前级并联后级并联型模块化ac-dc-dc变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子系统集成技术领域，尤其涉及前级并联后级并联型模块化 AC-DC-DC变换器及运行方式。
【背景技术】
[0002] 大容量整流器可以用于电动汽车充电、分布式发电系统、电力机车牵引系统等。由 于受到电力电子器件功率等级的限制，单个功率器件往往不能满足大电流应用的需求，而 并联技术可以很好地弥补功率半导体载流能力有限的缺点。目前并联技术主要有器件级并 联、线路级并联与装置级并联。器件在伏安特性、开通时间、恢复电荷等方面的分散性会影 响它们直接并联时的电流均衡，为解决器件并联时的静态和动态均流问题，需要在特性的 选配、栅（门）极的触发、均流电路等方面采取一定的措施。线路级并联是指各并联桥臂中点 串联电抗器后再进行并联，这种并联方式结构简单，但是电抗器体积、重量、成本较高。采用 电力电子系统集成技术的装置级并联将控制器一并集成到各并联单元中，系统的灵活性很 高，利于进行简单组合，是应用于大容量整流器的主流选择。
[0003] 为了消除电力电子变换器引起电网谐波含量又能自由调节系统输出直流电压，整 个变换器由前后两级构成，前级为并联型PWM整流器，后级为并联型DC-DC变换器。若系统中 各并联单元电路参数不一致，势必会引起前端输入电流不均与后端输出电流不均。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种前级并联后级并 联型模块化AC-DC-DC变换器。
[0005] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：
[0006] 提供一种前级并联后级并联型模块化AC-DC-DC变换器，包含一个并联型PWM整流 器与一个并联型DC-DC变换器，所述并联型PffM整流器由η个整流单元i构成，各整流单元输 入端相互并联，i = 1，2···η;在整流单元i输入侧的两条交流支路中分别串联滤波电感L11与 L12;由带反并联续流二极管的全控开关管S11，S12，S13与S 14构成H桥拓扑，此H桥两个输入端 点分别与滤波电感L11与L12-端相连，H桥两个输出端点间跨接一个滤波电容C 1;所述并联型 DC-DC变换器由η个DC-DC变换器i构成，各DC-DC变换器输出端相互并联，i = 1，2···η;在DC-DC变换器i中，由带反并联续流二极管的全控开关管Kil，Ki2，K i3与Ki4构成H桥拓扑，此H桥输 入侧两个端点分别与滤波电容(^两端相连，输出侧与高频变压器1^原边相连；由四个功率二 极管D ilJi^Di3与Di4构成整流桥，整流桥输入侧与高频变压器Ti副边相连，整流桥输出侧跨 接由滤波电感L fi与滤波电容Cfi构成的低通滤波器后作为变换器的输出。
[0007] 本发明进一步提供了基于前述前级并联后级并联型模块化AC-DC-DC变换器的控 制方法，对所述并联型PWM整流器的运行控制包括以下步骤：
[0008] (1)检测电网电压的相位(Vg/|Vg| )、整流单元i输出电压Vi与输入电流in，i = l， 2.·_η;
[0009] ( 2 )给定总输出直流电压Vrrf与总输出电压之差作为电压调节器Gv的输入；
[0010] ⑶Gv的输出与电网电压的相位(Vg/|Vg I )相乘作为各整流单元输入电流给定值的 主要分量igrefO;
[0011] (4)求出并联型PffM整流器总输入电流后算出平均输入电流I;
[0012] (5)平均输入电流I与整流单元i输入电流in作差后作为均流调节器输入，i =1，2··_η;
[0013] (6)整流单元i均流调节器Gci的输出与输入电流给定值的主要分量igrefo相加之 后，再与输入电流in作差后的结果作为整流单元i电流调节器Gn的输入；
[0014] (7)电流调节器Gll的输出与三角载波比较得到整流单元i全控开关管Su，S l2，Sl3与 Si4的驱动信号。
[0015] 本发明还提供了基于前述前级并联后级并联型模块化AC-DC-DC变换器的控制方 法，对所述DC-DC变换器运行控制包括以下步骤：
