一种变换器和逆变器的制作方法 专利技术说明

发电;变电;配电装置的制造技术1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变换器和逆变器。背景技术：2.谐振直流(direct current，dc)/dc变换电路，是一种特殊的直流变换电路，该电路的输出电压和输入电压为固定的变比。谐振dc/dc变换电路利用谐振可以实现该电路中开关管的软开关，降低开关管的开关损耗，提升电路工作效率。谐振dc/dc变换电路包括两电平谐振dc/dc变换电路和多电平谐振dc/dc变换电路。目前，两电平谐振dc/dc变换电路应用较为广泛，而多电平谐振dc/dc变换电路与两电平谐振dc/dc变换电路相比，可用更小耐压等级的器件实现更高等级的电压输出，因此也具有较好的应用前景。然而，在上述谐振dc/dc变换电路开始工作时，流过电路中的开关管和电容等电路元件的电流峰值可能会非常高，因此可能导致电路元件因过流或过压损坏，使得电路的安全性降低。技术实现要素：3.本技术提供了一种变换器和逆变器，可降低电路元件过流/过压损坏的风险，提高电路安全性和稳定性。4.第一方面，本技术提供一种变换器，该变换器中可以包括控制单元、功率变换单元、串联谐振单元、预充电单元和整流滤波单元；功率变换单元的输入端作为变换器的输入端连接电源，功率变换单元的输出端通过串联谐振单元连接整流滤波单元的输入端；这里，功率变换单元可以为dc/dc变换电路，在光伏供电场景下，电源可以为光伏组件或储能电池等。串联谐振单元中可以包括串联的谐振电容和谐振电感，整流滤波单元中包括滤波电容。整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端；预充电单元并联于电源的正极输出端和功率变换单元的输出端之间；其中，控制单元可用于控制预充电单元基于电源提供的电能为串联谐振单元中的谐振电容和整流滤波单元中的滤波电容充电；控制单元还可用于在谐振电容的电压和滤波电容的电压达到目标电压时控制预充电单元断开，并控制功率变换单元工作。5.在本技术中，通过增加简单的电路元件，结合变换器中的开关管等元件的复用来组成谐振电容和滤波电容的充电回路，完成对谐振电容和滤波电容的预充电，可以在变换器工作时，减少电源的输入电压与谐振电容的电压之间的压差，以及减少谐振电容的电压与变换器的输出电压之间的压差，使得电路中不易产生峰值较高的电流，降低变换器中的开关管等元件在导通瞬间因过压/过流损坏的风险，提高电路稳定性和安全性，电路结构简单，电路成本低，适用性强。6.在一种可能的实现方式中，整流滤波单元包括滤波电容和第一二极管、第二二极管，变换器的输出端包括第一输出端和第二输出端，第一二极管与第二二极管串联后与滤波电容并联于变换器的第一输出端和第二输出端之间，第一二极管与第二二极管的串联连接点作为整流滤波单元的输入端；上述功率变换单元包括第一开关管和第二开关管，第一开关管和第二开关管串联后并联于电源的两端，第一开关管和第二开关管的串联连接点作为功率变换单元的输出端；上述预充电单元并联于第一开关管的两端。此时变换器中的功率变换单元的电路拓扑为两电平拓扑，本技术中，变换器中的控制单元通过控制预充电单元为谐振电容和滤波电容充电至目标电压，在电路开始工作时可降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过压/过流损坏的可能性，从而提高电路的安全性和稳定性。7.在一种可能的实现方式中，预充电单元包括充电开关和限流单元，充电开关和限流单元串联后与第一开关管并联；其中，充电开关可为可控开关、继电器、直流接触器、igbt或者mosfet等，限流单元可以包括电阻或电感等器件。控制单元用于在谐振电容的电压未达到目标电压时，控制充电开关闭合，以使电源通过充电开关、限流单元、串联谐振单元和第一二极管构成的回路为谐振电容充电。本技术中，变换器通过增加开关、电阻等简单的电路元件，基于变换器连接的电源提供的电能来为谐振电容进行预充电，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性，结构简单，电路成本低，适用性强。8.在一种可能的实现方式中，控制单元还用于在滤波电容的电压未达到目标电压、充电开关闭合以及谐振电容的电压达到预设电压的情况下，控制充电开关断开、第二开关管导通，以使谐振电容通过串联谐振单元中的谐振电感、第二开关管、滤波电容和第二二极管构成的回路为滤波电容充电，其中，预设电压小于或等于上述目标电压；控制单元还用于在滤波电容的电压达到目标电压时，控制第二开关管关断，以结束对滤波电容的充电。9.本技术中，通过复用电路中的开关管等器件来构成为滤波电容充电的回路，实现利用谐振电容为滤波电容充电，电路结构简单，电路成本低，预充电过程的控制逻辑简单，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。10.在一种可能的实现方式中，整流滤波单元包括滤波电容和第一二极管、第二二极管，变换器的输出端包括第一输出端和第二输出端，第一二极管与第二二极管串联后与滤波电容并联于变换器的第一输出端和第二输出端之间，第一二极管与第二二极管的串联连接点作为整流滤波单元的输入端；功率变换单元包括串联的第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管、串联的第一电容和第二电容、串联的第三二极管和第四二极管；串联的第一电容和第二电容，与串联的第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管并联于电源的两端，第三二极管和第四二极管串联后与串联的第四开关管、第五开关管并联，第三二极管和第四二极管的串联连接点与第一电容和第二电容的串联连接点相连；第四开关管和第五开关管的串联连接点作为功率变换单元的输出端；此时变换器中的功率变换单元的电路拓扑为npc型三电平拓扑。