一種變換電路、變壓器以及變換方法
【專利摘要】本發明提供一種變換電路、變壓器以及變換方法，所述變換電路包括：用于儲存和釋放電能的第一充放電單元，第二充放電單元，第三充放電單元；第一充放電單元具有第一連接端，第二充放電單元具有第二連接端；逆導開關單元，具有第三連接端和若干逆導開關，通過各所述逆導開關的導通和關閉控制實現：第一連接端到第二連接端的升壓；第二連接端到第一連接端的降壓；第二連接端到第三連接端的電壓逆變；二極管單元，配合逆導開關單元實現第二連接端到所述第一連接端的降壓。本發明中通過各逆導開關的導通和關閉控制實現升壓變換，逆變以及降壓變換，支持三種基本類型的功率變換。
【專利說明】
一種變換電路、變壓器以及變換方法
技術領域
[0001]本發明涉及電力電子變換技術領域，特別是涉及直流變換電路技術領域，具體為一種變換電路、變壓器以及變換方法。
【背景技術】
[0002]隨著可再生能源技術的發展，分布直流發電與輸電技術也得到了長足的發展，尤其多端直流輸電與供電技術，更是如此，為此需要設計連接多種直流電源的轉換電路，以便適合不同的直流電壓等級。
[0003]直流電源可以直接連接直流負載，也可以連接逆變器，包括單相逆變器和三相逆變器。直流變換器包括很多種類型，對于不隔離類型的直流變換器，包括升壓變換器和降壓變換器等。
[0004]在大多數情況下，每種功率變換器作為單獨的功率變換器獨立運行，造成整體利用率偏低，成本過高，管理費用增加，為此可以綜合現有基本功率變換器電路結構，借助開關優化組合和適當的調制策略，設計出電路結構簡單的多種功能的功率變換器，取代原有的多個變換器。經過對分布直流發電與供電領域多功能功率變換電路的檢索，發現代表性文獻主要是關于雙向DC-DC變換器，雖然能夠實現雙向功率流，但是雙向升壓與雙向降壓功能較為單一，大都不含逆變功能，而逆變器是一種常見的直流負載；
[0005]綜合以上，對多功能功率變換電路現有電路結構的檢索發現，目前階段需要推出集成有降壓、升壓和逆變功能的新型功率變換電路，結構簡單，功能齊全和成本低廉。
【發明內容】
[0006]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種變換電路、變壓器以及變換方法，用于解決現有技術中的具有升壓或降壓的直流變換電路中沒有逆變功能的問題。
[0007]為實現上述目的，本發明提供一種變換電路，所述變換電路包括:第一充放電單元，用于儲存和釋放電能并具有第一連接端;第二充放電單元，用于儲存和釋放電能并具有第二連接端;第三充放電單元，連接于所述第一充放電單元和所述第二充放電單元之間，用于儲存和釋放電能;逆導開關單元，連接于所述第二充放電單元和所述第三充放電單元之間并具有第三連接端和若干逆導開關，通過各所述逆導開關的導通和關閉控制實現:所述第一充放電單元向所述第三充放電單元放電并在所述第三充放電單元充電后由所述第三充放電單元向所述第二充電單元放電以實現所述第一連接端到所述第二連接端的升壓;所述第二充放電單元向所述第三充放電單元放電并在所述第三充放電單元充電后由所述第三充放電單元向所述第一充電單元放電以實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓；所述第三連接端輸出電壓的極性變化以實現所述第二連接端到所述第三連接端的電壓逆變;二極管單元，一端連接于所述第三充放電單元和所述逆導開關單元之間，另一端連接于所述第一連接端和所述第二連接端，用于配合所述逆導開關單元實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓。
[0008]于本發明的一實施例中，所述第一充放電單元包括用于存儲和釋放電能的第一電容;所述第二充放電單元包括用于存儲和釋放電能的第二電容，所述第三充放電單元包括用于儲存和釋放電能的電感;所述二極管單元包括一個二極管。
[0009]于本發明的一實施例中，所述第一電容的正極端和負極端分別形成所述第一連接端的正極端和所述第一連接端的負極端;所述第二電容的正極端和負極端分別形成所述第二連接端的正極端和所述第二連接端的負極端;所述電感的第一端與所述第一電容的正極端相連，所述電感的第二端經所述逆導開關單元后與所述第二電容的正極端相連;所述第一電容的負極端與所述第二電容的負極端相連;所述二極管的陰極與所述電感的第二端相連，所述二極管的陽極連接于所述第一電容的負極端與所述第二電容的負極端之間。
[0010]于本發明的一實施例中，所述逆導開關單元包括由第一絕緣柵雙極型晶體管和第一二極管構成的第一逆導開關、由第二絕緣柵雙極型晶體管和第二二極管構成的第二逆導開關以及由第三絕緣柵雙極型晶體管和第三二極管構成的第三逆導開關;其中，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極、所述第一二極管的陰極與所述第二電容的陽極相連;所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第二二極管的陽極與所述第二電容的陽極相連；所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第三二極管的陽極連接于所述第一電容的負極端與所述第二電容的負極端之間；所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第一二極管的陽極、所述第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極、所述第二二極管的陰極、所述第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極以及所述第三二極管的陽極相連后形成所述第三連接端的第一端。
