高频链逆变技术发展综述doc-高频链逆变技术发展综述1522049023.docx

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1、高频链逆变技术发展综述 孙向东，钟钟彦儒(西安理工工大学，陕陕西西安77100448） 摘摘 要：对高频链链逆变技术术进行了归归纳分类，并并分析了各各自电路拓拓扑的特点点，同时提提出了其在在未来的发发展趋势。 关键词：高频链；逆变技术；发展趋势1引言 随着着高频链逆逆变技术的的不断发展展，它的应应用范围日日益广泛。首首先，电信信、航空航航天、军事事等领域，常常常要求供供电装置重重量轻、体体积小、功功率密度大大和可靠性性高；其次次，随着石石油、煤和和天然气等等矿产能源源的不断消消耗以及环环境污染等等问题，使使用蓄电池池、太阳能能电池等作作为能源的的混合型电电动汽车驱驱动系统日日益成为研研究热点，

2、效效率和体积积是它的首首要考虑因因素；另外外，在建筑筑行业，常常常使用振振动棒进行行均匀混合合浇注混凝凝土，这也也要求振动动棒供电装装置体积小小、重量轻轻、使用安安全和可靠靠性高等；以及UPPS技术的的日益兴起起和广泛应应用。考考虑到以上上各种供电电装置和负负载之间都都要解决安安全与匹配配问题，因因此常常需需要加隔离离变压器。针针对上述要要求，需要要研究具有有隔离变压压器的逆变变器电路拓拓扑。高频频链逆变技技术正是在在这种情况况下蓬勃发发展起来的的。 所谓高高频链逆变变技术就是是采用高频频脉冲变压压器替代低低频变压器器传输能量量，并实现现变流装置置的一、二二次侧电源源之间的电电气隔离。从从不同

3、角度度看高频链链逆变器，可可以有不同同的划分形形式。按负负载相数可可分为单相相和三相；按功率流流动方向可可分为双向向和单向两两种形式；按电路工工作机理分分为PWMM方式和谐谐振方式两两种类型；按功率变变换器的类类型可分为为电压源（VVoltaagemoode或BBuckmmode）和和电流源（CCurreentmoode或BBuckboosstmodde）两种种；按电路路拓扑结构构又可分为为AC/AAC变换型型、DC/DC变换换型（DCC/HFAAC/DCC/LFAAC）和周周波变流型型（Cycclocoonverrterttype）。下下面以最后后一种划分分方法分别别进行讨论论。2高频频链逆

4、变技技术分类22.1ACC/AC变变换型2.1.1工工频变压器器隔离型 11973年年，由Beedforrd首先提提出高频链链（HFllink）转转换器的思思想1，接着由由Gyuggui和PPellyy进行了深深入发展。如如图1所示示，输入侧侧和输出侧侧都采用工工频变压器器隔离，由由LC并联联谐振网络络为周波变变换器提供供自然换相相点，可以以实现ACC/AC或或者DC/AC功能能，并且功功率可以双双向流动，以以及功率因因数任意调调整。这种种变换型式式存在如下下主要缺点点： 11）采用工工频变压器器，体积大大、笨重； 2）具有有音频噪音音； 3）输输入电压和和负载波动动时，系统统响应速度度慢。2

5、.1.2高高频变压器器隔离型 SSood和和Lipoo用实验验验证了在谐谐振转换器器中使用双双向GTOO实现高频频链电源分分布系统的的可行性2，如如图2所示示。这种变变换型式的的主要优点点是 1）采采用高频变变压器，体体积小，重重量轻； 22）谐振软软开关有利利于降低开开关损耗、提提高效率。 主要缺点是 1）开关器件的耐流能力和耐压能力大； 2）采用双向开关，开关数目多，成本较高； 3）采用PDM控制方式，需要严格的同步关系。2.2DCC/DC变变换型 这种种类型高频频链逆变器器是目前应应用最广泛泛的单向功功率流动电电压源高频频链逆变器器方案33456，它它的经典电电路如图33所示。该该拓扑是

6、在在直流侧和和逆变器之之间插入一一级DC/DC变换换器，使用用高频变压压器实现电电压调整和和电气隔离离。很明显显，它具有有三级功率率变换过程程：DC/HFACC/DC/LFACC。这种变变换型式的的主要优点点是 1）所所有开关都都是单向的的； 2）DDC/DCC部分和DDC/ACC部分的控控制相对独独立，两部部分配合起起来比较简简单，基本本上不需要要同步。 主主要缺点是是 1）功率率单向流动动； 2）通通态损耗大大； 3）由由于功率级级较多，导导致可靠性性降低。22.2.11单端正激激式高频链链逆变器 如如图4所示示，前级部部分由DCC/DC正正激电路及及磁复位电电路组成，采采用PWMM控制技

