一种单级高频隔离逆变器谐振电压抑制电路及方法

本发明属于逆变器，具体为一种单级高频隔离逆变器谐振电压抑制电路及方法。

背景技术：

1、随着新能源技术得到迅速发展，大功率快速电力电子开关、高性能微处理器以及现代控制技术的不断进步，电力电子变换器在电能转换和处理领域的应用呈现出日益广泛的趋势。高频隔离逆变器因其体积小巧、重量轻、噪音低等特点，被广泛地应用于对体积和重量有严格要求的领域，受到了普遍的青睐和推崇。但是由于mosfet、igbt等全控型电力电子器件存在不可避免的寄生参数，采用寄生参数更小的新型材料将会增加一定的成本，因此在实际应用中，会存在变压器副边电压过冲问题和变换器损耗问题，此外，如何实现高频隔离逆变器安全换流是众多学者所研究的热点问题。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种单级高频隔离逆变器谐振电压抑制电路及方法，以消除变压器副边电压过冲，并且实现安全换流。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种单级高频隔离逆变器谐振电压抑制电路，包括单相全桥逆变电路、矩阵变换器、半桥有源钳位电路和滤波电路；所述单相全桥逆变电路布置在高频隔离变压器的一次侧；半桥有源钳位电路布置在高频隔离变压器的二次侧；

3、所述单相全桥逆变电路，包括绝缘栅双极晶体管s1、s2、s3、s4，二极管d1、d2、d3、d4，电容c1、c2、c3和c4及一次侧漏感lk1；

4、所述的半桥有源钳位电路用于消除高频隔离变压器副边的电压过冲，对高频隔离变压器漏感与矩阵变换器开关管寄生电容引起的谐振尖峰起到抑制作用；半桥有源钳位电路包括绝缘栅双极晶体管sc1、sc2，二极管dc1、dc2及电容cc1、cc2；

5、所述的矩阵变换器为高频隔离变压器二次侧漏感提供换流通路，其包括绝缘栅双极晶体管s11、s12、s13、s14、、s21、s22、s23、s24，二极管d11、d12、d13、d14、d21、d22、d23、d24；

6、高频隔离变压器副边为正负电平期间，钳位电容与高频隔离变压器副边输出电压相同；

7、所述滤波电路包括滤波电感lf、滤波电容cf、电阻负载rl。

8、本发明进一步提供一种单级高频隔离逆变器谐振电压抑制方法，采用解结耦单极性移相调制策略，在调制波ug>0，前半个开关周期的工作过程如下，其中电容c1、c2、c3和c4的容值为cp：

9、模态1，t0～t1：当时间为t0时，s13、s21完成零电压关断；在此期间，高频隔离变压器原边uc1＝0，uc2＝e，原边电流ia经d1、s3续流，d13、d21仍处于导通状态，为电感电流提供s11d12s22d21和s14d13s23d24两条路径实现续流；

10、模态2，t1～t2：当时间为t1时，uc3＝0，s3断开，uc3吸收能量，uc4释放能量，uc3＝uab；在此期间，一次侧漏感lk1与c3和c4产生谐振，原边电流ia<0，电感电流ilf通过矩阵变换器的s11d12s22d21和s14d13s23d24两条路径实现续流；

11、模态3，t2～t3：当时间为t2时，uc4＝0，uab＝e，原边电流ia经过d1和d4流向电源，在此期间，s4的接通状态为零点压，原边电流ia减小至零；

12、模态4，t3～t4：在此期间，s1和s4接通，原边电流ia从零开始增大，但不够满足支持电感电流ilf的条件，高频隔离变压器副边仍处于续流状态，ucd＝0；

13、模态5，t4～t5：在此期间，原边电流ia增大至满足支持电感电流ilf的条件，ucd＝nuab＝ne，二极管d13和d21反向截止，高频隔离变压器副边结束续流，同时，通过半桥有源钳位电路的ccl1消除s13和s21中寄生电容与二次侧漏感lk2产生的谐振，ucd＝e，sc1在该阶段实现零电压状态下的接通和断开；