[0011]于本發明的一實施例中，所述第二充放電單元還包括與所述第二電容串聯的第三電容;連接于所述第二電容和所述第三電容之間線路的引出線形成所述第三連接端的第二端。
[0012]于本發明的一實施例中，所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第三絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態，所述第二絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態時，所述第一電容向所述電感充電，在所述電感充電后，所述第一絕緣柵雙極型晶體管、所述第三絕緣柵雙極型晶體管以及所述第二絕緣柵雙極型晶體管均處于關閉狀態時，所述電感向所述第二電容放電，實現所述第一連接端到所述第二連接端的第一級升壓;所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第三絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態，所述第二絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態時，所述第二電容向所述電感充電，在所述電感充電后，所述第一絕緣柵雙極型晶體管、所述第三絕緣柵雙極型晶體管以及所述第二絕緣柵雙極型晶體管均處于關閉狀態時，所述電感向所述第一電容放電，實現所述第二連接端到所述第一連接端的第一級降壓;所述第一絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態且所述第二絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態時，所述第三連接端的第一端輸出正電壓，所述第一絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態且所述第二絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態時，所述第三連接端的第一端輸出負電壓，所述第三連接端的第二端連接零電位參考電壓，實現所述第二連接端到所述第三連接端的第一級電壓逆變。
[0013]于本發明的一實施例中，所述逆導開關單元還包括由第四絕緣柵雙極型晶體管和第四二極管構成的第四逆導開關、由第五絕緣柵雙極型晶體管和第五二極管構成的第五逆導開關以及由第六絕緣柵雙極型晶體管和第六二極管構成的第六逆導開關;其中，所述第四絕緣柵雙極型晶體管的集電極、所述第四二極管的陰極與所述第二電容的陽極相連;所述第五絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第五二極管的陽極連接于所述第一電容的負極端與所述第二電容的負極端之間；所述第六絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第六二極管的陽極與所述二極管單元中的二極管的陰極、所述電感的第二端、所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發射極以及所述第三二極管的陽極連接;所述第四絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第四二極管的陽極、所述第五絕緣柵雙極型晶體管的集電極、所述第五極管的陰極、所述第六絕緣柵雙極型晶體管的集電極以及所述第六二極管的陰極相連后形成所述第三連接端的第二端。
[0014]于本發明的一實施例中，所述第四絕緣柵雙極型晶體管和所述第六絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態，所述第五絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態時，所述第一電容向所述電感充電，在所述電感充電后，所述第四絕緣柵雙極型晶體管、所述第六絕緣柵雙極型晶體管以及所述第五絕緣柵雙極型晶體管均處于關閉狀態時，所述電感向所述第二電容放電，實現所述第一連接端到所述第二連接端的第二級升壓;所述第四絕緣柵雙極型晶體管和所述第六絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態，所述第五絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態時，所述第二電容向所述電感充電，在所述電感充電后，所述第四絕緣柵雙極型晶體管、所述第六絕緣柵雙極型晶體管以及所述第五絕緣柵雙極型晶體管均處于關閉狀態時，所述電感向所述第一電容放電，實現所述第二連接端到所述第一連接端的第二級降壓;所述第四絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態且所述第五絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態時，所述第三連接端的第一端輸出正電壓，所述第四絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態且所述第五絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態時，所述第三連接端的第一端輸出負電壓，所述第三連接端的第二端連接零電位參考電壓，實現所述第二連接端到所述第三連接端的第二級電壓逆變。
