Lc串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)浼捌渲C振調(diào)制方法
【專利摘要】一種LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)浼捌渲C振調(diào)制方法，該拓?fù)溆扇珮騆C串聯(lián)諧振逆變器、高頻變壓器T、矩陣變換器、CL型濾波器依次連接構(gòu)成；調(diào)制方法是將SPWM波通過解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制邏輯進(jìn)行處理，得到變壓器前級(jí)LC串聯(lián)諧振逆變器和變壓器后級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使變壓器前級(jí)諧振電路激勵(lì)諧振工作狀態(tài)在諧振半周期內(nèi)的工作占空比可控，實(shí)現(xiàn)向輸出負(fù)載側(cè)傳遞能量的控制；該調(diào)制將變壓器后級(jí)的矩陣變換器解耦成兩個(gè)普通的電流型逆變器進(jìn)行控制，開關(guān)管在變壓器零電流輸出期間進(jìn)行切換實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)，避免引起電壓過沖問題，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)和四象限運(yùn)行。本發(fā)明具有功率變換等級(jí)少、控制方法簡單、電路穩(wěn)定性性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)浼捌渲C振調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力電子功率變換器調(diào)制及控制領(lǐng)域，尤其是一種單相LC串聯(lián)諧振型高頻鏈矩陣式逆變器的解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]逆變器是一種把直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能的拓?fù)溲b置。高頻鏈逆變器采用高頻變壓器替代工頻變壓器克服了傳統(tǒng)變壓器體積大、噪聲大、成本高等缺點(diǎn)。高頻鏈矩陣式逆變器的變換過程有DC/HFAC/LFAC三種功率特征，其中，HFAC:高頻交流，LFAC:低頻交流?？芍祟惸孀兤髦谐霈F(xiàn)了DC/AC即直流/交流逆變環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)位于變壓器原邊，又出現(xiàn)了AC/AC即交流/交流變換環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)也常稱為周波變換器或矩陣變換器環(huán)節(jié)，位于變壓器副邊。矩陣變換器與傳統(tǒng)變換器相比，沒有中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，采用雙向開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高，且輸出電壓幅值和頻率可以獨(dú)立控制。
[0003]由于高頻變壓器漏感的存在，高頻鏈矩陣式逆變器換流時(shí)，在變壓器副邊矩陣變換器的功率管上產(chǎn)生較大的電壓過沖，因此變壓器副邊矩陣/周波變換器的安全換流一直是制約高頻鏈逆變器實(shí)現(xiàn)大范圍推廣的技術(shù)難點(diǎn)。目前主要有以下幾種安全換流策略:①通過加入有源箝位來抑制電壓過沖，可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，但引入的箝位電路增加了成本，增加的可控功率管也使控制更為復(fù)雜;②單極性和雙極性移相控制策略借助周波變換器的換流重疊實(shí)現(xiàn)了電感電流的自然換流，并且實(shí)現(xiàn)了功率管的ZVS，但存在換流重疊時(shí)間不易控制等問題;③在前級(jí)逆變器引入串聯(lián)諧振電路來實(shí)現(xiàn)功率管的軟換流，此時(shí)要求功率管切換發(fā)生在零電流時(shí)刻，且控制輸出能量需要判斷諧振電路諧振工作狀態(tài)，使得控制方式復(fù)雜。
