一种双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法技术

本发明专利技术公开一种双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法，通过对变压器原边周波变换器和有源钳位电路的调制、副边H桥电路的调制，不但解决了此类整流器固有的电压过冲和振荡的问题，并且能够实现所有开关的零电压开断，进一步提高了工作效率，减小了电磁干扰。本发明专利技术的控制方法对输出电压进行闭环控制，使得不论在电阻负载还是整流器负载下，还是输入交流电压波动的情况下，该整流器都能输出稳定的直流电压。

【技术实现步骤摘要】
一种双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法
本专利技术涉及一种双向功率流高频隔离有源钳位整流器，属于电力电子变换技术。
技术介绍
高频隔离PWM整流器相比于工频变压器隔离的晶闸管相控整流器，具有体积小，重量轻、噪声小和造价低等特点。常规的高频隔离AC/DC变换器由AC/DC/HFAC/DC三级变换构成，因其中间有一级是二极管整流电路，所以功率是单方向的。同时，因为功率变换等级较多，导致效率降低；直流母线的大电容会降低可靠性。双向高频链整流器采用AC/HFAC/DC两级变换，不需要直流母线大电容。该高频隔离的整流器可以广泛用于新能源并网发电、UPS、高功率因数大功率直流电源和电动汽车充电等领域许多学者提出了双功率流向的高频隔离逆变器，但是提出作为整流器模式工作的高频隔离型变换器，包括其电路、调制方法及其控制策略的文献很少。也有人初步提出了单相双功率流高频隔离整流器，但有电压过冲和振荡等问题。以上论述表明，双向功率流高频隔离整流器以其独特的优点越来越受到关注，如何消除其消除电压过冲和振荡，实现尽可能多的软开关工作条件以提高效率，并开发相应的控制策略对高频链整流器的输出电压和电网侧电感电流进行高性能控制等问题亟待解决。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提出一种双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法，该方法消除了此类整流器的电压过冲和振荡现象，钳位电路和周波变换器均实现零电压开断，并且在负载变化和输入交流电压波动情况下，能输出稳定的直流电压，并保证高质量的且功率因数可设定的电网侧电流波形。技术方案：本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法，所述整流器主电路包括：原边的由双向开关构成的周波变换器、原边的由全桥电路及二极管构成的有源钳位电路、副边的H桥电路和谐振电感，其特征在于：载波和调制波以及负调制波比较产生主电路中各开关管的动作信号，并留出足够的死区时间保证钳位电路和周波变换器中开关管的零电压开断和保证所有开关管的足够的安全裕量；在调制波极性变化的时候，副边H桥电路的超前桥臂和滞后桥臂也跟着互换；在周波变换器切换时，有源钳位电路中全桥电路同一桥臂上下开关管工作在互补的模式下，给原边电网侧电感电流和变压器原边的电流提供通路，不产生电流突变，从而避免电压过冲和电压振荡；有源钳位电路中全桥电路的开关管的开关动作都是在开关管两端电位相同的时刻进行，实现钳位电路的零电压开关。有益效果：本专利技术所提出的双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法通过对变压器原边周波变换器和有源钳位电路的调制、副边H桥电路的调制，不但解决了此类整流器固有的电压过冲和振荡的问题，并且能够实现所有开关的零电压开断，进一步提高了工作效率，减小了电磁干扰。本专利技术的控制方法对输出电压进行闭环控制，使得不论在电阻负载还是整流器负载下，还是输入交流电压波动的情况下，该整流器都能输出稳定的直流电压。附图说明图1是双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法原理图。图2是图1中主电路的实现形式之一，其原边为全波结构的周波变换器。图3是图1中主电路的实现形式之一，其原边为全桥结构的周波变换器。图4是本专利技术主要调制波形。图5(a)和5(b)是未加有源钳位电路的高功率密度隔离型整流器系统变压器副边电压uAB和原边电压uCD。图5(c)和5(d)是带钳位电路的高功率密度隔离型整流器系统变压器副边电压uAB和原边电压uCD。图6（a）是双向开关S5S6上的开关波形图，图6(b)和图6(c)是原边SC1上的驱动及开关管两端电压。图7是本专利技术软开关实现方法以及详细波形示意图。图8是该整流器输出的电压和电网侧单位功率因数的电流波形图。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明：如图1所示，双向功率流高频隔离有源钳位整流器主电路结构包括：原边的由双向开关构成的周波变换器、原边的由全桥电路及二极管构成的有源钳位电路、副边的H桥电路和谐振电感。图2是原边周波变换器为全波连接方式的整流器结构图。该整流器采用副边一个绕组，原边两个绕组的三绕组变压器。在变压器原边，双向开关S5S6，S7S8的输出分别连接到变压器原边绕组N2的同名端C点和原边绕组N3的异名端E点，双向开关S5S6，S7S8的输入都连接于一点F，原边电网侧电感Lf的输出端也连接到点F；两个二极管DC5和DC6连接点与周波变换器的输入点F相连，全桥电路中第一、第二电力电子开关SC1、SC2的连接点和第三、第四电力电子开关SC3、SC4的连接点分别连接变压器原边绕组N2的同名端C点和异名端D点。副边H桥电路由第一～第四开关管S1、S2、S3和S4组成，第一、第二开关管S1和S2串联形成一个桥臂，第三、第四开关管S3和S4串联构成另一个桥臂。第一、第二开关管S1和S2的连接点、第三、第四开关管S3和S4的连接点分别连接到变压器副边绕组N1的同名端A点和异名端B点，H桥的母线上并联了直流大电容Cd。图中的电感LK是谐振电感。组成原边的周波变换器的基本单元是双向开关，双向开关有两个全控型的电力电子开关组成，有两个开关反向串联、两个开关反向并联等几种，此处仅画出了以两个开关反向串联(图2中的S5S6等，图3中S5S5'等)的形式。图3是原边为全桥结构周波变换器的整流器主电路图，其原边有源钳位电路和副边结构与图2大致相同，不再赘述。该整流器采用原、副边均一个绕组的双绕组变压器。在变压器原边，两个二极管DC5、DC6的连接点F与原边电感Lf的输出端相连，有源钳位全桥电路中第一、第二电力电子开关SC1、SC2的连接点和第三、第四电力电子开关SC3、SC4的连接点分别连接变压器原边绕组N2的同名端C点和异名端D点；双向开关S5S5'、S6S6'、S7S7'和S8S8'组成全桥结构，该全桥的两个母线分别接到变压器副边绕组N2的N2的同名端C点和异名端D点，全桥结构中双向开关S5S5'和双向开关S8S8'连接点E点、双向开关S6S6'和双向开关S7S7'连接点F分别连到原边电网侧电感Lf的输出端、电网不连接电感Lf的另一端。下面以图2中的主电路拓扑结构为例，结合图4对本专利技术的控制方法进行阐述。副边H桥电路开关管的开关时刻由调制波ug和锯齿载波(或者三角载波)uc比较来决定。相邻的载波周期内ug和uc的交点(调制波ug和载波uc相等的点)分别用来决定第一开关管S1的开通和关断信号，第二开关管S2的驱动信号与第一开关管S1的驱动信号互补。同时在以上两个相邻载波周期内，负调制波-ug和载波uc的交点(负调制波-ug和载波uc相等的点)分别用来决定第三开关管S3的开通和关断信号，第四开关管S4的驱动信号与第三开关管S3的驱动信号互补。副边的H桥电路工作在移相调制模式下，从图4中可以看出，其移相角度是变化的，并且留出了足够的上下开关管的死区时间保证足够的安全裕度。输入脉冲的宽度是正弦变化的，在调制波ug>0时，S1S2是超前桥臂，S3S4是滞后桥臂。ug<0时,超前桥臂和滞后桥臂互换。副边移相方式工作的全桥电路将电能在高频交流和直流之间转换。原边的周波变换器电路承担单极性PWM脉冲电压到正负脉冲电压之间的转换。周波变换器具体动作方式是：在电网侧为单位功率因数工作状态下，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法，所述整流器主电路包括：原边的由双向开关构成的周波变换器、原边的由全桥电路及二极管构成的有源钳位电路、副边的H桥电路和谐振电感，其特征在于：载波和调制波以及负调制波比较产生主电路中各开关管的动作信号，并留出足够的死区时间保证钳位电路和周波变换器中开关管的零电压开断和保证所有开关管的足够的安全裕量；在调制波极性变化的时候，副边H桥电路的超前桥臂和滞后桥臂也跟着互换；在周波变换器切换时，有源钳位电路中全桥电路同一桥臂上下开关管工作在互补的模式下，给原边电网侧电感电流和变压器原边的电流提供通路，不产生电流突变，从而避免电压过冲和电压振荡；有源钳位电路中全桥电路的开关管的开关动作都是在开关管两端电位相同的时刻进行，实现钳位电路的零电压开关。