预充电单元可并联于串联的第三开关管和第四开关管的两端；或者，预充电单元可并联于第三开关管的两端。11.本技术中，通过增加开关、电阻等简单的电路元件作为预充电单元，控制该预充电单元基于电源提供的电能为三电平谐振直流变换器中的谐振电容和滤波进行预充电，结构简单，电路成本低，能够在该变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。12.在一种可能的实现方式中，预充电单元包括充电开关和限流单元，充电开关和限流单元串联后与串联的第三开关管、第四开关管并联；此时，该充电开关的耐压值可等于电源的输入电压。控制单元用于在谐振电容的电压未达到目标电压时，控制充电开关闭合，以使电源通过充电开关、限流单元、串联谐振单元和第一二极管构成的回路为谐振电容充电。本技术中，通过增加开关、电阻等简单的电路元件，基于电源提供的电能来为三电平谐振直流变换器中的谐振电容进行预充电，可提高电路的安全性和稳定性，结构简单，电路成本低，适用性强。13.在一种可能的实现方式中，预充电单元包括充电开关和限流单元，充电开关和限流单元串联后与第三开关管并联；此时，该充电开关的耐压值可降低为电源的输入电压的一半。控制单元用于在谐振电容的电压未达到目标电压时，控制充电开关闭合、第四开关管导通，以使电源通过充电开关和限流单元、第四开关管、串联谐振单元和第一二极管构成的回路为谐振电容充电。本技术中，可以选用耐压等级更小的开关来构成对三电平谐振直流变换器中的谐振电容的预充电回路，降低对元件的器件参数要求，电路成本低。14.在一种可能的实现方式中，控制单元还用于在滤波电容的电压未达到目标电压、充电开关闭合以及上述谐振电容的电压达到预设电压的情况下，控制充电开关断开、第五开关管、第六开关管导通，以使谐振电容通过串联谐振单元中的谐振电感、第五开关管、第六开关管、滤波电容和第二二极管构成的回路为滤波电容充电，其中，预设电压小于或等于目标电压；控制单元还用于在滤波电容的电压达到目标电压时，控制第五开关管和第六开关管关断，以结束对滤波电容的充电。15.本技术中，通过复用电路中的开关管等器件来构成为滤波电容充电的回路，实现利用谐振电容为滤波电容充电，结构简单，电路成本低，预充电过程的控制逻辑简单，适用性强，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。16.在一种可能的实现方式中，控制单元还用于在滤波电容的电压和谐振电容的电压达到目标电压时，控制充电开关断开以实现控制预充电单元断开。17.本技术中，通过增加简单的电路元件，复用电路中的开关管，利用电源为谐振电容充电至目标电压，并利用谐振电容为滤波电容充电至目标电压，可实现对该变换器中的谐振电容和滤波电容充电的预充电，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性，电路结构简单，电路成本低。18.第二方面，本技术提供一种变换器，变换器中包括控制单元、功率变换单元、串联谐振单元、第一预充电单元、第二预充电单元和整流滤波单元；功率变换单元的输入端作为变换器的输入端连接电源，功率变换单元的输出端通过串联谐振单元连接整流滤波单元的输入端；整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端；19.第一预充电单元并联于串联谐振单元中谐振电容的两端，第二预充电单元并联于整流滤波单元中滤波电容的两端；20.控制单元用于控制第一预充电单元为谐振电容充电，控制第二预充电单元为滤波电容充电；控制单元还用于在谐振电容的电压达到目标电压时控制第一预充电单元断开，在滤波电容的电压达到目标电压时控制第二预充电单元断开，并控制功率变换单元工作。21.在一种可能的实现方式中，第一预充电单元包括第一变压器、第一开关管和第一整流二极管，上述第一变压器的原边通过上述第一开关管连接上述电源，上述第一变压器的副边通过上述第一整流二极管并联于上述谐振电容的两端；第二预充电单元包括第二变压器、第二开关管和第二整流二极管，上述第二变压器的原边通过上述第二开关管连接上述电源，上述第二变压器的副边通过上述第二整流二极管并联于上述滤波电容的两端。22.本技术中，变换器利用第一预充电单元和第二预充电单元分别为变换器中的谐振电容和滤波电容进行充电，两个充电回路互不影响，可以使谐振电容和滤波电容的电压尽快达到目标电压，充电方式简单易行，可在功率变换单元开始工作时，降低变换器中的开关管在导通瞬间因过压/过流损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。23.第三方面，本技术提供一种变换器，变换器中包括控制单元、功率变换单元、串联谐振单元、预充电单元和整流滤波单元；功率变换单元的输入端作为变换器的输入端连接电源；功率变换单元的输出端通过串联谐振单元连接整流滤波单元的输入端；整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端；预充电单元并联于串联谐振单元中的谐振电容的两端；24.整流滤波单元包括滤波电容和第一二极管、第二二极管，变换器的输出端包括第一输出端和第二输出端，第一二极管与第二二极管串联后与滤波电容并联于变换器的第一输出端和第二输出端，第一二极管与第二二极管的串联连接点作为整流滤波单元的输入端；25.