7、术术实现调压压，后级部部分由吸收收电路、LLC谐振电电路和单相相逆变器组组成，采用用PDM控控制技术实实现ZVSS开关条件件，以便减减小开关损损耗7。2.2.22桥式高频频链逆变器器89 1）控控制方案11如图5所所示，其主主电路包括括直流电压压PWMM高频逆变变高频变变压器快快恢复二极极管整流大电容滤滤波SPPWM逆变变器单相相50Hzz正弦波输输出。 22）控制方方案2如图图6所示，其其主电路包包括直流电电压SPPWM逆变变高频变变压器（具具有正弦包包络线的正正弦调制高高频交流电电）快恢恢复二极管管整流小小电容滤波波工频电电压全波整整流500Hz方波波驱动550Hz正正弦波输出出。 由由图

8、5和图图6可见，两两种控制方方案的主电电路结构基基本相同，但但控制方法法有所不同同。在方案案1中前后后两部分电电路不需要要同步，相相互独立，但但开关损耗耗大。而在在方案2中中，50HHz方波驱驱动时相当当于ZVSS条件，开开关损耗小小，但要求求严格同步步。另外，由由方案2可可以实现三三相输出负负载，但是是需要三套套相同的单单相电路，结结构较复杂杂，而且相相位需要严严格同步。2.3周波变流型 它是目前实现双向功率传输的常用方案。该拓扑结构一般由一个逆变器和一个周波变流器级联而成，如图7所示，从而省去了DC/DC变换型高频链逆变器中的直流环节，因此只需要二级功率变换（DC/HFAC/LFAC），减

9、小了逆变器的通态损耗，提高了系统效率和可靠性。2.3.11硬开关PPWM控制制方式 如图图8所示10，其其三相输出出采用周波波变流器形形式将高频频电压变换换成三相工工频电压，主主要用于中中小容量UUPS。采采用周波变变换器直接接将高频交交流变换成成工频交流流，与经过过直流变换换相比较，具具有下列特特点： 11）电力变变换级数少少，可以提提高效率； 2）高频频部分后级级不需要直直流电容器器，系统总总体成本低低，结构简简单； 3）硬硬开关PWWM控制； 4）当高高频变压器器次级侧开开路时，由由于变压器器漏感储能能无放电回回路而产生生较大的电电压尖峰。 为了解决图8电路存在的问题，在文献11中，周波

10、变换器的开关控制是与一次侧高频逆变器同步且在零电压条件下进行的，同时提出了在一个采样周期内输出多个电压矢量的脉冲分配方法。文献12针对变压器漏感引起的副边电压过冲问题，采用换相重叠方法进行抑制，并获得了ZCS效果。2.3.2LC谐振方式 高频变压器原边部分采用2个功率开关及LC串联谐振方式，副边部分采用周波变换器形式13，如图9所示。利用准零电流ZCS条件来减小开关损耗，同时采用实时反馈控制方法使输出电压为正弦波。其主要特点是 1）不需要检测HFlink电流的过零时刻而实现准ZCS； 2）容易实现输出电压实时控制； 3）HFlink电流幅值随输出电流而变化。2.3.33直流环节节准谐振方方式

11、高频变变压器前级级部分采用用直流环节节准谐振逆逆变电路（简简称QRDDCLI)，后级部部分采用周周波变换器器形式114，如如图10所所示。同时时还提出了了改进的PPDM控制制策略和数数字控制方方法。该系系统不需要要缓冲电路路，而且可可以工作于于四个象限限。3发展趋势势 自从上世世纪80年年代以来，高高频链逆变变技术一直直受到人们们极大的关关注，发表表了大量的的相关文献献。目前存存在的高频频链逆变器器拓扑，一一般有以下下几个特点点： 1）DDC/DCC变换型需需要三级功功率变换，通通态损耗高高且控制复复杂； 2）周周波变流型型大量使用用双向开关关，增加了了电路成本本和损耗； 3）电流流换相时存存

12、在电压过过冲问题； 4）非纯纯电阻性负负载时，续续流困难； 5）大部部分电路针针对CVCCF系统设设计，对于于VVVFF系统控制制起来相对对要复杂； 在单相高高频链逆变变电路中，目目前已经出出现了一些些比较成熟熟的方案，但但三相高频频链逆变电电路还很不不成熟，还还需要继续续深入研究究。总体来来讲，主要要涉及三个个方面： 11）使用可可关断器件件和软开关关技术，提提高工作频频率，以便便达到装置置小型化、低低成本、无无音频噪音音，并且具具有高可靠靠性、高效效率； 2）研研究新的组组合式拓扑扑结构，分分析复杂的的工作过程程以及建立立数学模型型，解决目目前高频链链逆变器存存在的缺点点； 3）研研究各种控控制方式，包包括PFMM、SPWWM、SVVPWM、DDPWM、PPDM和差差频控制等等。4结语语 高频链转转换器是一一种灵活多多变的拓扑扑结构，其其共同特点点是电路结结构形式紧紧凑，功率率密度和效效率高，响响应速度快快。另外，系系统可以工工作在200kHz以以上，无音音频噪音，滤滤波相对容容易，并且且功率可达达kW级以以上。因此此，无论在在恒压恒频频（CVCCF）领域域，还是在在调频调压压（VVVVF）领域域都有很大大实用价值值，它是未未来继续研研究发展的的一个重要要课题。