[0015]為實現上述目的，本發明還提供一種變換器，所述變換器包括如上所述的變換電路。
[0016]為實現上述目的，本發明還提供一種變換方法，應用于包括第一充放電單元，第二充放電單元，第三充放電單元、逆導開關單元以及二極管單元的變換電路，所述變換方法包括:利用所述逆導開關單元中各逆導開關的導通和關閉控制所述第一充放電單元向所述第三充放電單元放電并在所述第三充放電單元充電后由所述第三充放電單元向所述第二充電單元放電以實現所述第一連接端到所述第二連接端的升壓;利用所述二極管單元和所述逆導開關單元中各逆導開關的導通和關閉控制所述第二充放電單元向所述第三充放電單元放電并在所述第三充放電單元充電后由所述第三充放電單元向所述第一充電單元放電以實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓;利用所述逆導開關單元中各逆導開關的導通和關閉控制所述第三連接端輸出電壓的極性變化以實現所述第二連接端到所述第三連接端的電壓逆變。
[0017]如上所述，本發明的一種變換電路、變壓器以及變換方法，具有以下有益效果:
[0018]1、本發明中通過各逆導開關的導通和關閉控制實現升壓變換，逆變以及降壓變換，支持三種基本類型的功率變換。
[0019]2、本發明中升壓、降壓及逆變三種基本功率變換共用部分電路結構，充分復用每個元器件的功能，電路結構簡單，使用器件數量少，進一步簡化功率電路設計和降低成本。
[0020]3、本發明中降壓變換可以獨立運行，也可以與逆變同時進行，升壓變換可以獨立運行，也可以與逆變同時進行，電路功能多樣化和使用形式多樣化，使用方便。
[0021]4、本發明適合作為分布直流發電和供電的接口電路，尤其多端直流供電系統，不同電源之間可以相互傳遞能量，適合各自不同的電壓等級。
【附圖說明】
[0022]圖1顯示為本發明的變換電路的原理框圖。
[0023]圖2顯示為本發明的變換電路的結構示意圖。
[0024]圖3顯示為本發明的變換電路的結構示意圖。
[0025]元件標號說明
[0026]100變換電路
[0027]101第一充放電單元
[0028]102第二充放電單元
[0029]103第三充放電單元
[0030]104逆導開關單元
[0031]105 二極管單元
【具體實施方式】
[0032]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0033]本實施例的目的在于提供提供一種變換電路、變壓器以及變換方法，用于解決現有技術中的具有升壓或降壓的直流變換電路中沒有逆變功能的問題。以下將詳細闡述本實施例的一種變換電路、變壓器以及變換方法的原理及實施方式，使本領域技術人員不需要創造性勞動即可理解本實施例的一種變換電路、變壓器以及變換方法。
[0034]本實施例提供一種變換電路，尤其是一種多功能功率變換電路，可以應用在分布直流發電與供電領域，實現升壓、降壓和逆變功率變換。
[0035]具體地，如圖1所示，本實施例提供一種變換電路100，所述變換電路100包括:第一充放電單元101，第二充放電單元102，第三充放電單元103，逆導開關單元104以及二極管單元 105。
[0036]其中，所述第一充放電單元101用于儲存和釋放電能并具有第一連接端;所述第二充放電單元102用于儲存和釋放電能并具有第二連接端;所述第三充放電單元103連接于所述第一充放電單元101和所述第二充放電單元102之間，用于儲存和釋放電能;所述逆導開關單元104連接于所述第二充放電單元102和所述第三充放電單元103之間并具有第三連接端和若干逆導開關，通過各所述逆導開關的導通和關閉控制實現升壓、降壓以及逆變。具體地，通過各所述逆導開關的導通和關閉控制實現:
[0037]I)所述第一充放電單元101向所述第三充放電單元103放電并在所述第三充放電單元103充電后由所述第三充放電單元103向所述第二充電單元放電以實現所述第一連接端到所述第二連接端的升壓；
[0038]2)所述第二充放電單元102向所述第三充放電單元103放電并在所述第三充放電單元103充電后由所述第三充放電單元103向所述第一充電單元放電以實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓；
[0039]3)所述第三連接端輸出電壓的極性變化以實現所述第二連接端到所述第三連接端的電壓逆變。
[0040]所述二極管單元105—端連接于所述第三充放電單元103和所述逆導開關單元104之間，另一端連接于所述第一連接端和所述第二連接端，用于配合所述逆導開關單元104實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓。
[0041]具體地，如圖2所示，于本實施例中，所述第一充放電單元101包括用于存儲和釋放電能的第一電容El;所述第二充放電單元102包括用于存儲和釋放電能的第二電容E2，所述第三充放電單元103包括用于儲存和釋放電能的電感LI;所述二極管單元105包括一個二極管D4。
