專利名稱：?jiǎn)螛O性組合整流式高頻隔離逆變器及其控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變換器及其控制領(lǐng)域，特別涉及一種單極性組合整流式高頻隔離逆變器及其控制電路。
背景技術(shù)：
太陽能、風(fēng)能以及燃料電池作為新型清潔的能源受到了廣泛的關(guān)注，利用這些能源的分布式發(fā)電技術(shù)成為全球能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)對(duì)于系統(tǒng)的重量、體積、成本以及效率都會(huì)產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。對(duì)于像光伏電池和燃料電池這樣以直流輸入的發(fā)電系統(tǒng)來說，通常的電路結(jié)構(gòu)有①非隔離單級(jí)式并網(wǎng)逆變器； ②直-直(DC/DC)變換器+逆變器(DC/AC)+工頻變壓器；③DC/DC變換器+高頻隔離的 DC/AC逆變器；④高頻隔離的DC/DC變換器+DC/AC逆變器；⑤高頻環(huán)節(jié)逆變器。在前述電路結(jié)構(gòu)中，第一種結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、成本最低，但是單級(jí)逆變器需要承擔(dān)如最大功率點(diǎn)跟蹤和并網(wǎng)電流波形控制的任務(wù)；而且，由于輸入端的電壓變化范圍非常大，對(duì)逆變器的器件選擇和濾波器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求；此外，由于系統(tǒng)無隔離變壓器，系統(tǒng)存在共模電流和并網(wǎng)電流的直流分量，雖然針對(duì)這兩個(gè)問題提出了相應(yīng)的控制策略，但是由于系統(tǒng)寄生參數(shù)的不確定性，造成此類問題不能完全消除。第二種結(jié)構(gòu)采用了工頻變壓器， 雖然實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的電氣隔離，但是其體積、重量以及成本大大增加。第三種和第四種結(jié)構(gòu)采用高頻變壓器隔離并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)，但是其電力變換的級(jí)數(shù)共有3級(jí)，這影響了系統(tǒng)的并網(wǎng)效率。第五種結(jié)構(gòu)采用正弦調(diào)制DC/AC+高頻隔離變壓器+交-交(AC/ AC)的結(jié)構(gòu)，只有兩級(jí)電力變換，其效率相對(duì)較高，而且相對(duì)于第三種和第四種電路結(jié)構(gòu)省去了 DC/DC變換器的LC濾波器，節(jié)省了系統(tǒng)的成本，最關(guān)鍵的是其中的隔離變壓器工作在高頻狀態(tài)，其體積和重量都非常小。目前高頻隔離環(huán)節(jié)逆變器主要分為基于正激型(Forward)電路的電壓源型變換器的電路結(jié)構(gòu)以及基于反激型(Flyback)電路的電流源型變換器的電路結(jié)構(gòu)，其中，基于 Flyback結(jié)構(gòu)的主電路和控制簡(jiǎn)單，其中的變壓器需要存儲(chǔ)能量，因此其適用于小功率場(chǎng)合；而基于Forward結(jié)構(gòu)的主電路和控制復(fù)雜，但變壓器用來傳輸能量，因此其處理功率較大，所以基于Forward電路的電壓源型變換器的電路結(jié)構(gòu)更適合作為并網(wǎng)逆變器。另外，在現(xiàn)有的同類型逆變器電路中，所有的開關(guān)器件都工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，在不考慮死區(qū)和導(dǎo)通重疊時(shí)間時(shí)，在同一時(shí)刻有6個(gè)開關(guān)管工作，且都工作在高頻開關(guān)狀態(tài)， 導(dǎo)致發(fā)熱量高，影響整體的使用壽命，且由于開關(guān)管持續(xù)工作，也需持續(xù)發(fā)熱，更加會(huì)縮短使用壽命。本發(fā)明人即是基于以上考慮，試圖找到一種適合于大功率的基于Forward電路的高頻隔離逆變器，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種2級(jí)變換的單極性組合整流式高頻隔離逆變器及其控制電路，以克服現(xiàn)有并網(wǎng)逆變器體積大、重量重及效率低的缺點(diǎn)，具有效率高、發(fā)熱量小、對(duì)散熱要求低的特點(diǎn)。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種單極性組合整流式高頻隔離逆變器，包括輸入電源和移相控制全橋逆變器電路， 其中，移相控制全橋逆變器電路包括帶反并二極管的第一、二、三、四開關(guān)管，第一開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極連接，第二開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極連接，且第一開關(guān)管的漏極連接第二開關(guān)管的漏極，第三開關(guān)管的源極連接第四開關(guān)管的源極；輸入電源的正極連接在第一開關(guān)管的漏極與第二開關(guān)管的漏極之間，負(fù)極則連接在第三開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的源極之間；還包括高頻隔離變壓器、第一整流電路、第二整流電路和二階低通濾波電路；
