CN108599579B - 一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型dc/dc变换器 - Google Patents

一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型dc/dc变换器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，若设定所述桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器含有m个桥臂，则其构成如下：一个直流输入电压源，2个输入侧滤波电容，每个桥臂包括4个功率开关和2个二极管，桥臂上下两侧接直流电源，2m个变比为1：k的高频变压器，逆变桥另一端有n个高升压增益单元，每个高升压增益单元中含有2m个电容和2m个二极管。相比现有的三电平隔离型DC/DC变换器，其桥臂数可自由调节，且各桥臂的电流自动均流，输入输出增益高且可根据增益单元数量调节，二极管电压和电流应力低，可应用于需要电气隔离的大容量高升压场合中。

Description

一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器
技术领域
本发明涉及一种直流-直流变换器，具体涉及一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器。
背景技术
传统的二极管桥式整流器和三电平逆变器应用广泛，但其一输入输出增益较低，在对输入输出电压增益要求较高的场合难以胜任；其二整流侧二极管电压、电流应力高，使用器件成本较高；其三逆变侧输入相数不可调节，在大电流场合使用受限。现阶段，随着海上风电场的容量不断扩大，离岸距离越来越远，直流汇流及输电的优势逐渐凸显。三电平逆变器因开关器件电压应力低被认为是直流汇流中输入侧逆变电路较好的选择，可以使开关管电压应力降低到输入电压的一半，同时输出的交流电波形正弦型更好。但目前所提方案受限于其输入相数不可调，而存在器件电流应力过高的问题。
而整流侧倍压整流电路可以实现较高的电压输出，但常用于较小功率等级的应用场合中，在大容量应用场合中存在二极管电流应力过大而难以设计的问题，若采用多个输入相并联又存在各相之间功率难以均衡分配，***中各个器件电流应力及发热均不平衡，可靠性和使用寿命均受到较大影响。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，为解决现有三电平逆变器输入相数不可调和倍压整流电路多相并联时均流难的问题，本发明提出一种可自动均流的桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器。
本发明采用如下技术方案：
一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，包含1个直流输入电源，2个输入侧滤波电容C1、C2，m个三电平逆变桥臂，2m个变比为1：k的高频变压器，n个增益单元，4m个输出二极管D1、D2、D3...D2m、D01、D02、D03...D0(2m)，1个输出滤波电容C0，1个负载RL。其中每个增益单元中包含2m个电容C11、C12...Cn(2m)和m个二极管D11、D12...Dn(2m)。每个三电平逆变桥臂包含有4个功率开关和2个二极管。m个桥臂对应2m个输入相，所提变换器的具体连接方式如下：
输入侧滤波电容C1另一端接C2一端，且该连接点记为节点0，C1一端接直流电源正极，C2另一端接直流电源负极。三电平桥臂中，每4个功率开关和2个二极管组成一个桥臂，即S11、S12、S13、S14、Db11、Db12构成第1桥臂，S11漏极接电源正极，S11源极接S12漏极和二极管Db11阴极，S12源极接S13漏极，且该连接点记为节点1，S13源极接S14漏极和二极管Db12的阳极，S14源极接电源负极，二极管Db11的阳极接二极管Db12的阴极和节点0。S21、S22、S23、S24、Db21、Db22构成第2桥臂，S21漏极接电源正极，S21源极接S22漏极和二极管Db21阴极，S22源极接S23漏极，且该连接点记为节点2，S23源极接S24漏极和二极管Db22的阳极，S24源极接电源负极，二极管Db21的阳极接二极管Db22的阴极和节点0。以此类推Sm1、Sm2、Sm3、Sm4、Dbm1、Dbm2构成第m桥臂，Sm1漏极接电源正极，Sm1源极接Sm2漏极和二极管Dbm1阴极，Sm2源极接Sm3漏极，且该连接点记为节点m，Sm3源极接Sm4漏极和二极管Dbm2的阳极，Sm4源极接电源负极，二极管Dbm1的阳极接二极管Dbm2的阴极和节点0。