[0042]于本實施例中，所述第一電容El的正極端和負極端分別形成所述第一連接端的正極端Pl和所述第一連接端的負極端NI;所述第二電容E2的正極端和負極端分別形成所述第二連接端的正極端P2和所述第二連接端的負極端N2;所述電感LI的第一端與所述第一電容El的正極端相連，所述電感LI的第二端經所述逆導開關單元104后與所述第二電容E2的正極端相連;所述第一電容El的負極端與所述第二電容E2的負極端相連;所述二極管D4的陰極與所述電感LI的第二端相連，所述二極管D4的陽極連接于所述第一電容El的負極端與所述第二電容E2的負極端之間。
[0043]于本實施例中，如圖2所示，所述逆導開關單元104包括由第一絕緣柵雙極型晶體管SI和第一二極管Dl構成的第一逆導開關、由第二絕緣柵雙極型晶體管S2和第二二極管D2構成的第二逆導開關以及由第三絕緣柵雙極型晶體管S3和第三二極管D3構成的第三逆導開關;其中，所述第一絕緣柵雙極型晶體管SI的集電極、所述第一二極管Dl的陰極與所述第二電容E2的陽極相連;所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2的發射極、所述第二二極管D2的陽極與所述第二電容E2的陽極相連;所述第三絕緣柵雙極型晶體管S3的發射極、所述第三二極管D3的陽極連接于所述第一電容El的負極端與所述第二電容E2的負極端之間；所述第一絕緣柵雙極型晶體管SI的發射極、所述第一二極管Dl的陽極、所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2的集電極、所述第二二極管D2的陰極、所述第三絕緣柵雙極型晶體管S3的集電極以及所述第三二極管D3的陽極相連后形成所述第三連接端的第一端U。
[0044]具體地，于本實施例中，如圖2所示，所述第二充放電單元102還包括與所述第二電容E2串聯的第三電容E3;連接于所述第二電容E2和所述第三電容E3之間線路的引出線形成所述第三連接端的第二端V。
[0045]此時，所述變換電路100，包括三電容(第一電容E1、第二電容E2和第三電容E3)、一功率電感L1、三只逆導型開關以及一功率二極管D4。
[0046]第一電容E1、電感L1、第三二極管D3、第二絕緣柵雙極型晶體管S2、第一二極管Dl、第二電容E2和第三電容E3，形成升壓電路，構成了典型的升壓型DC-DC變換器，實現從第一連接端(PlNl)到第二連接端(P2N2)的升壓。其中第三二極管D3與第一二極管Dl相當于串聯，第二電容E2與第三電容E3相當于串聯，升壓時，第三絕緣柵雙極型晶體管S3與第一絕緣柵雙極型晶體管SI始終處于關斷狀態。
[0047]第一電容El、電感L1、二極管D4、第三絕緣柵雙極型晶體管S3、第一絕緣柵雙極型晶體管S1、第二電容E2和第三電容E3，形成降壓電路，構成了典型的降壓型DC-DC變換器，其中第三絕緣柵雙極型晶體管S3與第一絕緣柵雙極型晶體管SI相當于串聯，降壓時所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2始終處于關斷狀態。
[0048]第一絕緣柵雙極型晶體管S1、第一二極管Dl、第二絕緣柵雙極型晶體管S2、第二二極管D2、第二電容E2和第三電容E3，構成一個逆導電路，其中第一絕緣柵雙極型晶體管S1、第一二極管Dl構成第一逆導開關，第二絕緣柵雙極型晶體管S2、第二二極管D2構成第二逆導開關，第一逆導開關與第二逆導開關構成一個逆變橋臂，形成一個交流端子，第二電容E2與第三電容E3串聯，構成第二逆變橋臂，形成另一個交流端子。
[0049]于本實施例中，所述第一絕緣柵雙極型晶體管SI和所述第三絕緣柵雙極型晶體管S3處于關閉狀態，所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2處于導通狀態時，所述第一電容El向所述電感LI充電，在所述電感LI充電后，所述第一絕緣柵雙極型晶體管S1、所述第三絕緣柵雙極型晶體管S3以及所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2均處于關閉狀態時，所述電感LI向所述第二電容E2放電，實現所述第一連接端(PlNl)到所述第二連接端(P2N2)的第一級升壓。
[0050]所述升壓電路完成由第一連接端到第二連接端的升壓變換，此時降壓電路需要停止工作，逆變電路可以同時工作，也可以停止工作。
[0051 ]在逆變電路停止工作時，使得逆變電路的第一絕緣柵雙極型晶體管SI關斷、第三絕緣柵雙極型晶體管S3關斷，第二絕緣柵雙極型晶體管S2導通，電感LI電流上升和儲存能量，能量來自第一電容EI。使得逆變電路的第一絕緣柵雙極型晶體管SI關斷、第三絕緣柵雙極型晶體管S3關斷、第二絕緣柵雙極型晶體管S2關斷，電感LI電流下降和釋放能量，能量釋放到串聯的第二電容E2和第三電容E3，完成由第一連接端到第二連接端的升壓變換。
[0052 ] 在逆變電路同時工作時，當逆變電路的第二絕緣柵雙極型晶體管S2導通且第一絕緣柵雙極型晶體管SI關斷時，使得第三絕緣柵雙極型晶體管S3關斷，電感LI電流上升和儲存能量，能量來自第一電容E1。當使得逆變電路的第一絕緣柵雙極型晶體管SI導通且第二絕緣柵雙極型晶體管S2關斷時，第三絕緣柵雙極型晶體管S3關斷，電感LI電流下降和釋放能量，能量釋放到串聯的第二電容E2和第三電容E3，完成由第二連接端到第一連接端的升壓變換。
[0053]所述第一絕緣柵雙極型晶體管SI和所述第三絕緣柵雙極型晶體管S3處于導通狀態，所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2處于關閉狀態時，所述第二電容E2向所述電感LI充電，在所述電感LI充電后，所述第一絕緣柵雙極型晶體管S1、所述第三絕緣柵雙極型晶體管S3以及所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2均處于關閉狀態時，所述電感LI向所述第一電容El放電，實現所述第二連接端到所述第一連接端的第一級降壓。