高頻隔離變壓器包括原邊繞組、第一副邊繞組和第二副邊繞組，其中，原邊繞組的同名端連接在第一開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極之間，異名端則連接在第二開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極之間；
第一整流電路包括依次連接的第一整流橋和第一雙向開關(guān)，其中，所述的第一整流橋包括帶反并二極管的第五、六、七、八開關(guān)管，第五開關(guān)管的源極與第七開關(guān)管的漏極連接， 第六開關(guān)管的源極與第八開關(guān)管的漏極連接，且第五開關(guān)管的漏極連接第六開關(guān)管的漏極，第七開關(guān)管的源極連接第八開關(guān)管的源極；且第一副邊繞組的同名端連接第五開關(guān)管的源極與第七開關(guān)管的漏極之間，異名端則連接在第六開關(guān)管的源極與第八開關(guān)管的漏極之間；第一雙向開關(guān)包括帶反并二極管的第九、十開關(guān)管，第九開關(guān)管的源極與第十開關(guān)管的源極連接，且第九開關(guān)管的漏極連接在第五開關(guān)管的漏極與第六開關(guān)管的漏極之間；
第二整流電路包括依次連接的第二整流橋和第二雙向開關(guān)，其中，所述的第二整流橋包括帶反并二極管的第十一、十二、十三、十四開關(guān)管，其相互連接關(guān)系與第一整流橋結(jié)構(gòu)相同；第二副邊繞組的同名端連接在第十一開關(guān)管的源極與第十三開關(guān)管的漏極之間， 異名端則連接在第十二開關(guān)管的源極與第十四開關(guān)管的漏極之間；第二雙向開關(guān)包含第十五、十六開關(guān)管，第十五開關(guān)管的源極與第十六開關(guān)管的源極連接，且第十五開關(guān)管的漏極連接在第十三開關(guān)管的源極與第十四開關(guān)管的源極之間；
另外，第一整流電路和第二整流電路并聯(lián)連接，第七開關(guān)管的源極與第十一開關(guān)管的漏極連接，作為第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)，第十開關(guān)管的漏極與第十六開關(guān)管的漏極連接，作為第二個(gè)并聯(lián)點(diǎn)；
二階低通濾波電路包含電感和電容，其中，電感的一端連接第二個(gè)并聯(lián)點(diǎn)，另一端連接電容的一端，而電容的另一端則連接前述第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)。一種基于前述單極性組合整流式高頻隔離逆變器的控制電路，包括電壓傳感器、 輸出電壓環(huán)、電流傳感器、電感電流環(huán)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯電路；
電壓傳感器的輸入端連接在二階低通濾波電路中電容的兩端； 輸出電壓環(huán)包括輸出電壓調(diào)節(jié)器和第一減法器，其中，第一減法器的負(fù)向輸入端連接前述電壓傳感器的輸出端，而正向輸入端連接基準(zhǔn)電壓，而第一減法器的輸出端則連接輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸入端；
電流傳感器的輸入端連接在電容與第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)之間；
電感電流環(huán)包括第二減法器和電感電流調(diào)節(jié)器，其中，第二減法器的負(fù)向輸入端連接電流傳感器的輸出端，而正向輸入端連接輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸出端，而第二減法器的輸出端則連接電感電流調(diào)節(jié)器的輸入端；
驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯電路包括第一、二、三、四、五反相器、第一、二、三比較器和第一、二、三下降沿二分頻器，其中，第一比較器的同相輸入端連接電感電流調(diào)節(jié)器的輸出端，而其反相輸入端則連接三角載波信號(hào)，第一比較器的輸出端連接第一下降沿二分頻器的輸入端，而第一下降沿二分頻器的輸出信號(hào)一方面直接作為第一開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第一反相器作為第三開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
電感電流調(diào)節(jié)器的輸出端還經(jīng)由第四反相器連接第二比較器的同相輸入端，而第二比較器的反相輸入端則連接三角載波信號(hào)，第二比較器的輸出端連接第二下降沿二分頻器的輸入端，而第二下降沿二分頻器的輸出信號(hào)一方面直接作為第二開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第二反相器作為第四開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
