高频链逆变技术发展概论

1、高频链逆变变技术发发展综述述1引言 随随着高频频链逆变变技术的的不断发发展，它它的应用用范围日日益广泛泛。首先先，电信信、航空空航天、军军事等领领域，常常常要求求供电装装置重量量轻、体体积小、功功率密度度大和可可靠性高高；其次次，随着着石油、煤煤和天然然气等矿矿产能源源的不断断消耗以以及环境境污染等等问题，使使用蓄电电池、太太阳能电电池等作作为能源源的混合合型电动动汽车驱驱动系统统日益成成为研究究热点，效效率和体体积是它它的首要要考虑因因素；另另外，在在建筑行行业，常常常使用用振动棒棒进行均均匀混合合浇注混混凝土，这这也要求求振动棒棒供电装装置体积积小、重重量轻、使使用安全全和可靠靠性高等等；

2、以及及UPSS技术的的日益兴兴起和广广泛应用用。考考虑到以以上各种种供电装装置和负负载之间间都要解解决安全全与匹配配问题，因因此常常常需要加加隔离变变压器。针针对上述述要求，需需要研究究具有隔隔离变压压器的逆逆变器电电路拓扑扑。高频频链逆变变技术正正是在这这种情况况下蓬勃勃发展起起来的。 所谓高频链逆变技术就是采用高频脉冲变压器替代低频变压器传输能量，并实现变流装置的一、二次侧电源之间的电气隔离。从不同角度看高频链逆变器，可以有不同的划分形式。按负载相数可分为单相和三相；按功率流动方向可分为双向和单向两种形式；按电路工作机理分为PWM方式和谐振方式两种类型；按功率变换器的类型可分为电压源（Vo

3、ltagemode或Buckmode）和电流源（Currentmode或Buckboostmode）两种；按电路拓扑结构又可分为AC/AC变换型、DC/DC变换型（DC/HFAC/DC/LFAC）和周波变流型（Cycloconvertertype）。下面以最后一种划分方法分别进行讨论。2高频链逆变技术分类2.1AC/AC变换型2.1.1工频变压器隔离型 1973年，由Bedford首先提出高频链（HFlink）转换器的思想1，接着由Gyugui和Pelly进行了深入发展。如图1所示，输入侧和输出侧都采用工频变压器隔离，由LC并联谐振网络为周波变换器提供自然换相点，可以实现AC/AC或者DC/A

4、C功能，并且功率可以双向流动，以及功率因数任意调整。这种变换型式存在如下主要缺点： 11）采用用工频变变压器，体体积大、笨笨重； 2）具具有音频频噪音； 3）输输入电压压和负载载波动时时，系统统响应速速度慢。2.1.2高频变压器隔离型 Sood和Lipo用实验验证了在谐振转换器中使用双向GTO实现高频链电源分布系统的可行性2，如图2所示。这种变换型式的主要优点是 1）采用高频变压器，体积小，重量轻； 2）谐振软开关有利于降低开关损耗、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/

5、DCC变换型型 这种种类型高高频链逆逆变器是是目前应应用最广广泛的单单向功率率流动电电压源高高频链逆逆变器方方案33445566，它它的经典典电路如如图3所所示。该该拓扑是是在直流流侧和逆逆变器之之间插入入一级DDC/DDC变换换器，使使用高频频变压器器实现电电压调整整和电气气隔离。很很明显，它它具有三三级功率率变换过过程：DDC/HHFACC/DCC/LFFAC。这这种变换换型式的的主要优优点是 1）所所有开关关都是单单向的； 2）DDC/DDC部分分和DCC/ACC部分的的控制相相对独立立，两部部分配合合起来比比较简单单，基本本上不需需要同步步。 主主要缺点点是 11）功率率单向流流动；

6、2）通通态损耗耗大； 3）由由于功率率级较多多，导致致可靠性性降低。2.2.1单端正激式高频链逆变器 如图4所示，前级部分由DC/DC正激电路及磁复位电路组成，采用PWM控制技术实现调压，后级部分由吸收电路、LC谐振电路和单相逆变器组成，采用PDM控制技术实现ZVS开关条件，以便减小开关损耗7。2.2.22桥式高高频链逆逆变器89 1）控控制方案案1如图图5所示示，其主主电路包包括直流流电压PWMM高频逆逆变高高频变压压器快快恢复二二极管整整流大大电容滤滤波SSPWMM逆变器器单相相50HHz正弦弦波输出出。 22）控制制方案22如图66所示，其其主电路路包括直直流电压压SPPWM逆逆变高高频