[0004]然而，上述策略雖然能夠?qū)崿F(xiàn)安全換流，但造成逆變器的調(diào)制和控制更為復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低以致影響了該類變換器的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種功率變換等級(jí)少、調(diào)制簡單的LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器解結(jié)耦串聯(lián)諧振調(diào)制方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案:本發(fā)明所述LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)溆扇珮騆C串聯(lián)諧振逆變器、高頻變壓器T、矩陣變換器、CL型濾波器依次連接構(gòu)成；
[0007]全橋LC串聯(lián)諧振逆變器由直流輸入電壓U1、可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管S2、可控開關(guān)管S3、可控開關(guān)管S4、電感Lr、電容Cr組成;矩陣變換器由可控開關(guān)管Sp1、可控開關(guān)管SP2、可控開關(guān)管SP3、可控開關(guān)管SP4、可控開關(guān)管Sn1、可控開關(guān)管SN2、可控開關(guān)管SN3、可控開關(guān)管Sn4組成;CL型濾波器由電感Lf、電容Cf和負(fù)載R組成；
[0008]直流輸入電壓U1的正極分別與可控開關(guān)管集電極、可控開關(guān)管S3的集電極相連，可控開關(guān)管S1的發(fā)射極分別與電感Lr的一端、可控開關(guān)管52的集電極相連;可控開關(guān)管S3的發(fā)射極分別與高頻變壓器T原邊一端、可控開關(guān)管S4的集電極相連，直流輸入電壓仏的負(fù)極分別與可控開關(guān)管S2的發(fā)射極、可控開關(guān)管S4的發(fā)射極相連;電感Lr的另一端與電容Cr的一端連接，電容Cr的另一端與高頻變壓器T原邊的另一端相連；
[0009]高頻變壓器T副邊的一端分別與可控開關(guān)管集電極、可控開關(guān)管Sp3的集電極相連，可控開關(guān)管Spi的發(fā)射極與可控開關(guān)管Sn2的集電極相連，可控開關(guān)管Sn2的發(fā)射極分別與可控開關(guān)管SP2的集電極、電感Lf的一端、電容Cf的一端相連，可控開關(guān)管SP2的發(fā)射極與可控開關(guān)管集電極相連;可控開關(guān)管Sp3的發(fā)射極與可控開關(guān)管Sn4的集電極相連，可控開關(guān)管SN4的發(fā)射極分別與可控開關(guān)管SP4的集電極、電容Cf的另一端、負(fù)載R的一端相連，負(fù)載R的另一端與電感Lf的另一端相連;可控開關(guān)管SP4的發(fā)射極與可控開關(guān)管SN3的集電極相連，高頻變壓器T副邊的另一端分別與可控開關(guān)管Sni的發(fā)射極、可控開關(guān)管Sn3的發(fā)射極相連。
[0010]—種LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)涞慕饨Y(jié)耦串聯(lián)諧振調(diào)制方法，全橋LC串聯(lián)諧振逆變器采用半激勵(lì)諧振控制，所述可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管S4組成的橋臂和可控開關(guān)管&、可控開關(guān)管S3組成的橋臂交替導(dǎo)通，使電路處于激勵(lì)諧振狀態(tài)，可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管S4和可控開關(guān)管&、可控開關(guān)管S3分別在在諧振正負(fù)半周期內(nèi)導(dǎo)通占空比按正弦規(guī)律變化，即LC串聯(lián)諧振電路在諧振半周期內(nèi)的激勵(lì)諧振工作狀態(tài)占空比按正弦規(guī)律變化，在未達(dá)到諧振半周期時(shí)關(guān)斷可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管S2、可控開關(guān)管&、可控開關(guān)管S4，結(jié)束電路激勵(lì)諧振工作狀態(tài);變壓器輸出面積按正弦規(guī)律變化且周期性回歸為零的諧振電流;變壓器后級(jí)的矩陣變換器等效為兩組普通的電流型逆變器進(jìn)行解結(jié)耦控制，依據(jù)電流型解結(jié)耦邏輯調(diào)制電路對(duì)可控開關(guān)管Sp1?可控開關(guān)管SP4、可控開關(guān)管Sn1?可控開關(guān)管Sn4進(jìn)行控制，將變壓器T輸出的高頻諧振電流轉(zhuǎn)換低頻脈動(dòng)電流。
