本發(fā)明涉及電力電子矩陣變換器調(diào)制及控制領(lǐng)域，特別涉及一種蓄電池充放電單相高頻鏈矩陣變換器分離式矢量調(diào)制方法。

背景技術(shù)：

目前針對(duì)于蓄電池充放電裝置的研究主要集中在三相系統(tǒng)和直流系統(tǒng)中，包括三相pwm整流蓄電池充放電裝置、三相雙向dc-dc變換器充放電裝置和適合直流系統(tǒng)中使用的雙向dc-dc充放電裝置等.但是針對(duì)使用高頻鏈矩陣變換器雙向充放電的裝置研究較少。矩陣變換器與傳統(tǒng)變換器相比，沒有中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高，采用雙向開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，輸入電流波形好，無低次諧波且輸出電壓的幅值和頻率可以獨(dú)立控制，進(jìn)行整流時(shí)輸入側(cè)可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)。高頻鏈變換器采用高頻變壓器替代工頻變壓器克服了傳統(tǒng)變壓器的體積大、噪聲大、成本高等缺點(diǎn)。高頻鏈矩陣式變換器吸取了高頻鏈和矩陣式變換器所具有的優(yōu)點(diǎn)，是兩者的結(jié)合體。

由于高頻變壓器漏感的存在，高頻鏈矩陣式變換器換流時(shí)，在變壓器副邊矩陣變換器的開關(guān)管上會(huì)引起較大的電壓過沖，因此矩陣變換器的安全換流一直是制約高頻鏈變換器實(shí)現(xiàn)大范圍推廣的技術(shù)難點(diǎn)。常見的換流策略有四步換流策略、基于變換器輸入側(cè)線電壓極性的兩步換流策略，以及基于變換器輸入側(cè)線電壓極性和負(fù)載電流方向的一步換流策略。

然而，上述換流策略雖然能夠?qū)崿F(xiàn)安全換流，但造成矩陣變換器的調(diào)制和控制較為復(fù)雜，導(dǎo)致了系統(tǒng)可靠性降低以致影響該類變換器的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種蓄電池充放電單相高頻鏈矩陣變換器分離式矢量調(diào)制方法，針對(duì)單相高頻鏈變換器蓄電池充放電時(shí)，在不改變蓄電池極性的情況下，通過改變后級(jí)開關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電功能；以及在充電時(shí)，實(shí)現(xiàn)前級(jí)矩陣式開關(guān)管的分離式控制，使得控制更加自由靈活。

為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種蓄電池充放電單相高頻鏈矩陣變換器分離式矢量調(diào)制方法，該調(diào)制方法使用的單相高頻鏈矩陣式變換器拓?fù)涫怯山涣鬏斎腚妷簎s、lc輸入濾波器、前級(jí)矩陣式變換器、高頻變壓器、后級(jí)矩陣式變換器、l型濾波器、負(fù)載電阻rdc和蓄電池e依次連接構(gòu)成；

所述前級(jí)矩陣式變換器是由第一可控開關(guān)管sp1、第二可控開關(guān)管sp2、第三可控開關(guān)管sp3、第四可控開關(guān)管sp4、第五可控開關(guān)管sn1、第六可控開關(guān)管sn2、第七可控開關(guān)管sn3和第八可控開關(guān)管sn4組成；第一可控開關(guān)管sp1的發(fā)射極與第五可控開關(guān)管sn1的發(fā)射極連接，第六可控開關(guān)管sn2的發(fā)射極與第二可控開關(guān)管sp2的發(fā)射極相連，第一可控開關(guān)管sp1的集電極與第六可控開關(guān)管sn2的集電極連接于a節(jié)點(diǎn)，使第五可控開關(guān)管sn1、第一可控開關(guān)管sp1、第六可控開關(guān)管sn2和第二可控開關(guān)管sp2構(gòu)成a相橋臂；第七可控開關(guān)管sn3的發(fā)射極與第三可控開關(guān)管sp3的發(fā)射極連接，第八可控開關(guān)管sn4的發(fā)射極與第四可控開關(guān)管sp4的發(fā)射極連接，第三可控開關(guān)管sp3的集電極與第八可控開關(guān)管sn4的集電極連接于b節(jié)點(diǎn)，使第七可控開關(guān)管sn3、第三可控開關(guān)管sp3、第八可控開關(guān)管sn4和第四可控開關(guān)管sp4構(gòu)成b相橋臂；第五可控開關(guān)管sn1的集電極與第七可控開關(guān)管sn3的集電極相連接于c節(jié)點(diǎn)；第二可控開關(guān)管sp2的集電極與第四可控開關(guān)管sp4的集電極相連接于d節(jié)點(diǎn)；