三电平桥臂节点1、2、3...m分别接变压器T1、T3、T5...T2m-1一次侧同名端，节点0接变压器T2、T4、T6...T2m一次侧同名端，所有变压器一次侧异名端依次相连。
n个增益单元的连接方式如下：
增益单元1由2m个电容C11、C12...C1(2m)，2m个二极管D11、D12...D1(2m)构成，其内部结构中二极管D11的阴极连电容C11的一端，阳极连电容C12的另一端，二极管D12的阴极连电容C12的一端，阳极连电容C13的另一端...二极管D1(2m-1)的阴极连电容C1(2m-1)的一端，阳极连电容C1(2m)的另一端，二极管D1(2m)的阴极连电容C1(2m)一端，阳极连电容C11另一端。
增益单元2由2m个电容C21、C22...C2(2m)，2m个二极管D21、D22...D2(2m)构成，其内部结构中二极管D21的阴极连电容C21一端，阳极连电容C22另一端，二极管D22的阴极连电容C22一端，阳极连电容C23另一端...二极管D2(2m-1)的阴极连电容C2(2m-1)一端，阳极连电容C2(2m)另一端，二极管D2(2m)的阴极连电容C2(2m)一端，阳极连电容C21另一端。
以此类推到增益单元n。
增益单元n由2m个电容Cn1、Cn2...Cnm，2m个二极管Dn1、Dn2...Dn(2m)构成，其内部结构中二极管Dn1的阴极连电容Cn1一端，阳极连电容Cn2另一端，二极管Dn2的阴极连电容Cn2一端，阳极连电容Cn3另一端...二极管Dn(2m-1)的阴极连电容Cn(2m-1)一端，阳极连电容Cn(2m)另一端，二极管Dn(2m)的阴极连电容Cn(2m)一端，阳极连电容Cn1另一端。
所有变压器二次侧异名端依次相连。增益单元1中电容C11、C12...C1(2m)的一端分别接变压器T1、T2...T(2m)二次侧同名端，增益单元2中电容C21、C22...C2(2m)的一端分别接增益单元1中电容C11、C12...C1(2m)的另一端，增益单元3中电容C31、C32...C3(2m)的一端分别接增益单元2中电容C21、C22...C2(2m)的另一端...增益单元n中电容Cn1、Cn2...Cn(2m)的一端分别接增益单元n-1中电容C(n-1)1、C(n-1)2...C(n-1)(2m)的另一端，增益单元n中电容Cn1、Cn2...Cn(2m)的另一端分别接二极管D1、D2...D2m的阴极，二极管D1、D2...D2m的阳极接滤波电容C0和负载RL的一端。滤波电容C0和负载RL的另一端接二极管D01、D02...D0(2m)的阴极，二极管D01、D02...D0(2m)的阳极分别接增益单元1中二极管D11、D12...D1(2m)的阴极。
一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，控制方式为：在0°～90°区间导通每个桥臂下标尾标号为1、2的开关，即S11、S12，S21、S22...Sm1、Sm2。在90°～180°区间导通每个桥臂下标尾标号为2、3的开关，即S12、S13，S22、S23...Sm2、Sm3。在180°～270°区间导通每个桥臂下标尾标号为3、4的开关，即S13、S14，S23、S24...Sm3、Sm4。在270°～360°区间导通每个桥臂下标尾标号为2、3的开关，即S12、S13，S22、S23...Sm2、Sm3。每一组开关导通留有足够的死区时间。
本发明一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，技术效果如下：
