【技術實現步驟摘要】
本申請屬于逆變器，具體涉及一種高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制電路及方法。
技術介紹
1、隨著直流-交流逆變器的快速發展，對功率密度、尺寸和重量的要求越來越嚴格，推動了高頻隔離逆變器的進步。與傳統的dc-hfac-dc-ac型逆變器相比，dc-hfac-ac型逆變器具有更少轉換級數，因此效率更高、體積更小。然而，dc-hfac-ac型逆變器的變壓器二次側的輸出端存在明顯諧振電壓尖峰，這大大增加了開關擊穿的風險。此外，如何實現周波變換器及其外圍電路的安全換流也是阻礙高頻隔離逆變器發展的關鍵技術問題。
技術實現思路
1、基于當前的技術問題，本專利技術提供一種高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，能夠顯著抑制變壓器二次側輸出電壓諧振尖峰，并且實現周波變換器及其外圍電路的安全換流。其技術方案如下，
2、一種高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制電路，包括單相全橋逆變器、全波式周波變換器、全橋有源鉗位電路、lc濾波電路和負載電阻；
3、所述單相全橋逆變器包括直流電源vdc、直流母線電容cdc、晶體管q1、q2、q3、q4，及其反并聯二極管二極管d1、d2、d3、d4和輸出電容c1、c2、c3、c4；
4、所述全波式周波變換器包括晶體管q5、q6、q7、q8及其反并聯二極管d5、d6、d7、d8；晶體管q5、q6串聯支路與晶體管q7、q8的串聯支路并聯；
5、所述全橋有源鉗位電路包括晶體管qn1、qn2、qn3、qn4、反并聯二極管d
6、所述lc濾波電路包括濾波電感lf和濾波電容cf；
7、所述晶體管q5的集電極分別與qn1的發射極、qn2的集電極連接；晶體管q7的集電極分別與qn3的發射極、qn4的集電極連接；所述晶體管q6集電極與q8集電極連接與濾波電路的lf連接；
8、所述晶體管qn1的集電極與qn3的集電極連接，晶體管qn1的發射極與qn2的集電極連接，晶體管qn2的發射極與qn4的發射極連接，晶體管qn3的發射極與qn4的集電極連接，晶體管qn1和qn3的集電極與鉗位電容cn5的正輸入端連接，晶體管qn2和qn4的發射極與鉗位電容cn5的負輸入端連接；
9、變壓器的一次側漏感為lk1，變壓器二次側漏感為lk2，二次側繞組n2的c端分別連接晶體管q5的集電極、qn1的發射極和qn2的集電極；隔離變壓器的二次側繞組n3的e端分別連接晶體管q7的集電極、qn3的發射極、qn4的集電極；公共端d分別連接濾波電容cf和負載電阻rl。
10、優選的，在隔離變壓器二次側輸出端處于正負電平狀態時，全橋鉗位電路通過cn5消除隔離變壓器二次側輸出端的電壓諧振尖峰，由于鉗位電容兩端電位與隔離變壓器二次側輸出端的電位相同，故鉗位開關管可以實現零電壓開關；在周波變換器換相時，為濾波電感電流提供換流通路；周波變換器包括晶體管q5、q6、q7、q8導通和關斷均發生在變壓器二次側輸出端電壓為零的時段，故q5、q6、q7、q8能夠在無電壓應力的情況下進行導通和關斷，即實現了零電壓開關。
11、一種高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，采用單極性倍頻移相調制策略，一個完整開關周期包括兩個載波周期，當調制波ug>0時，前一個載波周期的工作模態如下，共有八種模態：
12、其中功率開關管輸出電容c1～c4的容值為coss，ia(t0)為一次側電流初始值，lk1為變壓器一次側漏感，lk2為變壓器二次側漏感，uab為一次側晶體管q1的發射極與q4的集電極兩端的電壓差，uef為晶體管q7的集電極與q8的集電極兩端的電壓差、uc2為晶體管q2的寄生電容c2兩端電壓，變壓器的變比n＝n2/n1＝n3/n1，其中n1表示為變壓器一次側繞組匝數，n2表示為變壓器二次側其中一個繞組的匝數，n3表示為變壓器二次側另一個繞組的匝數。
13、模態1，t0～t1：對于變壓器一次側，由于uq3在t0前為0，因此q3在t0時為零電壓關斷，在此期間，c3充電，c4放電，uab＝uq3，ia<0；對于變壓器二次側，輸出端c和e通過鉗位電路qn4-dn2連接，uqn2＝0；q5-d6和qn4-dn2這兩條路徑為漏感電流和濾波電感電流提供通路；
14、模態2，t1～t2：對于變壓器一次側，在t1時，c3和c4分別完成充電和放電，d4自然導通；在此期間，變壓器一次側電流ia通過反并聯二極管d1-d4這一通路向直流側電源回饋能量，ia<0，并迅速衰減；在t2時，ia＝0，q4可以實現零電壓導通；對于變壓器二次側，qn2需要在q4接通之前關斷，以避免變壓器二次側繞組在突加電壓時所引起的短路；
15、模態3，t2～t3；對于變壓器一次側，q1和q4導通，ia的方向發生變化，ia>0；在t3時，ia(t3)＝nilf；對于變壓器二次側，在t3之前，由于原邊電流ia小于二次側濾波電感電流折算到原邊的電流nilf，即ia<nilf，繞組n3通過qn4-dn2為ilf提供一個電流通路；
16、模態4，t3～t4：在t3時刻，ic＝ilf＝ia/n，ucd＝nuab＝nvdc；在此期間，qn1導通；由于qn1兩端的電位均為2nvdc，因此qn1為零電壓導通；鉗位電容cn5通過qn1和qn4將次級側電壓箝位為2nvdc；由于ucn1＝0，qn1可以在t4時刻之前零電壓關斷；
17、模態5，t4～t5：由于uc1＝0，q1可在t4時零電壓關斷；在此期間，c1充電，c2放電，uab逐漸減小，uab＝uef＝uc2，lf、lk1和lk2仍為等效串聯，ia＝nilf；