[0054]所述降壓電路完成由第二連接端到第一連接端的降壓變換，此時升壓電路需要停止工作，逆變電路可以同時工作，也可以停止工作。
[0055]在逆變電路停止工作時，使得逆變電路的第一絕緣柵雙極型晶體管S1、降壓電路的第三絕緣柵雙極型晶體管S3導通，電感LI電流上升和儲存能量，能量來自串聯的第二電容E2和第三電容E3 ο使得逆變電路的第一絕緣柵雙極型晶體管S1、第三絕緣柵雙極型晶體管S3關斷，電感LI電流下降和釋放能量，能量釋放到第一電容El，完成由第二連接端到第一連接端的降壓變換。
[0056]在逆變電路同時工作時，當逆變電路的第一絕緣柵雙極型晶體管SI導通且第二絕緣柵雙極型晶體管S2關斷時，使得降壓電路的第三絕緣柵雙極型晶體管S3導通，電感LI電流上升和儲存能量，能量來自串聯的第二電容E2和第三電容E3。當使得逆變電路的第一絕緣柵雙極型晶體管SI關斷且第二絕緣柵雙極型晶體管S2導通時，禁止降壓電路的第三絕緣柵雙極型晶體管S3導通，電感LI電流下降和釋放能量，能量釋放到第一電容El，完成由第二連接端到第一連接端的降壓變換。
[0057]所述第一絕緣柵雙極型晶體管SI處于導通狀態且所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2處于關閉狀態時，所述第三連接端的第一端輸出正電壓，所述第一絕緣柵雙極型晶體管SI處于關閉狀態且所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2處于導通狀態時，所述第三連接端的第一端輸出負電壓，所述第三連接端的第二端連接零電位參考電壓，實現所述第二連接端到所述第三連接端的第一級電壓逆變。
[0058]所述逆變電路完成由第二連接端到第三連接端的逆變，當使得第一絕緣柵雙極型晶體管SI導通且第二絕緣柵雙極型晶體管S2關斷，第三連接端的交流端子U輸出正電壓，當使得第一絕緣柵雙極型晶體管SI關斷且第二絕緣柵雙極型晶體管S2導通，第三連接端的交流端子U輸出負電壓，第三連接端的交流端子V輸出零參考電壓，通過調節調制度，可以改變交流輸出電壓uUV的基波有效值，實現由第二連接端輸出的直流電壓到第三連接端輸出的交流電壓的半橋逆變。其中，逆變電路工作時，根據需要，可以使得降壓電路運行，或使得升壓電路運行。
[0059]本實施例中，變換電路100的參數選取可參考如下:
[0060]第一連接端直流電壓范圍為100V-450V，第二連接端直流電壓范圍為385V-450V，第三連接端交流電壓范圍為單相220V，額定變換功率達到2.5kW以上。開關頻率:25kHz ;功率電感L1(L1):390H，插件，在板安裝；電解電容化1):450￥，220(^，插件；電解電容江243):330￥，220(^，插件;功率二極管(04):600￥，5(^/100(:，反向恢復時間小于20118;逆導型開關(SI與Dl、S2與D2、S3與D3): 600V，50A/100C，恢復時間小于20ns。
[0061]本實施例的變換電路100能夠實現由第一連接端到第二連接端的升壓變換，由第二連接端到第一連接端的降壓變換，由第二連接端到第三連接端的逆變，而且在逆變的同時可以實現升壓變換或降壓變換，具有電路結構簡單、使用器件數量少，簡化功率電路設計和降低成本的優點。
[0062]此外，如圖3所示，于本實施例中，所述逆導開關單元104還包括由第四絕緣柵雙極型晶體管S4和第四二極管D4構成的第四逆導開關、由第五絕緣柵雙極型晶體管S5和第五二極管D5構成的第五逆導開關以及由第六絕緣柵雙極型晶體管S6和第六二極管D6構成的第六逆導開關;其中，所述第四絕緣柵雙極型晶體管S4的集電極、所述第四二極管D4的陰極與所述第二電容E2的陽極相連;所述第五絕緣柵雙極型晶體管S5的發射極、所述第五二極管D5的陽極連接于所述第一電容El的負極端與所述第二電容E2的負極端之間；所述第六絕緣柵雙極型晶體管S6的發射極、所述第六二極管D6的陽極與所述二極管單元105中的二極管的陰極、所述電感LI的第二端、所述第三絕緣柵雙極型晶體管S3的發射極以及所述第三二極管D3的陽極連接;所述第四絕緣柵雙極型晶體管S4的發射極、所述第四二極管D4的陽極、所述第五絕緣柵雙極型晶體管S5的集電極、所述第五極管的陰極、所述第六絕緣柵雙極型晶體管S6的集電極以及所述第六二極管D6的陰極相連后形成所述第三連接端的第二端V。
[0063]升壓電路包括兩級升壓電路，由第一電容E1、電感L1、第三二極管D3、第二絕緣柵雙極型晶體管S2、第一二極管D1、第二電容E2構成第一級升壓電路，形成第一級升壓型DC-DC變換器，第三絕緣柵雙極型晶體管S3處于關斷狀態。由第一電容El、電感L1、第六二極管D6、第五絕緣柵雙極型晶體管S5、第四二極管D4、第二電容E2構成第二級升壓電路，形成第二級升壓型DC-DC變換器，第六絕緣柵雙極型晶體管S6處于關斷狀態。
[0064]降壓電路包括兩級降壓電路，由第一電容El、電感L1、第三絕緣柵雙極型晶體管
S3、第一絕緣柵雙極型晶體管S1、二極管D7，第二電容E2構成第一級降壓電路，形成第一級降壓型DC-DC變換器，第二絕緣柵雙極型晶體管S2處于關斷狀態。由第一電容El、電感L1、第六絕緣柵雙極型晶體管S6、第四絕緣柵雙極型晶體管S4、二極管D7，第二電容E2構成第二級降壓電路，形成第二級降壓型DC-DC變換器，第四絕緣柵雙極型晶體管S4處于關斷狀態。