控制单元用于控制功率变换单元中连接于功率变换单元的输出端和滤波电容之间的开关管均导通，以控制预充电单元为谐振电容充电和滤波电容充电；控制单元还用于在谐振电容和滤波电容的电压达到目标电压时，控制预充电单元断开、控制功率变换单元的输出端和滤波电容之间的开关管均关断，并控制该功率变换单元工作。26.在一种可能的实现方式中，上述预充电单元包括变压器、第一开关管和整流二极管，上述变压器的原边通过上述第一开关管连接上述电源，上述变压器的副边通过上述整流二极管并联于上述谐振电容的两端。27.本技术中，变换器利用一个预充电单元实现对谐振电容和滤波电容的共同充电，可在功率变换单元开始工作时，降低变换器中的开关管因过压/过流损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性，电路结构简单，成本低，充电速度快。28.第四方面，本技术提供一种逆变器，该逆变器包括逆变单元和如第一方面、第二方面或第三方面以及第一方面、第二方面或第三方面中任一种可能的实现方式提供的变换器，该变换器通过该逆变单元连接负载；该逆变单元用于将该变换器输出的直流电转换为交流电为负载供电。29.本技术中，该逆变器中的变换器通过对变换器中的谐振电容和滤波电容进行预充电，可减少变换器开始工作时电路元件因过流/过压损坏的风险，提高变换器的安全性和稳定性，进而提高逆变器的安全性和并网可靠性。附图说明30.图1是本技术实施例提供的逆变器的结构示意图；31.图2是本技术实施例提供的变换器的一结构示意图；32.图3是本技术实施例提供的变换器的另一结构示意图；33.图4是图3所示变换器的驱动时序和谐振电流波形图；34.图5是本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图；35.图6是本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图；36.图7是图5或图6所示变换器的驱动时序和谐振电流波形图；37.图8是本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图；38.图9是本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图；39.图10是本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图；40.图11是本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图；41.图12是本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图。具体实施方式42.直流变换器是电力电子领域中的一种常用开关电源器件，其主要功能为将直流电能转换为另一个电压或电流可控的直流电能输出，以满足负载需求。例如，直流变换器可将直流电源的电压从十几伏或几十伏升到几百伏，或者降至几伏。谐振dc/dc变换电路，是一种电路结构特殊的直流变换器，谐振dc/dc变换电路利用谐振可以实现该电路中开关管的软开关，降低开关管的开关损耗，提升电路工作效率。谐振dc/dc变换电路的电路拓扑包括两电平拓扑和多电平拓扑等。采用多电平拓扑的谐振dc/dc变换电路可以实现中压大功率输出，开关管等功率器件的电压应力小，因此和两电平谐振dc/dc变换电路一样都可应用于多种场景。在两电平谐振dc/dc变换电路和多电平拓扑的谐振dc/dc变换电路开始工作前，需要对电路中的谐振电容和输出端的滤波电容进行预充电，以保证电路中的开关管等元件在导通的瞬间不容易出现过压/过流损坏，提高电路的安全性。本技术提供一种变换器，可通过增加简单的电路元件，结合变换器中的开关管等元件的复用来组成谐振电容和滤波电容的充电回路，完成对谐振电容和滤波电容的预充电，在电路开始工作时降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过压/过流损坏的可能性，提高电路稳定性和安全性，电路结构简单，电路成本低，适用性强。43.本技术提供的变换器可适用于逆变器、储能系统和风电变流器等多种类型的电力设备，可用于不同的应用场景如光伏供电场景、光储混合供电场景和储能供电场景等。为方便描述，本技术以变换器应用于光伏供电场景中的逆变器为例进行说明。具体的，该变换器可为逆变器中进行直流/直流变换的功率变换模块，即本技术提供的变换器可为逆变器中的一个功能模块。本技术还提供一种逆变器，如图1所示，该逆变器可以由变换器、逆变单元等部分组成。其中，变换器通过逆变单元连接负载，变换器用于将电源(本场景中可指光伏组件)提供的直流电转换为直流电后输出，逆变单元用于将变换器输出的直流电转换为交流电为负载(如连接公共电网的各种家用设备)供电。该逆变器中的变换器通过对变换器中的谐振电容和滤波电容进行预充电，可减少变换器开始工作时电路元件因过流/过压损坏的风险，提高变换器的安全性和稳定性，进而提高逆变器的安全性和并网可靠性。44.下面将结合图2至图12对本技术提供的变换器进行示例说明。45.参见图2，图2为本技术实施例提供的变换器的一结构示意图。如图2所示，本技术提供的变换器可包括控制单元、功率变换单元、串联谐振单元、预充电单元和整流滤波单元。其中，功率变换单元的输入端作为变换器的输入端连接电源。