前級并聯后級并聯型模塊化ac-dc-dc變換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子系統(tǒng)集成技術領域，尤其涉及前級并聯后級并聯型模塊化 AC-DC-DC變換器及運行方式。
【背景技術】
[0002] 大容量整流器可以用于電動汽車充電、分布式發(fā)電系統(tǒng)、電力機車牽引系統(tǒng)等。由 于受到電力電子器件功率等級的限制，單個功率器件往往不能滿足大電流應用的需求，而 并聯技術可以很好地彌補功率半導體載流能力有限的缺點。目前并聯技術主要有器件級并 聯、線路級并聯與裝置級并聯。器件在伏安特性、開通時間、恢復電荷等方面的分散性會影 響它們直接并聯時的電流均衡，為解決器件并聯時的靜態(tài)和動態(tài)均流問題，需要在特性的 選配、柵（門）極的觸發(fā)、均流電路等方面采取一定的措施。線路級并聯是指各并聯橋臂中點 串聯電抗器后再進行并聯，這種并聯方式結構簡單，但是電抗器體積、重量、成本較高。采用 電力電子系統(tǒng)集成技術的裝置級并聯將控制器一并集成到各并聯單元中，系統(tǒng)的靈活性很 高，利于進行簡單組合，是應用于大容量整流器的主流選擇。
[0003] 為了消除電力電子變換器引起電網諧波含量又能自由調節(jié)系統(tǒng)輸出直流電壓，整 個變換器由前后兩級構成，前級為并聯型PWM整流器，后級為并聯型DC-DC變換器。若系統(tǒng)中 各并聯單元電路參數不一致，勢必會引起前端輸入電流不均與后端輸出電流不均。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種前級并聯后級并 聯型模塊化AC-DC-DC變換器。
[0005] 為解決技術問題，本發(fā)明的解決方案是：
[0006] 提供一種前級并聯后級并聯型模塊化AC-DC-DC變換器，包含一個并聯型PWM整流 器與一個并聯型DC-DC變換器，所述并聯型PffM整流器由η個整流單元i構成，各整流單元輸 入端相互并聯，i = 1，2···η;在整流單元i輸入側的兩條交流支路中分別串聯濾波電感L11與 L12;由帶反并聯續(xù)流二極管的全控開關管S11，S12，S13與S 14構成H橋拓撲，此H橋兩個輸入端 點分別與濾波電感L11與L12-端相連，H橋兩個輸出端點間跨接一個濾波電容C 1;所述并聯型 DC-DC變換器由η個DC-DC變換器i構成，各DC-DC變換器輸出端相互并聯，i = 1，2···η;在DC-DC變換器i中，由帶反并聯續(xù)流二極管的全控開關管Kil，Ki2，K i3與Ki4構成H橋拓撲，此H橋輸 入側兩個端點分別與濾波電容(^兩端相連，輸出側與高頻變壓器1^原邊相連；由四個功率二 極管D ilJi^Di3與Di4構成整流橋，整流橋輸入側與高頻變壓器Ti副邊相連，整流橋輸出側跨 接由濾波電感L fi與濾波電容Cfi構成的低通濾波器后作為變換器的輸出。
[0007] 本發(fā)明進一步提供了基于前述前級并聯后級并聯型模塊化AC-DC-DC變換器的控 制方法，對所述并聯型PWM整流器的運行控制包括以下步驟：
[0008] (1)檢測電網電壓的相位(Vg/|Vg| )、整流單元i輸出電壓Vi與輸入電流in，i = l， 2.·_η;
[0009] ( 2 )給定總輸出直流電壓Vrrf與總輸出電壓之差作為電壓調節(jié)器Gv的輸入；
[0010] ⑶Gv的輸出與電網電壓的相位(Vg/|Vg I )相乘作為各整流單元輸入電流給定值的 主要分量igrefO;
[0011] (4)求出并聯型PffM整流器總輸入電流后算出平均輸入電流I;
[0012] (5)平均輸入電流I與整流單元i輸入電流in作差后作為均流調節(jié)器輸入，i =1，2··_η;
[0013] (6)整流單元i均流調節(jié)器Gci的輸出與輸入電流給定值的主要分量igrefo相加之 后，再與輸入電流in作差后的結果作為整流單元i電流調節(jié)器Gn的輸入；
[0014] (7)電流調節(jié)器Gll的輸出與三角載波比較得到整流單元i全控開關管Su，S l2，Sl3與 Si4的驅動信號。
[0015] 本發(fā)明還提供了基于前述前級并聯后級并聯型模塊化AC-DC-DC變換器的控制方 法，對所述DC-DC變換器運行控制包括以下步驟：