[0065]逆變電路由第一絕緣柵雙極型晶體管SI與第一二極管Dl構成的逆導型開關、第二絕緣柵雙極型晶體管S2與第二二極管D2構成的逆導型開關、第四絕緣柵雙極型晶體管S4與第四二極管D4、第五絕緣柵雙極型晶體管S5與第五二極管D5構成的逆導型開關構成單相逆變橋，第二電容E2作為直流電壓源。
[0066]于本實施例中，所述第四絕緣柵雙極型晶體管S4和所述第六絕緣柵雙極型晶體管S6處于關閉狀態，所述第五絕緣柵雙極型晶體管S5處于導通狀態時，所述第一電容El向所述電感LI充電，在所述電感LI充電后，所述第四絕緣柵雙極型晶體管S4、所述第六絕緣柵雙極型晶體管S6以及所述第五絕緣柵雙極型晶體管S5均處于關閉狀態時，所述電感LI向所述第二電容E2放電，實現所述第一連接端到所述第二連接端的第二級升壓。
[0067]所述第四絕緣柵雙極型晶體管S4和所述第六絕緣柵雙極型晶體管S6處于導通狀態，所述第五絕緣柵雙極型晶體管S5處于關閉狀態時，所述第二電容E2向所述電感LI充電，在所述電感LI充電后，所述第四絕緣柵雙極型晶體管S4、所述第六絕緣柵雙極型晶體管S6以及所述第五絕緣柵雙極型晶體管S5均處于關閉狀態時，所述電感LI向所述第一電容El放電，實現所述第二連接端到所述第一連接端的第二級降壓;所述第四絕緣柵雙極型晶體管S4處于導通狀態且所述第五絕緣柵雙極型晶體管S5處于關閉狀態時，所述第三連接端的第一端輸出正電壓，所述第四絕緣柵雙極型晶體管S4處于關閉狀態且所述第五絕緣柵雙極型晶體管S5處于導通狀態時，所述第三連接端的第一端輸出負電壓，所述第三連接端的第二端連接零電位參考電壓，實現所述第二連接端到所述第三連接端的第二級電壓逆變。
[0068]所述逆變電路完成由第二連接端到第三連接端的全橋逆變，可以同時使得降壓電路運行，或使得升壓電路工作。逆變電路采用雙極性調制算法，第一絕緣柵雙極型晶體管SI與第二絕緣柵雙極型晶體管S2的開關狀態互補，第三絕緣柵雙極型晶體管S3與第四絕緣柵雙極型晶體管S4的開關狀態互補，相互之間開關狀態切換時中間插入死區時間。第一絕緣柵雙極型晶體管SI和/或第三絕緣柵雙極型晶體管S3導通時，可以啟動降壓電路，實現降壓變換。第二絕緣柵雙極型晶體管S2和/或第四絕緣柵雙極型晶體管S4導通時，可以啟動升壓電路，實現升壓變換。通過調節零矢量(第一絕緣柵雙極型晶體管SI與第三絕緣柵雙極型晶體管S3同時導通、第二絕緣柵雙極型晶體管S2與第四絕緣柵雙極型晶體管S4同時導通)的比例，可以調節降壓比和升壓比，以此實現逆變同時實現升壓或降壓變換。
[0069]本實施例還提供一種變換器，所述變換器包括如上所述的變換電路100。上述已經對所述變換電路1001進行了詳細描述，在此不再贅述。
[0070]本實施例還提供一種變換方法，應用于如圖1至圖3中包括第一充放電單元101，第二充放電單元102，第三充放電單元103、逆導開關單元104以及二極管單元105的變換電路100，所述變換方法包括:
[0071]步驟SI，利用所述逆導開關單元104中各逆導開關的導通和關閉控制所述第一充放電單元101向所述第三充放電單元103放電并在所述第三充放電單元103充電后由所述第三充放電單元103向所述第二充電單元放電以實現所述第一連接端到所述第二連接端的升壓。
[0072]步驟S2，利用所述二極管單元105和所述逆導開關單元104中各逆導開關的導通和關閉控制所述第二充放電單元102向所述第三充放電單元103放電并在所述第三充放電單元103充電后由所述第三充放電單元103向所述第一充電單元放電以實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓。
[0073]步驟S3，利用所述逆導開關單元104中各逆導開關的導通和關閉控制所述第三連接端輸出電壓的極性變化以實現所述第二連接端到所述第三連接端的電壓逆變。
[0074]所述第一充放電單元101包括用于存儲和釋放電能的第一電容El;所述第二充放電單元102包括用于存儲和釋放電能的第二電容E2，所述第三充放電單元103包括用于儲存和釋放電能的電感LI;所述二極管單元105包括一個二極管。所述變換電路100，包括三電容(第一電容El、第二電容E2和第三電容E3)、一功率電感L1、三逆導型開關以及一功率二極管。
[0075]第一電容E1、電感L1、第三二極管D3、第二絕緣柵雙極型晶體管S2、第一二極管Dl、第二電容E2和第三電容E3，形成升壓電路，構成了典型的升壓型DC-DC變換器，實現從第一連接端到第二連接端的升壓。其中第三二極管D3與第一二極管Dl相當于串聯，第二電容E2與第三電容E3相當于串聯，升壓時，第三絕緣柵雙極型晶體管S3與第一絕緣柵雙極型晶體管SI始終處于關斷狀態。
[0076]第一電容El、電感L1、第四二極管D4、第三絕緣柵雙極型晶體管S3、第一絕緣柵雙極型晶體管S1、第二電容E2和第三電容E3，形成降壓電路，構成了典型的降壓型DC-DC變換器，其中第三絕緣柵雙極型晶體管S3與第一絕緣柵雙極型晶體管SI相當于串聯，降壓時所述第二絕緣柵雙極型晶體管S2始終處于關斷狀態。
[0077]第一絕緣柵雙極型晶體管S1、第一二極管Dl、第二絕緣柵雙極型晶體管S2、第二二極管D2、第二電容E2和第三電容E3，構成一個逆導電路，其中第一絕緣柵雙極型晶體管S1、第一二極管Dl構成第一逆導開關，第二絕緣柵雙極型晶體管S2、第二二極管D2構成第二逆導開關，第一逆導開關與第二逆導開關構成一個逆變橋臂，形成一個交流端子，第二電容E2與第三電容E3串聯，構成第二逆變橋臂，形成另一個交流端子。