第三下降沿二分頻器的輸入信號(hào)為三角載波，輸出信號(hào)一方面直接作為第五、十一、 八、十四開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第三反相器作為第六、十二、七、十三開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
第三比較器的同相輸入端連接電壓傳感器的輸出端，反相輸入端接地，而輸出信號(hào)一方面直接作為第九、十開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第五反相器作為第十五、十六開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。采用上述方案后，本發(fā)明采用2級(jí)式變換，相對(duì)于3級(jí)變換的逆變器來說，效率更高；另外，逆變器中的兩個(gè)整流電路在控制電路的控制下交替工作，一方面縮短工作時(shí)間， 改變發(fā)熱集中的缺陷，降低對(duì)散熱的要求，另一方面控制部分開關(guān)管工作在工頻狀態(tài)，降低發(fā)熱量，延長(zhǎng)整體使用壽命。


圖1是本發(fā)明的電路示意圖2是本發(fā)明在一個(gè)工頻周期內(nèi)的主要波形圖3是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流大于0時(shí)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的主要波形圖； 圖4是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流大于0時(shí)模態(tài)0的工作原理圖； 圖5是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流大于0時(shí)模態(tài)1的工作原理圖； 圖6是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流大于0時(shí)模態(tài)2的工作原理圖； 圖7是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流大于0時(shí)模態(tài)3的工作原理圖； 圖8是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流大于0時(shí)模態(tài)4的工作原理圖； 圖9是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流大于0時(shí)模態(tài)5的工作原理圖； 圖10是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流大于0時(shí)模態(tài)6的工作原理圖； 圖11是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流小于0時(shí)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的主要波形圖； 圖12是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流小于0時(shí)模態(tài)0的工作原理圖； 圖13是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流小于0時(shí)模態(tài)1的工作原理圖； 圖14是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流小于0時(shí)模態(tài)2的工作原理圖； 圖15是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流小于0時(shí)模態(tài)3的工作原理圖； 圖16是本發(fā)明在輸出電壓大于0、電感電流小于0時(shí)模態(tài)4的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及具體工作過程對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明公開一種單極性組合整流式高頻隔離逆變器，包括輸入電源 UD、移相控制全橋逆變器電路1、高頻隔離變壓器2、第一整流電路3、第二整流電路4和二階低通濾波電路5，以下將就其相互連接關(guān)系及組成部件進(jìn)行詳細(xì)說明。移相控制全橋逆變器電路1具有雙極性正弦脈寬調(diào)制(SPWM)特性，包括四個(gè)帶反并二極管的開關(guān)管S1-S4，其中，開關(guān)管Sl的源極與開關(guān)管S3的漏極連接(在本實(shí)施例中， 所有開關(guān)管的柵極均懸空，故不再贅述)，開關(guān)管S2的源極與開關(guān)管S4的漏極連接，且開關(guān)管Sl的漏極連接開關(guān)管S2的漏極，開關(guān)管S3的源極連接開關(guān)管S4的源極；輸入電源Ud的正極連接在開關(guān)管Sl的漏極與開關(guān)管S2的漏極之間，負(fù)極則連接在開關(guān)管S3的源極與開關(guān)管S4的源極之間。