1、本发明利用多个增益单元实现变换器高升压输出，根据需求调整增益单元个数使增益变化，应用范围广泛，更适用于大型高升压场合，且该变换器与现有技术相比，副边二极管电压应力也较为降低。其中：
输入输出增益为(空载)：
增益单元中二极管的电压应力为：
输出二极管的电压应力为：
式中，uin为输入电压，u0为输出电压，k为变压器副边匝数比上原边匝数，n为增益单元个数，m为三电平逆变桥臂个数。(i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m)
2、由于电容的安秒平衡，各相和各桥臂能够实现自动均流，二次侧每相电流均流从而一次侧流过变压器的电流均等，变压器的功率均分，无需任何控制策略来保证均流，与采用外部电路检测、控制实现均流的方式相比，降低了电路复杂度，电路散热更易于控制，同时大大的降低了成本。
3、该变换器根据不同的应用场合，可以调整输入相数，能适应更大的大电流输入场合，容量增大，且各个相自动均流。调节三电平桥臂数来调节输入相数，每相和整流侧二极管的电流应力可以相应的变化。
4、整流侧的输出增益提高，可以使用较低变比的变压器来达到高升压的目的，变压器的设计难度大大降低。采用三电平逆变桥臂，开关管的电压应力降低至输入电压的一半，且逆变器输出交流电含有三种电平，更接近于正弦波。
附图说明
图1是本发明电路原理总图。
图2是该桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器2个桥臂2个增益单元的拓扑图。
图3是均流原理分析图。
图4是该变换器m＝2，n＝2时，输入电压uin、输出电压u0、三电平逆变桥臂输出电压u1的仿真波形图。
图5是该变换器m＝2，n＝2时，变压器T1、T2、T3、T4电流和二极管D11、D12电流的仿真波形图。
图6是二极管D1、D2电流和二极管D11、D12电压的仿真波形图。
图7是二极管D1、D2电压和电容C11、C12、C21、C22电压的仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，2个桥臂的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，它包含1个直流输入电源，2个输入侧滤波电容C1、C2，2个三电平逆变桥臂，4个变比为1：k的高频变压器T1、T2、T3、T4，2个增益单元，8个输出二极管D1、D2、D3、D4、D01、D02、D03、D04，1个输出滤波电容C0，1个负载RL。其中每个增益单元中包含4个电容和4个二极管。每个三电平逆变桥臂包含有4个功率开关和2个二极管。2个桥臂对应4个输入相，具体连接为：
输入侧滤波电容C1另一端接C2一端，且该连接点记为节点0，C1一端接直流电源正极，C2另一端接直流电源负极。三电平桥臂中，每4个功率开关和2个二极管组成一个桥臂，即S11、S12、S13、S14、Db11、Db12构成第1桥臂，S11漏极接电源正极，S11源极接S12漏极和二极管Db11阴极，S12源极接S13漏极，且该连接点记为节点1，S13源极接S14漏极和二极管Db12的阳极，S14源极接电源负极，二极管Db11的阳极接二极管Db12的阴极和节点0。S21、S22、S23、S24、Db21、Db22构成第2桥臂，S21漏极接电源正极，S21源极接S22漏极和二极管Db21阴极，S22源极接S23漏极，且该连接点记为节点2，S23源极接S24漏极和二极管Db22的阳极，S24源极接电源负极，二极管Db21的阳极接二极管Db22的阴极和节点0。三电平桥臂节点1、2分别接变压器T1、T3一次侧同名端，节点0接变压器T2、T4一次侧同名端，所有变压器一次侧异名端依次相连。
2个增益单元的连接方式如下：
增益单元1由4个电容C11、C12、C13、C14，4个二极管D11、D12、D13、D14构成，其内部结构中二极管D11的阴极连电容C11的一端，阳极连电容C12的另一端，二极管D12的阴极连电容C12的一端，阳极连电容C13的另一端，二极管D13的阴极连电容C13的一端，阳极连电容C14的另一端，二极管D14的阴极连电容C14的一端，阳极连电容C11的另一端。
