本發(fā)明涉及電力電子功率變換器調(diào)制及控制領(lǐng)域，特別涉及單相高頻鏈矩陣整流器的“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法。

背景技術(shù)：

整流器是一種把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的拓?fù)溲b置，傳統(tǒng)整流器系統(tǒng)所用的工頻變壓器存在重量與體積大、效率低、音頻噪音高等問題，用高頻變壓器替代其中的工頻變壓器，不僅可以解決上述問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)輸出與輸入之間的電氣隔離、輸出更大范圍的電壓、提高電壓傳輸比及功率密度、減小電磁干擾、提高用電安全等優(yōu)點(diǎn)，使電力電子變換器系統(tǒng)的性能得到顯著提高。

單相高頻鏈矩陣整流器由輸入lc濾波器、單相矩陣變換器、高頻變壓器、不控整流、輸出濾波器l和負(fù)載構(gòu)成，將單相正弦交流電輸入至矩陣變換器變換為正負(fù)交變的高頻脈沖電，然后再經(jīng)過高頻變壓器耦合輸出，再經(jīng)過不控整流得到穩(wěn)定的直流電壓。

由于高頻變壓器存在漏感，如果單相高頻鏈矩陣整流器變壓器前級(jí)開關(guān)管換流不正確，使得單相高頻鏈矩陣整流器前級(jí)的開關(guān)管在換流時(shí)，在變壓器原邊產(chǎn)生較大電壓過沖，因此單相高頻鏈整流器變壓器前級(jí)矩陣變換器的安全換流一直是制約高頻鏈矩陣整流器實(shí)現(xiàn)大功率化的技術(shù)難點(diǎn)。所以亟需要提出一種新的調(diào)制策略解決單相高頻鏈矩陣整流器變壓器原邊矩陣變換器開關(guān)管換流問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有的單相高頻鏈矩陣整流器的調(diào)制不能有效解決雙向開關(guān)管安全換流等問題，提出能夠可靠地實(shí)現(xiàn)單相高頻鏈矩陣整流器安全換流的“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法。

本發(fā)明所述的“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法即為“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦調(diào)制和電流型單極性pwm調(diào)制相結(jié)合的一種方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法，本發(fā)明方法采用的單相高頻鏈矩陣整流器電路拓?fù)溆捎谄漭斎雮?cè)采用lc型濾波器，輸出側(cè)采用l型濾波器，因此此拓?fù)錇殡娏餍屯負(fù)洌会槍?duì)單相高頻鏈矩陣整流器的調(diào)制，均采用電流型調(diào)制方法；

所述單相高頻鏈矩陣整流器電路拓?fù)浒ǎ呵凹?jí)電路、高頻變壓器和后級(jí)電路；所述前級(jí)電路是由電壓源、lc型濾波器和單相矩陣變換器構(gòu)成；所述后級(jí)電路是由不控整流電路，l型濾波器和負(fù)載構(gòu)成；所述前級(jí)電路將單相工頻交流電轉(zhuǎn)換成單相高頻交流電，然后通過所述高頻變壓器耦合輸出，再通過所述不控整流電路將所述前級(jí)電路輸出的單相高頻交流電整流成直流電，最后經(jīng)過所述l型濾波器濾掉直流電流的高次諧波最終輸出平滑的直流電；

所述前級(jí)電路中電壓源一端與所述lc型濾波器的濾波電感連接，所述lc型濾波器的濾波電容一端與所述單相矩陣變換器的a節(jié)點(diǎn)連接，其另一端與所述單相矩陣變換器的b節(jié)點(diǎn)和所述電壓源的另一端連接；

所述單相矩陣變換器是由第一雙向開關(guān)管、第二雙向開關(guān)管、第三雙向開關(guān)管和第四雙向開關(guān)管組成；第一雙向開關(guān)管的一個(gè)集電極與第二雙向開關(guān)管的一個(gè)集電極連接于a節(jié)點(diǎn)，使第一雙向開關(guān)管和第二雙向開關(guān)管構(gòu)成a相橋臂；第三雙向開關(guān)管的一個(gè)集電極與第四雙向開關(guān)管的一個(gè)集電極連接于b節(jié)點(diǎn)，使第三雙向開關(guān)管和第四雙向開關(guān)管構(gòu)成b相橋臂；第一雙向開關(guān)管的另一個(gè)集電極與第三雙向開關(guān)管的另一個(gè)集電極相連接于c節(jié)點(diǎn)；第二雙向開關(guān)管的另一個(gè)集電極與第四雙向開關(guān)管的另一個(gè)集電極相連接于d節(jié)點(diǎn)；

