本發(fā)明涉及變換器，尤其涉及一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器。

背景技術(shù)：

1、目前，飛跨電容型多電平電路由于拓撲簡單且均壓問題容易解決，在變換器等領(lǐng)域被廣泛使用。但現(xiàn)有飛跨電容型多電平電路隨著電平數(shù)量的增加，飛跨電容的使用數(shù)量成指數(shù)型上升，比如飛跨電容型三電平電路僅需要一級飛跨電容，而五電平電路、七電平電路以及九電平電路則分別需要三級、五級、七級飛跨電容。同時，每級飛跨電容承受的電壓也是逐級上升的，以三級飛跨電容為例，第二級飛跨電容承受的電壓是第一級飛跨電的兩倍，第三級飛跨電容承受的電壓是第一級飛跨電容的三倍，這會導致第二級和第三級飛跨電容體積和數(shù)量比第一級飛跨電容體積大很多。因此，五電平電路的三級飛跨電容在程實際應(yīng)用中會用到6個子飛跨電容，七電平電路的五級飛跨電容在程實際應(yīng)用中會用到15個子飛跨電容，九電平電路的的七級飛跨電容在工程實際應(yīng)用中會用到28個子飛跨電容，會大大增加整個dcdc變換器的體積和重量。

2、而在儲能等新能源領(lǐng)域，充電機向電池充電時，若電池電壓較低，變換器工作在降壓模式，在電池電壓升到直流母線以上時變換器需要工作在升壓模式，而傳統(tǒng)的非隔離buck變換器只能實現(xiàn)降壓模式，boost變換器只能實現(xiàn)升壓模式，因此隨著儲能光伏的母線電壓的逐漸提升，亟需研發(fā)一種在優(yōu)化飛跨電容數(shù)量的基礎(chǔ)上即可以實現(xiàn)降壓控制又可實現(xiàn)升壓控制的變換器。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有飛跨電容型多電平電路存在的隨著電平數(shù)量的增加飛跨電容數(shù)量呈指數(shù)級上升，導致整個電路的體積和重量增大，以及傳統(tǒng)的非隔離buck變換器只能實現(xiàn)降壓模式，boost變換器只能實現(xiàn)升壓模式的技術(shù)問題，而提供一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)解決方案如下：

3、一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，其特殊之處在于，包括bus側(cè)升降壓單元、dc側(cè)升降壓單元、第一濾波電感和第二濾波電感；

4、所述bus側(cè)升降壓單元包括兩組母線電容、2n組開關(guān)管以及2n-2組飛跨電容，n≥2；

5、每組母線電容包括p個串聯(lián)的子母線電容，p≥1；兩組母線電容之間串聯(lián)，且兩組母線電容的另一端分別連接母線電壓的高壓端和低壓端；

6、每組開關(guān)管分別包括開關(guān)管sa和開關(guān)管sb；將2n組開關(guān)管均分為兩部分；第一部分的n個開關(guān)管sa依次串聯(lián)、n個開關(guān)管sb依次串聯(lián)，且第一個開關(guān)管sa與第一個開關(guān)管sb均連接第一濾波電感的一端，第n個開關(guān)管sa連接母線電壓的高壓端；第二部分的n個開關(guān)管sa依次串聯(lián)、n個開關(guān)管sb依次串聯(lián)，且第一個開關(guān)管sa與第一個開關(guān)管sb均連接第二濾波電感的一端，第n個開關(guān)管sa連接母線電壓的低壓端；第一部分的第n個開關(guān)管sb與第二部分的第n個開關(guān)管sb均連接在第一組母線電容與第二組母線電容之間；

7、第二部分第i個開關(guān)管sa與第一部分第i個開關(guān)管sa之間、第一部分第j個開關(guān)管sa與第二部分第j-1個開關(guān)管sa之間、第一部分第一個開關(guān)管sa與第二部分第n個開關(guān)管sa之間的錯相角均為360°÷2n，i＝1,2,…,n，j＝2,3,…,n；

8、將2n-2組飛跨電容均分為兩個部分；兩個部分的第k級飛跨電容的一端連接在相應(yīng)的第k個和第k+1個開關(guān)管sa之間，另一端連接在相應(yīng)的第k個和第k+1個開關(guān)管sb之間，k＝1,2,…,n-1；所述dc側(cè)升降壓單元與bus側(cè)升降壓單元的電路拓撲相同，其兩組母線電容的另一端分別連接輸出高端和輸出低端，第一部分的第一個開關(guān)管sa與第一個開關(guān)管sb均連接第一濾波電感的另一端，第n個開關(guān)管sa連接輸出高端，第二部分的第一個開關(guān)管sa與第一個開關(guān)管sb均連接第二濾波電感的另一端，第n個開關(guān)管sa連接輸出低端。