[0011]進(jìn)一步的，全橋LC串聯(lián)諧振逆變器在諧振半周期內(nèi)可控開關(guān)管S導(dǎo)通占空比按正弦規(guī)律變換，可控開關(guān)管S關(guān)斷后其激勵(lì)諧振工作狀態(tài)結(jié)束，諧振電流迅速歸為零，在該零電流輸出階段變壓器T后級(jí)矩陣變換器進(jìn)行切換，變壓器T副邊漏感中無電流流過，避免因打斷漏感儲(chǔ)存能量流通路徑而引起的電壓尖峰。
[0012]進(jìn)一步的，變壓器T后級(jí)的矩陣變換器采用電流型解結(jié)耦控制，即將矩陣變換器開關(guān)管分解成正負(fù)兩組，即可控開關(guān)管SP1?SP4和可控開關(guān)管SN1?SN4，正組開關(guān)管工作時(shí)負(fù)組開關(guān)管全部關(guān)斷，而負(fù)組開關(guān)管工作時(shí)正組全部關(guān)斷，后級(jí)矩陣變換器可以等效成兩組普通電流型逆變器。
[0013]工作過程大致如下:
[0014]變壓器前級(jí)高頻逆變器引入LC串聯(lián)諧振槽，采用PffM控制方法，在諧振半周期內(nèi)使諧振電路激勵(lì)諧振工作狀態(tài)按正弦變化，將輸入直流電壓調(diào)制成半正弦斷續(xù)的高頻交流電流。變壓器后級(jí)的矩陣變換器采用電流型解結(jié)耦調(diào)制方法，將變壓器輸出的高頻交流電流轉(zhuǎn)換成單極性的電流。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):能量傳輸控制方式簡單，無需判斷電路諧振工作狀態(tài)，調(diào)制復(fù)雜度低，原理簡單易實(shí)現(xiàn)，能夠無需借助輔助電路即可實(shí)現(xiàn)變壓器副邊矩陣變換器中所有功率管的零電流開關(guān)(ZCS)，避免因打斷變壓器副邊漏感儲(chǔ)存能量流通路徑而弓I起電壓過沖問題，提高電路可靠性和效率。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明逆變器電路拓?fù)鋱D。
[0017]圖2為本發(fā)明方法的系統(tǒng)原理框圖。
[0018]圖3為該解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制方法工作原理波形圖。
[0019]圖4為諧振槽電路的諧振狀態(tài)等效工作示意圖。
[0020]圖5為變壓器副邊矩陣變換器在電流型解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制下的電路解耦原理圖。
[0021 ]圖6為高頻逆變器的解結(jié)耦半激勵(lì)諧振邏輯處理電路。
[0022]圖7為本發(fā)明方法控制下的單相LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器部分主要原理波形圖。
[0023]圖8為本發(fā)明方法控制下的單相LC串聯(lián)諧振型高頻鏈矩陣式逆變器一個(gè)高頻周期內(nèi)的模態(tài)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0025]本發(fā)明所述LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)溆扇珮騆C串聯(lián)諧振逆變器、高頻變壓器T、矩陣變換器、CL型濾波器依次連接構(gòu)成;變壓器前級(jí)高頻逆變電路引入LC串聯(lián)諧振槽，輸出變?yōu)橛呻娏髦鲗?dǎo)，直流輸入電壓Ui轉(zhuǎn)換為諧振電流^，由高頻變壓器耦合輸出到變壓器副邊，經(jīng)變壓器后級(jí)矩陣變換器調(diào)制，由濾波器濾波輸出低頻正弦電壓U。。
[0026]全橋LC串聯(lián)諧振逆變器由直流輸入電壓U1、可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管S2、可控開關(guān)管&、可控開關(guān)管S4、電感Lr、電容Cr組成;矩陣變換器由可控開關(guān)管Sp1、可控開關(guān)管SP2、可控開關(guān)管SP3、可控開關(guān)管SP4、可控開關(guān)管Sn1、可控開關(guān)管SN2、可控開關(guān)管SN3、可控開關(guān)管Sn4組成;CL型濾波器由電感Lf、電容Cf和負(fù)載R組成；
