[發明專利]單相高頻鏈矩陣式逆變器的解結耦單極性移相調制方法

在審

• 申請號: 201510050293.9
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104578887A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 閆朝陽;徐術超;韓星月;鄭倩男;張青山;吳曉雨
• 申請（專利權）人: 閆朝陽;秦皇島燕大朝華電子科技有限公司
• 主分類號: H02M7/5395
• 分類號: H02M7/5395
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及單相高頻鏈矩陣式逆變器解結耦單極性移相調制方法，屬于電力電子功率變換器調制及控制領域。

背景技術

逆變器是一種把直流電能裝換成交流電能的拓撲裝置。高頻鏈逆變器采用高頻變壓器替代工頻變壓器克服了傳統變壓器體積大、噪聲大、成本高等缺點。

高頻鏈矩陣式逆變器的變換過程有DC/HFAC/LFAC三種功率特征，其中，HFAC：高頻交流，LFAC：低頻交流。可知此類逆變器中出現了DC/AC即直流/交流逆變環節，該環節位于變壓器原邊，又可知也出現了AC/AC即交流/交流變換環節，該環節也常稱為周波變換器或矩陣變換器環節位于變壓器副邊。矩陣變換器與傳統變換器相比，沒有中間儲能環節，采用雙向開關，可以實現能量的雙向流動，結構緊湊、體積小、效率高，且輸出電壓幅值和頻率可以獨立控制。

由于高頻變壓器漏感的存在，使得高頻鏈矩陣式逆變器換流時，在變壓器副邊矩陣變換器中功率管上產生較大電壓過沖，因此變壓器副邊矩陣/周波變換器的安全換流一直是制約高頻鏈逆變器實現大功率化的技術難點。目前主要有以下幾種安全換流策略：①通過加入有源箝位來抑制電壓過沖，可以實現軟開關，但引入的箝位電路顯然增加了成本，增加的可控功率管也使控制更為復雜；②利用串聯諧振電路來實現功率管的軟換流，通過控制諧振槽的能量使功率管工作在零電流點，但是能量的傳輸依賴于諧振電感和電容的容量，因而使得逆變器的輸出功率受到限制；③單極性和雙極性移相控制策略借助周波變換器的換流重疊實現了電感電流的自然換流，并且實現了功率管的ZVS，但存在換流重疊時間不易控制等問題。上述策略雖然能夠實現安全換流，但逆變器的調制和控制更為復雜使得整機效率的提升受限，導致了系統可靠性降低以致影響了該類變換器的廣泛推廣使用。

發明內容

本發明的目的在于解決現有的單相高頻鏈矩陣式逆變器的調制及控制方法實現復雜，不能簡單有效解決雙向開關安全換流等問題，提出能夠簡單而可靠地實現單相高頻鏈逆變器ZVS軟換流的解結耦單極性移相調制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

單相高頻鏈矩陣式逆變器解結耦單極性移相調制方法由單極性SPWM信號發生環節、解結耦單極性移相調制邏輯處理電路及被控對象單相高頻鏈矩陣式逆變器組成，單極性SPWM信號發生環節所產生的SPWM信息通過解結耦單極性移相調制方法及邏輯進行處理，將單相高頻鏈矩陣式逆變器解耦成兩個普通的電壓型逆變器，得到用于單相高頻鏈矩陣式逆變器的驅動控制信號，實現能量雙向流動和四象限運行。

解結耦單極性移相調制方法及邏輯分為解結耦調制方法及邏輯與單極性移相調制方法及邏輯兩部分內容。變壓器原邊高頻逆變器采用單極性移相調制方法，將輸入直流電壓調制成雙極性三態的高頻交流電壓波。變壓器副邊矩陣變換器采用解結耦調制方法，將變壓器傳遞的高頻交流電壓波轉換成單極性的SPWM波。

對于本發明所述的單極性移相是指變壓器原邊高頻逆變器中右橋臂功率管驅動信號相對于左橋臂功率管驅動信號存在一定的移相角。對于本發明所述的解結耦，包含“解耦”和“結耦”兩部分工作。其一，解耦工作是針對電路特征和物理連接的分析，分解交流電源為直流脈動電源，分解雙向可控開關電路為單向可控開關電路，故可將周波變換器解耦成正負兩組普通的電壓型逆變器。其二，結耦工作則側重于邏輯變換和控制實現，其核心控制思路為：正組逆變器工作時負組逆變器的全部功率管處于導通狀態，同理，負組逆變器工作時正組逆變器的功率管也具備全部導通條件。

傳統的單極性SPWM控制信號經過本發明所提邏輯電路處理后得到單極性移相驅動信號，同樣也可以得到與期望輸出正弦波頻率相同的低頻方波信號和二分之一開關頻率的高頻方波信號，將二者再進行邏輯處理后得到變壓器副邊矩陣變換器的解結耦驅動信號。根據解結耦單極性移相驅動原理，變壓器副邊矩陣變換器中功率管的開通與關斷均是在變壓器電壓為零期間完成的，故可以實現功率管的零電壓開關，并且能夠實現變壓器漏感與濾波電感電流的自然換流。

單相高頻鏈矩陣式逆變器的解結耦單極性移相調制方法，包括以下步驟：