輸出電壓相位自同步的lclc-t諧振型高頻逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高頻交流配電（HFACros)領(lǐng)域，特別涉及一種輸出電壓相位自同步的 LCLC-T諧振型高頻逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002] 高頻交流配電（HFACros)方式與直流配電（DCros)方式相比，具有電壓轉(zhuǎn)換方 便、功率變換級(jí)數(shù)少、功率密度高和效率高等優(yōu)點(diǎn)，既可應(yīng)用于小功率、短距離傳輸?shù)挠?jì)算 機(jī)和通信系統(tǒng)，又可應(yīng)用于中等功率、長(zhǎng)距離傳輸?shù)碾妱?dòng)汽車和微電網(wǎng)領(lǐng)域。高頻諧振逆變 器將電池、太陽(yáng)能板等直流電源設(shè)備產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，饋送至高頻交流母 線（HFACBUS)。隨著用電功率等級(jí)的不斷擴(kuò)大以及可靠性、冗余性要求的不斷提高，多組逆 變器并聯(lián)使用的要求越來(lái)越突出。逆變器并聯(lián)要求各組變換器的輸出電壓相位和幅值都要 一致，否則會(huì)在電路中產(chǎn)生環(huán)流，嚴(yán)重影響電路工作。目前，常采用的移相全橋逆變器，由于 調(diào)制策略的缺陷，導(dǎo)致輸出高頻交流電壓的相位和幅值耦合在一起，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)相位和幅 值的解耦控制，給多組逆變器并聯(lián)操作帶來(lái)不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提出一種輸出電壓相位自同步的 LCLC-T諧振型高頻逆變器，該LCLC-T諧振型高頻逆變器適用于高頻交流配電領(lǐng)域，具體可 以應(yīng)用于將電池、太陽(yáng)能板等直流電源設(shè)備的直流電轉(zhuǎn)成高頻交流電，在多組逆變器并聯(lián) 使用的場(chǎng)合，輸出電壓的幅值和相位解耦，實(shí)現(xiàn)各組逆變器輸出電壓相位自同步。
[0004] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種輸出電壓相位自同步的LCLC-T諧振 型高頻逆變器，包括：半橋單元X、反向串聯(lián)開(kāi)關(guān)管單元Y及LCLC-T諧振網(wǎng)絡(luò)單元Z;所述 半橋單元X包括第一電解電容Cfl、第二電解電容Cf2、第一諧振電容C1、第二諧振電容C2、第 一二極管VD1、第二二極管VD2、第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管S2;所述第一電解電容Cfl和第 二電解電容(；2的電容值相等；所述第一電解電容C￡1的負(fù)極與第二電解電容C^的正極相 連，所述第一開(kāi)關(guān)管S1的漏極、第一二極管VD:的陰極和第一諧振電容C:的一端均與第一 電解電容(^的正極相連接；所述第一開(kāi)關(guān)管Si的源極、第一二極管VDi的陽(yáng)極和第一諧振 電容C1的另一端均與第二開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連接；第二二極管VD2的陰極和第二諧振電容 (：2的一端均與第二開(kāi)關(guān)管S2的漏極相連接；所述第二開(kāi)關(guān)管S2的源極、第二二極管VD2的 陽(yáng)極和第二諧振電容C2的另一端均與第二電解電容C^的負(fù)極相連接；所述反向串聯(lián)開(kāi)關(guān) 管單元Y包括第三諧振電容C3、第四諧振電容C4、第三二極管VD3、第四二極管VD4、第三開(kāi) 關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4;所述第三開(kāi)關(guān)管S3的源極、第三二極管VD3的陽(yáng)極、第三諧振電容 C3的一端、第四二極管VD4的陽(yáng)極和第四諧振電容C4的一端均與第四開(kāi)關(guān)管S4的源極相連 接；所述第一諧振電容C1、第二諧振電容C2、第三諧振電容C3和第四諧振電容C4的值相等； 所述LCLC-T諧振網(wǎng)絡(luò)單元Z包括串聯(lián)諧振電感Ls、串聯(lián)諧振電容Cs、并聯(lián)諧振電感Lp和并 聯(lián)諧振電容Cp;所述串聯(lián)諧振電感L3的一端與串聯(lián)諧振電容C3的一端相連接；所述并聯(lián)諧 振電感Lp的一端和并聯(lián)諧振電容C p的一端均與串聯(lián)諧振電容C s的另一端相連接；所述反 向串聯(lián)開(kāi)關(guān)管單元Y中第三諧振電容(：3的另一端、第三二極管VD 3的陰極和第三開(kāi)關(guān)管S 3 的漏極、LCLC-T諧振網(wǎng)絡(luò)單元Z中串聯(lián)諧振電感匕的另一端均與半橋單元X中第一電解電 容(^的負(fù)極相連接；所述反向串聯(lián)開(kāi)關(guān)管單元Y中第四諧振電容(： 4的另一端、第四二極管 VD4的陰極和第四開(kāi)關(guān)管S 4的漏極、LCLC-T諧振網(wǎng)絡(luò)單元Z中并聯(lián)諧振電感L p的另一端和 并聯(lián)諧振電容Cp的另一端均與半橋單元X中第一開(kāi)關(guān)管S :的源極相連接；所述LCLC-T諧 振網(wǎng)絡(luò)單元Z在電路工作角頻率下呈現(xiàn)感性，以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)；所述第一開(kāi)關(guān)管S 1、第二開(kāi)關(guān) 管S2、第三開(kāi)關(guān)管S3、第四開(kāi)關(guān)管S4的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)G i、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)G2、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)G3、 第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)G4由三角載波Tri與直流電壓V 比較獲得；所述第一開(kāi)關(guān)管S i、第二開(kāi)關(guān) 管S2在三角載波Tri大于直流電壓V 時(shí)，交替導(dǎo)通；所述第三開(kāi)關(guān)管S 3在第一開(kāi)關(guān)管S : 導(dǎo)通的過(guò)程中，從三角波Tri到達(dá)峰值時(shí)刻開(kāi)始導(dǎo)通，在第二開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通時(shí)關(guān)斷；所述第 四開(kāi)關(guān)管S 4在第二開(kāi)關(guān)管S 2導(dǎo)通的過(guò)程中，從三角波Tri到達(dá)峰值時(shí)刻開(kāi)始導(dǎo)通，在第一 開(kāi)關(guān)管S1導(dǎo)通時(shí)關(guān)斷；一個(gè)工作周期可以分為以下6個(gè)階段：
