[发明专利]一种双向功率流高频隔离有源钳位逆变器的控制方法

说明书

技术领域

本发明提出了一种双向功率流高频隔离有源钳位逆变器的控制方法，属于电力电子变换技术。

背景技术

高频隔离逆变器相比于工频变压器隔离的逆变器，具有体积小，重量轻、噪声小和造价低等特点。常规的高频隔离逆变器由DC/HFAC/DC/AC三级变换构成，因其中间有一级是二极管整流电路，所以功率是单方向的。同时，因为功率变换等级较多，导致效率降低；两级功率变换需要单独的控制器，控制较复杂；直流母线的大电容会降低可靠性。双向高频链逆变器采用DC/HFAC/AC两级变换，不需要直流母线大电容，且只需要一个控制器即可对输出电压进行闭环调节。其作用等同于常规的逆变器，可广泛的应用于新能源发电、不间断电源和航空电源等广泛的领域。

在周波变换器类型的高频隔离逆变器中，周波变换器的切换会引起变压器副边漏感电流和副边输出电流的强制换流，从而引起电压过冲和振荡。为了避免这种问题，有研究者提出单极性调制中加入周波变换器切换时的交叠导通。然而在实际实验中加入交叠时间后，发现仍然有电压过冲现象。另有研究者提出采用双极性调制的方法。双极性调制则需要检测电感电流的方向，但这样会引起在电流过零点处输出电压的畸变。虽有学者开发了钳位电路及其相应的调制方法来抑制电压过冲，但仍存在需要检测电感电流和母线电压振荡等问题。

以上论述表明，双向功率流高频隔离逆变器以其独特的优点越来越受到工业界关注，如何消除其电压过冲和振荡，实现软开关工作提高效率，并开发相应的控制策略对高频链逆变器的输出电压进行高性能控制，成为迫在眉睫的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种双向功率流高频隔离有源钳位逆变器的控制方法，该方法能够消除此类逆变器的电压过冲和振荡现象，所有的开关管都实现零电压开断，并且在负载变化和输入直流电压波动情况下，电压逆变器仍能输出高质量的电压波形。

技术方案：

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种双向功率流高频隔离有源钳位逆变器的控制方法，所述逆变器主电路包括：原边的H桥电路和谐振电感、副边的由双向开关构成的周波变换器、副边的由全桥电路和二极管构成的有源钳位电路，其特征在于：

载波和调制波以及负调制波比较（载波和调制波箱等的点）产生主电路中各开关管的动作信号，并留出足够的死区时间保证所有开关管的零电压开断和保证足够的安全裕量；在调制波极性变化的时候，原边H桥电路的超前桥臂和滞后桥臂也跟着互换；在周波变换器切换时，有源钳位电路中全桥电路同一桥臂上下开关管工作在互补的模式下，给电感电流和变压器副边的电流提供通路，不产生电流突变，从而避免电压过冲和电压振荡；有源钳位电路中全桥电路的开关管的开关动作都是在开关管两端电位相同的时刻进行，实现钳位电路的零电压开关。

有益效果：

本发明所提出的双向功率流高频隔离有源钳位逆变器的控制方法通过对变压器原边H桥电路的调制、副边周波变换器的调制和副边有源钳位电路的调制，不但解决了此类逆变器固有的电压过冲和振荡的问题，并且能够实现所有开关的零电压开断，进一步提高了工作效率，减小了电磁干扰。本发明的控制方法对输出电压进行闭环控制，使得不论在电阻负载还是整流器负载下，还是输入直流电压不稳定的情况下，该逆变器都能保持良好的响应速度和高质量的波形输出。

附图说明

图1是双向功率流高频隔离有源钳位逆变器的控制方法原理图。

图2是图1中主电路的实现形式之一，其副边为全波结构周波变换器。

图3是图1中主电路的实现形式之一，其副边为全桥结构周波变换器。

图4是本发明调制波、载波及调制产生的各开关管驱动信号的波形图。

图5(a)是未加有源钳位电路的高功率密度隔离型逆变器系统变压器原边电压u_AB和副边电压u_CD、u_DE。图5(b)是带有源钳位电路的高功率密度隔离型逆变器系统变压器原边电压u_AB和副边电压u_CD、u_DE。

图6(a)和图6(b)是原边开关管S₁上的开关波形图。图6(c)是双向开关S₅S₆上的开关波形图。图6(d)和图6(e)是开关S_C1上的开关波形图。

图7是本发明软开关实现方法示意图。