增益单元2由4个电容C21、C22、C23、C24，4个二极管D21、D22、D23、D24构成，其内部结构中二极管D21的阴极连电容C21的一端，阳极连电容C22的另一端，二极管D22的阴极连电容C22的一端，阳极连电容C23的另一端，二极管D23的阴极连电容C23的一端，阳极连电容C24的另一端，二极管D24的阴极连电容C24的一端，阳极连电容C21的另一端。
所有变压器二次侧异名端依次相连。增益单元1中电容C11、C12、C13、C14的一端分别接变压器T1、T2、T3、T4二次侧同名端，增益单元2中电容C21、C22、C23、C24的一端分别接增益单元1中电容C11、C12、C13、C14的另一端，电容C21、C22、C23、C24的另一端分别接二极管D1、D2、D3、D4的阴极，二极管D1、D2、D3、D4的阳极接滤波电容C0和负载RL的一端。滤波电容C0和负载RL的另一端接二极管D01、D02、D03、D04的阴极，二极管D01、D02、D03、D04阳极分别接增益单元1中二极管D11、D12、D13、D14的阴极。
2、所述2个桥臂的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，其控制方式为在0°～90°区间导通每个桥臂下标尾标号为1、2的开关，即S11、S12，S21、S22。在90°～180°区间导通每个桥臂下标尾标号为2、3的开关，即S12、S13，S22、S23。在180°～270°区间导通每个桥臂下标尾标号为3、4的开关，即S13、S14，S23、S24。在270°～360°区间导通每个桥臂下标尾标号为2、3的开关，即S12、S13，S22、S23。每一组开关导通留有足够的死区时间。
根据功率开关状态的不同，可以将电路分为4种工作状态：
(1)控制器控制开关S11、开关S12、开关S21、开关S22导通，开关S13、开关S14、开关S23、开关S24关断，此时逆变桥臂输出正电平。此时电容C1放电，电容C2充电。输入电源正极流出电流依次通过开关S11、S12、节点1、变压器T1一次侧同名端和异名端、变压器T2异名端和同名端、节点0构成第一条一次侧回路。变压器T1二次侧同名端感生出电流通过D11给电容C12充电，给电容C11放电，电流通过二极管D21向电容C22充电，给电容C21放电，电流通过二极管D1向负载RL供电，电流流过负载通过二极管D02流入变压器T2二次侧同名端形成第一条二次侧回路，与变压器T2一次侧电流方向一致。同理输入电源正极电流依次通过开关S21、开关S22、节点2、变压器T3一次侧同名端和异名端、变压器T4异名端和同名端、节点0构成第二条一次侧回路。变压器T3二次侧同名端感生出电流通过二极管D13给电容C14充电，给电容C13放电，电流通过二极管D23向电容C24充电；给电容C23放电，电流同时通过二极管D3向负载RL供电，电流流过负载通过二极管D04流入变压器T4二次侧同名端形成第二条二次侧回路，与变压器T4一次侧电流方向一致。此时二极管D2、D4、D01、D03、D12、D14、D22、D24均关断。
(2)控制器控制开关S12、开关S13、开关S22、开关S23导通，开关S11、开关S14、开关S21、开关S24关断，此时逆变桥臂输出0电平。此时所有二极管均关断，所有电容既不充电也不放电。
(3)控制器控制开关S13、开关S14、开关S23、开关S24导通，开关S11、开关S12、开关S21、开关S22关断，此时逆变桥臂输出负电平。电容C1充电，电容C2放电。电容C2放电依次通过节点0、变压器T2同名端和异名端变压器、T3一次侧异名端和同名端、节点2、开关S23、开关S24、电源负极，形成第一条一次侧回路。变压器T2二次侧同名端感生出电流通过D12给电容C13充电，给电容C12放电，电流通过二极管D22向电容C23充电，给电容C22放电，电流通过二极管D2向负载RL供电，电流流过负载通过二极管D03流入变压器T3二次侧同名端形成第一条二次侧回路，与变压器T3一次侧电流方向一致。同理电容C2放电依次通过节点0、变压器T4同名端和异名端变压器、T1一次侧异名端和同名端、节点1、开关S13、开关S14、电源负极，形成第二条一次侧回路。变压器T4二次侧同名端感生出电流通过二极管D14给电容C11充电，给电容C14放电，电流通过二极管D24向电容C21充电；给电容C24放电，电流同时通过二极管D4向负载RL供电，电流流过负载通过二极管D01流入变压器T1二次侧同名端形成第二条二次侧回路，与变压器T1一次侧电流方向一致。此时二极管D1、D3、D02、D04、D11、D13、D21、D23均关断。