[0078]綜上所述，本發明中通過各逆導開關的導通和關閉控制實現升壓變換，逆變以及降壓變換，支持三種基本類型的功率變換;本發明中升壓、降壓及逆變三種基本功率變換共用部分電路結構，充分復用每個元器件的功能，電路結構簡單，使用器件數量少，進一步簡化功率電路設計和降低成本;本發明中降壓變換可以獨立運行，也可以與逆變同時進行，升壓變換可以獨立運行，也可以與逆變同時進行，電路功能多樣化和使用形式多樣化，使用方便;本發明適合作為分布直流發電和供電的接口電路，尤其多端直流供電系統，不同電源之間可以相互傳遞能量，適合各自不同的電壓等級。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0079]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種變換電路，其特征在于:所述變換電路包括: 第一充放電單元，用于儲存和釋放電能并具有第一連接端； 第二充放電單元，用于儲存和釋放電能并具有第二連接端； 第三充放電單元，連接于所述第一充放電單元和所述第二充放電單元之間，用于儲存和釋放電能； 逆導開關單元，連接于所述第二充放電單元和所述第三充放電單元之間并具有第三連接端和若干逆導開關，通過各所述逆導開關的導通和關閉控制實現: 所述第一充放電單元向所述第三充放電單元放電并在所述第三充放電單元充電后由所述第三充放電單元向所述第二充電單元放電以實現所述第一連接端到所述第二連接端的升壓； 所述第二充放電單元向所述第三充放電單元放電并在所述第三充放電單元充電后由所述第三充放電單元向所述第一充電單元放電以實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓； 所述第三連接端輸出電壓的極性變化以實現所述第二連接端到所述第三連接端的電壓逆變； 二極管單元，一端連接于所述第三充放電單元和所述逆導開關單元之間，另一端連接于所述第一連接端和所述第二連接端，用于配合所述逆導開關單元實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓。2.根據權利要求1所述的變換電路，其特征在于:所述第一充放電單元包括用于存儲和釋放電能的第一電容;所述第二充放電單元包括用于存儲和釋放電能的第二電容，所述第三充放電單元包括用于儲存和釋放電能的電感;所述二極管單元包括一個二極管。3.根據權利要求2所述的變換電路，其特征在于:所述第一電容的正極端和負極端分別形成所述第一連接端的正極端和所述第一連接端的負極端;所述第二電容的正極端和負極端分別形成所述第二連接端的正極端和所述第二連接端的負極端;所述電感的第一端與所述第一電容的正極端相連，所述電感的第二端經所述逆導開關單元后與所述第二電容的正極端相連;所述第一電容的負極端與所述第二電容的負極端相連;所述二極管的陰極與所述電感的第二端相連，所述二極管的陽極連接于所述第一電容的負極端與所述第二電容的負極端之間。4.根據權利要求3所述的變換電路，其特征在于:所述逆導開關單元包括由第一絕緣柵雙極型晶體管和第一二極管構成的第一逆導開關、由第二絕緣柵雙極型晶體管和第二二極管構成的第二逆導開關以及由第三絕緣柵雙極型晶體管和第三二極管構成的第三逆導開關; 其中，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極、所述第一二極管的陰極與所述第二電容的陽極相連;所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第二二極管的陽極與所述第二電容的陽極相連;所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第三二極管的陽極連接于所述第一電容的負極端與所述第二電容的負極端之間； 所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第一二極管的陽極、所述第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極、所述第二二極管的陰極、所述第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極以及所述第三二極管的陽極相連后形成所述第三連接端的第一端。5.根據權利要求4所述的變換電路，其特征在于:所述第二充放電單元還包括與所述第二電容串聯的第三電容;連接于所述第二電容和所述第三電容之間線路的引出線形成所述第三連接端的第二端。6.根據權利要求5所述的變換電路，其特征在于:所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第三絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態，所述第二絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態時，所述第一電容向所述電感充電，在所述電感充電后，所述第一絕緣柵雙極型晶體管、所述第三絕緣柵雙極型晶體管以及所述第二絕緣柵雙極型晶體管均處于關閉狀態時，所述電感向所述第二電容放電，實現所述第一連接端到所述第二連接端的第一級升壓； 