所述后級(jí)矩陣式變換器是由第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十一可控開關(guān)管spl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十三可控開關(guān)管snh2、第十四可控開關(guān)管snl2、第十五可控開關(guān)管sph2和第十六可控開關(guān)管spl2組成；第九可控開關(guān)管snl1的發(fā)射極與第十二可控開關(guān)管sph1的發(fā)射極連接，第十三可控開關(guān)管snh2的發(fā)射極與第十六可控開關(guān)管spl1的發(fā)射極相連，第十二可控開關(guān)管sph1的集電極與第十三可控開關(guān)管snh2的集電極連接于a節(jié)點(diǎn)，使第九可控開關(guān)管snl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十三可控開關(guān)管snh2和第十六可控開關(guān)管spl2構(gòu)成一相橋臂；第十可控開關(guān)管snh1的發(fā)射極與第十一可控開關(guān)管spl1的發(fā)射極連接，第十四可控開關(guān)管snl2的發(fā)射極與第十五可控開關(guān)管sph2的發(fā)射極連接，第十一可控開關(guān)管spl1的集電極與第十四可控開關(guān)管snl2的集電極連接于b節(jié)點(diǎn)，使第十可控開關(guān)管snh1、第十一可控開關(guān)管spl1、第十四可控開關(guān)管snl2和第十五可控開關(guān)管sph2構(gòu)成一個(gè)橋臂；第九可控開關(guān)管snl1的集電極與第十可控開關(guān)管snh1的集電極相連接于c節(jié)點(diǎn)；第十六可控開關(guān)管spl2的集電極與第十五可控開關(guān)管sph2的集電極相連接于d節(jié)點(diǎn)；

所述交流輸入電壓us一端與所述lc輸入濾波器的濾波電感l(wèi)f連接，所述濾波電容cf的一端和所述矩陣式變換器的a節(jié)點(diǎn)連接，其另一端與所述矩陣式變換器的b節(jié)點(diǎn)和所述交流輸入電壓us的另一端連接；

所述前級(jí)矩陣式變換器的c節(jié)點(diǎn)與所述高頻變壓器原邊的同名端連接，所述前級(jí)矩陣式變換器的d節(jié)點(diǎn)與所述高頻變壓器原邊的異名端連接；

所述高頻變壓器副邊的同名端與所述后級(jí)矩陣式變換器的a節(jié)點(diǎn)相連，所述高頻變壓器副邊的異名端與所述后級(jí)矩陣式變換器的b節(jié)點(diǎn)相連；所述后級(jí)矩陣式變換器的c節(jié)點(diǎn)與輸出濾波電感l(wèi)dc的一端連接，輸出濾波電感l(wèi)dc的另一端依次串聯(lián)負(fù)載電阻rdc和蓄電池e正極，所述后級(jí)矩陣式變換器的d節(jié)點(diǎn)與蓄電池e負(fù)極連接；這里用idc表示流過負(fù)載rdc的電流；

所述一種蓄電池充放電單相高頻鏈矩陣變換器分離式矢量調(diào)制方法包括如下內(nèi)容：

充電時(shí)進(jìn)行整流，后級(jí)矩陣式變換器的控制方式是第十二可控開關(guān)管sph1、第十一可控開關(guān)管spl1、第十六可控開關(guān)管spl2和第十五可控開關(guān)管sph2為全導(dǎo)通，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2和第十四可控開關(guān)管snl2全關(guān)斷，相當(dāng)于后級(jí)矩陣式變換器為四個(gè)不控整流二極管——第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3和第四二極管d4；高頻變壓器前級(jí)矩陣式變換器中的第五可控開關(guān)管sn1、第一可控開關(guān)管sp1、第六可控開關(guān)管sn2和第二可控開關(guān)管sp2組成的橋臂和第七可控開關(guān)管sn3、第三可控開關(guān)管sp3、第八可控開關(guān)管sn4和第四可控開關(guān)管sp4組成的橋臂在svpwm和邏輯合成的調(diào)制下交替導(dǎo)通，在經(jīng)過五段式svpwm后得到四個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)s1、s2、s3、s4，根據(jù)高頻變壓器原邊電流ip正負(fù)值的檢測(cè)與四個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過“與”邏輯合成，再得到八路驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別去驅(qū)動(dòng)第一——第四可控開關(guān)管sp1～sp4和第五——第八可控開關(guān)管sn1～sn4；此時(shí)實(shí)現(xiàn)矩陣式可控開關(guān)管的分離式控制，在空間矢量調(diào)制的基礎(chǔ)上根據(jù)高頻變壓器原邊電流的正負(fù)判斷再進(jìn)行“與”邏輯后驅(qū)動(dòng)八個(gè)可控開關(guān)管；(1)工作狀態(tài)1[t0-t1]，t0時(shí)刻，由于高頻變壓器存在漏感l(wèi)lk的原因，高頻變壓器原邊有一定值的反向電流ip，此時(shí)，觸發(fā)第五可控開關(guān)管sn1開通，關(guān)斷第六可控開關(guān)管sn2，電流的流通路徑是由高頻變壓器流經(jīng)第五可控開關(guān)管sn1和第一可控開關(guān)管sp1并聯(lián)的二極管、第八可控開關(guān)管sn4和第四可控開關(guān)管sp4并聯(lián)的二極管；此時(shí)，高頻變壓器原邊電流ip和交流輸入電壓us同時(shí)向輸入側(cè)濾波電容cf充電，高頻變壓器原邊電流ip在反向輸入側(cè)電壓vi鉗位下由反方向開始線性降低，直到為零，此時(shí)，ip小于輸出直流電流idc，idc通過第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊這三條路徑向負(fù)載電阻rdc續(xù)流提供能量，實(shí)現(xiàn)自然換流，高頻變壓器副邊電壓被直通二極管鉗位為零；