[0027]如圖1所示，直流輸入電壓仏的正極分別與可控開關(guān)管集電極、可控開關(guān)管S3的集電極相連，可控開關(guān)管S1的發(fā)射極分別與電感Lr的一端、可控開關(guān)管52的集電極相連；可控開關(guān)管S3的發(fā)射極分別與高頻變壓器T原邊一端、可控開關(guān)管S4的集電極相連，直流輸入電壓Ui的負(fù)極分別與可控開關(guān)管S2的發(fā)射極、可控開關(guān)管S4的發(fā)射極相連；電感Lr的另一端與電容Cr的一端連接，電容Cr的另一端與高頻變壓器T原邊的另一端相連；
[0028]高頻變壓器T副邊的一端分別與可控開關(guān)管集電極、可控開關(guān)管Sp3的集電極相連，可控開關(guān)管Spi的發(fā)射極與可控開關(guān)管SN2的集電極相連，可控開關(guān)管SN2的發(fā)射極分別與可控開關(guān)管SP2的集電極、電感Lf的一端、電容Cf的一端相連，可控開關(guān)管SP2的發(fā)射極與可控開關(guān)管集電極相連;可控開關(guān)管Sp3的發(fā)射極與可控開關(guān)管Sn4的集電極相連，可控開關(guān)管SN4的發(fā)射極分別與可控開關(guān)管SP4的集電極、電容Cf的另一端、負(fù)載R的一端相連，負(fù)載R的另一端與電感Lf的另一端相連;可控開關(guān)管SP4的發(fā)射極與可控開關(guān)管SN3的集電極相連，高頻變壓器T副邊的另一端分別與可控開關(guān)管Sni的發(fā)射極、可控開關(guān)管Sn3的發(fā)射極相連。
[0029]如圖2所示，本發(fā)明調(diào)制方法如下:
[0030]圖2中包括SPWM信息發(fā)生環(huán)節(jié)(1)、解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制邏輯處理電路(2)及被控對(duì)象單相LC串聯(lián)諧振型高頻鏈矩陣式逆變器(3)。其中SPWM信息發(fā)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生兩對(duì)互補(bǔ)的SPffM信號(hào)、與期望輸出低頻正弦波頻率相同的低頻方波信號(hào)U^U2,并交由解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制方法邏輯電路進(jìn)行信號(hào)處理，所得驅(qū)動(dòng)信號(hào)可實(shí)現(xiàn)變壓器前級(jí)高頻逆變器的半激勵(lì)諧振工作狀態(tài)占空比控制，變壓器后級(jí)矩陣變換器調(diào)制成兩個(gè)普通的電流型逆變器進(jìn)行解結(jié)耦控制，從而僅依靠控制諧振半周期內(nèi)激勵(lì)諧振工作狀態(tài)的占空比來實(shí)現(xiàn)DC/AC變換，在變壓器零電流輸出期間實(shí)現(xiàn)矩陣變換器開關(guān)管的零電流開關(guān)。
[0031]本發(fā)明所述的半激勵(lì)諧振是指變壓器前級(jí)高頻逆變器開關(guān)管在LC串聯(lián)諧振半周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間占空比按正弦規(guī)律變化，開關(guān)管關(guān)斷后諧振電流依靠開關(guān)管的反并聯(lián)二極管續(xù)流，迅速結(jié)束激勵(lì)諧振狀態(tài)，使前級(jí)諧振電路輸出電流為零。對(duì)于本發(fā)明所述的電流型解結(jié)耦，包含“解耦”和“結(jié)耦”兩部分工作。其一，解耦工作是針對(duì)電路特征和物理連接的分析，分解變壓器輸出交流電流為直流脈動(dòng)電流，分解雙向可控開關(guān)電路為單向可控開關(guān)電路，故可將周波變換器解耦成正負(fù)兩組普通的電流型逆變器。其二，結(jié)耦工作則側(cè)重于邏輯變換和控制實(shí)現(xiàn)，其核心控制思路為:正組逆變器工作時(shí)負(fù)組逆變器的功率管全部處于關(guān)斷狀態(tài)，同理，負(fù)組逆變器工作時(shí)正組逆變器的功率管全部關(guān)斷，根據(jù)變壓器輸出電流極性和工頻正弦調(diào)制信號(hào)的極性選擇開關(guān)管導(dǎo)通。
