双向变换器及其调制方法与流程

本技术属于变换器，具体涉及一种双向变换器及其调制方法。

背景技术：

1、dc-ac双向变换器作为一种能够实现直流电与交流电之间双向转换的电力电子设备，在现代电力系统中发挥着重要作用；其高效、智能、环保的特点使得它在新能源汽车、可再生能源发电、储能系统以及数据中心等多个领域得到了广泛应用。

2、现有的dc-ac双向变换器其逆变原理一般是基于buck电路（即降压式变换电路）演变而来，因此其直流母线电压需要大于等于交流侧电压幅值，通常包括一级或两级基于高频变压器的dc-dc变换器以及dc-ac变换器；由于相关技术中的双向变换器至少存在两次电压转换（dc-dc和dc-ac），不仅降低了电压的转换效率，还存在体积大、成本高的问题。

3、因此，如何提高dc-ac双向变换器的转换效率的同时，减小变换器的体积是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种双向变换器及其调制方法，解决了相关技术中的双向变换器存在转换效率低和体积大的问题。

2、第一方面，本技术提供一种双向变换器，所述双向变换器包括：直流接口；高频模块，包括串联的高频上桥臂和高频下桥臂，所述高频上桥臂包括n个级联的第一桥臂电路；所述高频下桥臂包括n个级联的第二桥臂电路；n为大于或等于2的整数；所述高频上桥臂的第一端与所述直流接口的第一端相连，所述高频下桥臂的第二端与所述直流接口的第二端相连；工频模块，包括串联的工频上桥臂与工频下桥臂，所述工频上桥臂的第一端与所述直流接口的第一端相连，所述工频下桥臂的第二端与所述直流接口的第二端相连；交流接口，所述交流接口的第一端分别与所述高频上桥臂的第二端和所述高频下桥臂的第一端相连，所述交流接口的第二端分别与所述工频上桥臂的第一端和所述工频下桥臂的第二端相连；控制模块，所述控制模块分别与高频模块和工频模块的控制端相连，用于控制所述工频模块中工频上桥臂和工频下桥臂交替导通，且在工频上桥臂导通时驱动所述高频模块的n个第一桥臂电路交替输出全电压和零电压，在工频下桥臂导通时驱动所述高频模块的n个第二桥臂电路交替输出全电压和零电压。

3、可选地，每个第一桥臂电路包括控制端、第一连接端和第二连接端，第1个第一桥臂电路的第一连接端与所述直流接口的第一端相连，第n个第一桥臂电路的第一连接端与第n-1个第一桥臂电路的第二连接端相连，第n个第一桥臂电路的第二连接端与所述交流接口的第一端相连；

4、或/和，每个第二桥臂电路包括控制端、第一连接端和第二连接端，第1个第二桥臂电路的第一连接端与所述交流接口的第二端相连，第n个第二桥臂电路的第一连接端与第n-1个第二桥臂电路的第二连接端相连，第n个第二桥臂电路的第二连接端与所述直流接口的第二端相连；其中，n=[1，…，n]。

5、可选地，所述第一桥臂电路和/或所述第二桥臂电路包括：电容；第一晶体管，所述第一晶体管的控制端与所述控制模块相连，所述第一晶体管的第一端与所述电容的第一端相连，所述第一晶体管的第二端作为所述第一桥臂电路或所述第二桥臂电路的第一连接端；第二晶体管，所述第二晶体管的控制端与所述控制模块相连，所述第二晶体管的第一端与所述第一晶体管的第二端相连，所述第二晶体管的第二端与所述电容的第二端相连，将所述第二晶体管的第二端作为所述第一桥臂电路或所述第二桥臂电路的第二连接端。

6、可选地，所述工频上桥臂包括：第三晶体管，所述第三晶体管的控制端与所述控制模块相连，所述第三晶体管的第一端作为所述工频上桥臂的第一端，所述第三晶体管的第二端作为所述工频上桥臂的第二端；

7、或/和，所述工频下桥臂包括：第四晶体管，所述第四晶体管的控制端与所述控制模块相连，所述第四晶体管的第一端作为所述工频下桥臂的第一端，所述第四晶体管的第二端作为所述工频下桥臂的第二端。

8、可选地，所述控制模块被配置为：根据调制信号，生成控制工频上桥臂和工频下桥臂交替导通的控制信号；将所述调制信号的绝对值信号和载波信号进行比较，并根据比较结果生成控制第1个第一桥臂电路和第1个第二桥臂电路的驱动信号；将所述调制信号的绝对值信号和所述载波信号的延时信号进行比较，并根据比较结果生成控制第i+1个第一桥臂电路和第i+1个第二桥臂电路的驱动信号；其中，i=[1，…，n-1]。