(2)工作狀態(tài)2[t1-t2]，t1時(shí)刻ip降為零，續(xù)流結(jié)束，第一可控開關(guān)管sp1和第四可控開關(guān)管sp4導(dǎo)通，流通路徑為第一可控開關(guān)管sp1和第五可控開關(guān)管sn1的并聯(lián)二極管、第四可控開關(guān)管sp4和第八可控開關(guān)管sn4的并聯(lián)二極管，交流輸入電壓us和輸入側(cè)濾波電容cf開始給后級(jí)高頻變壓器漏感l(wèi)lk充電，ip正向線性上升，輸出的直流電流idc經(jīng)第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑向負(fù)載電阻rdc以及蓄電池e進(jìn)行充電；

(3)工作狀態(tài)3[t2-t3]，t2時(shí)刻，前級(jí)矩陣式變換器中，第一可控開關(guān)管sp1和第四可控開關(guān)管sp4仍然導(dǎo)通，流通路徑仍然為第一可控開關(guān)管sp1和第五可控開關(guān)管sn1的并聯(lián)二極管、第四可控開關(guān)管sp4和第八可控開關(guān)管sn4的并聯(lián)二極管；交流輸入電壓us和輸入側(cè)濾波電容cf開始通過前級(jí)矩陣式變換器、高頻變壓器以及第一二極管d1和第四二極管d4向負(fù)載電阻rdc以及蓄電池e充電，ip線性上升；

(4)工作狀態(tài)4[t3-t4]，前級(jí)矩陣變換器中，觸發(fā)第二可控開關(guān)管sp2開通，第四可控開關(guān)管sp4關(guān)斷，流通路徑為第一可控開關(guān)管sp1和第五可控開關(guān)管sn1的并聯(lián)二極管、第二可控開關(guān)管sp2和第六可控開關(guān)管sn2的并聯(lián)二極管，a相橋臂直通，up被鉗位為零，此時(shí)由于高頻變壓器漏感l(wèi)lk的存在，高頻變壓器原邊電流ip和idc向負(fù)載電阻rdc以及蓄電池e提供能量，idc經(jīng)第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑流通；

(5)工作狀態(tài)4[t4-t5]，t4時(shí)刻變壓器原邊有一定值的正向電流ip，前級(jí)矩陣變換器中，觸發(fā)第三可控開關(guān)管sp3開通，第一可控開關(guān)管sp1關(guān)斷，電流的流通路徑為第二可控開關(guān)管sp2和第六可控開關(guān)管sn2的并聯(lián)二極管、第三可控開關(guān)管sp3和第七可控開關(guān)管sn3的并聯(lián)二極管；此時(shí)，up被鉗位為輸入側(cè)電壓vab的負(fù)值，由于高頻變壓器漏感l(wèi)lk的原因，ip和交流輸入電壓us同時(shí)向輸入側(cè)濾波電容cf充電，ip在反向輸入側(cè)電壓vi鉗位下由正方向開始線性降低，直到為零，idc經(jīng)第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑向負(fù)載電阻rdc續(xù)流提供能量，實(shí)現(xiàn)自然換流，高頻變壓器副邊電壓被直通的二極管鉗位為零；

(6)工作狀態(tài)6[t5-t6]，t5時(shí)刻ip降為零，續(xù)流結(jié)束，前級(jí)矩陣變換器中，第三可控開關(guān)管sp3和第七可控開關(guān)管sn3導(dǎo)通，電流的流通路徑為第六可控開關(guān)管sn2和第二可控開關(guān)管sp2的并聯(lián)二極管、第七可控開關(guān)管sn3和第三可控開關(guān)管sp3的并聯(lián)二極管；交流輸入電壓us和輸入側(cè)濾波電容cf開始給高頻變壓器漏感充電傳遞能量，ip反向線性上升，idc經(jīng)第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑向負(fù)載電阻rdc及蓄電池e進(jìn)行充電，高頻變壓器被直通的二極管鉗位為零；

(7)工作狀態(tài)7[t6-t7]，t6時(shí)刻，ip的值等于-idc，ip線性下降，電壓源和輸入側(cè)濾波電容cf開始通過前級(jí)矩陣變換器、高頻變壓器以及第二二極管d2和第三二極管d3向直流濾波電感和負(fù)載電阻rdc充電；