[0032]圖3為解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制方法工作原理波形圖。圖中K是SPWM環(huán)節(jié)產(chǎn)生的兩對(duì)SPffM信號(hào)產(chǎn)生的中間信號(hào)，S1、SjPS2、S3為變壓器前級(jí)高頻逆變器功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),U^U2為與期望輸出正弦波頻率相同的互補(bǔ)低頻方波信號(hào)，Vp、Vn為載波頻率的互補(bǔ)高頻方波信號(hào)，Spi?Sp4、Sni?Sn4為變壓器后級(jí)矩陣式變換器功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，諧振電流iP為變壓器傳遞的高頻交流電流，電流if為變壓器后級(jí)矩陣變換器輸出的單極性電流波形。由驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以看出，變壓器原邊高頻逆變器開關(guān)管S^S4和S2、S3在諧振半周期內(nèi)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比按正弦規(guī)律變化，即變壓器前級(jí)LC串聯(lián)諧振逆變器的激勵(lì)諧振狀態(tài)在諧振半周期內(nèi)的導(dǎo)通占空比按正弦規(guī)律變化，開關(guān)管關(guān)斷后電路激勵(lì)諧振狀態(tài)結(jié)束，諧振槽中的諧振電流迅速下降到零，結(jié)束向負(fù)載側(cè)的能量傳遞，所以稱為半激勵(lì)諧振調(diào)制。變壓器后級(jí)矩陣變換器中功率管的開通與關(guān)斷均是在變壓器電流為零期間完成的，故可以實(shí)現(xiàn)功率管的零電流開關(guān)(ZCS)。在任意時(shí)刻變壓器后級(jí)矩陣變換器同一橋臂至多僅有一個(gè)功率管處于開通狀態(tài)，并且功率管半個(gè)周期處于關(guān)斷狀態(tài)，另半個(gè)周期處于方波調(diào)制狀態(tài)，開關(guān)切換存在死區(qū)時(shí)間，防止濾波電容直通，因此本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)矩陣變換器開關(guān)管的零電流開關(guān)，且控制方式簡單。
[0033]圖4為諧振槽電路的諧振狀態(tài)等效工作示意圖。其中U1為直流輸入電壓，UCf/n為輸出濾波電容電壓等效到變壓器原邊的電壓值，η為變壓器變比，Ur為諧振網(wǎng)絡(luò)兩端電壓，ir為諧振電流。在該調(diào)制方式下諧振電路可分為激勵(lì)諧振和反饋諧振兩種狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)管S1、S4或S2、S3導(dǎo)通時(shí)，電路處于激勵(lì)諧振狀態(tài)，直流輸入電壓仏作為電壓激勵(lì)源，與等效電壓UCf/n相減作用于諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振網(wǎng)絡(luò)兩端電壓Ur和諧振電流ir保持同相位，能量由直流電壓經(jīng)諧振網(wǎng)絡(luò)向輸出側(cè)傳遞；，當(dāng)開關(guān)管全部關(guān)斷后，電路處于回饋諧振狀態(tài)，直流輸入電壓仏與等效電壓UCf/n相加反向作用于諧振網(wǎng)絡(luò)，使諧振電流迅速下降，諧振網(wǎng)絡(luò)兩端電壓Ur和諧振電流ir保持180度反相，能量由諧振網(wǎng)絡(luò)向直流電壓和輸出側(cè)傳遞，諧振電流迅速減小。
[0034]圖5為變壓器后級(jí)矩陣變換器在解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制方法下的電路解耦原理圖。該調(diào)制方法使矩陣變換器等效分解成兩個(gè)普通的電流型逆變器。當(dāng)正弦工頻調(diào)制信號(hào)為正時(shí)，正組逆變器的SP1、SP4和負(fù)組逆變器SN1、SN4在高頻正負(fù)半周期內(nèi)分別處于導(dǎo)通狀態(tài)，其余開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)工頻調(diào)制信號(hào)為負(fù)時(shí)，正組逆變器的SP2、SP3和負(fù)組逆變器的Sn2、Sn3在高頻正負(fù)半周期內(nèi)分別處于導(dǎo)通狀態(tài)，其余開關(guān)管均處于關(guān)斷狀態(tài)。