高頻隔離變壓器2包含一個(gè)原邊繞組W1、一個(gè)第一副邊繞組W2和一個(gè)第二副邊繞組W3，其中，原邊繞組Wl的同名端連接在開關(guān)管Sl的源極與開關(guān)管S3的漏極之間，異名端則連接在開關(guān)管S2的源極與開關(guān)管S4的漏極之間。第一整流電路3包括依次連接的第一整流橋和第一雙向開關(guān)，其中，如圖1所示， 所述的第一整流橋由4個(gè)帶反并二極管的開關(guān)管S5a_S8a連接而成，具體來說，開關(guān)管S5a 的源極與開關(guān)管S7a的漏極連接，開關(guān)管S6a的源極與開關(guān)管SSa的漏極連接，且開關(guān)管 S5a的漏極連接開關(guān)管S6a的漏極，開關(guān)管S7a的源極連接開關(guān)管SSa的源極；且高頻隔離變壓器2中第一副邊繞組W2與該第一整流橋的輸入端連接，具體來說，第一副邊繞組W2的同名端連接開關(guān)管S5a的源極與S7a的漏極之間，異名端則連接在開關(guān)管S6a的源極與SSa 的漏極之間；第一雙向開關(guān)由兩個(gè)帶反并二極管的開關(guān)管S9a、SlOa連接而成，具體來說， 開關(guān)管S9a的源極與開關(guān)管SlOa的源極連接，且開關(guān)管S9a的漏極連接第一整流橋的輸出正端(也即開關(guān)管S5a的漏極與S6a的漏極之間)。第二整流電路4包括依次連接的第二整流橋和第二雙向開關(guān)，其中，如圖1所示， 所述的第二整流橋由4個(gè)帶反并二極管的開關(guān)管S5b-S8b連接而成，其相互連接關(guān)系與第一整流橋結(jié)構(gòu)類似，在此不再贅述；高頻隔離變壓器2中第二副邊繞組W3與該第二整流橋的輸入端連接，具體來說，第二副邊繞組W3的同名端連接在開關(guān)管S5b的源極與S7b的漏極之間，異名端則連接在開關(guān)管S6b的源極與S8b的漏極之間；第二雙向開關(guān)由兩個(gè)開關(guān)管 S9b、SlOb連接而成，具體是將開關(guān)管S9b的源極與開關(guān)管SlOb的源極連接，且開關(guān)管S9b 的漏極連接第二整流橋的輸出正端(也即開關(guān)管S7b的源極與S8b的源極之間)。另外，第一整流電路3和第二整流電路4還并聯(lián)連接，具體而言，第一整流橋的輸出負(fù)端(也即開關(guān)管S7a的源極與SSa的源極)與第二整流橋的輸出正端(也即開關(guān)管S5b 的漏極與S6b的漏極)連接，作為第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)(即圖1中的B點(diǎn))，第一雙向開關(guān)的輸出端 (也即開關(guān)管SlOa的漏極)與第二雙向開關(guān)的輸出端(也即開關(guān)管SlOb的漏極)連接，作為第二個(gè)并聯(lián)點(diǎn)(即圖1中的A點(diǎn))。二階低通濾波電路5包含電感L和電容C，其中，電感L的一端連接第二個(gè)并聯(lián)點(diǎn)， 另一端連接電容C的一端，而電容C的另一端則連接前述第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)。另外，本發(fā)明還提供一種基于前述單極性組合整流式高頻隔離逆變器的控制電路，同樣配合圖1所示，所述的控制電路包括電壓傳感器61、輸出電壓環(huán)7、電流傳感器62、 電感電流環(huán)8和驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯電路9，以下將分別介紹。電壓傳感器61的輸入端連接在二階低通濾波電路5中電容C的兩端。輸出電壓環(huán)7包括輸出電壓調(diào)節(jié)器和第一減法器，其中，第一減法器的負(fù)向輸入端連接前述電壓傳感器61的輸出端，而正向輸入端連接基準(zhǔn)電壓，而第一減法器的輸出端則連接輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸入端。電流傳感器62的輸入端連接在電容C與第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)之間。電感電流環(huán)8包括第二減法器和電感電流調(diào)節(jié)器，其中，第二減法器的負(fù)向輸入端連接電流傳感器62的輸出端，而正向輸入端連接輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸出端，而第二減法器的輸出端則連接電感電流調(diào)節(jié)器的輸入端。驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯電路9包括第一、二、三、四、五反相器、第一、二、三比較器和第一、 二、三下降沿二分頻器，其中，第一比較器的同相輸入端連接電感電流調(diào)節(jié)器的輸出端，而其反相輸入端則連接三角載波信號(hào)，第一比較器的輸出端連接第一下降沿二分頻器的輸入端，而第一下降沿二分頻器的輸出信號(hào)一方面直接作為開關(guān)管Sl的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第一反相器作為開關(guān)管S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。