14、模态6，t5～t6：当时间为t5时，uc1＝0，s1断开状态为零点压；在此期间，ilf＝ia/n，其中n＝n2/n1，c1吸收能量，c2释放能量。

15、在调制波ug>0时，后半个开关周期的工作过程与前半个开关周期的工作过程类似，在后半个开关周期中，通过半桥有源钳位电路的ccl2消除s11和s23中寄生电容与lk2产生的谐振，ucd＝e，sc2在该阶段实现零电压状态下的接通和断开。

16、优选地，模态2中，原边电流ia为：

17、

18、其中，t为该模态中的时刻。

19、优选地，模态2中，一次侧漏感lk1与c3和c4产生谐振的时间为：

20、

21、优选地，模态2中，c3和c4两端电压分别为：

22、

23、

24、优选地，模态6中，c1和c2两端电压分别为：

25、

26、

27、其中，t为该模态中的时刻。

28、优选地，模态6的持续时间为：

29、

30、本发明的有益效果体现在：相对于传统的无钳位电路的高频隔离逆变器在输出pwm上升或下降沿处其变压器副边会产生电压尖峰，并且无法为滤波电感和副边绕组提供续流回路，本发明在变压器二次侧加入半桥有源钳位电路，通过半桥钳位电路的作用，实现安全换流和抑制谐振尖峰；采用解结耦单极性移相调制策略，为滤波电感和变压器副边漏感电流提供了安全的续流回路；矩阵变换器开关管状态切换均发生在变压器二次侧电压为零电平期间，使开关管的动作实现了软开关，降低了损耗，提升了高频逆变器的性能。

技术特征：

1.一种单级高频隔离逆变器谐振电压抑制电路，其特征在于：包括单相全桥逆变电路、矩阵变换器、半桥有源钳位电路和滤波电路；所述单相全桥逆变电路布置在高频隔离变压器的一次侧；半桥有源钳位电路布置在高频隔离变压器的二次侧；

2.一种基于权利要求1所述电路的单级高频隔离逆变器谐振电压抑制方法，其特征在于：采用解结耦单极性移相调制策略，在调制波ug>0时，前半个开关周期的工作过程如下，其中电容c1、c2、c3和c4的容值为cp：

3.根据要求2所述的方法，其特征在于：在调制波ug>0时，后半个开关周期中，通过半桥有源钳位电路的ccl2消除s11和s23中寄生电容与二次侧漏感lk2产生的谐振，ucd＝e，sc2在该阶段实现零电压状态下的接通和断开。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在模态2中，原边电流ia为：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在模态2中，一次侧漏感lk1与c3和c4产生谐振的时间为：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在模态2中，c3和c4两端电压分别为：

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，模态6中，c1和c2两端电压分别为：

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，模态6的持续时间为：

技术总结本发明属于逆变器技术领域，具体为一种单级高频隔离逆变器谐振电压抑制电路及方法。一种单级高频隔离逆变器谐振电压抑制电路，包括单相全桥逆变电路、矩阵变换器、半桥有源钳位电路和滤波电路；所述单相全桥逆变电路布置在高频隔离变压器的一次侧；半桥有源钳位电路布置在高频隔离变压器的二次侧。本发明在变压器二次侧加入半桥有源钳位电路，通过半桥钳位电路的作用，实现安全换流和抑制谐振尖峰；采用解结耦单极性移相调制策略，为滤波电感和变压器副边漏感电流提供了安全的续流回路；矩阵变换器开关管状态切换均发生在变压器二次侧电压为零电平期间，使开关管的动作实现了软开关，降低了损耗，提升了高频逆变器的性能。技术研发人员：朱文杰,李云飞,孙宇,王志宇,杨新涛,李学武,张文硕,李硕,田艳兵,马兆兴受保护的技术使用者：青岛理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25