一種單級zvs型推挽式高頻環(huán)節(jié)dc/ac變換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種將直流電變換為交流電的DC/AC變換器，尤其是涉及一種單級 ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器，屬于電力電子變換器領域。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)的逆變器具有結(jié)構簡單、技術成熟、性能可靠等優(yōu)點，但也存在體積笨重、低 頻噪聲嚴重、負載動態(tài)響應差等不足之處。隨著電力電子技術的發(fā)展，對逆變器的要求是體 積小、重量輕、噪聲低、響應快等等，為此出現(xiàn)了高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換技術以提高逆變器的 性能。目前，高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換技術主要可分為直流變換器型高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器與周 波變換器型高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器兩大類：前一類直流變換器型包括"DC/HFAC/DC/AC"的 三級變換結(jié)構，變換級數(shù)與結(jié)構相對復雜，三級能量傳輸?shù)姆绞綄е伦儞Q效率不高；后一類 周波變換器型則包括"DC/HFAC/AC"兩級的功率傳輸結(jié)構，結(jié)構相對簡單，功率可雙向傳輸， 兩級的能量傳輸方式使得其變換效率得到很大的提高，為此后一類DC/AC變換器得到了廣 泛的研究與應用。
[0003] 周波變換器型高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器是先將輸入直流電壓調(diào)制成高頻脈沖交流 電壓，高頻脈沖交流電壓再經(jīng)過高頻變壓器進行電壓匹配與電氣隔離，再經(jīng)周波變換器解 調(diào)成低頻交流脈沖電壓，最后經(jīng)LC濾波電路濾波后得到正弦交流電。但是采用傳統(tǒng)PffM控 制的周波變換器存在器件換流時電壓過沖及EMI等問題。針對這個問題，目前主要做法有 采用有源箝位電路吸收漏感中的能量以減小功率開關管上的電壓尖峰；采用串聯(lián)諧振技術 以實現(xiàn)功率管的ZVS或ZCS ;采用周波變換器的換流重疊單極性、雙極性移相控制策略等 等；這些方法可以較好的解決電壓過沖、開關損耗及EMI等問題，但同時也增加了電路及控 制的復雜性。為此，研究一種電路結(jié)構簡單，同時其功率管可以實現(xiàn)軟開關的高頻環(huán)節(jié)DC/ AC變換器具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對【背景技術】中高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器中存在的問題而提出了一種結(jié)構 簡單，變換效率高，具有隔離效果的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器。
[0005] 本發(fā)明的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器通過以下技術方案實現(xiàn)， 如附圖1所示，其包括高頻隔離變壓器原邊電路與副邊電路，高頻隔離變壓器（3)包括原邊 第一繞組P 1、原邊第二繞組P2及副邊繞組N ;變壓器原邊電路包括直流電壓源U ιη (1)，帶反 并聯(lián)二極管及外并電容的第一功率管S1、第二功率管S2和第三功率管S 3(2);變壓器副邊電 路則包含一個周波變換器（4)和LC濾波電路（5) ;LC濾波電路則包括濾波電感Lf與濾波 電容C。。其中，直流電壓源Uin的正極接第三功率管S 3的漏極；第三功率管S3的源極接變壓 器原邊第一繞組P1的異名端和第二繞組P 2的同名端，第一功率管S i的源極接第二功率管 S2的源極和直流電壓源U ιη的負極，第一功率管S ^勺漏極接原邊第一繞組P ^勺同名端，第二 功率管S2的漏極接原邊第二繞組P 2的異名端；原邊第一繞組P i的異名端接第二繞組P 2的 同名端，變壓器的副邊繞組N的同名端與周波變換器的上輸入端相連，副邊繞組N的異名端 與周波變換器的下輸入端相連；濾波電感Lf的左端則與周波變換器的上輸出端相連，濾波 電感Lf的右端接濾波電容C。的上端，濾波電容C。的下端與周波變換器的下輸出端相連。 [0006] 本發(fā)明的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器變壓器原邊三個功率管 開關控制策略如附圖2所示。其中，第一功率管S 1的驅(qū)動信號為Ugsl，第二功率管 S2的驅(qū)動信號為u gs2，第三功率管S3的驅(qū)動信號為u gs3。第三功率管S3的驅(qū)動信號u gs3采用 正弦波單極性調(diào)制得到，而第一功率管S1、第二功率管S2的驅(qū)動信號u gsl、ugs2與第三功率管 S3的驅(qū)動信號u rs3的關系有：
[0007](1)
[0008] ugsl，Ugs2與u
gs3網(wǎng)網(wǎng)之丨日」摘入一定的死區(qū)時間以實現(xiàn)功率管S S 3的ZVS開通。
[0009] 本發(fā)明的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器的周波變換器部分可為全 波式周波變換器或全橋式周波變換器，其結(jié)構如附圖3(a)、（b)所示。
[0010] 本發(fā)明的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器所有功率管均是雙向的， 可采用MOSFET或帶反并聯(lián)二極管的IGBT。