【技术特征摘要】
1.一种双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法，所述整流器主电路包括：原边的由双向开关构成的周波变换器、原边的由全桥电路及二极管构成的有源钳位电路、副边的H桥电路和谐振电感；载波和调制波以及负调制波比较产生主电路中各开关管的动作信号，并留出足够的死区时间保证钳位电路和周波变换器中开关管的零电压开断和保证所有开关管的足够的安全裕量；在调制波极性变化的时候，副边H桥电路的超前桥臂和滞后桥臂也跟着互换；在周波变换器切换时，有源钳位电路中全桥电路同一桥臂上下开关管工作在互补的模式下，给原边电网侧电感电流和变压器原边的电流提供通路，不产生电流突变，从而避免电压过冲和电压振荡；有源钳位电路中全桥电路的开关管的开关动作都是在开关管两端电位相同的时刻进行，实现钳位电路的零电压开关；其特征在于原边有源钳位电路的调制：1)在变压器原边输入uCD>0时，有源钳位电路中全桥电路第一、第四电力电子开关(SC1、SC4)导通将输入电压钳位到2nE，n是变压器的匝数比，E是直流侧的输出电压；2)在变压器原边输入uCD＝0时，有源钳位电路中全桥电路第二、第四电力电子开关(SC2、SC4)导通将输入电压钳位到零，并给变压器原边和电网侧电感提供电流通路；3)在变压器原边输入uCD<0时，有源钳位电路中全桥电路的第二、第三电力电子开关(SC2、SC3)导通将输入电压钳位到-2nE。2.根据权利要求1所述的双向功率流高频隔离有源钳位整流器的控制方法，其特征在于原边的周波变换器电路承担单极性PWM脉冲电压到正负脉冲电压之间的转换，具体是：在电网侧为单位功率因数工作状态下，在电网电压的正半波，周波变换器将电能在正负相间的高频方波脉冲和正的单极性PWM方波脉冲之间相互转换；在电网电压的负...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，朱文杰，周克亮，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：