这里，功率变换单元可以为dc/dc变换电路，用于将电源提供的直流电转换为另一固定电压或可调电压的直流电，电源可以为太阳能电池板、光伏板、光伏组件或储能电池等。功率变换单元的输出端通过串联谐振单元连接整流滤波单元的输入端。其中，串联谐振单元中可以包括串联的谐振电容和谐振电感，整流滤波单元中包括滤波电容。整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端。在光伏供电场景下，变换器的输出端可以通过逆变器中的逆变单元连接负载。如图2所示，在本技术实施例中，预充电单元可并联于电源的正极输出端和功率变换单元的输出端之间，预充电单元可基于控制单元的控制为上述串联谐振单元中的谐振电容和整流滤波单元中的滤波电容充电，在功率变换单元开始工作时，降低该电路中的功率开关器件在导通瞬间因过压/过流损坏的风险，提高电路稳定性和安全性。46.在一些可行的实施方式中，上述变换器中的控制单元，可与变换器中的功率变换单元、串联谐振单元、预充电单元和整流滤波单元分别耦合。该控制单元可用于控制预充电单元基于电源提供的电能，为上述谐振电容和滤波电容充电。上述控制单元还可以为变换器中用于为功率变换单元提供驱动信号的功能模块，以触发功率变换单元的驱动电路来控制功率变换单元工作。因此，在本技术实施例中，上述控制单元还可用于在谐振电容的电压和滤波电容的电压达到目标电压时控制预充电单元断开，并控制功率变换单元工作。其中，目标电压可以根据电源的输入电压、谐振电容和/或滤波电容的器件参数来得到。具体的，目标电压可以是接近电源的输入电压的电压值。谐振电容和滤波电容两者需达到的目标电压可以是相等的电压值；也可以是与各自的器件参数相关的不同的电压值。也就是说，目标电压可包括第一电压阈值和第二电压阈值，两者分别为谐振电容、滤波电容需充电达到的电压值。第一电压阈值和第二电压阈值可以相同，也可以不同，具体可以根据应用场景中的器件参数确定，本技术对此不作限制。47.在一些可行的实施方式中，上述变换器中的整流滤波单元可包括上述滤波电容和第一二极管、第二二极管。变换器的输出端包括第一输出端和第二输出端。如图2所示，变换器的输出端包括vout正端和vout负端，vout正端和vout负端可分别作为变换器的第一输出端和第二输出端。在上述整流滤波单元中，第一二极管、第二二极管这两个二极管串联后与滤波电容并联于变换器的输出端，也即并联于变换器的第一输出端和第二输出端之间。第一二极管和第二二极管的串联连接点可作为整流滤波单元的输入端。也就是说，上述变换器中的功率变换单元的输出端通过上述串联谐振单元与第一二极管、第二二极管的串联连接点连接。48.可选的，在一些可行的实施方式中，上述功率变换单元的电路拓扑可以为两电平拓扑。那么该功率变换单元可以包括第一开关管和第二开关管，还可以包括支撑电容。请参见图3，图3为本技术实施例提供的变换器的另一结构示意图。如图3所示，上述功率变换单元包括开关管t1、t2和电容c1，即上述第一开关管、第二开关管和支撑电容可分别用图3中的t1、t2和c1表示。其中，开关管t1的第二连接端和开关管t2的第一连接端串联后与电容c1并联于电源的两端，开关管t1的第一连接端、开关管t2的第二连接端分别作为功率变换单元的第一输入端、第二输入端，开关管t1和开关管t2的串联连接点作为功率变换单元的输出端；预充电单元并联于开关管t1的两端。可理解的，当上述开关管t1、t2的开关类型为绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)时，第一连接端可以指该开关管的集电极，第二连接端可以指该开关管的发射极。此时，功率变换单元的第一输入端连接上述电源的正极输出端，功率变换单元的第二输入端连接上述电源的负极输出端。可选的，上述开关管t1、t2的开关类型还可以为金属氧化物半导体场效应晶体管(metallic oxide semiconductor field effect transistor，mosfet)等，本技术对此不作限制。在该变换器开始正常工作之前，变换器中的控制单元控制预充电单元为该变换器中的谐振电容和滤波电容充电至目标电压，以在变换器工作时，减少电源的输入电压与谐振电容的电压之间的压差，以及减少谐振电容的电压与变换器的输出电压之间的压差，使得电路中不易产生峰值较高的电流，降低变换器中的开关管等元件在导通瞬间因过压/过流损坏的风险，从而提高电路的安全性和稳定性。当该变换器开始正常工作时，开关管t1、t2交替导通，当开关管t1导通时，电源可通过电容c1给该变换器中的串联谐振单元中的谐振电容充电；当开关管t2导通时，上述谐振电容可以将能量转移至变换器中的整流滤波单元中的滤波电容上。该变换器的驱动时序和谐振电流波形如图4所示，若不考虑死区时间，开关管t1、t2的驱动占空比均为0.5，该变换器的开关频率设为小于lc谐振频率，可以在开关管t1、t2动作前使谐振电流降为0，实现开关管的零电流开关，降低开关损耗，提高电路工作效率。49.在一些可行的实施方式中，当功率变换单元的电路拓扑为两电平拓扑时，变换器中的预充电单元可以由充电开关和限流单元组成。充电开关和限流单元串联后可以与图3中的开关管t1并联。其中，充电开关可以为可控开关、继电器、直流接触器、igbt或者mosfet等，具体可根据实际应用场景确定。限流单元可以包括电阻或电感等器件，本技术实施例以限流单元为图3中的电阻r为例进行介绍。充电开关在图3中可以用开关k表示。上述整流滤波单元包括的滤波电容、第一二极管和第二二极管分别为图3中的c、d0和d0’。