[發明專利]LLC串聯諧振型單相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲

在審

• 申請號: 201710944467.5
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107707145A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 閆朝陽;龐建霞;孫喆;趙丁選;劉爽
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明涉及電力電子功率變換器拓撲領域，尤其是一種LLC串聯諧振型單相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲。

背景技術

逆變器是一種把直流電能轉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，高頻鏈矩陣式逆變器換流時，在變壓器副邊矩陣變換器的功率管上產生較大的電壓過沖，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范圍推廣的技術難點。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，但引入的箝位電路增加了成本，增加的可控功率管也使控制更為復雜；②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；③在前級逆變器引入串聯諧振電路來實現功率管的軟換流，此時要求功率管切換發生在零電流時刻，且控制輸出能量需要判斷諧振電路諧振工作狀態，使得控制方式復雜。

然而，上述策略雖然能夠實現安全換流，但造成逆變器的調制和控制更為復雜，導致系統可靠性降低以致影響了該類變換器的推廣使用。

發明內容

本發明目的在于提供一種功率變換等級少的LLC串聯諧振型單相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種LLC串聯諧振型單相高頻鏈矩陣式逆變器拓撲由全橋LLC串聯諧振逆變器、高頻變壓器T、矩陣變換器、CL型濾波器依次連接構成；

所述全橋LLC串聯諧振逆變器由直流輸入電壓U_i、可控開關管S₁、可控開關管S₂、可控開關管S₃、可控開關管S₄、諧振電感L_r和諧振電容C_r組成；所述矩陣變換器由可控開關管S_P1、可控開關管S_P2、可控開關管S_P3、可控開關管S_P4、可控開關管S_N1、可控開關管S_N2、可控開關管S_N3和可控開關管S_N4組成；所述CL型濾波器由電感L_f、電容C_f和負載R組成；

直流輸入電壓U_i的正極分別與可控開關管S₁的集電極、可控開關管S₃的集電極相連，可控開關管S₁的發射極分別與諧振電感L_r的一端、可控開關管S₂的集電極相連；可控開關管S₃的發射極分別與諧振電容C_r的一端、可控開關管S₄的集電極相連；直流輸入電壓U_i的負極分別與可控開關管S₂的發射極、可控開關管S₄的發射極相連；諧振電感L_r的另一端與高頻變壓器T原邊一端連接，諧振電容C_r的另一端與高頻變壓器T原邊的另一端相連；電感L_s是高頻變壓器T的勵磁電感；