(8)工作狀態(tài)8[t7-t8]，前級(jí)矩陣式變換器中，觸發(fā)第五可控開關(guān)管sn1開通，第七可控開關(guān)管sn3關(guān)斷，電流的流通路徑為第五可控開關(guān)管sn1和第一可控開關(guān)管sp1的并聯(lián)二極管、第流可控開關(guān)管sn2和第二可控開關(guān)管sp2的并聯(lián)二極管；up被鉗位為零，由于高頻變壓器漏感l(wèi)lk存在，高頻變壓器原邊電流ip和idc向負(fù)載電阻rdc和蓄電池e提供能量，idc通過第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑流通，此時(shí)交流輸入電壓us被直通二極管鉗位為零；

蓄電池e放電時(shí)進(jìn)行逆變，后級(jí)矩陣式變換器的控制方式為第十二可控開關(guān)管sph1、第十一可控開關(guān)管spl1、第十六可控開關(guān)管spl2和第十五可控開關(guān)管sph2全關(guān)斷，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2和第十四可控開關(guān)管snl2進(jìn)行調(diào)制；前級(jí)矩陣變換器進(jìn)行逆變時(shí)的傳統(tǒng)調(diào)制方式，無需改變蓄電池極性，能量從蓄電池e流向交流側(cè)；本發(fā)明方法可以在任意時(shí)刻，通過控制開關(guān)管的通斷來實(shí)現(xiàn)充放電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。

工作過程大致如下：

進(jìn)行充電時(shí)，高頻變壓器前級(jí)高頻整流器首先采用svpwm控制方法，進(jìn)行空間矢量調(diào)制輸出四路驅(qū)動(dòng)波，經(jīng)過檢測(cè)高頻變壓器原邊電流的正負(fù)，進(jìn)行“與”邏輯的條件判斷形成八路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)八個(gè)可控開關(guān)管。高頻變壓器后級(jí)矩陣式變換器為第十一可控開關(guān)管spl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十五可控開關(guān)管sph2和第十六可控開關(guān)管spl2全通，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2、和第十四可控開關(guān)管snl2全關(guān)，相當(dāng)于四個(gè)不可控二極管進(jìn)行整流，根據(jù)不同的開關(guān)狀態(tài)，idc通過不同的不控二極管向負(fù)載和蓄電池e提供能量。進(jìn)行放電時(shí)，后級(jí)矩陣式變換器為第十一可控開關(guān)管spl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十五可控開關(guān)管sph2和第十六可控開關(guān)管spl2全關(guān)，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2、和第十四可控開關(guān)管snl2進(jìn)行逆變調(diào)制，能量從蓄電池e流向交流側(cè)。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種蓄電池充放電單相高頻鏈矩陣變換器分離式矢量調(diào)制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果：

進(jìn)行充電時(shí)，首先進(jìn)行svpwm調(diào)制與spwm相比，具有開關(guān)損耗小、動(dòng)態(tài)性能快以及電壓的利用率高等優(yōu)點(diǎn)。且在變壓器存在漏感時(shí)，漏感電流有一個(gè)給輸入側(cè)電容充電的續(xù)流過程，變壓器的電壓不會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰。其次和變壓器原邊電流正負(fù)判斷后進(jìn)行“與”邏輯，分離驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，使得控制更靈活、自由，同時(shí)也減少了因?yàn)殚_關(guān)管常通而造成的損耗。本發(fā)明兼具了svpwm調(diào)制和開關(guān)管分離式控制的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)行放電時(shí)，只需控制后級(jí)開關(guān)管的通斷，進(jìn)行逆變調(diào)制，無需改變蓄電池極性。本發(fā)明方法可以在任意時(shí)刻，通過控制開關(guān)管的通斷來實(shí)現(xiàn)充電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所用單相高頻鏈矩陣式變換器蓄電池充放電電路拓?fù)鋱D；

圖2為本發(fā)明方法的系統(tǒng)原理框圖；

圖3為蓄電池充電時(shí)等效拓?fù)潆娐穲D；

圖4為蓄電池充電時(shí)單相高頻鏈矩陣式變換器開關(guān)分離式控制的調(diào)制原理圖；

圖5為蓄電池充電時(shí)本發(fā)明方法控制下一個(gè)高頻周期內(nèi)的工作狀態(tài)圖；

圖6為蓄電池充電時(shí)本發(fā)明方法各個(gè)工作狀態(tài)的等效電路圖；

圖7為蓄電池放電時(shí)等效拓?fù)潆娐穲D；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，為本發(fā)明方法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，該調(diào)制方法使用的單相高頻鏈矩陣式變換器拓?fù)涫怯山涣鬏斎腚妷簎s、lc輸入濾波器、前級(jí)矩陣式變換器、高頻變壓器、后級(jí)矩陣式變換器、l型濾波器、負(fù)載電阻rdc和蓄電池e依次連接構(gòu)成；

