基于Cuk变换器的高频隔离式三电平交-交变换器

摘要

本发明公开了一种基于Cuk变换器的高频隔离式三电平交一交变换器。该变换器将非隔离型Cuk三电平拓扑中的两个耦合电容分别一拆为二，并在中间分别插两个串联的隔离变压器，两变压器原副边的中间连接点分别与左侧两双向功率开关管的中点和右侧两双向功率开关管的中点相连接，电源端和输出端分别加上输入、输出滤波器就构成了可将不稳定的高压交流电变换成稳定或可调的同频正弦交流电的电路拓扑结构。本发明功率变换级数少，功率开关器件少，能实现双向功率流，具有电气隔离特性，输出滤波器前端电压频谱特性好，提高变换效率和功率密度，调压范围宽，可实现升降压调节，并可以减小输出滤波器的体积和重量。

主权项

一种基于Cuk变换器的高频隔离式三电平交‑交变换器，其特征在于，包括输入交流电源[1]、输入滤波器[2]、隔离式Cuk三电平交流变换单元[3]、输出滤波器[4]、输出交流负载[5]；所述输入滤波器[2]包括输入滤波电感[Li]、输入滤波电容[Ci]，输入滤波电感[Li]与输入滤波电容[Ci]相连接，二者接头处引出线为输入滤波器[2]的第一输出端[x]，输入滤波电感[Li]的另一端接输入交流电源[1]的参考正极，输入滤波电容[Ci]的另一端接输入交流电源[1]的参考负极，输入交流电源[1]的参考负极接地，输入滤波电容[Ci]与输入交流电源[1]参考负极相连的端口为输入滤波器[2]的第二输出端[y]；隔离式Cuk三电平交流变换单元[3]包括输入储能电感[L1]、第一双向功率开关管[S1]、第二双向功率开关管[S2]、第三双向功率开关管[S3]、第四双向功率开关管[S4]、第一耦合电容[C1]、第二耦合电容[C2]、第三耦合电容[C3]、第四耦合电容[C4]、第一隔离变压器[T1]、第二隔离变压器[T2]；输入储能电感[L1]的一端接输入滤波器[2]的第一输出端[x]，输入储能电感[L1]的另一端接第一双向功率开关管[S1]的输入端[a]和第一耦合电容[C1]的一端，第一耦合电容[C1]的另一端接第一隔离变压器[T1]的原边输入端[i]，第一隔离变压器[T1]的原边输出端[j]接第一双向功率开关管[S1]输出端[b]，且两者接线引出端接第二双向功率开关管[S2]的输入端[c]和第二隔离变压器[T2]原边输入端[m]，第二隔离变压器[T2]原边输出端[n]接第二耦合电容[C2]的一端，第二耦合电容[C2]的另一端接第二双向功率开关管[S2]的输出端[d]，且两者接头引出线接输入滤波器[2]的第二输出端[y]；第一隔离变压器[T1]的副边输入端[k]接第三耦合电容[C3]的一端，第三耦合电容[C3]的另一端接第三双向功率开关管[S3]的输入端[e]，且两者接线引出端接输出储能电感[L2]一端，输出储能电感[L2]的另一端为隔离式Cuk三电平交流变换单元[3]的第一输出端[u]；第三双向功率开关管[S3]的输出端[f]接第一隔离变压器[T1]的副边输出端[s]，且两者接线引出端接第二隔离变压器[T2]副边输入端[p]和第四双向功率开关管[S4]输入端[g]；第二隔离变压器[T2]副边输出端[q]接第四耦合电容[C4]的一端，第四耦合电容[C4]的另一端接第四双向功率开关管[S4]的输出端[h]，两者接线引出端为隔离式Cuk三电平交流变换单元[3]的第二输出端[r]；输出滤波器[4]包括输出滤波电容[Co]，该电容的两端分别接隔离式Cuk三电平交流变换单元[3]的第一输出端[u]和第二输出端[r]；输出滤波电容[Co]与输出交流负载[5]相互并联，隔离式Cuk三电平交流变换单元[3]的第一输出端[u]接地；其中第一双向功率开关管[S1]、第二双向功率开关管[S2]、第三双向功率开关管[S3]、第四双向功率开关管[S4]都具有双向阻断功能，第一双向功率开关管[S1]包括第一功率开关管[S1a]、第二功率开关管[S1b]、第一二极管[p1]、第二二极管[p2]；第一功率开关管[S1a]的源极接第二功率开关管[S1b]的漏极，第一功率开关管[S1a]的源极还接第一二极管[p1]的阳极，第一功率开关管[S1a]的漏极接第一二极管[p1]阴极，第二功率开关管[S1b]的源极接第二二极管[p2]的阳极，第二功率开关管[S1b]的漏极接第二二极管[p2]的阴极，第一功率开关管[S1a]的漏极为第一双向功率开关管[S1]的输入端[a]，第二功率开关管[S1b]的源极为第一双向功率开关管[S1]的输出端[b]；第二双向功率开关管[S2]包括第三功率开关管[S2a]、第四功率开关管[S2b]、第三二极管[p3]、第四二极管[p4]，第三功率开关管[S2a]的源极接第四功率开关管[S2b]的漏极，第三功率开关管[S2a]的源极还接第三二极管[p3]的阳极，第三功率开关管[S2a]的漏极接第三二极管[p3]的阴极，第四功率开关管[S2b]的源极接第四二极管[p4]阴极，第四功率开关管[S2b]的漏极接第四二极管[p4]阳极，第三功率开关管[S2a]的漏极为第二双向功率开关管[S2]的输入端[c]，第四功率开关管[S2b]的源极为第二双向功率开关管[S2]的输出端[d]；第三双向功率开关管[S3]包括第五功率开关管[S3a]、第六功率开关管[S3b]、第五二极管[p5]、第六二极管[p6]，第五功率开关管[S3a]的源极接第六功率开关管[S3b]的漏极，第五功率开关管[S3a]的源极还接第五二极管[p5]的阳极，第五功率开关管[S3a]的漏极接第五二极管[p5]的阴极，第六功率开关管[S3b]的源极接第六二极管[p6]阴极，第六功率开关管[S3b]的漏极接第六二极管[p6]阳极，第五功率开关管[S3a]的漏极为第三双向功率开关管[S3]的输入端[e]，第六功率开关管[S3b]的源极为第三双向功率开关管[S3]的输出端[f]；第四双向功率开关管[S4]包括第七功率开关管[S4a]、第八功率开关管 [S4b]、第七二极管[p7]、第八二极管[p8]，第七功率开关管[S4a]的源极接第八功率开关管[S4b]的漏极，第七功率开关管[S4a]的源极还接第七二极管[p7]的阳极，第七功率开关管[S4a]的漏极接第七二极管[p7]的阴极，第八功率开关管[S4b]的源极接第八二极管[p8]阴极，第八功率开关管[S4b]的漏极接第八二极管[p8]阳极，第七功率开关管[S4a]的漏极为第四双向功率开关管[S4]的输入端[g]，第八功率开关管[S4b]的源极为第四双向功率开关管[S4]的输出端[h]。