9、進一步地，還包括2n-2組預充電阻；

10、將2n-2組預充電阻均分為兩個部分；

11、兩個部分的第q級預充電阻并聯(lián)在相應(yīng)的第q+1級飛跨電容兩端，q＝1,2,…,n-2，第n-1級預充電阻并聯(lián)在相應(yīng)的一組母線電容兩端；每級預充電阻包括三個依次串聯(lián)的子預充電阻，且第k級預充電阻中的第二個子預充電阻并聯(lián)在相應(yīng)的第k級飛跨電容兩端；兩個部分的第一級預充電阻中三個子預充電阻的阻值比例均為1:2:1，第k級預充電阻中第一個子預充電阻、第二個子預充電阻與相應(yīng)的第k-1級預充電阻并聯(lián)后的等效電阻、第三個子預充電阻的阻值比例均為1:2k:1。

12、進一步地，所述開關(guān)管sa和開關(guān)管sb均為mosfet；

13、或者，所述開關(guān)管sa和開關(guān)管sb均為igbt。

14、進一步地，所述開關(guān)管sa和開關(guān)管sb均為nmos管；

15、所述bus側(cè)升降壓單元第一部分的n個開關(guān)管sa依次漏極、源極相連，對應(yīng)的n個開關(guān)管sb依次源極、漏極相連；第二部分的n個開關(guān)管sa依次漏極、源極相連，對應(yīng)的n個開關(guān)管sb依次源極、漏極相連；第一部分的第一個開關(guān)管sa的源極、第一個開關(guān)管sb的漏極均連接第一濾波電感的一端，第n個開關(guān)管sa的漏極連接母線電壓的高壓端；第二部分的第一個開關(guān)管sa的漏極、第一個開關(guān)管sb的源極均連接第二濾波電感的一端，第n個開關(guān)管sa的源極連接母線電壓的低壓端；第一部分的第n個開關(guān)管sb的源極、第二部分的第n個開關(guān)管sb的漏極均連接在第一組母線電容與第二組母線電容之間；第一部分的第k級飛跨電容一端連接相應(yīng)第k+1個開關(guān)管sa的源極，另一端連接相應(yīng)第k+1個開關(guān)管sb的漏極；第二部分的第k級飛跨電容一端連接相應(yīng)第k+1個開關(guān)管sa的漏極，另一端連接相應(yīng)第k+1個開關(guān)管sb的源極。

16、進一步地，每級飛跨電容包括q個串聯(lián)的子飛跨電容，q≤k。

17、進一步地，所述p≤n。

18、進一步地，所述開關(guān)管sa和開關(guān)管sb上分別并聯(lián)有二極管。

19、本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下：

20、1、本發(fā)明提供的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，相比于現(xiàn)有飛跨電容型多電平雙向升降壓電路，通過合理的拓撲布局，不僅大大減少了飛跨電容的數(shù)量，有效降低了產(chǎn)品成本和產(chǎn)品體積，提高了產(chǎn)品可靠性；同時通過設(shè)置bus側(cè)升降壓單元和dc側(cè)升降壓單元，即可以實現(xiàn)降壓控制又可實現(xiàn)升壓控制，使dcdc變換器可以穩(wěn)定工作在降壓、升壓等各種模式下。

21、2、本發(fā)明提供的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，在減少飛跨電容數(shù)量的基礎(chǔ)上，也相應(yīng)減少了預充電阻的數(shù)量，同時本發(fā)明通過兩組母線電容將電壓進行了均壓，bus側(cè)升降壓單元和dc側(cè)升降壓單元的每組母線電容均只承擔1/2的母線電壓，這種設(shè)置大大降低了預充電阻承受的電壓，進而降低了預充電阻的耐壓要求和電阻損耗。

22、3、本發(fā)明提供的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，便于擴展到更多電平拓撲，通用性大大提高。

技術(shù)特征：

1.一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓dcdc變換器，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓DCDC變換器，用于解決現(xiàn)有飛跨電容型多電平電路存在的隨著電平數(shù)量的增加飛跨電容數(shù)量呈指數(shù)級上升，導致整個電路的體積和重量增大，以及傳統(tǒng)的非隔離Buck變換器只能實現(xiàn)降壓模式，Boost變換器只能實現(xiàn)升壓模式的技術(shù)問題。本發(fā)明提供的一種基于飛跨電容型多電平雙向升降壓DCDC變換器，相比于現(xiàn)有飛跨電容型多電平電路，通過合理的拓撲布局，不僅大大減少了飛跨電容的數(shù)量，有效降低了產(chǎn)品成本和產(chǎn)品體積，提高了產(chǎn)品可靠性；同時通過設(shè)置Bus側(cè)升降壓單元和DC側(cè)升降壓單元，即可以實現(xiàn)降壓控制又可實現(xiàn)升壓控制，使DCDC變換器可以穩(wěn)定工作在降壓、升壓等各種模式下。

技術(shù)研發(fā)人員：孫濤,杜娟,張均華,袁成,李春龍,白小青,張建榮
受保護的技術(shù)使用者：西安愛科賽博電氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30