[發明專利]一種分級變頻式多路串聯諧振逆變電源

有效

• 申請號: 201611163656.0
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106602890B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 饒波;徐國;丁永華;李茂
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/5387;H02M1/32
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

本發明公開了一種分級變頻式多路串聯諧振逆變電源，包括整流變壓器、三相全橋相控整流器、LC濾波器、H橋逆變器、匹配變壓器、負載線圈和n個并聯連接的分級變頻單元，每個分級變頻單元包括電荷泄放器、諧振電容器和切換開關，電荷泄放器與所述諧振電容器并聯連接后，一端通過切換開關與所述匹配變壓器連接，另一端與負載線圈連接。本發明通過投切不同的分級變頻單元和匹配對應的H橋逆變器驅動頻率，實現電源的分級變頻運行；可在極短時間內泄放諧振電容器中的殘存電荷，及時消除切換開關承受的直流偏壓，防止切換開關過壓燒毀；切換開關采用同步觸發策略和同步切換策略控制，控制策略簡單，保證電源輸出電流頻率的無縫切換，電流諧波畸變小。

技術領域

本發明屬于電力電子領域，更具體地，涉及一種分級變頻式多路串聯諧振逆變電源。

背景技術

串聯諧振逆變電源在感應加熱電源、超聲波電源、激光器電源和托卡馬克電源等各種高頻大功率電源設計中被廣泛采用。串聯諧振逆變電源通常采用AC-DC-AC拓撲，即AC-DC整流和DC-AC逆變。如圖1所示，現有技術提供的串聯諧振逆變電源主電路拓撲包括整流變壓器1、三相全橋相控整流器2、LC濾波器3、H橋逆變器4、匹配變壓器5、諧振電容器6、負載線圈7。整流變壓器1輸入端從10kV電網取電，輸出端按相序依次連接三相全橋相控整流器2的三個橋臂輸入端；三相全橋相控整流器2由晶閘管T_R1、T_R2、T_R3、T_R4、T_R5、T_R6組成；T_R1和T_R4、T_R3和T_R6、T_R5和T_R2分別組成三個橋臂；三個上管T_R1、T_R3、T_R2共陰極，其輸出端接LC濾波器輸入正端；三個下管T_R4、T_R6、T_R2共陽極，其輸出端接LC濾波器輸入負端；LC濾波器3由濾波電感L_d和濾波電容C_d組成；濾波電感L_d一端作為LC濾波器3的輸入正端，另一端與濾波電容C_d的正端連接，連接點為LC濾波器3的輸出正端；濾波電容C_d的負端同時作為LC濾波器3的輸入負端和輸出負端；H橋逆變器4由帶有反并聯二極管的絕緣柵雙極型功率管(IGBT)T_I1、T_I2、T_I3和T_I4組成；T_I1和T_I2、T_I3和T_I4分別組成正橋臂和反橋臂，正橋臂輸出端接匹配變壓器5輸入正端，反橋臂輸出端接匹配變壓器5輸入負端；兩個上管T_I1和T_I3共集電極，與LC濾波器3的輸出正端連接；兩個下管T_I2和T_I4共發射極，與LC濾波器的輸出負端連接；諧振電容器6和負載線圈7串聯成RLC諧振支路，RLC諧振支路自然諧振頻率由其諧振電容器6的容值C_r和負載線圈7等效阻抗L_r、R_r共同決定；RLC諧振支路的正端與匹配變壓器的輸出正端連接，RLC諧振支路的負端與匹配變壓器的輸出負端連接。

為保證電源工作時處于諧振或準諧振狀態，H橋逆變器4的驅動頻率通常等于或略高于RLC諧振支路的自然諧振頻率，此時電源輸出電流的頻率會穩定在RLC諧振支路的自然諧振頻率點附近，無法在電源運行過程中改變。在實際應用中，某些場合(如托卡馬克物理實驗)要求串聯諧振逆變電源輸出電流的頻率在電源運行過程中能夠在多個頻率點間自由平滑切換，即分級變頻運行，現有技術無法滿足相關應用的要求。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種分級變頻式多路串聯諧振逆變電源，旨在解決現有串聯諧振逆變電源無法分級變頻運行的問題，以滿足相關應用(如托卡馬克物理實驗)的要求。