[0016] (1)采樣并聯型DC-DC變換器輸出電壓Vd以及各并聯單元的輸出電流i0l;
[0017] (2)給定直流輸出電壓VDref與輸出電壓Vd作差后的結果作為電壓調節(jié)器Gdv的輸 入；
[0018] (3)GDV的輸出作為DC-DC變換器i電流調節(jié)器Gm給定輸入的主要分量i DrefQ，i = l， 2.·_η;
[0019] ⑷求出DC-DC變換器輸出總電流后算出平均輸出電流Id;
[0020] (5)平均輸出電流Id與DC-DC變換器i輸出電流iDi作差后作為均流調節(jié)器G DCi的輸 入；
[0021] (6)均流調節(jié)器Gdc1的輸出與電壓調節(jié)器的輸出iDrefQ相加之后，再與輸出電流i Dl 作差后的結果作為電流調節(jié)器Gd1i的輸入；
[0022] (7)電流調節(jié)器Gm的輸出與三角載波比較得到全控開關管KuUi3與K i4的驅動 信號。
[0023] 本發(fā)明中，對所述電壓調節(jié)器、電流調節(jié)器與均流調節(jié)器，都采用PI調節(jié)器。
[0024] 本發(fā)明中，對并聯型PWM整流器與并聯型DC-DC變換器需同步控制。并聯型PffM整流 器中各整流單元所用的電路元件參數以及各DC-DC變換器所用的電路元件參數盡可能保持 一致。
[0025]本發(fā)明的實現原理描述：
[0026] 本發(fā)明以單相交流電壓作為并聯型PffM整流器的輸入，并聯型PWM整流器的直流輸 出端作為后級并聯型DC-DC變換器的輸入;每個DC-DC變換器通過H橋拓撲將輸入直流電壓 變換為占空比可變的PWM電壓，然后利用高頻變壓器調節(jié)PWM電壓的幅值，進而通過二極管 橋式整流將電壓變換為直流電壓，最后經過LC低通濾波器得到穩(wěn)定的直流電壓;每個 DC-DC變換器輸出端相互并聯。
[0027] 與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0028] 本發(fā)明提出的變換器能夠實現總輸出直流電壓可調與輸入輸出均流狀態(tài)，使得系 統(tǒng)在運行過程中避免出現現有技術中各并聯單元電路參數差異引起的并聯型PWM整流器輸 入電流不均與并聯型DC-DC變換器輸出電流不均。
【附圖說明】
[0029] 圖1前級并聯后級并聯型模塊化AC-DC-DC變換器主電路圖；
[0030] 圖2并聯型PffM整流器各整流單元驅動信號產生框圖；
[0031] 圖3各DC-DC變換器的驅動信號產生框圖。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明的實現基礎是，基于前級并聯后級并聯型模塊化AC-DC-DC變換器，該系統(tǒng) 包含一個并聯型PWM整流器與一個并聯型DC-DC變換器。并聯型PWM整流器由η個整流單元構 成，各整流單元輸入端相互并聯。在整流單元Ui = 1，2···η)輸入側的兩條交流支路中分別 串聯濾波電感Lil與Li2。由帶反并聯續(xù)流二極管的全控開關管Sil，Si2，Si3與Si4構成11橋拓撲， 此H橋兩個輸入端點分別與濾波電感L 11與L12-端相連，H橋兩個輸出端點間跨接一個濾波 電容Ci。
[0033] DC-DC變換器i (i = 1，2···η)輸入側與整流單元i輸出端相連。由帶反并聯續(xù)流二極 管的全控開關管Ku，Kl2，Kl3與K14構成H橋拓撲，此H橋輸入側兩個端點分別與濾波電容匕兩 端相連，輸出側與高頻變壓器Ti原邊相連。由四個功率二極管DihDi^Di3與Di4構成整流橋， 整流橋輸入側與高頻變壓器T i副邊相連，整流橋輸出側跨接由濾波電感Lf i與濾波電容Cf i構 成的低通濾波器。每個DC-DC變換器輸出端相互并聯。
[0034] 本發(fā)明中級聯PffM整流器的具體工作過程按如下步驟進行：
[0035] 1)檢測電網電壓的相位(VI Vg| )、整流單元i(i = l，2…η)輸出電壓1與輸入電流 in；
[0036] 2)電壓調節(jié)器Gv的輸入按公式(1)計算，Vrrf為給定總輸出直流電壓；
[0037]
(1)
[0038] 3)各整流單元輸入電流給定值的主要分量igrefQ按公式(2)計算；
[0039] igref〇 = Gv的輸出*(Vg/|Vg| ) (2)
[0040] 4)并聯型PffM整流器輸入平均電流I按公式(3)計算；