所述前級(jí)矩陣式變換器是由第一可控開關(guān)管sp1、第二可控開關(guān)管sp2、第三可控開關(guān)管sp3、第四可控開關(guān)管sp4、第五可控開關(guān)管sn1、第六可控開關(guān)管sn2、第七可控開關(guān)管sn3和第八可控開關(guān)管sn4組成；第一可控開關(guān)管sp1的發(fā)射極與第五可控開關(guān)管sn1的發(fā)射極連接，第六可控開關(guān)管sn2的發(fā)射極與第二可控開關(guān)管sp2的發(fā)射極相連，第一可控開關(guān)管sp1的集電極與第六可控開關(guān)管sn2的集電極連接于a節(jié)點(diǎn)，使第五可控開關(guān)管sn1、第一可控開關(guān)管sp1、第六可控開關(guān)管sn2和第二可控開關(guān)管sp2構(gòu)成a相橋臂；第七可控開關(guān)管sn3的發(fā)射極與第三可控開關(guān)管sp3的發(fā)射極連接，第八可控開關(guān)管sn4的發(fā)射極與第四可控開關(guān)管sp4的發(fā)射極連接，第三可控開關(guān)管sp3的集電極與第八可控開關(guān)管sn4的集電極連接于b節(jié)點(diǎn)，使第七可控開關(guān)管sn3、第三可控開關(guān)管sp3、第八可控開關(guān)管sn4和第四可控開關(guān)管sp4構(gòu)成b相橋臂；第五可控開關(guān)管sn1的集電極與第七可控開關(guān)管sn3的集電極相連接于c節(jié)點(diǎn)；第二可控開關(guān)管sp2的集電極與第四可控開關(guān)管sp4的集電極相連接于d節(jié)點(diǎn)；

所述后級(jí)矩陣式變換器是由第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十一可控開關(guān)管spl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十三可控開關(guān)管snh2、第十四可控開關(guān)管snl2、第十五可控開關(guān)管sph2和第十六可控開關(guān)管spl2組成；第九可控開關(guān)管snl1的發(fā)射極與第十二可控開關(guān)管sph1的發(fā)射極連接，第十三可控開關(guān)管snh2的發(fā)射極與第十六可控開關(guān)管spl1的發(fā)射極相連，第十二可控開關(guān)管sph1的集電極與第十三可控開關(guān)管snh2的集電極連接于a節(jié)點(diǎn)，使第九可控開關(guān)管snl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十三可控開關(guān)管snh2和第十六可控開關(guān)管spl2構(gòu)成一相橋臂；第十可控開關(guān)管snh1的發(fā)射極與第十一可控開關(guān)管spl1的發(fā)射極連接，第十四可控開關(guān)管snl2的發(fā)射極與第十五可控開關(guān)管sph2的發(fā)射極連接，第十一可控開關(guān)管spl1的集電極與第十四可控開關(guān)管snl2的集電極連接于b節(jié)點(diǎn)，使第十可控開關(guān)管snh1、第十一可控開關(guān)管spl1、第十四可控開關(guān)管snl2和第十五可控開關(guān)管sph2構(gòu)成一個(gè)橋臂；第九可控開關(guān)管snl1的集電極與第十可控開關(guān)管snh1的集電極相連接于c節(jié)點(diǎn)；第十六可控開關(guān)管spl2的集電極與第十五可控開關(guān)管sph2的集電極相連接于d節(jié)點(diǎn)；

所述交流輸入電壓us一端與所述lc輸入濾波器的濾波電感l(wèi)f連接，所述濾波電容cf的一端和所述矩陣式變換器的a節(jié)點(diǎn)連接，其另一端與所述矩陣式變換器的b節(jié)點(diǎn)和所述交流輸入電壓us的另一端連接；

所述前級(jí)矩陣式變換器的c節(jié)點(diǎn)與所述高頻變壓器原邊的同名端連接，所述前級(jí)矩陣式變換器的d節(jié)點(diǎn)與所述高頻變壓器原邊的異名端連接；

所述高頻變壓器副邊的同名端與所述后級(jí)矩陣式變換器的a節(jié)點(diǎn)相連，所述高頻變壓器副邊的異名端與所述后級(jí)矩陣式變換器的b節(jié)點(diǎn)相連；所述后級(jí)矩陣式變換器的c節(jié)點(diǎn)與輸出濾波電感l(wèi)dc的一端連接，輸出濾波電感l(wèi)dc的另一端依次串聯(lián)負(fù)載電阻rdc和蓄電池e正極，所述后級(jí)矩陣式變換器的d節(jié)點(diǎn)與蓄電池e負(fù)極連接；這里用idc表示流過負(fù)載rdc的電流。