所述第一雙向開關(guān)管是由第一單向開關(guān)管和第二單向開關(guān)管串聯(lián)組成；所述第二雙向開關(guān)管是由第三單向開關(guān)管和第四單向開關(guān)管串聯(lián)組成；所述第三雙向開關(guān)管是由第五單向開關(guān)管和第六單向開關(guān)管串聯(lián)組成；所述第四雙向開關(guān)管是由第七單向開關(guān)管和第八單向開關(guān)管串聯(lián)組成；

所述單相矩陣變換器的c節(jié)點(diǎn)與所述高頻變壓器原邊的同名端連接，所述單相矩陣變換器的d節(jié)點(diǎn)與所述高頻變壓器原邊的異名端連接；

所述后級(jí)電路包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、l型濾波器和負(fù)載，第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管組成橋形電路，第一二極管和第二二極管組成一對(duì)橋臂，第三二極管和第四二極管組成一對(duì)橋臂，第一二極管和第三二極管組成共陰極，第二二極管和第四二極管組成共陽(yáng)極；所述高頻變壓器副邊的同名端和異名端分別與橋形電路的e節(jié)點(diǎn)和f節(jié)點(diǎn)連接；所述l型濾波器和負(fù)載相串聯(lián)連接于橋形電路的共陰極和共陽(yáng)極之間；

本發(fā)明的“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦調(diào)制包含“電流型解耦”和“電流型結(jié)耦”兩部分工作；其中，電流型解耦工作是針對(duì)電路特征和物理連接的分析，將雙向開關(guān)管電路分解為兩個(gè)單向開關(guān)管電路，所以可將單相高頻鏈矩陣整流器變壓器前級(jí)矩陣變換器解耦成正、負(fù)兩組普通的單相電流型整流器；而電流型結(jié)耦工作采用“與或”門構(gòu)造的邏輯變換和控制實(shí)現(xiàn)，其核心控制思路為：正組單相電流型整流器工作時(shí)，相當(dāng)于負(fù)組整流器全部的開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，同理，負(fù)組單相電流型整流器工作時(shí)，相當(dāng)于正組整流器開關(guān)管全部關(guān)斷。

所述一種“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法包括如下內(nèi)容：

pulse、pulsen為電流型單極性pwm調(diào)制產(chǎn)生的2個(gè)互補(bǔ)的低頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，spwm、spwmn為單極性pwm調(diào)制產(chǎn)生的兩個(gè)互補(bǔ)的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，vp、vn為二分之一載波頻率的互補(bǔ)高頻方波信號(hào)，spah、snah、spbh、snbh為高頻變壓器hfac原邊單相矩陣變換器的4個(gè)雙向開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

通過電流型單極性pwm調(diào)制信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生2個(gè)低頻信號(hào)pulse、pulsen和2個(gè)高頻信號(hào)spwm、spwmn，然后通過“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦調(diào)制將電流型單極性pwm調(diào)制產(chǎn)生的4個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和二分之一開關(guān)頻率的高頻方波進(jìn)行邏輯組合，即將spwmn和vn進(jìn)行邏輯“與”，pulse和vp進(jìn)行邏輯“與”，再將兩個(gè)與門得到的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行邏輯“或”，得到第一單向開關(guān)管和第二單向開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；將pulse和vn進(jìn)行邏輯“與”，spwmn和vp進(jìn)行邏輯“與”，再將兩個(gè)與門得到的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行邏輯“或”，得到第四單向開關(guān)管和第三單向開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；將spwm和vn進(jìn)行邏輯“與”，pulsen和vp進(jìn)行邏輯“與”，再將兩個(gè)與門得到的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行邏輯“或”，得到第五單向開關(guān)管和第六單向開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；將pulsen和vn進(jìn)行邏輯“與”，spwm和vp進(jìn)行邏輯“與”，再將兩個(gè)與門得到的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行邏輯“或”，得到第七單向開關(guān)管和第八單向開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；采用此調(diào)制策略，單相高頻鏈整流器能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，單位功率因數(shù)，以及輸出大范圍的直流電壓。

傳統(tǒng)的用于單相電流型整流器的單極性pwm調(diào)制得到的高頻和低頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)和二分之一開關(guān)頻率的高頻方波經(jīng)過本發(fā)明所提出的“與或”門邏輯進(jìn)行相應(yīng)邏輯處理產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，最終驅(qū)動(dòng)單相高頻鏈矩陣整流器變壓器前級(jí)矩陣變換器的開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)單相高頻鏈矩陣整流器變壓器原邊矩陣變換器雙向開關(guān)管的安全換流，避免在開關(guān)管上產(chǎn)生電壓過沖。