(4)控制器控制开关S12、开关S13、开关S22、开关S23导通，开关S11、开关S14、开关S21、开关S24关断，此时逆变器输出0电平。此时所有二极管均关断，所有电容既不充电也不放电。
仿真参数：开关频率f＝50kHz，输入电压uin＝400V，输出电压u0＝600V，额定功率P0＝4800W，变压器变比k＝1。从图4可以看出，当输入电压uin＝400V的直流电时，三电平逆变桥臂输出u1为幅值200V的阶梯交流方波，共三种电平，经过后级整流的输出直流电压u0＝600V，是交流电幅值的3倍。从图5为流入变压器T1、T2的电流，二极管D11、D12的电流波形，可以看出，流过4个变压器的电流相等，功率均分，所有相自动均流。图5为二极管D1、D2电流波形和二极管D11、D12的电压波形。图6为二极管D1、D2的电压波形和整流侧电容C11、C12、C21、C22的电压波形。
均流原理：
以图3中1个增益单元为例。稳态时，t0时刻，三电平逆变桥臂输出电压uin可等效成为一个三电平交流电源，从0电平开始上升，由于上升速度非常快，可以认为电容C11、C13开始放电的时刻与电容C12、C14开始充电的时刻一致。此时二极管D11、D13、D1、D3、D02、D04导通，如图3，此时刻开始，uc11＝uc13＝u0-uin，uc12＝uc14＝uin。t1时刻(非常快到达)，电容C11、C13电压开始缓慢下降，电容C12、C14电压开始缓慢上升，其电压变化速度非常缓慢。t2时刻，此时uc11、uc12、uc13、uc14的变化量已经足以使二极管D1、D11、D3、D13关断。所有二极管关断，电容充放电结束。这段时间中uin和u0始终保持不变，在每个模块参数一致的情况下，则电容上的电压也保持不变，电容C11、C13起始放电时刻和电容C12、C14起始充电时刻一致，只要保持电容容值相等，那电容上电压变化的速度就保持一致，C11、C13放电结束时刻与C12、C14充电结束时刻也一致。逆变器在输出0电平时，所有二极管关断，所有电容既不充电也不放电，在输出负电平时与正电平的过程对称。由于一个周期内电容充放电电荷量平衡，可以得出一个周期内每一路的电荷量是一致的，则每一路的电流是相等的，由此推出每相自动均流。
增益单元增加至n个分析情况类似。

Claims (3)

1.一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，其特征在于：包含1个直流输入电源，2个输入侧滤波电容C 1、C 2，m个三电平逆变桥臂，2m个变比为1：k的高频变压器，n个增益单元，4m个输出二极管D1、D2、D3...D2m 、D01、D02、D03...D0(2m)，1个输出滤波电容C 0，1个负载R L ；其中每个增益单元中包含2m个电容C 11、C 12...C n(2m)和m个二极管D11、D12...D n(2m)；每个三电平逆变桥臂包含有4个功率开关和2个二极管；m个桥臂对应2m个输入相，连接方式如下：
输入侧滤波电容C 1另一端接滤波电容C 2一端，且该连接点记为节点0，滤波电容C 1一端接直流电源正极，滤波电容C 2另一端接直流电源负极；