[0005] 階段I :第四開(kāi)關(guān)管S4關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管S i導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓Uab等于輸 入直流電壓值V2in的1/2。
[0006] 階段II :第一開(kāi)關(guān)管S1導(dǎo)通過(guò)程中，第三開(kāi)關(guān)管S3開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值 Uab等于輸入直流電壓值V2in的1/2,且諧振電流i大于0,并逐漸增加。
[0007] 階段III :第一開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷，第一諧振電容C i充電，第二諧振電容C2和第四諧振 電容<^4放電，至第一開(kāi)關(guān)管S i的源極和第二開(kāi)關(guān)管S 2的漏極的交匯點(diǎn)A電位變成輸入直 流電壓值V2in的1/2時(shí)開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值U AB等于0,由于此時(shí)第三開(kāi)關(guān)管S 3開(kāi)通，故 電流從反向串聯(lián)開(kāi)關(guān)管單元Y流過(guò)，方向?yàn)閺纳系较隆?br>[0008] 階段IV :第三開(kāi)關(guān)管S3關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)管S 2開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值U AB等于 負(fù)的輸入直流電壓值V2in的1/2。
[0009] 階段V:第二開(kāi)關(guān)管S2導(dǎo)通過(guò)程中，第四開(kāi)關(guān)管S 4開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值U AB 等于負(fù)的輸入直流電壓值V2in的1/2,且諧振電流i小于0并逐漸變大。
[0010] 階段VI :第二開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷，第二諧振電容C2充電，第一諧振電容C i和第三諧振 電容C3放電，所述第一開(kāi)關(guān)管S i的源極和第二開(kāi)關(guān)管52的漏極的交匯點(diǎn)A電位變成輸入直 流電壓值V2in的1/2時(shí)有開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值U AB等于0,由于此時(shí)第四開(kāi)關(guān)管S 4開(kāi)通， 故電流從反向串聯(lián)開(kāi)關(guān)管單元Y流過(guò)，方向?yàn)閺南碌缴?。之后重?fù)以上6個(gè)階段。
[0011] 所述三角波頻率為2 Co1，對(duì)開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值Uab進(jìn)行傅里葉分解可得：
[0013] 所述輸出電壓相位自同步的LCLC-T諧振型高頻逆變器，可以通過(guò)改變直流電壓 Vraf的大小，進(jìn)而調(diào)整控制角a，從而改變開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值Uab的基波分量Uabi的幅 值；所述開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值Uab的基波分量U AB1關(guān)于三角載波Tri的過(guò)零點(diǎn)對(duì)稱，開(kāi)關(guān) 管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值Uab的基波分量U AB1的相位與三角載波Tl4同步，實(shí)現(xiàn)輸出電壓相位自同 步，達(dá)到幅值和相位的解耦；所述輸出電壓相位自同步的LCLC-T諧振型高頻逆變器，在需 要多組逆變器并聯(lián)時(shí)，只需調(diào)節(jié)輸出電壓幅值大小，采用相同三角載波Tri比較，相位會(huì)自 動(dòng)滿足同步要求，在需要多組逆變器并聯(lián)時(shí)可以省去相位同步控制單元，簡(jiǎn)化了控制電路， 為多組逆變器并聯(lián)提供了一種更為簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)途徑。
[0014] 所述串聯(lián)諧振電感Ls和串聯(lián)諧振電容Cs串聯(lián)成的串聯(lián)諧振電路固有諧振頻率為
并聯(lián)諧振電感Lp和并聯(lián)諧振電容Cp并聯(lián)成的并聯(lián)諧振電路固有諧振頻率為
，負(fù)載電阻為R，
中參數(shù)h、參數(shù)A2分別體現(xiàn)了串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路的固有諧振頻率偏離電路工 作頻率《i的程度，參數(shù)Qi、參數(shù)Q2分別體現(xiàn)了串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路相較于負(fù)載電 阻R的品質(zhì)因數(shù)。
[0015] 所述輸出電壓相位自同步的LCLC-T諧振型高頻逆變器的輸出電壓總諧波畸變率 THD的表達(dá)式為：
[0020] 所述輸出電壓相位自同步的LCLC-T諧振型高頻逆變器，在選擇元件參數(shù)時(shí)，需滿 足A1S1，A1，使得LCLC-T諧振網(wǎng)絡(luò)單元Z呈現(xiàn)感性；需根據(jù)輸出電壓總諧波畸變率 THD的表達(dá)式選擇參數(shù)Ai、參數(shù)A2、參數(shù)Q1、參數(shù)仏的值以保證輸出電壓總畸變率THD滿 足要求；需根據(jù)諧振電流i的表達(dá)式，
確定使開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)最小控制角 ^ min °
[0021]