【CN109921648A】一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器及直流电源系统【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910284199.8(22)申请日 2019.04.10(71)申请人 南京师范大学地址 210024 江苏省南京市鼓楼区宁海路122号(72)发明人 孙毅超　丁楠木　吕丹　王琦　(74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204代理人 李琼(51)Int.Cl.H02M 7/217(2006.01)H02M 7/219(2006.01)H02M 7/483(2007.01)H02M 7/5387(2007.01) (54)发明名称面向交直流混合配电网的功率复合型模块化多电平固态变压器拓扑结构(57)摘要本发明公开了一种面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器拓扑结构，包括位于高压侧的模块化多电平变换器、中间侧的高频AC-DC变换器和低压侧的逆变器。模块化多电平变换器的三相上下桥臂中点各引出一条支路经隔直电容接入高频变压器，形成一条新的高频功率流通路径，并同时在目标调制信号中叠加高频分量，将高压侧的能量以高频功率的形式经此高频流通路径引入高频变压器并传送至低压侧，使得高压侧输入级和中间侧隔离级采用功率复合思想进行一体化功率变换，有效减少了功率变换级数，功率变换更为集成，功率传递效率更高。同时，本发明中高频传输功率既不会流向高压直流端口，又不会流向基频交流端口，无需陷波器等

频率选择装置。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 110022077 A2019.07.16

CN 110022077

A1.一种面向交直流混合配电网的功率复合型模块化多电平固态变压器拓扑结构，包括位于高压侧的模块化多电平变换器、中间侧的高频AC-DC变换器和低压侧的逆变器；模块化多电平变换器和高频AC-DC变换器均为三相结构，且二者的各相一一对应；模块化多电平变换器的每一相具有上下两个桥臂，上下桥臂各自具有上下两个子桥臂，每一子桥臂包括串联连接的一个单元模块和一个滤波电感；所述单元模块包括级联的一或多个子模块，每一子模块为双半桥结构；在模块化多电平变换器的任一相中，上桥臂中上子桥臂的上端与高压直流电源输入端的正极相连，下桥臂中下子桥臂的下端与高压直流电源输入端的负极相连，上下桥臂的连接点与三相高压交流电源输入端的一相端口相连；高频AC-DC变换器的每一相包括一个隔直电容、一个高频变压器和一个H桥整流器；在高频AC-DC变换器的任一相中，高频变压器原边的正负极经由串联的隔直电容跨接至模块化多电平变换器中对应相的上下桥臂的两个中点，高频变压器副边的正负极跨接至H桥整流器左右桥臂的两个中点；高频AC-DC变换器各相中的H桥整流器上桥臂的中点和下桥臂的中点分别连接至所述逆变器的正极和负极。2.根据权利要求1所述的面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器高压侧拓扑结构，其特征在于：所述逆变器为三相四线制半桥结构，用于将低压直流信号变换成低压交流信号。3.根据权利要求1所述的面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器高压侧拓扑结构，其特征在于：所述低压侧还包括并联电容，所述并联电容的两端分别连接在所述逆变器的正极和负极上。4.根据权利要求1所述的面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器高压侧拓扑结构，其特征在于：在高压侧各相中，上、下桥臂内的两组子桥臂叠加高频分量幅值相同、相位相反，上桥臂中下子桥臂和下桥臂中上子桥臂叠加高频分量幅值、相位均相同。5.根据权利要求1所述的面向交直流混合配电网的功率复合型模块化多电平固态变压器拓扑结构，其特征在于：所述中间侧高频AC-DC变换器中的所述隔直电容不仅能防止直流形式的电能流入高频通路，

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910284199.8(22)申请日 2019.04.10(71)申请人 南京师范大学地址 210024 江苏省南京市鼓楼区宁海路122号(72)发明人 孙毅超　丁楠木　吕丹　王琦　(74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204代理人 李琼(51)Int.Cl.H02M 7/217(2006.01)H02M 7/219(2006.01)H02M 7/483(2007.01)H02M 7/5387(2007.01) (54)发明名称面向交直流混合配电网的功率复合型模块化多电平固态变压器拓扑结构(57)摘要本发明公开了一种面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器拓扑结构，包括位于高压侧的模块化多电平变换器、中间侧的高频AC-DC变换器和低压侧的逆变器。模块化多电平变换器的三相上下桥臂中点各引出一条支路经隔直电容接入高频变压器，形成一条新的高频功率流通路径，并同时在目标调制信号中叠加高频分量，将高压侧的能量以高频功率的形式经此高频流通路径引入高频变压器并传送至低压侧，使得高压侧输入级和中间侧隔离级采用功率复合思想进行一体化功率变换，有效减少了功率变换级数，功率变换更为集成，功率传递效率更高。同时，本发明中高频传输功率既不会流向高压直流端口，又不会流向基频交流端口，无需陷波器等