[0035]圖6為該單相LC串聯(lián)諧振型高頻鏈矩陣式逆變器解結(jié)耦半激勵(lì)諧振邏輯處理電路。將SP麗I與SPWM4和SP麗2與SPWM3的與邏輯輸出進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，得到脈寬按正弦變化的中間信號(hào)K，將SPWMl和SPWM2的或運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行上升沿二分頻運(yùn)算，得到高頻正半周期信號(hào)VP，對(duì)其取反得到高頻負(fù)半周期信號(hào)VN，將信號(hào)K和Vp進(jìn)行邏輯與得到開關(guān)管S^S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將信號(hào)K與Vn進(jìn)行邏輯與得到開關(guān)管S2、S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將VP、VN分別與U1進(jìn)行邏輯與得到變壓器后級(jí)矩陣變換器開關(guān)管Sp1、Sp4和Sn1、Sn4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將Vp、Vn分別與U2進(jìn)行邏輯與得到變壓器后級(jí)矩陣變換器開關(guān)管SP2、SP3和SN2、SN3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0036]圖7為本發(fā)明中解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制方法控制下的單相LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器主要工作原理波形圖。其中S^S4和S2、S3為變壓器前級(jí)逆變器開關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形，電流^為諧振電流波形，SP1、SP4和SN1、SN4為變壓器后級(jí)矩陣變換器開關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形，電流if為經(jīng)矩陣變換器調(diào)制后的單極性電流波形。
[0037]圖8為本發(fā)明解結(jié)耦半激勵(lì)諧振調(diào)制方法控制下的單相LC諧振型高頻鏈矩陣式逆變器各階段等效電路圖。圖(a)?(j)分別為下述工作模態(tài)I?10。假定拓?fù)渲械乃性骷鶠槔硐朐骷?，根?jù)工作原理，在一個(gè)高頻周期內(nèi)存在10個(gè)工作狀態(tài)，具體模態(tài)分析如下:
[0038]I)工作模態(tài)I [to-ti]，to時(shí)刻開關(guān)管S1、S4導(dǎo)通，直流輸入電壓Ui加在LC串聯(lián)諧振槽上，諧振電流^按正弦規(guī)律變化，矩陣變換器開關(guān)管SP1、Sp4處于導(dǎo)通狀態(tài)，直流輸入側(cè)能量通過諧振槽向負(fù)載側(cè)傳遞，此時(shí)諧振電路處于激勵(lì)諧振狀態(tài)，直到時(shí)刻，開關(guān)管S^S4關(guān)斷，該模態(tài)結(jié)束。
[0039]2)工作模態(tài)，燦寸刻關(guān)斷S^S4,諧振電流^經(jīng)開關(guān)管S2、S3反并聯(lián)二極管續(xù)流，矩陣變換器開關(guān)管SP1、SP4處于導(dǎo)通狀態(tài)，為電流提供流通路徑，此時(shí)直流輸入電壓仏和濾波電容等效到變壓器原邊的電壓共同反向加在諧振槽上，使諧振電流iP迅速降為零，諧振電路處于回饋諧振狀態(tài)，直到t2時(shí)刻諧振電流下降為零，該模態(tài)結(jié)束。
[0040]3)工作模態(tài)3[12-^]，在12時(shí)刻諧振電流iP變?yōu)榱悖C振槽沒有電流流動(dòng)，矩陣變換器開關(guān)管SP1、SP4導(dǎo)通，矩陣變換器中無電流流動(dòng)，負(fù)載依靠濾波網(wǎng)絡(luò)提供能量。直到開關(guān)管Sp1、Sp4關(guān)斷，該模態(tài)結(jié)束。
[0041]4)工作模態(tài)4[t3_t4]，在t3時(shí)刻開關(guān)管SP1、SP4關(guān)斷，此時(shí)前級(jí)諧振逆變器仍無電流輸出，后級(jí)矩陣變換器開關(guān)管全部關(guān)斷，矩陣變換器處于開關(guān)切換時(shí)的短暫死區(qū)階段。