在本实施例中，变换器中的控制单元通过预充电单元为谐振电容充电的过程包括：控制单元控制图3中的开关k闭合，以使得电源通过闭合的开关k、限流单元、谐振单元中的谐振电感、谐振电容、第一二极管构成的回路，为谐振电容充电。换句话说，如图3所示，开关k闭合时，电源为谐振电容cr充电时的电流路径为：vin正端-k-r-lr-cr-d0-vin负端。在该实施例中，变换器通过增加开关、电阻等简单的电路元件，基于变换器连接的电源提供的电能来为谐振电容进行预充电，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性，结构简单，电路成本低，适用性强。50.进一步的，在一些可行的实施方式中，变换器中的控制单元还可控制该变换器中的谐振电容为滤波电容充电。具体的，在滤波电容的电压未达到目标电压且上述充电开关闭合的情况下，若谐振电容的电压达到预设电压，控制该谐振电容为滤波电容充电。也就是说，在所述滤波电容的电压未达到所述目标电压、所述充电开关闭合以及所述谐振电容的电压达到预设电压的情况下，控制该谐振电容为滤波电容充电。其中，该预设电压可以为小于或等于目标电压的电压值，具体可根据实际场景设定，本技术不作限制。该谐振电容为滤波电容充电的过程包括：控制单元控制开关k断开，并控制图3中的开关管t2导通，以使得谐振电容通过谐振电感、开关管t2、滤波电容、第二二极管构成的回路为滤波电容充电。换句话说，如图3所示，开关k断开，开关管t2导通时，谐振电容cr为滤波电容c充电时的电流路径为：cr-lr-t2-c-d0’‑cr。当滤波电容两端的电压达到目标电压时，控制单元还可控制开关管t2关断，以结束对滤波电容的充电。在该实施例中，变换器先为谐振电容充电，再通过复用电路中的开关管等器件来构成为滤波电容充电的回路，实现利用谐振电容为滤波电容充电，以将谐振电容的能量传递给滤波电容，完成对滤波电容的预充电，该变换器结构简单，电路成本低，预充电过程的控制逻辑简单，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。51.在一些可行的实施方式中，如图3所示的变换器，为谐振电容和滤波电容进行充电的过程可以包括多轮充电。可理解的，变换器中的控制单元控制预充电单元基于电源提供的电能先为谐振电容充电，使得谐振电容的电压上升。当谐振电容的电压上升至上述预设电压值时，谐振电容的充电过程暂停，并开始为滤波电容充电。此时滤波电容的电压上升而谐振电容的电压下降。当谐振电容的电压下降至较低电压值时，谐振电容停止为滤波电容充电，此时滤波电容的电压可能未达到上述目标电压，而谐振电容的电压也未达到上述目标电压。也就是说，经过这一轮充电，谐振电容和滤波电容的电压可能未达到上述目标电压。因此，可重复上述充电过程直至谐振电容和滤波电容的电压均达到目标电压。在最后一轮充电过程中，滤波电容的电压达到目标电压时，控制单元可控制第二开关管(即图3中的开关管t2)关断，以结束对滤波电容的充电；在滤波电容的电压达到目标电压，谐振电容的电压也达到目标电压时，控制单元可控制充电开关断开，以实现控制上述预充电单元断开，结束对谐振电容的充电。可理解的，在上述多轮充电的过程中，每轮充电对应的预设电压的值可以相等，也可以不同，本技术不作限制。在该实施例中，通过增加简单的电路元件，复用电路中的开关管，可实现对两电平谐振直流变换器中的谐振电容和滤波电容充电的充电，该变换器结构简单，电路成本低，适用性高，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。52.可选的，在一些可行的实施方式中，上述变换器中的功率变换单元的电路拓扑可以为三电平拓扑。请参见图5和图6，图5、图6为本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图。如图5或图6所示，上述功率变换单元的电路拓扑可为中点钳位(neutral point clamped，npc)型三电平拓扑，那么该功率变换单元可包括第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一电容、第二电容、第三二极管和第四二极管。这些电路元件可在图5或图6中可分别用开关管t3、t4、t5、t6、电容c2、c3和二极管d1、d2表示。其中，电容c2、电容c3串联后与依次串联的开关管t3、开关管t4、开关管t5、开关管t6并联于电源的两端，二极管d1、二极管d2串联后与串联的开关管t4、开关管t5并联，二极管d1和二极管d2的串联连接点与电容c2和电容c3的串联连接点相连；开关管t3的第一连接端、开关管t6的第二连接端分别作为功率变换单元的第一输入端、第二输入端，开关管t4和开关管t5的串联连接点作为功率变换单元的输出端；可理解的，上述开关管t3、t4、t5、t6的开关类型均可以为igbt，因而各开关管的第一连接端指该igbt的集电极，各开关管的第二连接端指该igbt的发射极。功率变换单元的第一输入端、第二输入端可分别与电源的正极输出端、负极输出端连接。可选的，上述四个开关管的开关类型还可以为mosfet等，本技术对此不作限制。可选的，该功率变换单元中包括的二极管d1、d2也可替换为其他类型的开关器件，例如，可将两个二极管均替换为igbt等，本技术对此不作限制。53.在如图5或图6所示的变换器中，整流滤波单元包括的滤波电容、第一二极管和第二二极管分别为图5或图6中的c、d0和d0’。上述预充电单元与功率变换单元的耦合方式包括：预充电单元的两端分别连接开关管t3的第一连接端、开关管t4的第二连接端；或者，预充电单元并联于开关管t3的两端。其中，预充电单元可以由充电开关和限流单元组成。