電感電流調(diào)節(jié)器的輸出端還經(jīng)由第四反相器連接第二比較器的同相輸入端，而第二比較器的反相輸入端則連接三角載波信號(hào)，第二比較器的輸出端連接第二下降沿二分頻器的輸入端，而第二下降沿二分頻器的輸出信號(hào)一方面直接作為開關(guān)管S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第二反相器作為開關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。第三下降沿二分頻器的輸入信號(hào)為三角載波，輸出信號(hào)一方面直接作為開關(guān)管 S5a、S5b、S8a、S8b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第三反相器作為開關(guān)管S6a、S6b、S7a、S7b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。第三比較器的同相輸入端連接電壓傳感器61的輸出端，反相輸入端接地，而輸出信號(hào)一方面直接作為開關(guān)管S9a、SlOa的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第五反相器作為開關(guān)管 S9b、S10b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明工作時(shí)，首先采用電壓傳感器61檢測(cè)逆變器輸出電壓U0的輸出電壓反饋信號(hào)《#，采用電流傳感器62檢測(cè)逆變器濾波電感電流iL的濾波電感電流反饋信號(hào)iLf ；將逆變器輸出電壓U0的基準(zhǔn)電壓Uref與輸出電壓反饋信號(hào)‘相減得到電壓誤差信號(hào)&，將電壓誤差信號(hào)Ue作為輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，而輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)iref作為電感電流環(huán)8的基準(zhǔn)值，將電感電流環(huán)8的基準(zhǔn)值與電感電流反饋信號(hào)iz/相減得到電感電流誤差信號(hào)4，將該電感電流誤差信號(hào)忍作為電感電流調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，而電感電流調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)&即為調(diào)制信號(hào)。將前述調(diào)制信號(hào)Ur作為第一比較器同相輸入端的輸入信號(hào)，將三角載波信號(hào)Uc作為第一比較器反相輸入端的輸入信號(hào)，則第一比較器輸出方波信號(hào) i，該方波信號(hào)經(jīng)第一下降沿二分頻器得到開關(guān)管Sl的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vsi，將開關(guān)管Sl的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)第一反相器則得到開關(guān)管S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Uw將前述調(diào)制信號(hào)&經(jīng)第四反相器得到反相調(diào)制信號(hào)-&，將該反相調(diào)制信號(hào)作為第二比較器同相輸入端的輸入信號(hào)，將三角載波信號(hào)&作為第二比較器反相輸入端的輸入信號(hào)，則第二比較器輸出方波信號(hào)uk2,該方波信號(hào)Uk2經(jīng)第二下降沿二分頻器得到開關(guān)管S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vs2，將開關(guān)管S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)I^2經(jīng)第二反相器得到開關(guān)管S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)U嫩將三角載波信號(hào)Uc經(jīng)第三下降沿二分頻器分別得到開關(guān)管S5a、S5b、S8a、S8b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)^5a、^5b、^8a、^8b，將第三下降沿二分頻器的輸出信號(hào)經(jīng)第三反相器則分別得到開關(guān)管S6a、S6b、S7a、S7b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)U淑、"S6b、U仇、U·將輸出電壓反饋信號(hào) ，作為第三比較器同相輸入端的輸入信號(hào)，第三比較器的反相輸入端則輸入0電位信號(hào)(也即接地)，則第三比較器的輸出信號(hào)Ihz即為開關(guān)管S9a、 SlOa的驅(qū)動(dòng)信號(hào)U版、Vsitla，將第三比較器的輸出信號(hào) 3經(jīng)第五反相器得到開關(guān)管S9b、 SlOb的驅(qū)動(dòng)信號(hào)^9b、化ob。本發(fā)明工作時(shí)，首先參考圖2所示，是其在一個(gè)工頻周期內(nèi)的主要波形圖，其中， 符號(hào) 、分別表示開關(guān)管S3、S4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的反向信號(hào)，符號(hào)、Ct^分別