[0042]5)工作模態(tài)5[?4-?δ]，在t4時(shí)刻開通矩陣變換器開關(guān)管Sn1、Sn4，為下一模態(tài)變壓器輸出的電流提供流通路徑，該階段前級(jí)逆變器開關(guān)管全部處于關(guān)斷狀態(tài)，直到開關(guān)管S2、S3開通，該模態(tài)結(jié)束。
[0043]6)工作模態(tài)6|^5-七6]，在t5時(shí)刻開關(guān)管S2、S3開通，直流輸入電壓Ui反向加在諧振槽上，諧振電流^負(fù)向呈正弦變化，后級(jí)矩陣變換器開關(guān)管SN1、SN4處于導(dǎo)通狀態(tài)，為電流提供流通路徑，直流輸入側(cè)能量通過諧振槽向負(fù)載側(cè)傳遞，此時(shí)諧振電路處于激勵(lì)諧振狀態(tài)，直到t6時(shí)刻，開關(guān)管S2、S3關(guān)斷，該模態(tài)結(jié)束。
[0044]7)工作模態(tài)7 [t6_t7]，在t6時(shí)刻關(guān)斷開關(guān)管S2、S3，后級(jí)矩陣變換器開關(guān)管Sn1、Sn4仍處于導(dǎo)通狀態(tài);此時(shí)直流輸入電壓U1和濾波電容電壓等效到變壓器原邊的電壓共同反向加在諧振槽上，使諧振電流iP迅速降為零，諧振電路處于回饋諧振狀態(tài)，直到t7時(shí)刻諧振電流下降為零，該模態(tài)結(jié)束。
[0045]8)工作模態(tài)8 [ t7-ts]，在t7時(shí)刻諧振電流變?yōu)榱?，前?jí)逆變器諧振電路中沒有電流流動(dòng)，矩陣變換器開關(guān)管SN1、SN4導(dǎo)通，矩陣變換器中無電流流動(dòng)，負(fù)載依靠濾波網(wǎng)絡(luò)提供能量，直到開關(guān)管Sn1、Sn4關(guān)斷，該模態(tài)結(jié)束。
[0046]9)工作模態(tài)9[ts-tg]，在t8時(shí)刻開關(guān)管Sn1、SN4關(guān)斷，此時(shí)前級(jí)逆變器無電流輸出，后級(jí)矩陣變換器開關(guān)管全部關(guān)斷，矩陣變換器處于開關(guān)切換時(shí)的短暫死區(qū)階段。
[0047]10)工作模態(tài)10[t9_tlQ]，在t9時(shí)刻開通矩陣變換器開關(guān)管Sp1、Sp4，為下一模態(tài)變壓器輸出電流提供流通路徑，該階段前級(jí)逆變器開關(guān)管全部處于關(guān)斷狀態(tài)，直到開關(guān)管S1、S4開通，該模態(tài)結(jié)束。
[0048]由以上工作過程可以看出，變壓器前級(jí)前級(jí)諧振電路激勵(lì)諧振狀態(tài)的工作占空比可控，即向負(fù)載側(cè)傳遞的能量可調(diào)，實(shí)現(xiàn)DC/AC變化，諧振電流周期性回零，變壓器后級(jí)周波變換器開關(guān)管在零電流輸出期間切換，實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)，避免打斷變壓器副邊漏感能量的流通路徑而引起的電壓尖峰，提尚電路可靠性和效率。
[0049]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)?，其特征在?所述LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)溆扇珮騆C串聯(lián)諧振逆變器、高頻變壓器T、矩陣變換器、CL型濾波器依次連接構(gòu)成； 全橋LC串聯(lián)諧振逆變器由直流輸入電壓U1、可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管S2、可控開關(guān)管S3、可控開關(guān)管S4、電感Lr、電容Cr組成;矩陣變換器由可控開關(guān)管Sp1、可控開關(guān)管SP2、可控開關(guān)管SP3、可控開關(guān)管SP4、可控開關(guān)管Sn1、可控開關(guān)管SN2、可控開關(guān)管SN3、可控開關(guān)管Sn4組成;CL型濾波器由電感Lf、電容Cf和負(fù)載R組成； 直流輸入電壓U1的正極分別與可控開關(guān)管集電極、可控開關(guān)管S3的集電極相連，可控開關(guān)管Si的發(fā)射極分別與電感Lr的一端、可控開關(guān)管S2的集電極相連;可控開關(guān)管S3的發(fā)射極分別與高頻變壓器T原邊一端、可控開關(guān)管S4的集電極相連，直流輸入電壓仏的負(fù)極分別與可控開關(guān)管S2的發(fā)射極、可控開關(guān)管S4的發(fā)射極相連；電感Lr的另一端與電容Cr的一端連接，電容Cr的另一端與高頻變壓器T原邊的另一端相連； 