该充电开关可以为可控开关、继电器、直流接触器、igbt或者mosfet等，具体可根据实际应用场景确定。该限流单元可以为电阻或电感等。在图5或图6中，限流单元用电阻r为例进行表示，充电开关用开关k表示。54.可选的，在一种可行的实施方式中，如图5所示，预充电单元包括的充电开关(即开关k)与限流单元(即电阻r)串联后分别与开关管t3的第一连接端、开关管t4的第二连接端连接，换句话说，充电开关与限流单元串联后再与串联的开关管t3、t4并联。此时，该充电开关的耐压值可等于电源的输入电压。在该实施例中，变换器中的控制单元可控制预充电单元基于上述电源提供的电压为变换器中的谐振电容进行充电，该充电过程包括：在谐振电容的电压未达到目标电压时，上述变换器中的控制单元控制充电开关闭合，使得电源通过闭合的充电开关、限流单元、谐振电容、谐振电感和第一二极管构成的回路为谐振电容充电。换句话说，如图5所示，开关k闭合时，电源为谐振电容cr充电时的电流路径为：vin正端-k-r-lr-cr-d0-vin负端。在该实施例中，三电平谐振直流变换器通过增加开关、电阻等简单的电路元件，基于与变换器连接的电源提供的电能来为谐振电容进行预充电，结构简单，电路成本低，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。55.可选的，在一种可行的实施方式中，如图6所示，预充电单元包括的充电开关与限流单元串联后与第三开关管(即开关管t3)并联。此时，该充电开关的耐压值可降低为电源的输入电压的一半。在该实施例中，变换器中的控制单元通过预充电单元为变换器中的谐振电容进行充电，该充电过程包括：在谐振电容的电压未达到目标电压时，上述变换器中的控制单元控制充电开关闭合，并控制第四开关管导通，使得电源通过闭合的充电开关、限流单元、第四开关管、谐振电容、谐振电感和第一二极管构成的回路为谐振电容充电。换句话说，如图6所示，开关k闭合、开关管t4导通时，电源为谐振电容cr充电时的电流路径为：vin正端-k-r-t4-lr-cr-d0-vin负端。在该实施例中，可以选用耐压等级更小的开关来构成对三电平谐振直流变换器中的谐振电容的预充电回路，降低了对元件的器件参数要求，电路成本低，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。56.在一种可行的实施方式中，变换器的结构如图5或图6所示，该变换器中的控制单元控制预充电单元基于电源提供的电能为谐振电容充电后，还可以控制谐振电容为滤波电容充电。具体的，该充电过程可以包括：当滤波电容的电压未达到目标电压且充电开关闭合时，若谐振电容的电压达到预设电压，变换器中的控制单元可控制充电开关断开，并控制第五开关管、第六开关管导通，这样，可以使得谐振电容通过谐振电感、第五开关管、第六开关管、滤波电容和第二二极管构成的回路为滤波电容充电。也即，控制单元在滤波电容的电压未达到目标电压、充电开关闭合以及谐振电容的电压达到预设电压的情况下，控制谐振电容为滤波电容充电。如图5或图6所示，谐振电容cr为滤波电容c充电时的电流路径为：cr-lr-t5-t6-c-d0’‑cr。上述预设电压可以为小于或等于目标电压的电压值，具体可根据实际场景设定，本技术不作限制。可理解的，在上述多轮充电的过程中，每轮充电对应的预设电压的值可以相等，也可以不同，本技术不作限制。进一步的，在滤波电容的电压达到目标电压时，变换器中的控制单元可控制第五开关管和第六开关管关断，以结束对滤波电容的充电。在该实施例中，变换器先为谐振电容充电，再通过复用电路中的开关管等器件来构成为滤波电容充电的回路，实现利用谐振电容为滤波电容充电，以将谐振电容的能量传递给滤波电容，完成对滤波电容的预充电，该变换器结构简单，电路成本低，预充电过程的控制逻辑简单，适用性强，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。57.在一些可行的实施方式中，如图5或图6所示的变换器为谐振电容和滤波电容进行充电的过程也可以包括多轮充电。因此，可反复充电直至谐振电容和滤波电容的电压均达到目标电压。在最后一轮充电过程中，滤波电容的电压达到目标电压，控制单元可控制第五开关管和第六开关管(即开关管t5和开关管t6)关断，以结束对滤波电容的充电。在滤波电容的电压达到目标电压，且谐振电容的电压达到目标电压时，如图5所示的变换器中的控制单元可控制开关k断开，以实现控制上述预充电单元断开，结束对谐振电容的充电；而如图6所示的变换器中的控制单元可控制开关k断开，并控制图6中的开关管t4关断，以实现控制上述预充电单元断开，结束对谐振电容的充电。58.可选的，上述变换器中的预充电单元可以与开关k1串联后，再与功率变换单元或串联谐振单元连接，这样，控制单元可通过控制该开关k1断开，来实现控制预充电单元断开。也就是说，若预充电单元为一个整体的模块，且通过与其串联的开关k1接入上述变换器中，变换器中的控制单元可以基于对该开关k1的控制，实现控制预充电单元断开与否。这样，可以增加对预充电单元的控制的灵活性，适用性高。59.可理解的，上述变换器的结构如图5或图6所示，那么，当变换器中的控制单元控制预充电单元基于电源提供的电能为谐振电容和滤波电容充电至目标电压后，变换器中的控制单元可控制功率变换单元开始工作。具体的，变换器中的功率变换单元开始工作后，变换器的驱动时序和谐振电流波形如图7所示，该变换器中的开关管在不同工作模态的工作过程如下：60.工作模态1、2、3为谐振电路从负半周切换到正半周的过渡过程。工作模态1初始时刻t6关断，之后t4开通，t5关断。