7、变压压器（具具有正弦弦包络线线的正弦弦调制高高频交流流电）快恢复复二极管管整流小电容容滤波工频电电压全波波整流50HHz方波波驱动50HHz正弦弦波输出出。 由由图5和和图6可可见，两两种控制制方案的的主电路路结构基基本相同同，但控控制方法法有所不不同。在在方案11中前后后两部分分电路不不需要同同步，相相互独立立，但开开关损耗耗大。而而在方案案2中，550Hzz方波驱驱动时相相当于ZZVS条条件，开开关损耗耗小，但但要求严严格同步步。另外外，由方方案2可可以实现现三相输输出负载载，但是是需要三三套相同同的单相相电路，结结构较复复杂，而而且相位位需要严严格同步步。2.3周波波变流型型 它是是目前

8、实实现双向向功率传传输的常常用方案案。该拓拓扑结构构一般由由一个逆逆变器和和一个周周波变流流器级联联而成，如如图7所所示，从从而省去去了DCC/DCC变换型型高频链链逆变器器中的直直流环节节，因此此只需要要二级功功率变换换（DCC/HFFAC/LFAAC），减减小了逆逆变器的的通态损损耗，提提高了系系统效率率和可靠靠性。2.3.11硬开关关PWMM控制方方式 如如图8所所示110，其其三相输输出采用用周波变变流器形形式将高高频电压压变换成成三相工工频电压压，主要要用于中中小容量量UPSS。采用用周波变变换器直直接将高高频交流流变换成成工频交交流，与与经过直直流变换换相比较较，具有有下列特特点：

9、 11）电力力变换级级数少，可可以提高高效率； 2）高高频部分分后级不不需要直直流电容容器，系系统总体体成本低低，结构构简单； 3）硬硬开关PPWM控控制； 4）当当高频变变压器次次级侧开开路时，由由于变压压器漏感感储能无无放电回回路而产产生较大大的电压压尖峰。 为了解决图8电路存在的问题，在文献11中，周波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

10、，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直流环环节准谐谐振方式式 高频频变压器器前级部部分采用用直流环环节准谐谐振逆变变电路（简简称QRRDCLLI)，后后级部分分采用周周波变换换器形式式144，如如图100所示。同同时还提提出了改改进的PPDM控控制策略略和数字字控制方方法。该该系统不不需要缓缓冲电路路，而且且可以工工作于四四个象限限。3发展趋势势

11、自从从上世纪纪80年年代以来来，高频频链逆变变技术一一直受到到人们极极大的关关注，发发表了大大量的相相关文献献。目前前存在的的高频链链逆变器器拓扑，一一般有以以下几个个特点： 1）DDC/DDC变换换型需要要三级功功率变换换，通态态损耗高高且控制制复杂； 2）周周波变流流型大量量使用双双向开关关，增加加了电路路成本和和损耗； 3）电电流换相相时存在在电压过过冲问题题； 44）非纯纯电阻性性负载时时，续流流困难； 5）大大部分电电路针对对CVCCF系统统设计，对对于VVVVF系系统控制制起来相相对要复复杂； 在单相相高频链链逆变电电路中，目目前已经经出现了了一些比比较成熟熟的方案案，但三三相高频频链逆变变电路还还很不成成熟，还还需要继继续深入入研究。总总体来讲讲，主要要涉及三三个方面面： 11）使用用可关断断器件和和软开关关技术，提提高工作作频率，以以便达到到装置小小型化、低低成本、无无音频噪噪音，并并且具有有高可靠靠性、高高效率； 2）研研究新的的组合式式拓扑结结构，分分析复杂杂的工作作过程以以及建立立数学模模型，解解决目前前高频链链逆变器器存在的的缺点； 3）研研究各种种控制方方式，包包括PFFM、SSPWMM、