所述一種蓄電池充放電單相高頻鏈矩陣變換器分離式矢量調(diào)制方法包括如下內(nèi)容：

充電時(shí)進(jìn)行整流，后級(jí)矩陣式變換器的控制方式是第十二可控開關(guān)管sph1、第十一可控開關(guān)管spl1、第十六可控開關(guān)管spl2和第十五可控開關(guān)管sph2為全導(dǎo)通，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2和第十四可控開關(guān)管snl2全關(guān)斷，相當(dāng)于后級(jí)矩陣式變換器為四個(gè)不控整流二極管——第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3和第四二極管d4；高頻變壓器前級(jí)矩陣式變換器中的第五可控開關(guān)管sn1、第一可控開關(guān)管sp1、第六可控開關(guān)管sn2和第二可控開關(guān)管sp2組成的橋臂和第七可控開關(guān)管sn3、第三可控開關(guān)管sp3、第八可控開關(guān)管sn4和第四可控開關(guān)管sp4組成的橋臂在svpwm和邏輯合成的調(diào)制下交替導(dǎo)通，在經(jīng)過五段式svpwm后得到四個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)s1、s2、s3、s4，根據(jù)高頻變壓器原邊電流ip正負(fù)值的檢測(cè)與四個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過“與”邏輯合成，再得到八路驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別去驅(qū)動(dòng)第一——第四可控開關(guān)管sp1～sp4和第五——第八可控開關(guān)管sn1～sn4；此時(shí)實(shí)現(xiàn)矩陣式可控開關(guān)管的分離式控制，在空間矢量調(diào)制的基礎(chǔ)上根據(jù)高頻變壓器原邊電流的正負(fù)判斷再進(jìn)行“與”邏輯后驅(qū)動(dòng)八個(gè)可控開關(guān)管；這樣避免了單純的空間矢量調(diào)制時(shí)使用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)邏輯而造成的開關(guān)管常通而造成的損耗，且使控制更自由獨(dú)立。

如圖2所示為本發(fā)明方法的系統(tǒng)原理框圖，可以分為三部分，標(biāo)號(hào)1為蓄電池充電時(shí)的整流部分，包括本發(fā)明方法的調(diào)制方式—開關(guān)分離式控制、前級(jí)矩陣式變換器、后級(jí)雙向開關(guān)管的控制，其中后級(jí)控制為第十一可控開關(guān)管spl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十五可控開關(guān)管sph2和第十六可控開關(guān)管spl2全通，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2、和第十四可控開關(guān)管snl2全關(guān)斷，相當(dāng)于后級(jí)為四個(gè)不控整流二極管。標(biāo)號(hào)2為蓄電池放電時(shí)的逆變部分，包括后級(jí)雙向開關(guān)管的控制、前級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、前級(jí)矩陣式變換器。其中后級(jí)控制方式為第十一可控開關(guān)管spl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十五可控開關(guān)管sph2和第十六可控開關(guān)管spl2全關(guān)斷，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2、和第十四可控開關(guān)管snl2進(jìn)行調(diào)制。

如圖3所示為蓄電池充電時(shí)等效拓?fù)潆娐穲D。當(dāng)蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，是ac-dc矩陣變換器，相當(dāng)于一個(gè)整流器，后級(jí)第十一可控開關(guān)管spl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十五可控開關(guān)管sph2和第十六可控開關(guān)管spl2一直開通，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2、和第十四可控開關(guān)管snl2一直關(guān)斷，等效為后級(jí)為四個(gè)不控二極管進(jìn)行整流。

