率密度電能變換方面受到了越來越多的關注。N電平飛跨電容變換橋臂包含依次串接的(2N
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2)只開關和(N
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2)只飛跨電容，橋臂兩端連接到一直流端口的正負極，從橋臂中點到直流正極的N
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1個開關依次為Q1至Qn
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1構成上橋臂，從橋臂中點到直流負極的N
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1個開關依次為Q1b至Qn
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1b構成下橋臂，N
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2個飛跨電容依次從相對于橋臂中點的Q1至Qn
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2開關管外側跨接到Q1b至Qn
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2b開關管外側，依據其目標電壓的高低依次構成1級飛跨電容、2級飛跨電容直至n
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2級飛跨電容，其電壓分別為橋臂直流電壓的1/(N
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1)、2/(N
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1)直至(N
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2)/(N
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1)。開關橋臂運行中，每個開關管工作電壓僅僅為橋臂直流電壓的1/(N
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1)，通過(2N
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2)個開關的通斷狀態組合，在橋臂中點生成相對于直流端口正極或負極的N個不同電平的電壓。
[0003]對于飛跨電容多電平變換器，電容電壓均衡即其實際電壓與目標電壓的接近是一個關鍵技術點，是降低開關器件電壓應力，改善輸出電流波形的基礎。然而，在功率變換系統中，輸入輸出電壓或直流母線電壓的變化經常會存在，有些電壓變化具有幅值大速度快的特點，這對于飛跨電容多電平變換器而言，將帶來飛跨電容電壓跟蹤目標電壓的能力問題，特別是當負載電流較小時，對飛跨電容電壓的調節能力較弱，從而造成飛跨電容實際電壓不均衡和開關應力的增加，嚴重時可造成開關器件的損毀。這一問題已經嚴重困擾飛跨電容多電平變換器的推廣應用。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的是提供一種飛跨電容電壓均衡互聯電路，其具有能夠使各飛跨電容快速調整到目標電壓，尤其在直流母線電壓快速上升時，確保飛跨電容電壓快速跟隨的優點。
[0005]本專利技術的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：
[0006]一種飛跨電容電壓均衡互聯電路，包括：變換模塊和均衡模塊，所述變換模塊為兩相或兩相以上N電平飛跨電容變換電路且所述N電平飛跨電容變換電路包括多個變換橋臂，每個變換橋臂均包含N
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2個工作電壓逐級遞增的飛跨電容，所述均衡模塊包括多個二極管整流橋臂，多個所述二極管整流橋臂分別并聯于每個飛跨電容的兩端；所述二極管整流橋臂由兩個二極管串聯構成；
[0007]每個所述變換橋臂的每級飛跨電容并聯的二極管整流橋臂與另一個開關橋臂其中一級飛跨電容所并聯的二極管整流橋臂形成互連組，每組互連組內的兩個二極管整流橋臂的中點通過導線相互連接，且兩個二極管整流橋臂對應的飛跨電容的級數之和為N
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1；
[0008]當N為奇數時，所有變換橋臂的中間級飛跨電容所并聯的二極管整流橋臂的中點
并接在一起。
[0009]進一步設置：多個所述變換橋臂的開關頻率一致時，相鄰的變換橋臂之間存在相位差。
[0010]進一步設置：所述相位差具體為180度。
[0011]進一步設置：所述相位差具體為360/m度，其中m為變換橋臂的數量。
[0012]進一步設置：所述互連組內的兩個二極管整流橋臂之間的導線上設置有低值電阻。
[0013]進一步設置：所述中間級飛跨電容所并聯的二極管整流橋臂的中點并接在一起后通過低值電阻連接至直流母線的中點。
[0014]綜上所述，本專利技術具有以下有益效果：通過互連電路在每個開關周期內實現飛跨電容串聯后并接到直流母線，使各飛跨電容快速調整到目標電壓，尤其在直流母線電壓快速上升時，確保飛跨電容電壓快速跟隨。非同步開關的兩個以上橋臂，通過所述的飛跨電容均衡互連電路，飛跨電容電壓對于直流電壓變化的跟蹤的速度受到橋臂之間開關移相角的影響，在相位相差顯著時具有較強的均衡能力。在同一互連組的兩個二極管整流橋臂之間設置低值電阻可以抑制開關切換瞬間的電流尖峰，有利于改善EMI。中間級電容所對應的二極管整流橋臂的中點相互并接后通過低值電阻連接至直流母線的中點有利于加速飛跨電容的電壓接近目標值。
附圖說明
[0015]圖1是四電平飛跨電容變換器的結構示意圖；
[0016]圖2是五電平飛跨電容變換器的結構示意圖；
[0017]圖3是未采用本專利技術時飛跨電容電壓對直流電壓突升的影響示意圖；
[0018]圖4是采用本專利技術后飛跨電容電壓對直流電壓突升的影響示意圖；
[0019]圖5是采用了低值電阻的三電平飛跨電容變換器的結構示意圖。
具體實施方式
[0020]以下結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明。
[0021]實施例1：
[0022]一種飛跨電容電壓均衡互聯電路，包括：變換模塊和均衡模塊，所述變換模塊為兩相或兩相以上N電平飛跨電容變換電路且所述N電平飛跨電容變換電路包括多個變換橋臂，每個變換橋臂均包含N
?