18、模態6，t5～t6：對于變壓器一次側，在t5時c1完成充電，c2完成放電，uab＝uce＝uc2＝0，uc1＝vdc，d2自然導通；在此期間，q2可以實現零電壓導通，ia逐漸減小，ia>0；對于變壓器二次側，由于繞組n2無法支持ilf，繞組n3通過qn4-dn2為漏感電流和濾波電感電流提供換流路徑；在此期間，ucn2＝0，qn2可以實現零電壓導通；
19、模態7，t6～t7：對于變壓器一次側，ia持續減小，且ia>0；對于變壓器二次側，q7和q8在t6時刻導通；由于uce＝0，q7和q8可以實現零電壓導通；在此期間，q5-d6、q7-d8和qn4-dn2-q5-d6為ilf提供換流路徑；
20、模態8，t7～t8：由于uce＝0，q5和q6可在t7時實現零電壓關斷，qn4可在t8前實現零電壓關斷；繞組n2通過qn2-dn4繼續為ilf提供換流路徑；在此期間，由于繞組n2中沒有突然的電流變化，因此避免了由周波變換器換相引起的電壓過沖。
21、優選的，在調制波ug>0時，在后一個載波周期中，全橋有源鉗位本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制電路，其特征在于，包括單相全橋逆變器、全波式周波變換器、全橋有源鉗位電路、LC濾波電路和負載電阻；
2.根據權利要求1所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制電路，其特征在于，在隔離變壓器二次側輸出端處于正負電平狀態時，全橋鉗位電路通過Cn5消除隔離變壓器二次側輸出端的電壓諧振尖峰，由于鉗位電容兩端電位與隔離變壓器二次側輸出端的電位相同，故鉗位開關管可以實現零電壓開關；在周波變換器換相時，為濾波電感電流提供換流通路；周波變換器包括晶體管Q5、Q6、Q7、Q8導通和關斷均發生在變壓器二次側輸出端電壓為零的時段，故Q5、Q6、Q7、Q8能夠在無電壓應力的情況下進行導通和關斷，即實現了零電壓開關。
3.一種高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，用于權利要求1-2任一所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制電路中，其特征在于，采用單極性倍頻移相調制策略，一個完整開關周期包括兩個載波周期，當調制波ug>0時，前一個載波周期的工作模態如下，共有八種模態：
4.根據權利要求3所述的高頻鏈路單相
5.根據權利要求3所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，其特征在于：模態2中，Q3和Q4的死區時間Tdead2滿足條件為：
6.根據權利要求3所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，其特征在于：Qn2零電壓關斷時間Tdelay1滿足條件為：
7.根據權利要求3所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，其特征在于：模態4中，Qn1的零電壓導通時間滿足條件為：
8.根據權利要求3所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，其特征在于：模態6中，Q1和Q2的死區時間滿足條件為：
9.根據權利要求3所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，其特征在于：模態6中，Qn2的零電壓導通時間滿足條件為：
10.根據權利要求3所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，其特征在于：晶體管Q5與Q6、Q7與Q8分別通過相同的PWM信號驅動，晶體管Qn1、Qn2與Qn3、Qn4具有相同的導通邏輯；當調制波ug>0時，位于超前橋臂的功率開關管Q1和Q2較容易實現零電壓開關，位于之后橋臂的功率開關管Q3和Q4較難實現零電壓開關。
...【技術特征摘要】
1.一種高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制電路，其特征在于，包括單相全橋逆變器、全波式周波變換器、全橋有源鉗位電路、lc濾波電路和負載電阻；
2.根據權利要求1所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制電路，其特征在于，在隔離變壓器二次側輸出端處于正負電平狀態時，全橋鉗位電路通過cn5消除隔離變壓器二次側輸出端的電壓諧振尖峰，由于鉗位電容兩端電位與隔離變壓器二次側輸出端的電位相同，故鉗位開關管可以實現零電壓開關；在周波變換器換相時，為濾波電感電流提供換流通路；周波變換器包括晶體管q5、q6、q7、q8導通和關斷均發生在變壓器二次側輸出端電壓為零的時段，故q5、q6、q7、q8能夠在無電壓應力的情況下進行導通和關斷，即實現了零電壓開關。
3.一種高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，用于權利要求1-2任一所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制電路中，其特征在于，采用單極性倍頻移相調制策略，一個完整開關周期包括兩個載波周期，當調制波ug>0時，前一個載波周期的工作模態如下，共有八種模態：
4.根據權利要求3所述的高頻鏈路單相隔離逆變器電壓諧振尖峰抑制方法，其特征在于：在調制波ug>0時，在后一個載波周期中，全橋有源鉗位電路通過qn3將鉗位電容cn5接入變壓器二次側的c...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱文杰，孫宇，王志宇，楊新濤，李碩，張文碩，柴延霖，王洋，張廣玉，
申請(專利權)人：青島理工大學，
類型：發明
國別省市：
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