[发明专利]一种新型单相高频隔离Z源AC‑AC变换电路

说明书

技术领域

本发明涉及AC-AC电能变换领域，尤其涉及一种带高频隔离环节的单相Z源AC-AC变换电路。

背景技术

在电力电子技术中，电压调节的交流应用领域，AC-AC变换器一般都应用了Z源拓扑结构，该结构不仅具有单级变换、低谐波电流、更好的功率因数和效率、更小尺寸和低成本等优点，同时还可以具有逆变或保持相角、进行升降压的特点。

传统的Z源交流变换器是通过一个由两个相同的电感和两个相同的电容所组成的Z源网络将电源侧与负载侧耦合起来，提供一种独特的升降压机制。当其用作动态电压补偿器以补偿电力电压骤降和膨胀时，需要在外部添加体积庞大的变频器，以在输入侧和输出侧之间提供电气隔离。该变频器体积大、重量高、成本高、损耗大，并且存在启动浪涌电流与饱和问题，同时使用的低频变压器阻抗会导致电压降低，而且在非线性负载下电压谐波较多。

新一代高频变压器隔离(HFTI)Z源AC-AC变换器，是在传统Z源交流变换器电路结构基础上在电源测与负载侧之间增加了一个高频变压器，用于输入输出之间的电气隔离。在用作动态电压补偿器时，没有了外部变频器，使用双向开关和一些无源组件进行控制，但是使用的无源组件过多，从而增加了装置的成本、体积和损耗。

发明内容

本发明实施例提供了一种新型单相高频隔离Z源AC-AC变换电路,具备电气隔离功能，在保证AC-AC电能变换性能的同时，又能够节约器件、降低成本。图1给出了这种新型单相高频隔离Z源AC-AC变换电路的总体结构，该电路是由主电路和控制电路组成，主电路在控制电路的调控下实现AC-AC电能的转换。

本发明实施例的第一方面是提供Z源AC-AC电能变换主电路，图2给出了主电路的具体拓扑结构。如图2所示，Z源AC-AC电能变换主电路包括单相交流电源、Z源变换器、滤波电容C₀和负载R₀，其中，所述Z源变换器的一边与所述单相交流电源相连，所诉Z源变换器的另一边通过所述滤波电容连接到所述负载R₀。

所述Z源变换器包括储能电感L_B，3组两两反向串联的IGBT开关管S₁、S₂、S₃，两个储能电容C₁、C₂以及一个单相高频变压器。其中，所述反向串联的IGBT开关管S₁的一端与所述储能电容C₁的一端相连并连接到所述储能电感L_B的一端，所述储能电感L_B的另一端连接到外部所述单向交流电源的一端，所述反向串联的IGBT开关管S₁的另一端与所述高频变压器一次侧的一端相连，同时所述储能电容C₁的另一端连接到所述高频变压器一次侧的另一端，同样所述反向串联的IGBT开关管S2的一端与所述储能电容C₂的一端相连并连接到外部所述单相交流电源的另一端，所述储能电容C₂的另一端与所述高频变压器一次侧的一端相连，同时所述反向串联的IGBT开关管S₂的另一端与所述高频变压器一次侧的另一端相连。所述高频变压器二次侧的一端通过所述反向串联的IGBT开关管S₃连接到外部所述滤波电容C₀的一端，所述高频变压器二次侧的另一端则与所述滤波电容C₀的另一端相连。