频率选择装置。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 110022077 A2019.07.16

CN 110022077

A1.一种面向交直流混合配电网的功率复合型模块化多电平固态变压器拓扑结构，包括位于高压侧的模块化多电平变换器、中间侧的高频AC-DC变换器和低压侧的逆变器；模块化多电平变换器和高频AC-DC变换器均为三相结构，且二者的各相一一对应；模块化多电平变换器的每一相具有上下两个桥臂，上下桥臂各自具有上下两个子桥臂，每一子桥臂包括串联连接的一个单元模块和一个滤波电感；所述单元模块包括级联的一或多个子模块，每一子模块为双半桥结构；在模块化多电平变换器的任一相中，上桥臂中上子桥臂的上端与高压直流电源输入端的正极相连，下桥臂中下子桥臂的下端与高压直流电源输入端的负极相连，上下桥臂的连接点与三相高压交流电源输入端的一相端口相连；高频AC-DC变换器的每一相包括一个隔直电容、一个高频变压器和一个H桥整流器；在高频AC-DC变换器的任一相中，高频变压器原边的正负极经由串联的隔直电容跨接至模块化多电平变换器中对应相的上下桥臂的两个中点，高频变压器副边的正负极跨接至H桥整流器左右桥臂的两个中点；高频AC-DC变换器各相中的H桥整流器上桥臂的中点和下桥臂的中点分别连接至所述逆变器的正极和负极。2.根据权利要求1所述的面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器高压侧拓扑结构，其特征在于：所述逆变器为三相四线制半桥结构，用于将低压直流信号变换成低压交流信号。3.根据权利要求1所述的面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器高压侧拓扑结构，其特征在于：所述低压侧还包括并联电容，所述并联电容的两端分别连接在所述逆变器的正极和负极上。4.根据权利要求1所述的面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器高压侧拓扑结构，其特征在于：在高压侧各相中，上、下桥臂内的两组子桥臂叠加高频分量幅值相同、相位相反，上桥臂中下子桥臂和下桥臂中上子桥臂叠加高频分量幅值、相位均相同。5.根据权利要求1所述的面向交直流混合配电网的功率复合型模块化多电平固态变压器拓扑结构，其特征在于：所述中间侧高频AC-DC变换器中的所述隔直电容不仅能防止直流形式的电能流入高频通路，

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910236996.9(22)申请日 2019.03.27(71)申请人 中国电子科技集团公司第十三研究所地址 050051 河北省石家庄市新华区合作路113号(72)发明人 董毅敏　蔡道明　高学邦　邬佳晟　(74)专利代理机构 石家庄国为知识产权事务所 13120代理人 赵宝琴(51)Int.Cl.H03F 1/32(2006.01)H03F 3/21(2006.01)

(54)发明名称一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路(57)摘要本发明提供了一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，包括：第一放大模块和第二放大模块；第一放大模块的输入端与射频输入口相连，用于接收射频输入信号；第一放大模块对射频输入信号进行第一级放大，获得第一三阶交调信号；第二放大模块用于对第一放大模块输出的信号进行第二级放大，获得第二三阶交调信号；第一放大模块还包含相位调节单元，相位调节单元用于对第一三阶交调信号和第二三阶交调信号的相位进行调节，使得第一三阶交调信号与第二三阶交调信号的相位差为180°，第一级放大模块的三阶信号和第二级放大模块的三阶信号幅度不是相加的，而是相减的，从而使得最终得到的三阶信号幅度降低，三阶交调得以提

高。

权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 109921749 A2019.06.21

CN 109921749

A1.一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，其特征在于，包括：第一放大模块和第二放大模块；所述第一放大模块的输入端与射频输入口相连，用于接收射频输入信号；所述第一放大模块对所述射频输入信号进行第一级放大，获得第一三阶交调信号；所述第一放大模块的输出端与所述第二放大模块的输入端相连，所述第二放大模块用于对所述第一放大模块输出的信号进行第二级放大，获得第二三阶交调信号；所述第一放大模块还包含相位调节单元，所述相位调节单元用于对所述第一三阶交调信号和所述第二三阶交调信号的相位进行调节，使得所述第一三阶交调信号与所述第二三阶交调信号的相位差为180°。2.根据权利要求1所述的一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，其特征在于，所述第一放大模块还包括：第一放大单元，所述第一放大单元包含第一高电子迁移率晶体管HEMT，所述相位调节单元的第一端输入第一正压偏置，所述相位调节单元的第二端与所述第一放大单元的漏电极相连，所述第一正压偏置用于给所述第一放大单元的漏电极加电。3.根据权利要求2所述的一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，其特征在于，所述相位调节单元包括：第一电容、微带环状电路和串联微带；其中，所述第一电容的第一端与所述相位调节单元的第一端相连，所述第一电容的第二端接地；所述微带环状电路的第一端与所述相位调节单元的第一端相连，所述微带环状电路的第二端与所述串联微带的第一端相连；所述串联微带的第二端与所述第一放大单元的漏电极相连。4.根据权利要求3所述的一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，其特征在于，所述第一电容为去耦电容。5.根据权利要求3所述的一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，其特征在于，所述微带环状电路由第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻构成，所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻串联后的第一端与所述第一电阻的第一端相连，所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻串联后的第二端与所述第一电阻的第二端相连，所述第一电阻的第一端与所述相位调节单元的第一端相连，所述第一电阻的第二端与所述串联微带的第一端相连。6.根据权利要求3所述的一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，其特征在于，所述串联微带为四分之一波长线。7.根据权利要求1所述的一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，其特征在于，所述相位调节单元的第二端与第五电阻的第二端相连，所述第五电阻的第一端与所述第一放大单元的漏电极相连。8.根据权利要求1所述的一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，其特征在于，所述第五电阻的第二端还与第二电容的第一端相连，所述第二电容的第二端与所述第二放大模块相连。9.根据权利要求1所述的一种提高毫米波GaN MMIC功率放大器三阶交调的电路，