如圖4所示蓄電池e充電時(shí)單相高頻鏈矩陣式變換器開關(guān)分離式控制的調(diào)制原理圖。首先進(jìn)行扇區(qū)判斷，當(dāng)輸入側(cè)電流im>0時(shí)，判斷為第一扇區(qū)，當(dāng)輸入側(cè)電流im<0時(shí)，判斷為第2扇區(qū)。利用空間電流矢量進(jìn)行相應(yīng)的矢量合成，使得合成矢量等于輸入側(cè)電流矢量。圖(a)為電流矢量合成，為滿足高頻變壓器的伏秒平衡，實(shí)現(xiàn)雙極磁化的磁復(fù)位，輸入側(cè)電流空間矢量it可由一個(gè)正組有效電流矢量和一個(gè)反組有效電流矢量以及零電流矢量合成，以第1扇區(qū)矢量合成為例，在一個(gè)高頻開關(guān)周期內(nèi)，前級(jí)矩陣式變換器輸出正極脈沖時(shí)，電流it⁺由i1⁺和i0合成，高頻變壓器副邊電流is合成正的輸出直流電流idc；前級(jí)矩陣式變換器輸出負(fù)極脈沖時(shí)，電流it^－由i1^－和i0合成，高頻變壓器副邊電流is合成負(fù)的idc。圖(b)為第1扇區(qū)的矢量合成模式，矢量合成順序?yàn)椋旱谝欢问紫冗M(jìn)行零矢量合成，第二段進(jìn)行正方向的有效矢量合成，第三段進(jìn)行零矢量合成，第四段進(jìn)行反方向的有效矢量合成，最后一段進(jìn)行零矢量合成。圖(c)為矩陣開關(guān)管分離式控制的示意圖，其中左圖為一體式控制的開關(guān)模式圖，一體式控制即兩個(gè)開關(guān)管用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)去驅(qū)動(dòng)。右圖為分離式控制的開關(guān)模式圖，分離式的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是兩個(gè)不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明方法中是在svpwm調(diào)制一體式控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯合成，再進(jìn)行靈活的分離式控制。圖(d)是進(jìn)行svpwm調(diào)制，根據(jù)以上介紹的扇區(qū)劃分和矢量合成調(diào)制生成四路驅(qū)動(dòng)信號(hào)s1、s2、s3、s4。經(jīng)過svpwm調(diào)制后再進(jìn)行邏輯的合成。(e)所示，當(dāng)高頻變壓器原邊電流大于等于零并且經(jīng)過svpwm調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)波形為s1時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)第一可控開關(guān)管sp1，當(dāng)高頻變壓器原邊電流小于零并且經(jīng)過svpwm調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)波形為s1時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)第五可控開關(guān)管sn1；當(dāng)高頻變壓器原邊電流小于等于零并且經(jīng)過svpwm調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)波形為s2時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)第六可控開關(guān)管sn2，當(dāng)高頻變壓器原邊電流大于零并且經(jīng)過svpwm調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)波形為s2時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)第二可控開關(guān)管sp2；當(dāng)高頻變壓器原邊電流大于零并且經(jīng)過svpwm調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)波形為s3時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)第三可控開關(guān)管sp3，當(dāng)高頻變壓器原邊電流小于等于零并且經(jīng)過svpwm調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)波形為s4時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)第七可控開關(guān)管sn3；當(dāng)高頻變壓器原邊電流大于等于零并且經(jīng)過svpwm調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)波形為s4時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)第四可控開關(guān)管sp4；當(dāng)高頻變壓器原邊電流小于零并且經(jīng)過svpwm調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)波形為s4時(shí)，輸出的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)第八可控開關(guān)管sn4。

如圖5所示為蓄電池e充電時(shí)本發(fā)明方法控制下一個(gè)高頻周期內(nèi)的工作狀態(tài)圖。本發(fā)明方法選取單相輸入電流大于零的一個(gè)高頻周期內(nèi)進(jìn)行分析，得到的八路驅(qū)動(dòng)波形圖如圖5所示，其中給出了高頻變壓器原副邊電壓波形up、us，ip為高頻變壓器原邊電流波形。

如圖6所示，蓄電池e充電時(shí)本發(fā)明方法各個(gè)工作狀態(tài)的等效電路圖。

(1)工作狀態(tài)1[t0-t1]，t0時(shí)刻，由于高頻變壓器存在漏感l(wèi)lk的原因，高頻變壓器原邊有一定值的反向電流ip，此時(shí)，觸發(fā)第五可控開關(guān)管sn1開通，關(guān)斷第六可控開關(guān)管sn2，電流的流通路徑如圖6實(shí)線所示的路徑，是由高頻變壓器流經(jīng)第五可控開關(guān)管sn1和第一可控開關(guān)管sp1并聯(lián)的二極管、第八可控開關(guān)管sn4和第四可控開關(guān)管sp4并聯(lián)的二極管；此時(shí)，高頻變壓器原邊電流ip和交流輸入電壓us同時(shí)向輸入側(cè)濾波電容cf充電，高頻變壓器原邊電流ip在反向輸入側(cè)電壓vi鉗位下由反方向開始線性降低，直到為零，此時(shí)，ip小于輸出直流電流idc，idc通過第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊這三條路徑向負(fù)載電阻rdc續(xù)流提供能量，實(shí)現(xiàn)自然換流，高頻變壓器副邊電壓被直通二極管鉗位為零；

(2)工作狀態(tài)2[t1-t2]，t1時(shí)刻ip降為零，續(xù)流結(jié)束，第一可控開關(guān)管sp1和第四可控開關(guān)管sp4導(dǎo)通，流通路徑為第一可控開關(guān)管sp1和第五可控開關(guān)管sn1的并聯(lián)二極管、第四可控開關(guān)管sp4和第八可控開關(guān)管sn4的并聯(lián)二極管，交流輸入電壓us和輸入側(cè)濾波電容cf開始給后級(jí)高頻變壓器漏感l(wèi)lk充電，ip正向線性上升，輸出的直流電流idc經(jīng)第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑向負(fù)載電阻rdc以及蓄電池e進(jìn)行充電；