在过渡过程中，谐振电流一直为0，不产生损耗。61.工作模态4开始t3开通，输入母线c2、c3通过t3、t4、lr、cr、d0回路对谐振电容cr充电。半个谐振周期后，谐振电流降为0，由于此时谐振电容cr电压高于正输入母线电压，该状态将一直维持，直到t3关断。62.工作模态5、6、7为谐振电路从正半周切换到负半周的过渡过程。t3关断，t5开通，然后t4关断。63.工作模态8开始t6开通，谐振电容cr通过lr、t5、t6、c、d0’对c放电。控制开关频率小于谐振电路的谐振频率，即可保证在t6关断时谐振电流已经降为0，实现软开关。64.通过工作模态1-8，实现了能量从输入母线传递到谐振电容cr，再到输出母线(即滤波电容c的两端)的过程，且各个半导体器件没有开关损耗，大大提高了电路工作效率。65.本技术实施例中，变换器通过增加简单的电路元件和复用与变换器连接的电源，可以实现为变换器中的谐振电容充电。通过复用电路中的开关管等器件来构成谐振电容为变换器中的滤波电容充电的回路，可实现将谐振电容能量转移至滤波电容，完成对滤波电容的预充电。该变换器结构简单，电路成本低，预充电过程的控制逻辑简单，能够在变换器中的功率变换单元开始工作时，降低电路中的开关管等元件在导通瞬间因过流/过压损坏的可能性，从而提高变换器的安全性和稳定性。66.参见图8，图8为本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图。如图8所示，该变换器可包括控制单元、功率变换单元、串联谐振单元、第一预充电单元、第二预充电单元和整流滤波单元。其中，功率变换单元的输入端可作为变换器的输入端连接电源；功率变换单元的输出端通过串联谐振单元连接整流滤波单元的输入端；整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端；第一预充电单元并联于串联谐振单元中的谐振电容两端，第二预充电单元并联于整流滤波单元中的滤波电容两端。67.在一些可行的实施方式中，上述变换器中的控制单元用于控制第一预充电单元为谐振电容充电，以及控制第二预充电单元为滤波电容充电。也就是说，变换器中包括分别为谐振电容和滤波电容设置的预充电单元，以各自为谐振电容和滤波电容充电。其中，第一预充电单元和第二预充电单元均可以为反激电路，也可以为其他电路拓扑，具体可根据实际应用场景确定，本技术不作限制。而这两个预充电单元连接的电源可以复用上述变换器输入端连接的电源，也可以为单独设置的其他电源，本技术对此不作限制。68.在一些可行的实施方式中，上述变换器中的控制单元还用于在谐振电容的电压达到目标电压时控制第一预充电单元断开、在滤波电容的电压达到目标电压时控制第二预充电单元断开，并控制功率变换单元开始工作。其中，该目标电压可以由变换器连接的电源电压、谐振电容和/或滤波电容的器件参数得到。谐振电容需达到的目标电压与滤波电容需达到的目标电压，可以为相等的电压，也可以为不同的电压，具体可根据实际应用场景确定，本技术不作限制。如图8所示，该变换器中的功率变换单元的电路拓扑结构可以为上述两电平拓扑或三电平拓扑，也即该变换器的功率变换单元可以与图3中的功率变换单元的电路结构相同，或者，与图5或图6中的功率变换单元的电路结构相同，本技术不作限制。69.在一些可行的实施方式中，第一预充电单元和第二预充电单元均为反激电路。那么，第一预充电单元可以包括第一变压器、第一开关管和第一整流二极管，第一变压器的原边通过第一开关管连接电源，第一变压器的副边通过第一整流二极管并联于谐振电容的两端；第二预充电单元可以包括第二变压器、第二开关管和第二整流二极管，第二变压器的原边通过第二开关管连接电源，第二变压器的副边通过第二整流二极管并联于滤波电容的两端。以该变换器中的功率变换单元的电路拓扑结构为上述两电平拓扑为例，如图9所示，第一预充电单元可以包括变压器tr1(即第一变压器)、开关管q1(即第一开关管)和二极管d3(即第一整流二极管)，tr1的原边通过q1耦合至电源vin，tr1的副边中的一边连接d3的正极，d3的负极连接谐振电容的正极，tr1的副边中的另一边连接谐振电容负极。换句话说，tr2的副边通过d3并联于谐振单元的两端。其中，q1可为高频开关管，q1的开关类型可为igbt，或者mosfet等，其开关特性可根据电路需求确定，在此不做限制。电源电压可经过tr1的原边，经过功率变换到tr1的副边，在经过二极管d3整流之后给谐振电容充电，操作简单。如图9所示，第二预充电单元可以包括变压器tr2(即第二变压器)、开关管q2(即第二开关管)和二极管d4(即第二整流二极管)，相应的，tr2的原边通过q2耦合至电源vin，tr2的副边中的一边连接d4的正极，d4的负极连接滤波电容的正极，tr2的副边中的另一边连接滤波电容负极。换句话说，tr2的副边通过d4并联于谐振单元的两端。其中q2的开关类型可为igbt或者mosfet等。电源电压可经过tr2的原边，经过功率变换到tr2的副边，在经过二极管d4整流之后给滤波电容充电，操作简单。其中，tr1、tr2的副边的线圈匝数等器件参数可根据目标电压确定，在此不做限制。上述第一预充电单元和第二预充电单元的电路结构简单，为谐振电容和滤波电容充电时操作简单。可选的，上述变压器tr1、tr2的原边可以为同一个变压器的原边，tr1、tr2的副边分别为同一个变压器的副边输出的不同绕组，这样，可以节省电路成本和空间。70.可选的，上述变换器中的第一预充电单元、第二预充电单元可分别与开关k1、开关k2串联后，再与谐振电容、滤波电容并联，这样，控制单元可通过控制该开关k1、开关k2断开，来实现控制预充电单元断开。