[發(fā)明專利]一種雙有源橋型高頻鏈逆變器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310640715.2
• 申請(qǐng)日: 2023-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN116365892B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐千鳴;胡煥陶;張家奎;郭鵬;莫楠;胡家瑜;徐百龍;青卓;劉佳運(yùn);何志興;羅安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/337
• 分類號(hào): H02M3/337;H02M1/32;H02M1/38;H02M1/088
• 代理公司: 長(zhǎng)沙麓創(chuàng)時(shí)代專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43249
• 代理人: 賈慶

1.一種雙有源橋型高頻鏈逆變器，其特征在于，包括直流電壓源、原邊推挽電路、高頻變壓器、半橋電路一、半橋電路二和無差拍控制模塊；

直流電壓源兩端分別電連接原邊推挽電路兩端形成回路；原邊推挽電路通過高頻變壓器電連接半橋電路一和半橋電路二；半橋電路一和半橋電路二通訊連接無差拍控制模塊；所述直流電壓源與原邊推挽電路兩端連接形成回路；

所述原邊推挽電路分別電連接高頻變壓器原邊的第一繞組和第二繞組；所述半橋電路一和半橋電路二分別和高頻變壓器副邊的第三繞組和第四繞組電連接；第一繞組與第三繞組互感，第二繞組與第四繞組互感；

所述半橋電路一和半橋電路二反向串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)差分電壓輸出得到完整正弦電壓；

所述無差拍控制模塊采樣半橋電路一和半橋電路二的各自輸出電壓和輸出電流，并采用單移相調(diào)制策略實(shí)現(xiàn)無差拍控制：

對(duì)雙有源橋型高頻鏈逆變器的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模得到數(shù)學(xué)模型，得到半橋電路一和半橋電路二所需的移相角和電路結(jié)構(gòu)中狀態(tài)變量之間的關(guān)系，所述狀態(tài)變量包括半橋電路一和半橋電路二各自的輸出電壓和輸出電流；對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散化得到控制變量移相角、狀態(tài)變量輸出電壓和輸出電流之間的離散表達(dá)式，再采用數(shù)字控制器對(duì)雙有源橋型高頻鏈逆變器采用無差拍控制方式進(jìn)行控制，以變壓器原邊的電壓波形為參考，通過采樣半橋電路一的輸出電壓和輸出電流以及半橋電路二的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行移相角計(jì)算，得出半橋電路一和半橋電路二所需的移相角度，分別控制第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管的通斷，進(jìn)而得到完整正弦電壓輸出；

所述進(jìn)行數(shù)學(xué)建模得到數(shù)學(xué)模型的步驟如下：

控制高頻變壓器原邊輸出占空比為50%的方波電壓且U_ab=U_cd；U_ab為高頻變壓器原邊的第一繞組兩端的電壓，U_cd為高頻變壓器原邊的第二繞組兩端的電壓；所述半橋電路一中第三MOS管和第四MOS管控制信號(hào)互補(bǔ)，當(dāng)?shù)谌齅OS管導(dǎo)通，第四MOS管關(guān)斷；當(dāng)?shù)谌齅OS管關(guān)斷，第四MOS管導(dǎo)通，因此變壓器副邊電壓U_ef被控制成占空比為50%的方波電壓，所述半橋電路二中第五MOS管和第六MOS管控制信號(hào)互補(bǔ)，當(dāng)?shù)谖錗OS管導(dǎo)通，第六MOS管關(guān)斷；當(dāng)?shù)谖錗OS管關(guān)斷，第六MOS管導(dǎo)通，因此變壓器副邊電壓U_gh被控制成占空比為50%的方波電壓，但是U_ef≠U_gh，當(dāng)正弦參考電壓位于正半周期中，U_ef的幅值按照正弦規(guī)律變化且U_ab與U_ef相位差為φ，U_gh在電壓0附近小范圍波動(dòng)；當(dāng)正弦波位于負(fù)半周期中，U_gh的幅值按照正弦規(guī)律變化且U_cd與U_gh相位差為φ，U_ef在電壓0附近波動(dòng)；

設(shè)高頻變壓器原副邊方波電壓的頻率為f_c，周期為T_c，φ=T_c*D，其中，D為副邊電壓相對(duì)于原邊電壓的移相角占空比；設(shè)置采樣頻率為f_c,采樣周期為T_c，通過對(duì)所述雙有源橋型高頻鏈逆變器進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得到移相占空比D_(k)的離散化表達(dá)式為：

其中，L_r為L_r1和L_r2的電感值；L_r1和L_r2分別為高頻變壓器第三繞組和第四繞組的儲(chǔ)能電感；C為C₁、C₂、C₃、C₄的電容值，C₁、C₂、C₃、C₄分別為第一電容、第二電容、第三電容和第四電容；N為變壓器副邊匝數(shù)與原邊匝數(shù)比值；E為直流電壓源電壓大小；i_o(k)為當(dāng)前輸出半波電壓半橋電路的第k拍采樣輸出電流；u_(k)為當(dāng)前輸出半波電壓半橋電路的第k拍采樣輸出電壓；u_ref為當(dāng)前采樣周期參考電壓值；通過分別采樣半橋電路一輸出電壓U_mn、輸出電流i_o1、半橋電路二的輸出電壓U_pq和輸出電流i_o2進(jìn)行閉環(huán)控制，將采樣的半橋電路一輸出電壓和輸出電流以及半橋電路二輸出電壓和輸出電流分別應(yīng)用公式（1.1）進(jìn)行計(jì)算分別得到半橋電路一和半橋電路二的移相角占空比，然后通過數(shù)字控制器分別根據(jù)上一步計(jì)算得到的移相占空比D_(k)生成對(duì)應(yīng)移相角的方波信號(hào)控制第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)完整正弦電壓輸出。