三电平桥臂中，每4个功率开关和2个二极管组成一个桥臂，即S11、S12、S13、S14、Db11、Db12构成第1桥臂，S11漏极接电源正极，S11源极接S12漏极和二极管Db11阴极，S12源极接S13漏极，且该连接点记为节点1，S13源极接S14漏极和二极管Db12的阳极，S14源极接电源负极，二极管Db11的阳极接二极管Db12的阴极和节点0；S21、S22、S23、S24、Db21、Db22构成第2桥臂，S21漏极接电源正极，S21源极接S22漏极和二极管Db21阴极，S22源极接S23漏极，且该连接点记为节点2，S23源极接S24漏极和二极管Db22的阳极，S24源极接电源负极，二极管Db21的阳极接二极管Db22的阴极和节点0；以此类推S m1、S m2、S m3、S m4、Dbm1、Dbm2构成第m桥臂，S m1漏极接电源正极，S m1源极接S m2漏极和二极管Dbm1阴极，S m2源极接S m3漏极，且该连接点记为节点m，S m3源极接S m4漏极和二极管Dbm2的阳极，S m4源极接电源负极，二极管Dbm1的阳极接二极管Dbm2的阴极和节点0；
三电平桥臂节点1、2、3...m分别接变压器T1、T3、T5...T2m-1一次侧同名端，节点0接变压器T2、T4、T6...T2m 一次侧同名端，所有变压器一次侧异名端依次相连；
n个增益单元的连接方式如下：
增益单元1由2m个电容C 11、C 12...C 1(2m)，2m个二极管D11、D12...D1(2m)构成，其内部结构中二极管D11的阴极连电容C 11的一端，阳极连电容C 12的另一端，二极管D12的阴极连电容C 12的一端，阳极连电容C 13的另一端...二极管D1(2m-1)的阴极连电容C 1(2m-1)的一端，阳极连电容C 1(2m)的另一端，二极管D1(2m)的阴极连电容C 1(2m)一端，阳极连电容C 11另一端；
增益单元2由2m个电容C 21、C 22...C 2(2m)，2m个二极管D21、D22...D2(2m)构成，其内部结构中二极管D21的阴极连电容C 21一端，阳极连电容C 22另一端，二极管D22的阴极连电容C 22一端，阳极连电容C 23另一端...二极管D2(2m-1)的阴极连电容C 2(2m-1)一端，阳极连电容C 2(2m)另一端，二极管D2(2m)的阴极连电容C 2(2m)一端，阳极连电容C 21另一端；
以此类推到增益单元n；
增益单元n由2m个电容C n1、C n2...C nm ，2m个二极管D n1、D n2...D n(2m)构成，其内部结构中二极管D n1的阴极连电容C n1一端，阳极连电容C n2另一端，二极管D n2的阴极连电容C n2一端，阳极连电容C n3另一端...二极管D n(2m-1)的阴极连电容C n(2m-1)一端，阳极连电容C n(2m)另一端，二极管D n(2m)的阴极连电容C n(2m)一端，阳极连电容C n1另一端；
所有变压器二次侧异名端依次相连；增益单元1中电容C 11、C 12...C 1(2m)的一端分别接变压器T1、T2...T2m 二次侧同名端，增益单元2中电容C 21、C 22...C 2(2m)的一端分别接增益单元1中电容C 11、C 12...C 1(2m)的另一端，增益单元3中电容C 31、C 32...C 3(2m)的一端分别接增益单元2中电容C 21、C 22...C 2(2m)的另一端...增益单元n中电容C n1、C n2...C n(2m)的一端分别接增益单元n-1中电容C (n-1)1、C (n-1)2...C (n-1)(2m)的另一端，增益单元n中电容C n1、C n2...C n(2m)的另一端分别接二极管D1、D2...D2m 的阴极，二极管D1、D2...D2m 的阳极接滤波电容C 0和负载R L 的一端；滤波电容C 0和负载RL的另一端接二极管D01、D02...D0(2m)的阴极，二极管D01、D02...D0(2m)的阳极分别接增益单元1中二极管D11、D12...D1(2m)的阴极。
2.根据权利要求1所述一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，其特征在于，其控制方式为：在0°~90°区间导通每个桥臂下标尾标号为1、2的开关，即S11、S12，S21、S22...S m1、S m2；在90°~180°区间导通每个桥臂下标尾标号为2、3的开关，即S12、S13，S22、S23...S m2、S m3；在180°~270°区间导通每个桥臂下标尾标号为3、4的开关，即S13、S14，S23、S24...S m3、S m4；在270°~360°区间导通每个桥臂下标尾标号为2、3的开关，即S12、S13，S22、S23...S m2、S m3；每一组开关导通留有足够的死区时间。