9、可选地，所述控制模块包括：第一比较单元，所述第一比较单元的第一输入端与阈值输出端相连，所述第一比较单元的第二输入端与调制波输出端相连，所述第一比较单元的输出端与所述工频下桥臂的控制端相连，用于将所述调制波输出端输出的调制信号与所述阈值输出端输出的阈值信号进行比较；第一反相器，所述第一反相器的输入端与所述第一比较单元的输出端相连，所述第一反相器的输出端与所述工频上桥臂的控制端相连。

10、可选地，所述控制模块还包括：绝对值单元，所述绝对值单元的输入端与调制波输出端相连，用于对所述调制波输出端输出的调制波信号取绝对值；第二比较单元，所述第二比较单元的第一输入端与所述绝对值单元的输出端相连，所述第二比较单元的第二输入端与载波输出端相连，用于将所述绝对值单元的输出波形与所述载波输出端的输出波形进行比较；第一选通单元，所述第一选通单元的输入端与所述第二比较单元的输出端相连，所述第一选通单元的输出端分别与第1个第一桥臂电路和第1个第二桥臂电路的控制端相连，用于在所述第二比较单元输出信号的作用下，输出多个驱动信号。

11、可选地，所述控制模块还包括：n-1个延时单元，第i个延时单元的输入端与所述载波输出端相连，用于对载波输出端输出的三角波信号进行延时，延时时长为（ts/n）×i；n-1个第三比较单元，第i个第三比较单元的第一输入端与所述绝对值单元的输出端相连，所述第i个第三比较单元的第二输入端与所述第i个延时单元的输出端相连，用于将第i个延时单元输出波形与绝对值单元输出波形进行比较；n-1个第二选通单元，第i个第二选通单元的输入端与第i个第三比较单元的输出端相连，所述第i个第二选通单元的输出端分别与第i+1个第一桥臂电路和第i+1个第二桥臂电路的控制端相连，用于在所述第三比较单元输出信号的作用下，输出多个驱动信号；其中，i=[1，…，n-1]。

12、可选地，所述第一选通单元或/和所述第二选通单元包括：第一投掷开关，所述第一投掷开关的控制端与使能信号输出端相连，所述第一投掷开关的固定端与所述第二比较单元或所述第三比较单元的输出端相连；第二反相器，所述第二反相器的输入端与所述第一投掷开关的固定端相连；第二投掷开关，所述第二投掷开关的控制端与所述使能信号输出端相连，所述第二投掷开关的固定端与所述第二反相器的输出端相连；第三投掷开关，所述第三投掷开关的控制端与所述第一比较单元的输出端相连，所述第三投掷开关的第一固定端与所述第一投掷开关的投掷端相连，所述第三投掷开关的第二固定端与所述第二投掷开关的投掷端相连，所述第三投掷开关的第一投掷端和第二投掷端与第一桥臂电路的控制端相连，所述第三投掷开关的第三投掷端和第四投掷端与第二桥臂电路的控制端相连。

13、第二方面，本技术提供一种双向变换器调制方法，所述调制方法包括：获取高频上桥臂中第一桥臂电路的目标数量；根据所述目标数量计算每个桥臂电路的延时时长；其中，第n个桥臂电路的延时时长为：（ts/n）×(n-1)，ts表示载波周期，n表示所述目标数量；根据调制信号生成控制工频上桥臂和工频下桥臂交替导通的控制信号；根据所述每个桥臂电路的延时时长对载波信号进行移相，生成每个桥臂电路对应的驱动信号。

14、本技术提供的技术方案，至少具有以下有益效果：

15、本技术在工频上桥臂导通时，通过控制模块驱动高频上桥臂的n个第一桥臂电路交替输出全电压和零电压，在工频下桥臂导通时驱动高频下桥臂的n个第二桥臂电路交替输出全电压和零电压，得到的交流电压为分别为n个第一桥臂电路或n个第二桥臂电路输出的全电压之和；反之，得到的直流电压也分别为n个第一桥臂电路或n个第二桥臂电路输出的全电压之和，从而实现了直流到交流之间的相互变换；因此，与相关技术中的至少两次电压转换相比，本技术仅通过一次的电压转换就能实现直流和交流的相互变换，在提高电压转换效率的同时减小了变换器的体积和成本。