[发明专利]一种周波变换型高频链逆变器的调制系统及方法

说明书

本发明公开了一种周波变换型高频链逆变器的调制系统及方法，该系统包括主电路拓扑、双闭环控制器、开关调制策略模块。方法为：以开关管电压应力为出发点，分析电压应力与开关时序之间的关系，通过不同调制策略下变压器漏感电流的状态，得到不同调制策略下的开关组合，实现变换器原副边之间的能量传输；之后建立变换器动态数学模型，得到系统的传递函数；设计离散控制器得到参考调制波，最后通过设计相应开关管间的逻辑关系，实现周波变换器的安全软换流和变换器功能。本发明为高频链逆变器提供了有效的调制策略，变压器漏感电流自然降为零，能够降低开关管换流时因电感电流断续产生的电压应力，并且能够实现变换器的软开关，具有很高的实用性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种周波变换型高频链逆变器的调制系统及方法。

背景技术

常见的逆变器按照变压器隔离可划分为工频隔离型和高频隔离型。相较于传统的工频变压器，高频变压器的使用将会减小系统的体积，提高变换器的功率密度。与非隔离型逆变器相比，高频链逆变器可以实现输入输出侧电气隔离，同时可以实现电压匹配，对于一些输入电压相对较低的应用场合有着重要的意义。高频链逆变器还可以应用在整流环节，能够实现能量的双向流动，而且可以使用特殊的调制策略在所有半导体器件中实现软开关。高频链逆变器有着丰富的拓扑结构，其灵活适用于不同功率和电压等级的应用场合。这些高频链逆变器可以应用于不间断(UPS)电源、光伏发电系统、电动汽车的充电桩、音频扩放器等。因此，研究高频链(High-Frequency-Link)逆变技术有着重要的意义。

高频链逆变器在光伏等新能源并网场合中应用广泛，其中周波变换型高频链逆变器具有单级功率转换、能量双向流动、电气隔离等优点，但存在安全换流问题，影响周波变换器的可靠性。例如，单级高频链逆变器在工作过程中，变压器漏感和输出滤波电感都被视为电流源。通过对常见两种调制策略下变换器工作模态的分析，都忽视了变压器漏感换流的问题。尽管两种调制策略下在副边换流期间加入死区重叠时间，让副边开关管全部导通来进行软换流，然而换流时漏感电流依然存在。关断开关管时，换流开关管中的电流没有流通路径从而强迫降为零，会在副边开关管两端产生较大的电压尖峰，存在周波变换器电感电流硬关断的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种周波变换型高频链逆变器的调制系统及方法，在原边能够实现全负载范围内的软开关，副边周波变换器能够实现软开关，同时在传递能量阶段提供同步整流的功能，提高变换器的效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种周波变换型高频链逆变器的调制系统，包括主电路拓扑、双闭环控制器、开关调制策略模块；

主电路拓扑包含前级全桥变换器、后级周波变换器及LC滤波器，其中：前级全桥变换器，将直流输入电压转化为50％占空比的正负方波电压，作用在变压器原边，转换后的电压由高频电压分量组成，原边开关管的驱动信号是由载波的上升沿二分频实现；后级周波变换器，将变压器原边传递的电压解调为单极性SPWM电压信号，采用设定的调制方法，实现周波变换器的软换流，将高频AC转化为带有基波分量的低频AC，实现单级功率转换；LC滤波器用于去除高频谐波分量；

双闭环控制器由电压外环和电流内环组成，输出电压参考值V_ref减去主电路拓扑的输出电压采样值V_o后，经过电压外环控制器作为电流内环的参考值i_ref，i_ref与主电路拓扑的滤波电感电流采样值i_Lf比较后经过电流内环控制器作为参考正弦调制波；

开关调制策略模块，前级全桥变换器中开关管驱动信号由锯齿载波经过上升沿二分频后，加入死区时间得到；参考正弦调制波与锯齿波通过PWM比较器得到初始驱动信号，初始驱动信号通过逻辑变换得到后级周波变换器中开关管的驱动信号。

一种周波变换型高频链逆变器的调制方法，该方法基于所述的周波变换型高频链逆变器的调制系统，包括如下步骤：