3.根据权利要求1所述一种桥臂数可调的三电平高升压隔离型DC/DC变换器，其特征在于：根据功率开关状态的不同，将电路分为3种工作状态：
（1）、控制器控制开关S11、开关S12、开关S21、开关S22导通，开关S13、开关S14、开关S23、开关S24关断，此时逆变桥臂输出正电平；此时滤波电容C 1放电，电容滤波电容C 2充电；输入电源正极流出电流依次通过开关S11、S12、节点1、变压器T1一次侧同名端和异名端、变压器T2异名端和同名端、节点0构成第一条一次侧回路；变压器T1二次侧同名端感生出电流通过D11给电容C 12充电，给电容C 11放电，电流通过二极管D21向电容C 22充电，给电容C 21放电，电流通过二极管D1向负载R L 供电，电流流过负载通过二极管D02流入变压器T2二次侧同名端形成第一条二次侧回路，与变压器T2一次侧电流方向一致；同理输入电源正极电流依次通过开关S21、开关S22、节点2、变压器T3一次侧同名端和异名端、变压器T4异名端和同名端、节点0构成第二条一次侧回路；变压器T3二次侧同名端感生出电流通过二极管D13给电容C 14充电，给电容C 13放电，电流通过二极管D23向电容C 24充电；给电容C 23放电，电流同时通过二极管D3向负载R L 供电，电流流过负载通过二极管D04流入变压器T4二次侧同名端形成第二条二次侧回路，与变压器T4一次侧电流方向一致；此时二极管D2、D4、D01、D03、D12、D14、D22、D24均关断；
（2）、控制器控制开关S12、开关S13、开关S22、开关S23导通，开关S11、开关S14、开关S21、开关S24关断，此时逆变桥臂输出0电平；此时所有二极管均关断，所有电容既不充电也不放电；
（3）、控制器控制开关S13、开关S14、开关S23、开关S24导通，开关S11、开关S12、开关S21、开关S22关断，此时逆变桥臂输出负电平；滤波电容C 1充电，滤波电容C 2放电；滤波电容C 2放电依次通过节点0、变压器T2同名端和异名端变压器、T3一次侧异名端和同名端、节点2、开关S23、开关S24、电源负极，形成第一条一次侧回路；变压器T2二次侧同名端感生出电流通过D12给电容C 13充电，给电容C 12放电，电流通过二极管D22向电容C 23充电，给电容C 22放电，电流通过二极管D2向负载R L 供电，电流流过负载通过二极管D03流入变压器T3二次侧同名端形成第一条二次侧回路，与变压器T3一次侧电流方向一致；同理滤波电容C 2放电依次通过节点0、变压器T4同名端和异名端变压器、T1一次侧异名端和同名端、节点1、开关S13、开关S14、电源负极，形成第二条一次侧回路；变压器T4二次侧同名端感生出电流通过二极管D14给电容C 11充电，给电容C 14放电，电流通过二极管D24向电容C 21充电；给电容C 24放电，电流同时通过二极管D4向负载R L 供电，电流流过负载通过二极管D01流入变压器T1二次侧同名端形成第二条二次侧回路，与变压器T1一次侧电流方向一致；此时二极管D1、D3、D02、D04、D11、D13、D21、D23均关断。
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Assignee: Nanjing Chixun Electric Technology Co.,Ltd.

Assignor: CHINA THREE GORGES University

Contract record no.: X2023980049857

Denomination of invention: A three-level high voltage isolated DC/DC converter with adjustable bridge arms

Granted publication date: 20231027

License type: Common License

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