由于采用上述技術(shù)方案，相比于現(xiàn)有方法，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明采用“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦調(diào)制將單相高頻鏈矩陣整流器高頻變壓器前級(jí)解耦成兩個(gè)普通的單相電流型整流器進(jìn)行分析，這樣簡(jiǎn)化了對(duì)矩陣變換器的分析難度，使矩陣變換器的控制更加簡(jiǎn)單；

2、本發(fā)明驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方便，不需要外加輔助電路就實(shí)現(xiàn)了單相高頻鏈矩陣整流器高頻變壓器原邊矩陣變換器的開關(guān)管的安全換流，使得高頻變壓器的漏感能量得到釋放，避免了高頻變壓器產(chǎn)生電壓尖峰，大大減小了開關(guān)損耗；

3、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)單相高頻鏈整流器網(wǎng)側(cè)電流正弦化、單位功率因數(shù)以及輸出大范圍的直流電壓；

4、本發(fā)明無需采用輔助電路即可實(shí)現(xiàn)高頻變壓器漏感的自然續(xù)流，僅僅通過采用邏輯組合就可以實(shí)現(xiàn)，在高頻變壓器有漏感的情況下，單相高頻鏈矩陣整流器高頻變壓器前級(jí)矩陣變換器開關(guān)管的安全換流，避免了在高頻變壓器兩端產(chǎn)生電壓尖峰，減小了開關(guān)管損耗；

5、本發(fā)明所提出的邏輯控制簡(jiǎn)單，實(shí)施方法靈活過程簡(jiǎn)便，可有效提升整機(jī)效率和系統(tǒng)可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明單相高頻鏈矩陣整流器電路拓?fù)鋱D；

圖2為本發(fā)明單相高頻鏈矩陣整流器的解耦示意圖；

圖3為“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法的原理框圖；

圖4為“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法原理圖；

圖5為“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法邏輯合成圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的調(diào)制方法做進(jìn)一步說明：

本發(fā)明的一種“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法，本發(fā)明方法采用的單相高頻鏈矩陣整流器電路拓?fù)鋱D如圖1所示，它包括前級(jí)電路、高頻變壓器hfac和后級(jí)電路；所述前級(jí)電路是由電壓源ei、lc型濾波器和單相矩陣變換器構(gòu)成；所述后級(jí)電路是由不控整流電路，l型濾波器ldc和負(fù)載r構(gòu)成；所述前級(jí)電路將單相工頻交流電轉(zhuǎn)換成單相高頻交流電，然后通過所述高頻變壓器hfac耦合輸出，再通過所述不控整流電路將所述前級(jí)電路輸出的單相高頻交流電整流成直流電，最后經(jīng)過所述l型濾波器濾掉直流電流的高次諧波最終輸出平滑的直流電；所述前級(jí)電路中電壓源ei一端與所述lc型濾波器的濾波電感l(wèi)連接，所述lc型濾波器的濾波電容c一端與所述單相矩陣變換器的a節(jié)點(diǎn)連接，其另一端與所述單相矩陣變換器的b節(jié)點(diǎn)和所述電壓源ei的另一端連接；

所述單相矩陣變換器是由第一雙向開關(guān)管spa、第二雙向開關(guān)管sna、第三雙向開關(guān)管spb和第四雙向開關(guān)管snb組成；第一雙向開關(guān)管spa的一個(gè)集電極與第二雙向開關(guān)管sna的一個(gè)集電極連接于a節(jié)點(diǎn)，使第一雙向開關(guān)管spa和第二雙向開關(guān)管sna構(gòu)成a相橋臂；第三雙向開關(guān)管spb的一個(gè)集電極與第四雙向開關(guān)管snb的一個(gè)集電極連接于b節(jié)點(diǎn)，使第三雙向開關(guān)管spb和第四雙向開關(guān)管snb構(gòu)成b相橋臂；第一雙向開關(guān)管spa的另一個(gè)集電極與第三雙向開關(guān)管spb的另一個(gè)集電極相連接于c節(jié)點(diǎn)；第二雙向開關(guān)管sna的另一個(gè)集電極與第四雙向開關(guān)管snb的另一個(gè)集電極相連接于d節(jié)點(diǎn)；

所述第一雙向開關(guān)管spa是由第一單向開關(guān)管spa-和第二單向開關(guān)管spa+串聯(lián)組成；所述第二雙向開關(guān)管sna是由第三單向開關(guān)管sna-和第四單向開關(guān)管sna+串聯(lián)組成；所述第三雙向開關(guān)管spb是由第五單向開關(guān)管spb-和第六單向開關(guān)管spb+串聯(lián)組成；所述第四雙向開關(guān)管snb是由第七單向開關(guān)管snb-和第八單向開關(guān)管snb+串聯(lián)組成；