2個工作電壓逐級遞增的飛跨電容，所述均衡模塊包括多個二極管整流橋臂，多個所述二極管整流橋臂分別并聯于每個飛跨電容的兩端；所述二極管整流橋臂由兩個二極管串聯構成；
[0023]每個所述變換橋臂的每級飛跨電容并聯的二極管整流橋臂與另一個開關橋臂其中一級飛跨電容所并聯的二極管整流橋臂形成互連組，每組互連組內的兩個二極管整流橋臂的中點通過導線相互連接，且兩個二極管整流橋臂對應的飛跨電容的級數之和為N
?
1，即在每個開關橋臂的最高一級飛跨電容并聯的二極管整流橋臂中點，通過導線連接到下一個開關橋臂的最低一級飛跨電容并聯的二極管整流橋臂中點，次一級的飛跨電容并聯的二極管整流橋臂中點，通過互連線連接到下一個開關橋臂的倒數第二級飛跨電容并聯的二極管
整流橋臂中點，依次類推直至全部級別的飛跨電容并聯二極管橋臂中點均完成互連。
[0024]如圖1所示，在四電平飛跨電容變換器中，在每個開關橋臂的最高一級飛跨電容并聯的二極管橋臂中點，通過互連線連接到下一個開關橋臂的最低一級飛跨電容并聯的二極管橋臂中點。即在變換橋臂P4#中二極管整流橋臂M2的中點與變換橋臂P1#中的二極管整流橋臂M1的中點連接；變換橋臂P1#中的二極管整流橋臂M2的中點與變換橋臂P2#中的二極管整流橋臂M1的中點連接；變換橋臂P2#中的二極管整流橋臂M2的中點與變換橋臂P3#中的二極管整流橋臂M1的中點連接；變換橋臂P3#中的二極管整流橋臂M2的中點與變換橋臂P4#中的二極管整流橋臂M1的中點連接。飛跨電容電壓均衡快速跟蹤的原理：非同步開關的兩相橋臂，存在時間區間使一個橋臂的Q1與另一橋臂的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種飛跨電容電壓均衡互聯電路，其特征在于，包括：變換模塊和均衡模塊，所述變換模塊為兩相或兩相以上N電平飛跨電容變換電路且所述N電平飛跨電容變換電路包括多個變換橋臂，每個變換橋臂均包含N
?
2個工作電壓逐級遞增的飛跨電容，所述均衡模塊包括多個二極管整流橋臂，多個所述二極管整流橋臂分別并聯于每個飛跨電容的兩端；所述二極管整流橋臂由兩個二極管串聯構成；每個所述變換橋臂的每級飛跨電容并聯的二極管整流橋臂與另一個開關橋臂其中一級飛跨電容所并聯的二極管整流橋臂形成互連組，每組互連組內的兩個二極管整流橋臂的中點通過導線相互連接，且兩個二極管整流橋臂對應的飛跨電容的級數之和為N
?
1；當N為奇數時，所有變換橋臂的中間級飛跨電容所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尹國棟，
申請(專利權)人：杭州鉑科電子有限公司，
類型：發明
國別省市：