[发明专利]非隔离型直流变压器

摘要

本发明提供了一种非隔离型直流变压器，包括：两个不同电压等级的直流电压源、上桥臂、下桥臂，所述上桥臂通过下桥臂与较高等级的直流电压源两端相连；较低等级的直流电压源通过滤波电感连接至下桥臂的两端。所述上桥臂由桥臂电感和若干个半桥型子模块串联构成，所述下桥臂由若干个半桥型子模块串联构成。本发明提供的非隔离型直流变压器的子模块电容容值大大减小，因此减小了子模块的成本和体积，且无需两级变换，电路结构更简单。本发明采用的开关管频率小、损耗低；此外交流环流更小，导通损耗低，从而具备更高的效率。

主权项

1.一种非隔离型直流变压器，其特征在于，包括：两个不同电压等级的直流电压源、上桥臂、下桥臂，所述上桥臂通过下桥臂与较高电压等级的直流电压源两端相连；较低电压等级的直流电压源通过滤波电感连接至下桥臂的两端；所述上桥臂由桥臂电感和若干个半桥型子模块串联构成，所述下桥臂由若干个半桥型子模块串联构成；其中，所述上桥臂和下桥臂均包括n个半桥型子模块，且n为大于零的自然数；将上桥臂的n个半桥型子模块记为第一链式模块，下桥臂的n个半桥型子模块记为第二链式模块，所述第一链式模块的一端通过桥臂电感连接至较高电压等级的直流电压源的正极，所述第一链式模块的另一端分别连接至第二链式模块的一端、滤波电感的一端；所述第二链式模块的另一端连接至较高电压等级的直流电压源的负极和较低电压等级的直流电压源的负极，所述滤波电感的另一端连接至较低电压等级的直流电压源的正极；所述n个半桥型子模块中的任一个半桥型子模块包括：电容Csm、第一功率开关管、第二功率开关管，电容Csm的正极连接第一功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的发射极连接第二功率开关管的集电极并构成该半桥型子模块的第一端口，所述第二功率开关管的发射极连接至Csm的负极并构成该半桥型子模块的第二端口；所述非隔离型直流变压器包括四种工作模态，具体地如下：模态1：即t在区间(0,dsT)时，ds表示移相占空比，T表示该直流变压器的开关周期；该模态下，第一链式模块和第二链式模块均工作于低电平状态，此时桥臂电感和滤波电感两端的电压值uLa和uLf分别为：uLa(t)＝Udc1‑(uCl1+uCl2)＝Udc1                    (1)uLf(t)＝uCl2‑Udc2＝‑Udc2                      (2)式中：Udc1表示较高电压等级的直流电压源的电压值，Udc2表示较低电压等级的直流电压源的电压值，ucl1、ucl2分别表示第一链式模块、第二链式模块两端的电压值，ula(t)、ulf(t)分别表示桥臂电感、滤波电感两端的电压随时间t的变化值，i1线性上升，i3线性下降，即：式中：i1表示通过第一链式模块的电流，i3表示通过滤波电感Lf的电流，i1(t)表示i1随时间t的变化值，i3(t)表示i3随时间t的变化值，I1(0)表示i1在零时刻的瞬时电流值，I2(0)表示i2在零时刻的瞬时电流值，I3(0)表示i3在零时刻的瞬时电流值，La表示桥臂电感的电感值，Lf表示滤波电感的电感值；模态2：t在区间(dsT,dT)时，d表示第二链式模块输出PWM波形的占空比；该模态下，第一链式模块工作于低电平状态，第二链式模块工作于高电平状态，此时桥臂电感、滤波电两端的电压分别为：uLa(t)＝0                             (5)uLf(t)＝Udc1‑Udc2                          (6)则，i1保持不变，i3线性上升，即：i1(t)＝I1(dsT)                           (7)I3(dsT)表示i3在dsT零时刻的瞬时电流值；I1(dsT)表示i1在dsT零时刻的瞬时电流值；模态3：t在区间(dT,(d+ds)T)时该模态下，第一链式模块和第二链式模块均工作于高电平状态，此时桥臂电感和滤波电感两端的电压分别为：uLa(t)＝‑Udc1                           (9)uLf(t)＝Udc1‑Udc2                         (10)则，i1线性下降，i3线性上升，即：模态4：t在区间((d+ds)T,T)时该模态下，第一链式模块工作于高电平状态，第二链式模块工作于低电平状态，此时桥臂电感和滤波电感两端的电压分别为：uLa(t)＝0                             (13)uLf(t)＝‑Udc2                            (14)则，i1保持不变，i3线性下降，即：i1(t)＝I1[(d+ds)T]                          (15)用i3减去i1即得到交流输出的波形。