也就是说，若第一预充电单元、第二预充电单元为一个整体的模块，且分别通过与其串联的开关k1接入上述变换器中，变换器中的控制单元可以分别基于对该开关k1、开关k2的控制，实现控制第一预充电单元、第二预充电单元的断开或工作。可选的，第一预充电单元、第二预充电单元各自均可包含与电源连接的开关，通过断开该开关来控制相应的预充电单元断开，停止为谐振电容或滤波电容充电。这样，可以增加对预充电单元的控制的灵活性，适用性高。71.本技术实施例中，变换器利用第一预充电单元和第二预充电单元分别为变换器中的谐振电容和滤波电容进行充电，两个充电回路互不影响，可以使谐振电容和滤波电容的电压尽快达到目标电压，该充电方式简单易行，可在功率变换单元开始工作时，降低变换器中的开关管在导通瞬间因过压/过流损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性。72.参见图10和图11，图10、图11为本技术实施例提供的变换器的又一结构示意图。如图10或图11所示，该变换器可包括控制单元、功率变换单元、串联谐振单元、预充电单元和整流滤波单元。其中，功率变换单元的输入端作为变换器的输入端连接电源；功率变换单元的输出端通过串联谐振单元连接整流滤波单元的输入端；整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端；预充电单元并联于串联谐振单元中的谐振电容的两端。73.在一些可行的实施方式中，上述变换器中的整流滤波单元可以包括滤波电容和第一二极管、第二二极管，变换器的输出端可包括第一输出端和第二输出端，第一二极管与第二二极管串联后与滤波电容并联于变换器的第一输出端和第二输出端之间，第一二极管与第二二极管的串联连接点作为整流滤波单元的输入端。如图10或图11所示，该整流滤波单元可以包括滤波电容c和第一二极管d0、第二二极管d0’。变换器的第一输出端和第二输出端可分别为图中的vout正端和vout负端。74.在一些可行的实施方式中，上述变换器中的控制单元可用于控制功率变换单元中连接于功率变换单元的输出端和滤波电容之间的开关管均导通，以控制预充电单元为谐振电容充电，并通过串联谐振单元中的谐振电感、功率变换单元的输出端和滤波电容之间的开关管、滤波电容和第二二极管构成的回路为滤波电容充电。其中，预充电单元可以为反激电路，也可以为其他电路拓扑，本技术不作限制。可理解的，在如图10所示的变换器中，上述功率变换单元的输出端和滤波电容之间的开关管包括开关管t2。那么在该变换器中，t2导通时，lr、t2、c、d0’构成的回路与谐振电容cr并联于预充电单元两端，因此预充电单元可同时为cr、c充电。在如图10所示的变换器中，上述功率变换单元的输出端和滤波电容之间的开关管包括开关管t5和t6。那么在该变换器中，t5、t6都导通时，lr、t5、t6、c、d0’构成的回路与谐振电容cr并联于预充电单元两端，因此预充电单元可同时为cr、c充电。75.在一些可行的实施方式中，上述变换器中的控制单元还用于在谐振电容和滤波电容的电压达到目标电压时，控制预充电单元断开、控制功率变换单元的输出端和滤波电容之间的开关管均关断，并控制功率变换单元开始工作。其中，可以通过控制预充电单元中的电源停止供电、控制预充电单元中的开关断开等方式，来实现关闭预充电单元，也即控制预充电单元断开。可选的，上述预充电单元可以与开关k1串联后并联于谐振电容两端，因此，也可以通过控制该开关k1断开，实现控制预充电单元断开。可理解的，在如图10所示的变换器中，在谐振电容和滤波电容的电压达到目标电压时，变换器中的控制单元除了控制预充电单元断开外，还需要控制开关管t2关断。在如图11所示的变换器中，在谐振电容和滤波电容的电压达到目标电压时，变换器中的控制单元除了控制预充电单元断开外，还需要控制开关管t5、t6关断。76.在一些可行的实施方式中，如图10或图11所示的变换器中的预充电单元的电路拓扑可以为反激电路。也就是说，该预充电单元可以包括变压器、第一开关管和整流二极管。变压器的原边通过第一开关管连接电源，变压器的副边通过整流二极管并联于谐振电容的两端。以图11所示的变换器为例，如图12所示，该预充电单元包括变压器tr1、开关管q1和二极管d3。tr1的原边通过q1耦合至电源vin，tr1的副边中的一边连接d3的正极，d3的负极连接谐振电容的正极，tr1的副边中的另一边连接谐振电容负极。换句话说，tr1的副边通过d3并联于谐振电容的两端。其中，q1可为高频开关管，q1的开关类型可为igbt，或者mosfet等，其开关特性可根据电路需求确定，在此不做限制。电源电压可经过tr1的原边，经过功率变换到tr1的副边，在经过二极管d3整流后给谐振电容和滤波电容充电，操作简单。77.本技术实施例中，变换器中的预充电单元并联于该变换器中的谐振电容两端，控制单元控制功率变换单元的输出端和滤波电容之间的开关管导通，使得谐振电容和滤波电容等效为并联在一起，这样控制单元可以控制预充电单元同时对谐振电容和滤波电容充电，使谐振电容和滤波电容的电压达到目标电压。该变换器利用一个预充电单元实现对谐振电容和滤波电容的共同充电，可在功率变换单元开始工作时，降低变换器中的开关管因过压/过流损坏的可能性，提高电路的安全性和稳定性，电路结构简单，成本低，充电速度快。78.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。









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