[0011] 綜上所述可知，本發(fā)明的ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器的有如下技術特 征：
[0012] 1)電路結(jié)構簡單。
[0013] 2)輸入輸出高頻電氣隔離且輸入輸出電壓匹配能力強，適用于中低壓輸入場合。
[0014] 3)功率管可實現(xiàn)軟開關，減小開關損耗，提高了 DC/AC變換器的工作效率。
[0015] 4)可實現(xiàn)能量的雙向傳輸。
【附圖說明】
[0016] 附圖1本發(fā)明提出的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器的電路原理 圖。
[0017] 附圖2本發(fā)明的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器功率管S1- S 3的 驅(qū)動信號時序圖。
[0018] 附圖3本發(fā)明的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器的周波變換器電路 原理圖。
[0019] 附圖4本發(fā)明采用全波式周波變換器的單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器 實施例電路原理圖。
[0020] 附圖5本發(fā)明實施例中功率管S 7的開關策略。
[0021] 附圖6本發(fā)明實施例中的一個開關周期內(nèi)主要波形示意圖。
[0022] 附圖7~附圖11為本發(fā)明的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器實施 例的各個開關模態(tài)示意圖。
[0023] 以上附圖中的主要符號名稱：Uin:直流電源電壓；S1-S 11:功率管；(^~C3:功率 管S1-S3的結(jié)電容與外并電容之和；D 1-D7:功率管S1-S7的體二極管；Tr :高頻隔離變壓 器；Lf:濾波電感；C。:濾波電容；u。:輸出電壓；u gsl~ugs3:功率管S廣S3的驅(qū)動信號；U45~ u67:功率管S 4~S 7的驅(qū)動信號；L leak 1 > 2 :變壓器原邊繞組P ^匕的漏感；u dsl~u ds3:功 率管Si~S 3兩端承受的電壓；i i 3:流過功率管S S 3的電流；u P1:變壓器原邊繞組P i 的電壓；UAB:變壓器副邊周波變換器輸出電壓；流過濾波電感電流；Uraf:標準正弦波電 壓；Ucif:輸出反饋電壓；U誤差信號；k與k :二分頻信號與二分頻反極性信號。
【具體實施方式】
[0024] 如附圖1所示，本發(fā)明的一種單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器的結(jié)構包 括：高頻隔離變壓器原邊電路與副邊電路；變壓器原邊電路包括直流電壓源U in(l)，帶反并 聯(lián)二極管及外并電容的第一功率管S1、第二功率管S2和第三功率管S 3(2);變壓器副邊電路 則包含一個周波變換器（4)和LC濾波電路（5);下面以附圖4所示的電路為例來說明本發(fā) 明的單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器的具體開關控制策略與變換器穩(wěn)態(tài)工作過 程。
[0025] 在此實施例中，本發(fā)明的單級ZVS型推挽式高頻環(huán)節(jié)DC/AC變換器包括直流輸入 電壓源Uin，帶反并聯(lián)二極管及外并電容的第一功率管S1、第二功率S2和第三功率S 3，高頻變 壓器Tr，全波式周波變換器和LC濾波器。其中，高頻隔離變壓器包括原邊第一繞組？1、原邊 第二繞組P 2、副邊第一繞組&和副邊第二繞組N 2;周波變換器包括帶反并聯(lián)二極管的第四 功率管S4、第五功率管S5、第六功率管S 6和第七功率管S 7;LC濾波器則包括濾波電感L f與 濾波電容C。。變換器的連接關系為：直流電壓源Uin的正極接第三功率管S 3的漏極；第三功 率管S3的源極接變壓器原邊第一繞組P1的異名端和原邊第二繞組P 2的同名端，第一功率 管S1的源極接第二功率管S 2源極和直流電壓源U ιη的負極，第一功率管S 漏極接原邊第 一繞組同名端，第二功率管S 2的漏極接原邊第二繞組P 2的異名端；高頻隔離變壓器的 原邊第一繞組P1的異名端接原邊第二繞組P 2的同名端；變壓器的副邊第一繞組N i的異名 端接副邊第二繞組隊的同名端，副邊第一繞組N ^勺同名端接第四功率管S 4的集電極，副邊 第二繞組N2的異名端接第六功率管S 6的集電極；第四功率管S 4的發(fā)射極接第五功率管S 5 的發(fā)射極，第四功率管S4的基極與第五功率管S 5的基極相連，第六功率管S 6的發(fā)射極接第 七功率管37的發(fā)射極，第六功率管S 6的基極接第七功率管S 7的基極，第五功率管S 5的集電 極接第七功率管37的集電極并與濾波電感L f的左端相連，濾波電感L f的右端接濾波電容 Cci的上端，濾波電容Cci的下端與變壓器副邊第一繞組叱的異名端與變壓器副邊第二繞組N 2 的同名端相連。
[0026] 本變換器采用附圖5所示的開關控制策略，其中附圖5(a)為產(chǎn)生各個驅(qū)動信號原 理框圖，附圖5(b)為主要的信號波形圖。具體的控制方法為：
[0027] 1)基準標準正弦波電壓Uraf與輸出反饋電壓Ucif經(jīng)比較放大后產(chǎn)生誤差信號u c，uc 的絕對值信號I u。I與鋸齒波比較產(chǎn)生信號W，U1J卩為第三功率管S3的驅(qū)動信號u gs3。
[0028] 2)鋸齒波下降沿二分頻信號k和信號w與非后得到第一功率管S i的驅(qū)動信號 Ugsl;鋸齒波下降沿二分頻反極性信號k和信號u ^與非后得到第二功率管S 2的驅(qū)動信號 Ugs2O
[0029] 3)誤差信號