[发明专利]一种基于高阶谐振技术的逆变电路负载匹配的方法

说明书

技术领域

本发明属电力电子逆变器输出和高频变换技术领域，涉及一种基于高阶谐振技术的逆变电路负载匹配的方法，具体涉及逆变器电源或者高频链开关电源中，在不需变压器隔离或者难以制造高变比、高频大功率变压器时的负载匹配方法。

背景技术

为了实现交流电源输出的电压或电流和负载的额定功率等级的匹配，一般采用变压器，对电压或电流进行变换，从而达到负载匹配的目的。提高逆变器开关器件的工作频率，可以改善开关电源的性能，又可提高电源效率和功率密度，使电源更可靠、体积更小、更节能。但在高频下，常规的变压器匹配，即电磁藕合对变压器的要求较高、成本昂贵。在设计匹配变压器时，主要受到铁心的限制。在大功率、高频时由硅钢片等制成的普通低成本变压器铁心效率低、体积大、噪音大。在高频、小功率电源得到很好使用的铁氧体类铁心的体积在生产中又受到限制，不适于在大功率场合应用。现在虽有非常适合设计高频大功率电源变压器的非晶铁心材料得到应用，但这种铁心生产工艺复杂，成本很高。另外，设计和制造高变比的大功率高频变压器也存在技术和工艺上的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于高阶谐振技术的逆变电路负载匹配的方法，使谐振槽路等效电阻不同从而对负载进行匹配，代替高频大功率匹配变压器，以实现高效、低成本的负载匹配。

本发明所采用的技术方案是，一种基于高阶谐振技术的逆变电路负载匹配的方法，该方法按以下步骤进行：

第一步，分析三阶及以上谐振电路的基本特性

区分谐振电路特性，即区分电路为电压型谐振电路或者电流型谐振电路，然后得到谐振槽路各参数：谐振槽路的谐振频率f_r、逆变器的开关频率f_s、槽路对电压或者电流的变换规律，即电压增益M或电流增益d的表达式，

若谐振电路为电压型谐振，则分析得到电压增益M，其中U₀为谐振槽路的输出电压，U_in为谐振槽路的输入电压，

若谐振电路为电流型谐振，根据电路对偶原理，则分析得到电流增益d，其中I_O为谐振槽路的输出电流，I_in为谐振槽路的输入电流；

第二步，简化参数关系

引入谐振槽路固有参数，其固有参数包括：品质因数Q、逆变器开关频率与谐振槽路的谐振频率的关系，即频率比f_n、谐振槽路电感比或电容比K，其中w_s为开关管工作角频率，

将第一步中M或d的表达式中各参数用Q、f_n与K进行简化，得到M或d关于Q、f_n与K的表达式；

第三步，绘制关系曲线

将第二步得到的M的表达式或d的表达式绘制出a、b两组关系曲线：

a组曲线为当K值一定，频率比f_n为横坐标的变化曲线；

b组曲线为f_n值一定，谐振槽路电感比或电容比K为横坐标的变化曲线；

其中，a、b两组曲线中，若谐振电路为电压型谐振电路，其纵坐标为电压增益M；若谐振电路为电流型谐振电路，其纵坐标为电流增益d；

第四步，曲线分析

对第三步得到的曲线进行分析，

对于a组曲线，若要实现降压效果，则在纵坐标电压增益M小于1的区域内选择相应数值；若要实现升压效果，则电压增益在M大于1区域选择相应数值；

对于电压型谐振电路，选择f_n大于1的区域，电流型谐振电路，选择f_n小于1的区域；

从而通过曲线选择得到相应符合实现功能，即升压或降压要求的M与Q的范围；

对于b组曲线，结合a组曲线所得到的M与Q的范围，选择该组曲线中各曲线间隔较大的区域，从而确定谐振槽路电感关系或电容关系K的范围，

综合对上述a、b两组曲线分析，得到符合要求的M、Q、K与f_n的值，从而得到槽路参数，即组成谐振电路的电感与电容值。

本发明的有益效果是，通过本发明的方法对参数进行选择后，在负载中用三个或更多的储能元件代替传统的两个储能元件取代高频大功率匹配变压器。用这种方法进行负载匹配的电源高效、成本低、设计和生产工艺简单。降低了因使用高频高压高功率变压器的成本和设计困难，进一步减少了系统的体积和损耗，提高了效率。

附图说明

图1是实施例中高阶谐振逆变电源系统的整体结构图；