表示開關(guān)管S6a、S7a的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的反向信號(hào)，符號(hào)C^ft、Γ；-,分別表示開關(guān)管S6b、S7b
的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的反向信號(hào)，符號(hào)、r2i::t分別表示開關(guān)管S9b、SlOb的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的反向
信號(hào)，而uM則表示第一、二個(gè)并聯(lián)點(diǎn)之間的電壓。以下將對(duì)本發(fā)明的工作模態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析。根據(jù)輸出電壓 與濾波電感電流厶的極性，電路的工作模態(tài)有四種情況，分別是 iz>0,yo>0 ；(Diz<0,yo>0 ；③ iz>0，義<0 ；④ iz<0，義<0。第一種情況 iz>0，義>0 時(shí)，第一整流電路工作，其中工作的僅僅是開關(guān)管的反并二極管，第二整流電路不工作；在第四種情況下第二整流電路工作，第一整流電路不工作，具體工作情況類似第一種情況；第二種情況和第三種情況將濾波電感L中存儲(chǔ)的能量反饋給輸入電源，下面分析具有代表性的第一種情況和第二種情況。當(dāng)本發(fā)明電路中iz>0，uo>0時(shí)，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的波形如圖3所示 開關(guān)模態(tài)0 (配合圖4所示)
開關(guān)管Sl和開關(guān)管S4導(dǎo)通，高頻隔離變壓器原邊電流經(jīng)過開關(guān)管Si、變壓器漏感4、 變壓器原邊繞組和開關(guān)管S4 ；變壓器副邊電壓為正，副邊電流經(jīng)過開關(guān)管S5a、S8a的反并二極管以及開關(guān)管S9a與SlOa。能量從輸出電源流向負(fù)載側(cè)。開關(guān)模態(tài)1 (配合圖5所示)
to時(shí)刻，開關(guān)管Sl關(guān)斷，高頻隔離變壓器原邊電流A點(diǎn)分流，分別給開關(guān)管Sl和S3的結(jié)電容充電和放電，變壓器原邊電壓逐漸下降，但仍保持正值；開關(guān)管Sl上的電壓逐漸上升，因此Sl為零電壓關(guān)斷；變壓器副邊的電流通路與開關(guān)模態(tài)0 —致。開關(guān)模態(tài)2 (配合圖6所示)
tl時(shí)刻，開關(guān)管S3的端電壓下降為0，其反并二極管自然導(dǎo)通，高頻隔離變壓器的原邊電壓下降為0，其電流跟隨變壓器副邊電流的變化而變化；變壓器副邊的電流流通路徑與圖5所示的開關(guān)模態(tài)1一樣。注意在該模態(tài)中，t2時(shí)刻，開通開關(guān)管S3，則S3為零電壓開通；t3時(shí)刻附近，變壓器副邊電路的整流橋開關(guān)管S5a、S8a和S6a、S7a有一段重疊導(dǎo)通的時(shí)間，不過在iz>0時(shí)， 對(duì)電路的開關(guān)模態(tài)沒有影響。
開關(guān)模態(tài)3 (配合圖7所示)
t4時(shí)刻，開關(guān)管S4關(guān)斷，高頻隔離變壓器的原邊電流在B點(diǎn)分流，分別對(duì)開關(guān)管S2與 S4的結(jié)電容放電與充電，S4的端電壓慢慢上升，因此S4為零電壓關(guān)斷。一旦S4關(guān)斷，變壓器電壓變負(fù)，則副邊的開關(guān)管S6a、S7a的反并二極管導(dǎo)通，S5a、S8a的反并二極管繼續(xù)導(dǎo)通，變壓器的電壓重新被鉗位為0，則S4結(jié)電容的電壓作用在變壓器的漏感乙上，變壓器原邊的電流下降，導(dǎo)致S5a、S8a的反并二極管中電流下降，而S6a、S7a的反并二極管電流上升。開關(guān)模態(tài)4 (配合圖8所示)
t5時(shí)刻，開關(guān)管S2與S4的端電壓分別變?yōu)?與輸入電壓UD，S2的反并二極管導(dǎo)通。 t5時(shí)刻，變壓器原邊電流下降為0。在這一段時(shí)間中，開關(guān)管S2開通，因此S2零電壓開通。開關(guān)模態(tài)5 (配合圖9所示)
t6時(shí)刻，高頻隔離變壓器的原邊電流下降為0，變壓器副邊整流電路的兩條支路電流相等。此后原邊電流反向增加，但不足以完全提供負(fù)載電流，副邊電路中S6a、S7a的反并二極管電流開始大于流經(jīng)S5a、S8a反并二極管的電流。開關(guān)模態(tài)6 (配合圖10所示)
t7時(shí)刻，副邊電路中，開關(guān)管S5a、S8a反并二極管的電流變?yōu)?，高頻隔離變壓器的副邊電流完全由變壓器原邊提供。t8時(shí)刻以后，變換器開始下半周期的工作，分析過程類似，不再贅述。當(dāng)本發(fā)明所提供的電路中iz<0，uo>0時(shí)，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的波形如圖11所示 開關(guān)模態(tài)0 (配合圖12所示)
