[发明专利]LLC串联谐振型单相高频链矩阵式逆变器拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换器拓扑领域，尤其是一种LLC串联谐振型单相高频链矩阵式逆变器拓扑。

背景技术

逆变器是一种把直流电能转换成交流电能的拓扑装置。高频链逆变器采用高频变压器替代工频变压器克服了传统变压器体积大、噪声大、成本高等缺点。高频链矩阵式逆变器的变换过程有DC/HFAC/LFAC三种功率特征，其中，HFAC：高频交流，LFAC：低频交流。可知此类逆变器中出现了DC/AC即直流/交流逆变环节，该环节位于变压器原边，又出现了AC/AC即交流/交流变换环节，该环节也常称为周波变换器或矩阵变换器环节，位于变压器副边。矩阵变换器与传统变换器相比，没有中间储能环节，采用双向开关，可以实现能量的双向流动，结构紧凑、体积小、效率高，且输出电压幅值和频率可以独立控制。

由于高频变压器漏感的存在，高频链矩阵式逆变器换流时，在变压器副边矩阵变换器的功率管上产生较大的电压过冲，因此变压器副边矩阵/周波变换器的安全换流一直是制约高频链逆变器实现大范围推广的技术难点。目前主要有以下几种安全换流策略：①通过加入有源箝位来抑制电压过冲，可以实现软开关，但引入的箝位电路增加了成本，增加的可控功率管也使控制更为复杂；②单极性和双极性移相控制策略借助周波变换器的换流重叠实现了电感电流的自然换流，并且实现了功率管的ZVS，但存在换流重叠时间不易控制等问题；③在前级逆变器引入串联谐振电路来实现功率管的软换流，此时要求功率管切换发生在零电流时刻，且控制输出能量需要判断谐振电路谐振工作状态，使得控制方式复杂。

然而，上述策略虽然能够实现安全换流，但造成逆变器的调制和控制更为复杂，导致系统可靠性降低以致影响了该类变换器的推广使用。

发明内容

本发明目的在于提供一种功率变换等级少的LLC串联谐振型单相高频链矩阵式逆变器拓扑。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种LLC串联谐振型单相高频链矩阵式逆变器拓扑由全桥LLC串联谐振逆变器、高频变压器T、矩阵变换器、CL型滤波器依次连接构成；

所述全桥LLC串联谐振逆变器由直流输入电压U_i、可控开关管S₁、可控开关管S₂、可控开关管S₃、可控开关管S₄、谐振电感L_r和谐振电容C_r组成；所述矩阵变换器由可控开关管S_P1、可控开关管S_P2、可控开关管S_P3、可控开关管S_P4、可控开关管S_N1、可控开关管S_N2、可控开关管S_N3和可控开关管S_N4组成；所述CL型滤波器由电感L_f、电容C_f和负载R组成；

直流输入电压U_i的正极分别与可控开关管S₁的集电极、可控开关管S₃的集电极相连，可控开关管S₁的发射极分别与谐振电感L_r的一端、可控开关管S₂的集电极相连；可控开关管S₃的发射极分别与谐振电容C_r的一端、可控开关管S₄的集电极相连；直流输入电压U_i的负极分别与可控开关管S₂的发射极、可控开关管S₄的发射极相连；谐振电感L_r的另一端与高频变压器T原边一端连接，谐振电容C_r的另一端与高频变压器T原边的另一端相连；电感L_s是高频变压器T的励磁电感；