[0016] (1)采样并联型DC-DC变换器输出电压Vd以及各并联单元的输出电流i0l;
[0017] (2)给定直流输出电压VDref与输出电压Vd作差后的结果作为电压调节器Gdv的输 入；
[0018] (3)GDV的输出作为DC-DC变换器i电流调节器Gm给定输入的主要分量i DrefQ，i = l， 2.·_η;
[0019] ⑷求出DC-DC变换器输出总电流后算出平均输出电流Id;
[0020] (5)平均输出电流Id与DC-DC变换器i输出电流iDi作差后作为均流调节器G DCi的输 入；
[0021] (6)均流调节器Gdc1的输出与电压调节器的输出iDrefQ相加之后，再与输出电流i Dl 作差后的结果作为电流调节器Gd1i的输入；
[0022] (7)电流调节器Gm的输出与三角载波比较得到全控开关管KuUi3与K i4的驱动 信号。
[0023] 本发明中，对所述电压调节器、电流调节器与均流调节器，都采用PI调节器。
[0024] 本发明中，对并联型PWM整流器与并联型DC-DC变换器需同步控制。并联型PffM整流 器中各整流单元所用的电路元件参数以及各DC-DC变换器所用的电路元件参数尽可能保持 一致。
[0025]本发明的实现原理描述：
[0026] 本发明以单相交流电压作为并联型PffM整流器的输入，并联型PWM整流器的直流输 出端作为后级并联型DC-DC变换器的输入;每个DC-DC变换器通过H桥拓扑将输入直流电压 变换为占空比可变的PWM电压，然后利用高频变压器调节PWM电压的幅值，进而通过二极管 桥式整流将电压变换为直流电压，最后经过LC低通滤波器得到稳定的直流电压;每个 DC-DC变换器输出端相互并联。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0028] 本发明提出的变换器能够实现总输出直流电压可调与输入输出均流状态，使得系 统在运行过程中避免出现现有技术中各并联单元电路参数差异引起的并联型PWM整流器输 入电流不均与并联型DC-DC变换器输出电流不均。
【附图说明】
[0029] 图1前级并联后级并联型模块化AC-DC-DC变换器主电路图；
[0030] 图2并联型PffM整流器各整流单元驱动信号产生框图；
[0031] 图3各DC-DC变换器的驱动信号产生框图。
【具体实施方式】
[0032]本发明的实现基础是，基于前级并联后级并联型模块化AC-DC-DC变换器，该系统 包含一个并联型PWM整流器与一个并联型DC-DC变换器。并联型PWM整流器由η个整流单元构 成，各整流单元输入端相互并联。在整流单元Ui = 1，2···η)输入侧的两条交流支路中分别 串联滤波电感Lil与Li2。由带反并联续流二极管的全控开关管Sil，Si2，Si3与Si4构成11桥拓扑， 此H桥两个输入端点分别与滤波电感L 11与L12-端相连，H桥两个输出端点间跨接一个滤波 电容Ci。
[0033] DC-DC变换器i (i = 1，2···η)输入侧与整流单元i输出端相连。由带反并联续流二极 管的全控开关管Ku，Kl2，Kl3与K14构成H桥拓扑，此H桥输入侧两个端点分别与滤波电容匕两 端相连，输出侧与高频变压器Ti原边相连。由四个功率二极管DihDi^Di3与Di4构成整流桥， 整流桥输入侧与高频变压器T i副边相连，整流桥输出侧跨接由滤波电感Lf i与滤波电容Cf i构 成的低通滤波器。每个DC-DC变换器输出端相互并联。
[0034] 本发明中级联PffM整流器的具体工作过程按如下步骤进行：
[0035] 1)检测电网电压的相位(VI Vg| )、整流单元i(i = l，2…η)输出电压1与输入电流 in；
[0036] 2)电压调节器Gv的输入按公式(1)计算，Vrrf为给定总输出直流电压；
[0037]
(1)
[0038] 3)各整流单元输入电流给定值的主要分量igrefQ按公式(2)计算；
[0039] igref〇 = Gv的输出*(Vg/|Vg| ) (2)
[0040] 4)并联型PffM整流器输入平均电流I按公式(3)计算；