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910229233.1(22)申请日 2019.03.25(71)申请人 安徽工业大学地址 243000 安徽省马鞍山市湖东路59号(72)发明人 周郁明　杨华　(74)专利代理机构 安徽知问律师事务所 34134代理人 王亚军(51)Int.Cl.H02M 3/335(2006.01)H02H 7/12(2006.01)H03K 17/687(2006.01)

(54)发明名称一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器及直流电源系统(57)摘要本发明公开了一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器及直流电源系统，属于直流电源供电和配电领域。具体由两组串联的主开关S及其对应的反激变换器C构成，每组主开关S是由若干个性能参数一致的宽禁带半导体材料氮化镓制作的固体开关S1、S2、……、Sn并联构成，并且都是常通型结构和双向电流传输特性，对应的反激变换器C是具有宽输入电压范围的自激式结构，依靠故障电路的大电流在主开关两端产生的电压来激励工作，并输出稳定的电压驱动并联的半导体固体开关同步动作，断开负载和直流电源，达到保护负载和电源的目的，而且断路器在传递正

常电流和断开负载的过程中无需外电源供电。

权利要求书1页 说明书6页 附图2页CN 109921648 A2019.06.21

CN 109921648

A1.一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器，其特征在于：包括，两组主开关和其对应的反激变换器，每组主开关和对应的反激变换器并联，每组主开关由若干宽禁带GaN半导体固体开关并联构成，两组主开关之间串联连接。2.根据权利要求1所述的一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器，其特征在于：主开关和反激变换器的连接关系如下，若干个并联的宽禁带GaN半导体固体开关按对称结构布置；若干个宽禁带GaN半导体固体开关的驱动电极从它们的对称点中心引出连接线，连接到反激变换器输出端的负极；反激变换器输出端的正极连接到半导体固体开关阴极的对称点中心；反激变换器输入端的正极连接到宽禁带GaN半导体固体开关阳极的对称点中心；反激变换器输入端的负极连接到宽禁带GaN半导体固体开关阴极的对称点中心；两组主开关其中一组的宽禁带GaN半导体固体开关的阳极从它们的对称点中心引出连接线，连接到直流电源；宽禁带GaN半导体固体开关的阴极从它们的对称点中心引出连接线，连接到另一组主开关的宽禁带GaN半导体固体开关的阳极，另一组主开关的宽禁带GaN半导体固体开关的阴极与负载连接。3.根据权利要求2所述的一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器，其特征在于：反激变换器输入端的正极和宽禁带GaN半导体固体开关的阳极从它们的对称点之间设置有二极管，二极管正极与宽禁带GaN半导体固体开关的阳极从它们的对称点连接，二极管负极与反激变换器输入端连接。4.根据权利要求1或2或3所述的一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器，其特征在于：所述宽禁带GaN半导体固体开关为常通型结构。5.根据权利要求4所述的一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器，其特征在于：所述宽禁带GaN半导体固体开关为对称结构。6.根据权利要求1所述的一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器，其特征在于：所述的宽禁带GaN半导体固体开关为GaN HEMT。7.根据权利要求1或2或3所述的一种GaN大电流自供电双向直流固态断路器，其特征在于：反激变换器是自激式结构。8.一种直流电源系统，其特征在于：直流电源系统包括权利要求1-7任意所述的GaN大电流自供电直流固态断路器，两组主开关串联后连接在直流电源和负载之间。9.根据权利要求8所述的一种直流电源系统，其特征在于：具体连接方式如下，负载的一端连接电源的负极，另一端连接断路器其中一个主开关中宽禁带GaN半导体固体开关的阴极对称点中心，电源的正极连接断路器另一个主开关中宽禁带GaN半导体固体开关的阳