高頻變壓器T副邊的一端分別與可控開關(guān)管集電極、可控開關(guān)管Sp3的集電極相連，可控開關(guān)管Spi的發(fā)射極與可控開關(guān)管Sn2的集電極相連，可控開關(guān)管Sn2的發(fā)射極分別與可控開關(guān)管SP2的集電極、電感Lf的一端、電容Cf的一端相連，可控開關(guān)管SP2的發(fā)射極與可控開關(guān)管集電極相連;可控開關(guān)管Sp3的發(fā)射極與可控開關(guān)管Sn4的集電極相連，可控開關(guān)管SN4的發(fā)射極分別與可控開關(guān)管SP4的集電極、電容Cf的另一端、負(fù)載R的一端相連，負(fù)載R的另一端與電感Lf的另一端相連;可控開關(guān)管SP4的發(fā)射極與可控開關(guān)管SN3的集電極相連，高頻變壓器T副邊的另一端分別與可控開關(guān)管Sni的發(fā)射極、可控開關(guān)管Sn3的發(fā)射極相連。2.—種基于權(quán)利要求1所述LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)涞慕饨Y(jié)耦串聯(lián)諧振調(diào)制方法，其特征在于:全橋LC串聯(lián)諧振逆變器采用半激勵(lì)諧振控制，所述可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管S4組成的橋臂和可控開關(guān)管&、可控開關(guān)管S3組成的橋臂交替導(dǎo)通，使電路處于激勵(lì)諧振狀態(tài)，可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管S4和可控開關(guān)管S2、可控開關(guān)管S3分別在在諧振正負(fù)半周期內(nèi)導(dǎo)通占空比按正弦規(guī)律變化，即LC串聯(lián)諧振電路在諧振半周期內(nèi)的激勵(lì)諧振工作狀態(tài)占空比按正弦規(guī)律變化，在未達(dá)到諧振半周期時(shí)關(guān)斷可控開關(guān)管S1、可控開關(guān)管&、可控開關(guān)管&、可控開關(guān)管S4，結(jié)束電路激勵(lì)諧振工作狀態(tài);變壓器輸出面積按正弦規(guī)律變化且周期性回歸為零的諧振電流;變壓器后級(jí)的矩陣變換器等效為兩組普通的電流型逆變器進(jìn)行解結(jié)耦控制，依據(jù)電流型解結(jié)耦邏輯調(diào)制電路對(duì)可控開關(guān)管Sp1?可控開關(guān)管SP4、可控開關(guān)管Sn1?可控開關(guān)管Sn4進(jìn)行控制，將變壓器T輸出的高頻諧振電流轉(zhuǎn)換低頻脈動(dòng)電流。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)涞慕饨Y(jié)耦串聯(lián)諧振調(diào)制方法，其特征在于:全橋LC串聯(lián)諧振逆變器在諧振半周期內(nèi)可控開關(guān)管S導(dǎo)通占空比按正弦規(guī)律變換，可控開關(guān)管S關(guān)斷后其激勵(lì)諧振工作狀態(tài)結(jié)束，諧振電流迅速歸為零，在該零電流輸出階段變壓器T后級(jí)矩陣變換器進(jìn)行切換，變壓器T副邊漏感中無電流流過，避免因打斷漏感儲(chǔ)存能量流通路徑而引起的電壓尖峰。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LC串聯(lián)諧振高頻鏈矩陣式逆變器拓?fù)涞慕饨Y(jié)耦串聯(lián)諧振調(diào)制方法，其特征在于:變壓器T后級(jí)的矩陣變換器采用電流型解結(jié)耦控制，即將矩陣變換器開關(guān)管分解成正負(fù)兩組，即可控開關(guān)管SP1?SP4和可控開關(guān)管SN1?SN4，正組開關(guān)管工作時(shí)負(fù)組開關(guān)管全部關(guān)斷，而負(fù)組開關(guān)管工作時(shí)正組全部關(guān)斷，后級(jí)矩陣變換器可以等效成兩組普 通電流型逆變器。
【文檔編號(hào)】H02M5/293GK105915095SQ201610297097
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】閆朝陽, 秦海寧, 王洪斌, 李建霞, 龐建霞
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)