所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第三絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態，所述第二絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態時，所述第二電容向所述電感充電，在所述電感充電后，所述第一絕緣柵雙極型晶體管、所述第三絕緣柵雙極型晶體管以及所述第二絕緣柵雙極型晶體管均處于關閉狀態時，所述電感向所述第一電容放電，實現所述第二連接端到所述第一連接端的第一級降壓； 所述第一絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態且所述第二絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態時，所述第三連接端的第一端輸出正電壓，所述第一絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態且所述第二絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態時，所述第三連接端的第一端輸出負電壓，所述第三連接端的第二端連接零電位參考電壓，實現所述第二連接端到所述第三連接端的第一級電壓逆變。7.根據權利要求6所述的變換電路，其特征在于:所述逆導開關單元還包括由第四絕緣柵雙極型晶體管和第四二極管構成的第四逆導開關、由第五絕緣柵雙極型晶體管和第五二極管構成的第五逆導開關以及由第六絕緣柵雙極型晶體管和第六二極管構成的第六逆導開關； 其中，所述第四絕緣柵雙極型晶體管的集電極、所述第四二極管的陰極與所述第二電容的陽極相連;所述第五絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第五二極管的陽極連接于所述第一電容的負極端與所述第二電容的負極端之間;所述第六絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第六二極管的陽極與所述二極管單元中的二極管的陰極、所述電感的第二端、所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發射極以及所述第三二極管的陽極連接； 所述第四絕緣柵雙極型晶體管的發射極、所述第四二極管的陽極、所述第五絕緣柵雙極型晶體管的集電極、所述第五極管的陰極、所述第六絕緣柵雙極型晶體管的集電極以及所述第六二極管的陰極相連后形成所述第三連接端的第二端。8.根據權利要求7所述的變換電路，其特征在于:所述第四絕緣柵雙極型晶體管和所述第六絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態，所述第五絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態時，所述第一電容向所述電感充電，在所述電感充電后，所述第四絕緣柵雙極型晶體管、所述第六絕緣柵雙極型晶體管以及所述第五絕緣柵雙極型晶體管均處于關閉狀態時，所述電感向所述第二電容放電，實現所述第一連接端到所述第二連接端的第二級升壓； 所述第四絕緣柵雙極型晶體管和所述第六絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態，所述第五絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態時，所述第二電容向所述電感充電，在所述電感充電后，所述第四絕緣柵雙極型晶體管、所述第六絕緣柵雙極型晶體管以及所述第五絕緣柵雙極型晶體管均處于關閉狀態時，所述電感向所述第一電容放電，實現所述第二連接端到所述第一連接端的第二級降壓； 所述第四絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態且所述第五絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態時，所述第三連接端的第一端輸出正電壓，所述第四絕緣柵雙極型晶體管處于關閉狀態且所述第五絕緣柵雙極型晶體管處于導通狀態時，所述第三連接端的第一端輸出負電壓，所述第三連接端的第二端連接零電位參考電壓，實現所述第二連接端到所述第三連接端的第二級電壓逆變。9.一種變換器，其特征在于:所述變換器包括如權利要求1至權利要求8任一權利要求所述的變換電路。10.—種變換方法，其特征在于:應用于包括第一充放電單元，第二充放電單元，第三充放電單元、逆導開關單元以及二極管單元的變換電路，所述變換方法包括: 利用所述逆導開關單元中各逆導開關的導通和關閉控制所述第一充放電單元向所述第三充放電單元放電并在所述第三充放電單元充電后由所述第三充放電單元向所述第二充電單元放電以實現所述第一連接端到所述第二連接端的升壓； 利用所述二極管單元和所述逆導開關單元中各逆導開關的導通和關閉控制所述第二充放電單元向所述第三充放電單元放電并在所述第三充放電單元充電后由所述第三充放電單元向所述第一充電單元放電以實現所述第二連接端到所述第一連接端的降壓； 利用所述逆導開關單元中各逆導開關的導通和關閉控制所述第三連接端輸出電壓的極性變化以實現所述第二連接端到所述第三連接端的電壓逆變。
【文檔編號】H02M7/5387GK106059299SQ201610552426
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月14日
【發明人】艾永保, 顏道丹, 趙云龍
【申請人】儒競艾默生環境優化技術（上海）有限公司