(3)工作狀態(tài)3[t2-t3]，t2時(shí)刻，前級(jí)矩陣式變換器中，第一可控開關(guān)管sp1和第四可控開關(guān)管sp4仍然導(dǎo)通，流通路徑仍然為第一可控開關(guān)管sp1和第五可控開關(guān)管sn1的并聯(lián)二極管、第四可控開關(guān)管sp4和第八可控開關(guān)管sn4的并聯(lián)二極管；交流輸入電壓us和輸入側(cè)濾波電容cf開始通過前級(jí)矩陣式變換器、高頻變壓器以及第一二極管d1和第四二極管d4向負(fù)載電阻rdc以及蓄電池e充電，ip線性上升；

(4)工作狀態(tài)4[t3-t4]，前級(jí)矩陣變換器中，觸發(fā)第二可控開關(guān)管sp2開通，第四可控開關(guān)管sp4關(guān)斷，流通路徑為第一可控開關(guān)管sp1和第五可控開關(guān)管sn1的并聯(lián)二極管、第二可控開關(guān)管sp2和第六可控開關(guān)管sn2的并聯(lián)二極管，a相橋臂直通，up被鉗位為零，此時(shí)由于高頻變壓器漏感l(wèi)lk的存在，高頻變壓器原邊電流ip和idc向負(fù)載電阻rdc以及蓄電池e提供能量，idc經(jīng)第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑流通；

(5)工作狀態(tài)4[t4-t5]，t4時(shí)刻變壓器原邊有一定值的正向電流ip，前級(jí)矩陣變換器中，觸發(fā)第三可控開關(guān)管sp3開通，第一可控開關(guān)管sp1關(guān)斷，電流的流通路徑為第二可控開關(guān)管sp2和第六可控開關(guān)管sn2的并聯(lián)二極管、第三可控開關(guān)管sp3和第七可控開關(guān)管sn3的并聯(lián)二極管；此時(shí)，up被鉗位為輸入側(cè)電壓vab的負(fù)值，由于高頻變壓器漏感l(wèi)lk的原因，ip和交流輸入電壓us同時(shí)向輸入側(cè)濾波電容cf充電，ip在反向輸入側(cè)電壓vi鉗位下由正方向開始線性降低，直到為零，idc經(jīng)第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑向負(fù)載電阻rdc續(xù)流提供能量，實(shí)現(xiàn)自然換流，高頻變壓器副邊電壓被直通的二極管鉗位為零；

(6)工作狀態(tài)6[t5-t6]，t5時(shí)刻ip降為零，續(xù)流結(jié)束，前級(jí)矩陣變換器中，第三可控開關(guān)管sp3和第七可控開關(guān)管sn3導(dǎo)通，電流的流通路徑為第六可控開關(guān)管sn2和第二可控開關(guān)管sp2的并聯(lián)二極管、第七可控開關(guān)管sn3和第三可控開關(guān)管sp3的并聯(lián)二極管；交流輸入電壓us和輸入側(cè)濾波電容cf開始給高頻變壓器漏感充電傳遞能量，ip反向線性上升，idc經(jīng)第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑向負(fù)載電阻rdc及蓄電池e進(jìn)行充電，高頻變壓器被直通的二極管鉗位為零；

(7)工作狀態(tài)7[t6-t7]，t6時(shí)刻，ip的值等于-idc，ip線性下降，電壓源和輸入側(cè)濾波電容cf開始通過前級(jí)矩陣變換器、高頻變壓器以及第二二極管d2和第三二極管d3向直流濾波電感和負(fù)載電阻rdc充電；

(8)工作狀態(tài)8[t7-t8]，前級(jí)矩陣式變換器中，觸發(fā)第五可控開關(guān)管sn1開通，第七可控開關(guān)管sn3關(guān)斷，電流的流通路徑為第五可控開關(guān)管sn1和第一可控開關(guān)管sp1的并聯(lián)二極管、第流可控開關(guān)管sn2和第二可控開關(guān)管sp2的并聯(lián)二極管；up被鉗位為零，由于高頻變壓器漏感l(wèi)lk存在，高頻變壓器原邊電流ip和idc向負(fù)載電阻rdc和蓄電池e提供能量，idc通過第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3、第四二極管d4以及高頻變壓器副邊三條路徑流通，此時(shí)交流輸入電壓us被直通二極管鉗位為零。

如圖7所示為蓄電池e放電時(shí)等效拓?fù)潆娐穲D。此時(shí)是一個(gè)dc-ac矩陣變換器，相當(dāng)于一個(gè)逆變器，后級(jí)第十一可控開關(guān)管spl1、第十二可控開關(guān)管sph1、第十五可控開關(guān)管sph2和第十六可控開關(guān)管spl2一直關(guān)斷，第九可控開關(guān)管snl1、第十可控開關(guān)管snh1、第十三可控開關(guān)管snh2、和第十四可控開關(guān)管snl2進(jìn)行調(diào)制。此時(shí)后級(jí)電路等效為由四個(gè)可控開關(guān)管組成的全橋電路。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。