[发明专利]一种低频转高频直接型AC-AC变换器及方法

权利要求书

1.一种低频转高频直接型AC-AC变换器，其特征在于：包括交流电压源V_i、输入电感L_i以及由四个双向功率开关S₁～S₄与CCL结构组成的H桥单元，所述的双向功率开关S₁～S₄均由带反并联二极管的两个单向功率开关反向串联组成，所述的CCL结构由电容C_p与相互串联的无线电能传输原边线圈L_c和电容C_s并联形成；

交流电压源V_i正端连接输入电感L_i，输入电感L_i另一端连接第一正向功率开关S_1p与第二正向功率开关S_2p的共集电极点，第一正向功率开关S_1p发射极连接第一反向功率开关S_1N发射极，第一正向功率开关S_1p的发射极和集电极分别连接第一正向二极管D_1p的正端和负端，第一反向功率开关S_1N的发射极和集电极分别连接第一反向二极管D_1N的正端和负端，第二正向功率开关S_2p发射极连接第二反向功率开关S_2N发射极，第二正向二极管D_2p的正端和负端分别连接第二正向功率开关S_2p的发射极和集电极，第二反向二极管D_2N的正端和负端分别连接第二反向功率开关S_2N发射极和集电极；

交流电压源V_i负端连接第三反向功率开关S_3N与第四反向功率开关S_4N的共集电极点，第三反向功率开关S_3N发射极连接第三正向功率开关S_3p发射极，第三反向功率开关S_3N的发射极和集电极分别连接第三反向二极管D_3N的正端和负端，第三正向功率开关S_3p的发射极和集电极分别连接第三正向二极管D_3p的正端和负端，第四正向功率开关S_4p发射极接第四反向功率开关S_4N发射极，第四反向功率开关S_4N的发射极和集电极分别连接第四反向二极管D_4N的正端和负端，第四正向功率开关S_4p的发射极和集电极分别连接第四正向二极管D_4p的正端接和负端；

第一反向功率开关S_1N与第三正向功率开关S_3p的共集电极点和第二反向功率开关S_2N与第四正向功率开关S_4p的共集电极点分别连接在电容C_p的两端。

2.一种如权利要求1所述低频转高频直接型AC-AC变换器的控制方法，其特征在于，检测无线电能传输原边线圈L_c电流大小，当电流实际值大于设定值时，切换开关使变换器工作在自由振荡状态；当电流实际值小于设定值时，切换开关使变换器工作在注入能量状态。

3.根据权利要求2所述的一种低频转高频直接型AC-AC变换器的控制方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：

交流电压源V_i电流方向为正时，第二正向功率开关S_2p、第二反向功率开关S_2N、第三正向功率开关S_3p和第三反向功率开关S_3N阻断，第一正向功率开关S_1P和第四正向功率开关S_4P导通，输入电流流过输入电感L_i，通过第一正向功率开关S_1P、第一反向二极管D_1N以及CCL结构后，流经第四正向功率开关管S_4P和第四反向二极管D_4N，至交流电压源V_i负极，交流电压源V_i与输入电感L_i同时释放能量，对无线电能传输原边线圈L_c进行供电；

电压源不向无线电能传输原边线圈L_c输出能量，第一正向功率开关S_1p、第一反向功率开关S_1N、第三正向功率开关S_3p和第三反向功率开关S_3N阻断，第二正向功率开关S_2p和第四正向功率开关S_4P导通，输入电流流过无线电能传输原边线圈L_c、第二正向功率开关管S_2P和第二反向二级管D_2N，通过第四正向功率开关S_4P和第四反向二级管D_4N后，至交流电压源V_i负极，无线电能传输原边线圈L_c仍按照原先电流正方向续流，第一正向功率开关S_1p和第二正向功率开关S_2p存在开关重叠期，输入电流从第一正向功率开关S_1p切换到第二正向功率开关S_2p，第二正向功率开关S_2P经历硬开通，第一正向功率开关S_1P经历零电流关断；

无线电能传输原边线圈L_c电流方向为负时，第一正向功率开关S_1p、第一反向功率开关S_1N、第四正向功率开关S_4P和第四反向功率开关S_4N阻断，第二正向功率开关S_2p和第三正向功率开关S_3p导通，输入电流流过输入电感L_i、第二正向功率开关S_2P、第二反向二极管D_2N以及CCL结构后，流经第三正向功率开关S_3P和第三反向二极管D_3N，至交流电压源V_i负极，交流电压源V_i与输入电感L_i同时释放能量，对无线电能传输原边线圈L_c进行供电；

电压源不向无线电能传输原边线圈L_c输出能量，第一正向功率开关S_1p、第一反向功率开关S_1N、第三正向功率开关S_3p和第三反向功率开关S_3N阻断，第二正向功率开关S_2p和第四正向功率开关S_4P导通，输入电流流过输入电感L_i、第二正向功率开关管S_2P和第二反向二级管D_2N，通过第四正向功率开关S_4P和第四反向二级管D_4N后，至交流电压源V_i负极，无线电能传输原边线圈L_c仍按照原先电流负方向续流，第四正向功率开关S_4P被触发，电流从第四正向功率开关S_4P立即第三功率开关换向S_3P，完成工频电压向高频电压的转变。