所述單相矩陣變換器的c節(jié)點(diǎn)與所述高頻變壓器hfac原邊的同名端連接，所述單相矩陣變換器的d節(jié)點(diǎn)與所述高頻變壓器hfac原邊的異名端連接；

所述后級(jí)電路包括第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3、第四二極管d4、l型濾波器ldc和負(fù)載r，第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3和第四二極管d4組成橋形電路，第一二極管d1和第二二極管d2組成一對(duì)橋臂，第三二極管d3和第四二極管d4組成一對(duì)橋臂，第一二極管d1和第三二極管d3組成共陰極，第二二極管d2和第四二極管d4組成共陽(yáng)極；所述高頻變壓器hfac副邊的同名端和異名端分別與橋形電路的e節(jié)點(diǎn)和f節(jié)點(diǎn)連接；所述l型濾波器ldc和負(fù)載r相串聯(lián)接于橋形電路的共陰極和共陽(yáng)極之間。

圖2為本發(fā)明的單相高頻鏈矩陣整流器解耦示意圖，根據(jù)“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法原理，將單相高頻鏈矩陣整流器高頻變壓器hfac前級(jí)解耦成兩個(gè)單相正、負(fù)組電流型整流器，當(dāng)正組單相電流型整流器工作時(shí)，相當(dāng)于電流只流過負(fù)組整流器開關(guān)管的反并聯(lián)二極管上，此時(shí)相當(dāng)于負(fù)組整流器的開關(guān)管全部關(guān)斷，當(dāng)負(fù)組單相電流型整流器工作時(shí)，相當(dāng)于電流只流過正組整流器的開關(guān)管的反并聯(lián)二極管上，此時(shí)相當(dāng)于正組整流器的開關(guān)管全部關(guān)斷。

圖3為本發(fā)明“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法的系統(tǒng)原理框圖，此方法由電流型單極性pwm調(diào)制信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)，“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦邏輯處理電路以及被控對(duì)象單相矩陣變換器電路。其中，電流型單極性pwm調(diào)制信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生2個(gè)低頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)和2個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后通過“與或”門構(gòu)造的專用邏輯將產(chǎn)生的4個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和二分之一開關(guān)頻率的高頻方波進(jìn)行邏輯組合，從而僅通過此方法即實(shí)現(xiàn)單相高頻鏈矩陣整流器的前級(jí)矩陣變換器開關(guān)管的安全換流。

圖4為以波形圖象方式對(duì)“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦單極性pwm方法原理進(jìn)行說明，圖中pulse、pulsen為電流型單極性pwm調(diào)制產(chǎn)生的2個(gè)互補(bǔ)的低頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，spwm、spwmn為單極性pwm調(diào)制產(chǎn)生的兩個(gè)互補(bǔ)的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，vp、vn為二分之一載波頻率的互補(bǔ)高頻方波信號(hào)，spah、snah、spbh、snbh為高頻變壓器hfac原邊單相矩陣變換器的4個(gè)雙向開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，up為變壓器原邊電壓，ip為變壓器原邊電流，由4個(gè)雙向開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、高頻變壓器hfac原邊電壓up以及高頻變壓器hfac原邊電流ip可以看出，此調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)單相高頻鏈矩陣整流器的前級(jí)矩陣變換器開關(guān)管的安全換流，避免了變壓器產(chǎn)生電壓尖峰。

圖5為“與或”門構(gòu)造的專用邏輯式電流型解結(jié)耦調(diào)制的邏輯電路，spwmn和vn進(jìn)行邏輯“與”，pulse和vp進(jìn)行邏輯“與”，再將兩個(gè)與門得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行邏輯“或”，得到第一單向開關(guān)管spa-和第二單向開關(guān)管spa+的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；將pulse和vn進(jìn)行邏輯“與”，spwmn和vp進(jìn)行邏輯“與”，再將兩個(gè)與門得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行邏輯“或”，得到第四單向開關(guān)管sna+和第三單向開關(guān)管sna-的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；spwm和vn進(jìn)行邏輯“與”，pulsen和vp進(jìn)行邏輯“與”，再將兩個(gè)與門得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行邏輯“或”，得到第第五單向開關(guān)管spb-和第六單向開關(guān)管spb+的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；將pulsen和vn進(jìn)行邏輯“與”，spwm和vp進(jìn)行邏輯“與”，再將兩個(gè)與門得到的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行邏輯“或”，得到第七單向開關(guān)管snb-和第八單向開關(guān)管snb+的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？梢婒?qū)動(dòng)信號(hào)邏輯簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方便。

以上所述的實(shí)例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。