t0時(shí)刻以前，高頻隔離變壓器原邊開關(guān)管Sl和開關(guān)管S4導(dǎo)通，變壓器副邊S5a、S8a導(dǎo)通，濾波電感L中的能量反饋給輸入電源。t0時(shí)刻，開關(guān)管Sl關(guān)閉，但是由于副邊電路中濾波電感L的作用，原邊電路的電流流通路徑與t0時(shí)刻以前一樣。開關(guān)模態(tài)1 (配合圖13所示)
tl時(shí)刻，開關(guān)管S3開通，高頻隔離變壓器原邊電流從Sl反并二極管中轉(zhuǎn)移到S3中，因此開關(guān)管S3為硬開通；變壓器副邊的電流通路與開關(guān)模態(tài)0 —致。t2時(shí)刻，開通開關(guān)管S6a、S7a,但并未關(guān)斷S5a、S8a,而是讓這四個(gè)開關(guān)管重疊導(dǎo)通，由于變壓器原邊中的電流不變，因此此時(shí)S6a、S7a中并沒有電流流過。開關(guān)模態(tài)2 (配合圖14所示)
t3時(shí)刻，關(guān)斷開關(guān)管S5a、S8a，電流由S5a、S8a向S6a、S7a換流，因此S5a、S8a硬關(guān)斷， S6a、S7a硬開通。變壓器原邊中的電流也改變了方向。開關(guān)模態(tài)3 (配合圖15所示)
t4時(shí)刻，開關(guān)管S4關(guān)斷，高頻隔離變壓器原邊電流在B點(diǎn)分流，分別對(duì)S2與S4的結(jié)電容放電與充電，S4的端電壓慢慢上升，因此S4為零電壓關(guān)斷。開關(guān)模態(tài)4 (配合圖16所示)
t5時(shí)刻，開關(guān)管S2與S4的端電壓分別變?yōu)?與輸入電壓UD，S2的反并二極管導(dǎo)通。t6時(shí)刻，S2開通，但由于副邊電路中濾波電感電流的作用，S2的反并二極管繼續(xù)保持導(dǎo)通，此階段一直持續(xù)到S3關(guān)斷為止。t7時(shí)刻以后，逆變器開始下半周期的工作。
綜上所述，本發(fā)明一種單極性組合整流式高頻隔離逆變器，通過設(shè)置兩個(gè)整流電路——第一整流電路、第二整流電路，并利用控制電路控制兩個(gè)整流電路每半個(gè)工頻周期交替工作一次，縮短單個(gè)開關(guān)管的工作時(shí)間，從而整體器件的發(fā)熱比較分散，對(duì)散熱的要求大大降低；另外，本發(fā)明所提供的高頻隔離逆變器盡管同一時(shí)刻也有6個(gè)開關(guān)管工作，但是其中僅有4個(gè)開關(guān)管處于高頻開關(guān)狀態(tài)，另外2個(gè)開關(guān)管的開關(guān)頻率則僅僅為工頻(指電路中的開關(guān)管S9a、SlOa, S9b、SlOb)，從而有效降低發(fā)熱量。以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單極性組合整流式高頻隔離逆變器，包括輸入電源和移相控制全橋逆變器電路，其中，移相控制全橋逆變器電路包括帶反并二極管的第一、二、三、四開關(guān)管，第一開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極連接，第二開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極連接，且第一開關(guān)管的漏極連接第二開關(guān)管的漏極，第三開關(guān)管的源極連接第四開關(guān)管的源極；輸入電源的正極連接在第一開關(guān)管的漏極與第二開關(guān)管的漏極之間，負(fù)極則連接在第三開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的源極之間；其特征在于還包括高頻隔離變壓器、第一整流電路、第二整流電路和二階低通濾波電路；高頻隔離變壓器包括原邊繞組、第一副邊繞組和第二副邊繞組，其中，原邊繞組的同名端連接在第一開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極之間，異名端則連接在第二開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極之間；第一整流電路包括依次連接的第一整流橋和第一雙向開關(guān)，其中，所述的第一整流橋包括帶反并二極管的第五、六、七、八開關(guān)管，第五開關(guān)管的源極與第七開關(guān)管的漏極連接， 第六開關(guān)管的源極與第八開關(guān)管的漏極連接，且第五開關(guān)管的漏極連接第六開關(guān)管的漏極，第七開關(guān)管的源極連接第八開關(guān)管的源極；且第一副邊繞組的同名端連接第五開關(guān)管的源極與第七開關(guān)管的漏極之間，異名端則連接在第六開關(guān)管的源極與第八開關(guān)管的漏極之間；第一雙向開關(guān)包括帶反并二極管的第九、十開關(guān)管，第九開關(guān)管的源極與第十開關(guān)管的源極連接，且第九開關(guān)管的漏極連接在第五開關(guān)管的漏極與第六開關(guān)管的漏極之間；第二整流電路包括依次連接的第二整流橋和第二雙向開關(guān)，其中，所述的第二整流橋包括帶反并二極管的第十一、十二、十三、十四開關(guān)管，其相互連接關(guān)系與第一整流橋結(jié)構(gòu)相同；第二副邊繞組的同名端連接在第十一開關(guān)管的源極與第十三開關(guān)管的漏極之間， 異名端則連接在第十二開關(guān)管的源極與第十四開關(guān)管的漏極之間；第二雙向開關(guān)包含第十五、十六開關(guān)管，第十五開關(guān)管的源極與第十六開關(guān)管的源極連接，且第十五開關(guān)管的漏極連接在第十三開關(guān)管的源極與第十四開關(guān)管的源極之間；另外，第一整流電路和第二整流電路并聯(lián)連接，第七開關(guān)管的源極與第十一開關(guān)管的漏極連接，作為第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)，第十開關(guān)管的漏極與第十六開關(guān)管的漏極連接，作為第二個(gè)并聯(lián)點(diǎn)；二階低通濾波電路包含電感和電容，其中，電感的一端連接第二個(gè)并聯(lián)點(diǎn)，另一端連接電容的一端，而電容的另一端則連接前述第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)。
2.一種基于前述單極性組合整流式高頻隔離逆變器的控制電路，其特征在于包括電壓傳感器、輸出電壓環(huán)、電流傳感器、電感電流環(huán)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯電路；電壓傳感器的輸入端連接在二階低通濾波電路中電容的兩端； 輸出電壓環(huán)包括輸出電壓調(diào)節(jié)器和第一減法器，其中，第一減法器的負(fù)向輸入端連接前述電壓傳感器的輸出端，而正向輸入端連接基準(zhǔn)電壓，而第一減法器的輸出端則連接輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸入端；電流傳感器的輸入端連接在電容與第一個(gè)并聯(lián)點(diǎn)之間；電感電流環(huán)包括第二減法器和電感電流調(diào)節(jié)器，其中，第二減法器的負(fù)向輸入端連接電流傳感器的輸出端，而正向輸入端連接輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸出端，而第二減法器的輸出端則連接電感電流調(diào)節(jié)器的輸入端；驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯電路包括第一、二、三、四、五反相器、第一、二、三比較器和第一、二、三下降沿二分頻器，其中，第一比較器的同相輸入端連接電感電流調(diào)節(jié)器的輸出端，而其反相輸入端則連接三角載波信號(hào)，第一比較器的輸出端連接第一下降沿二分頻器的輸入端，而第一下降沿二分頻器的輸出信號(hào)一方面直接作為第一開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第一反相器作為第三開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電感電流調(diào)節(jié)器的輸出端還經(jīng)由第四反相器連接第二比較器的同相輸入端，而第二比較器的反相輸入端則連接三角載波信號(hào)，第二比較器的輸出端連接第二下降沿二分頻器的輸入端，而第二下降沿二分頻器的輸出信號(hào)一方面直接作為第二開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第二反相器作為第四開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第三下降沿二分頻器的輸入信號(hào)為三角載波，輸出信號(hào)一方面直接作為第五、十一、 八、十四開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第三反相器作為第六、十二、七、十三開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第三比較器的同相輸入端連接電壓傳感器的輸出端，反相輸入端接地，而輸出信號(hào)一方面直接作為第九、十開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，另一方面經(jīng)由第五反相器作為第十五、十六開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種單極性組合整流式高頻隔離逆變器及其控制電路，所述的高頻隔離逆變器包括輸入電源、移相控制全橋逆變器電路、高頻隔離變壓器、第一整流電路、第二整流電路和二階低通濾波電路；所述的控制電路則包括電壓傳感器、輸出電壓環(huán)、電流傳感器、電感電流環(huán)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)邏輯電路；控制電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而控制逆變器中的第一、二整流電路交替工作。此種電路結(jié)構(gòu)采用2級(jí)變換，克服了現(xiàn)有并網(wǎng)逆變器體積大、重量重及效率低的缺點(diǎn)，具有效率高、發(fā)熱量小、對(duì)散熱要求低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/537GK102158111SQ20111009020
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者吳云亞, 吳冬春, 姚志壘, 李小凡, 薛迎成, 闞加榮 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院