一種基于高頻逆變的多端口變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及高頻交流配電(HFAC ros)系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換技術(shù)，特別涉及一種基于高 頻逆變的多端口變換器，該基于高頻逆變的多端口變換器是一種多端口功率變換以及LCLC 諧振逆變結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 高頻交流配電（HFAC PDS)方式與直流配電（DC PDS)方式相比，具有電壓轉(zhuǎn)換方 便、功率變換級(jí)數(shù)少、功率密度高和效率高等優(yōu)點(diǎn)。多端口變換器常用于分布式發(fā)電系統(tǒng)， 與傳統(tǒng)多個(gè)單輸入單輸出變換器相比，具有所用元器件少、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度大、 能量傳遞效率高等優(yōu)點(diǎn)。從而，如何利用多端口變換器的優(yōu)點(diǎn)來克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與 不足，成為了亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提出一種基于高頻逆變的多端口 變換器;該多端口變換器具體應(yīng)用于太陽能板、燃料電池等新型能源，通過多端口以及LCLC 諧振的應(yīng)用，產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的高頻交流電，同時(shí)完成多個(gè)端口電能的雙向傳輸，并且能夠?qū)?直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，饋送至高頻交流母線(HFAC BUS)，同時(shí)完成多個(gè)端口雙向能量 傳遞。
[0004] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于高頻逆變的多端口變換器，包括： 相互串聯(lián)的交錯(cuò)boost電路單元X和LCLC諧振網(wǎng)絡(luò)單元Y;所述交錯(cuò)boost電路單元X包括第 一輸入電感L bl、第二輸入電感Lb2、第一電解電容Cbus、第二電解電容Cin、第一諧振電容&、第 二諧振電容C 2、第三諧振電容C3、第四諧振電容C4、第一二極管VD1、第二二極管VD 2、第三二極 管VD3、第四二極管VD4、第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S 2、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4;所述第 一輸入電感Ui與第二輸入電感Lb2的電感值相等;所述第一輸入電感Lbi的一端和第二輸入 電感Lb2的一端均與第二電解電容Cin正極相連，所述第一輸入電感Lbl的另一端與開關(guān)管Sl 源極相連，第二輸入電感Lb2的另一端與開關(guān)管S3源極相連;所述第一開關(guān)管51的漏極、第一 二極管VDl陰極、第一諧振電容Cl的一端均與第一電解電容Cbus正極相連;所述第一開關(guān)管Si 源極、第一二極管VD1陽極、第一諧振電容&的另一端均與第二開關(guān)管S2漏極相連;所述第二 開關(guān)管S 2漏極、第二二極管VD2陰極和第二諧振電容(：2的一端均與第一開關(guān)管源極相 連;所述第二開關(guān)管S 2的源極、第二二極管VD2的陽極和第二諧振電容的另一端均與第一電 解電容Cbus的負(fù)極相連;所述第三開關(guān)管S 3的漏極、第三二極管VD3的陰極和第三諧振電容C3 的一端均與第二開關(guān)管32的漏極相連;所述第三開關(guān)管S3的源極、第三二極管VD3的陽極和 第三電解電容C 3的另一端均與第四開關(guān)管S4的漏極相連;所述第四開關(guān)管S4的漏極、第四二 極管VD 4的陰極和第四電解電容C4的一端均與第三開關(guān)管S3源極相連;所述第四開關(guān)管S 4的 源極、第四二極管VD4的陽極和第四電解電容C4的另一端均與第二開關(guān)管S 2源極相連;所述 第一諧振電容C1的電容值、第二諧振電容(：2的電容值、第三諧振電容C 3的電容值和第四諧振 電容C4的電容值相等;所述LCLC諧振網(wǎng)絡(luò)Y包括串聯(lián)諧振電感Ls、串聯(lián)諧振電容Cs、并聯(lián)諧振 電感LdP并聯(lián)諧振電容Cp;所述串聯(lián)諧振電感1^的一端與串聯(lián)諧振電容(^的一端相連接;所 述并聯(lián)諧振電感1^的一端和并聯(lián)諧振電容〇>的一端均與串聯(lián)諧振電容C s的另一端相連接； 所述LCLC諧振網(wǎng)絡(luò)單元串聯(lián)電感1^的一端與第一開關(guān)管S1的源極相連;所述LCLC諧振網(wǎng)絡(luò) 單元并聯(lián)電感1^與并聯(lián)電容的另一端均與第三開關(guān)管S 3的源極相連;所述第一開關(guān)管 第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gi、第二開關(guān)管S2的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)G2、第三開關(guān)管S3的第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)G3和第四 開關(guān)管S 4的第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)G4均通過三角載波Tri與直流電壓Vref比較獲得;所述第一開關(guān)管 3!在三角波Tri小于直流電壓V refl時(shí)導(dǎo)通，第二開關(guān)管52在三角波Tri大于直流電壓Vrefl時(shí) 導(dǎo)通，第一開關(guān)管S 1和第二開關(guān)管S2互補(bǔ)導(dǎo)通;所述第三開關(guān)管S3在三角波Tri小于直流電 壓Vref 2時(shí)導(dǎo)通，第四開關(guān)管S4在三角波Tri大于直流電壓Vrefl時(shí)導(dǎo)通，第三開關(guān)管S3和第四 開關(guān)管S 4互補(bǔ)導(dǎo)通;所述第一開關(guān)管31和第三開關(guān)管S3之間存在180°相移，所述第二開關(guān)管 &和第四開關(guān)管S 4之間存在180°相移;所述多端口變換器的穩(wěn)態(tài)工作周期分為8個(gè)階段，所 述穩(wěn)態(tài)工作周期包括上半周期和下半周期;所述上半周期[t0，t 4]包括以下四個(gè)階段：
[0005] 階段時(shí)刻之前，第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4導(dǎo)通，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出電壓 值Uab為零，第一輸入電感Lbi和第二輸入電感Lb2同時(shí)充電。to時(shí)刻，第二開關(guān)管S2關(guān)斷，第一 諧振電容Ci放電，第二諧振電容C 2充電，當(dāng)?shù)谝恢C振電容C2兩端電壓因放電至零時(shí)，第一二 極管VD1導(dǎo)通，第二開關(guān)管S 2兩端電壓為總線電壓即第一電解電容Cbus兩端的電壓Vbus，同時(shí) 第一開關(guān)管S 1實(shí)現(xiàn)了零電壓開通；
[0006] 階段Π [t，t2]: "時(shí)刻之后，第一開關(guān)管S1導(dǎo)通，此時(shí)第一開關(guān)管S1和第四開關(guān)管 S4保持導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸入電感Lbl放電，第二輸入電感Lb2繼續(xù)充電，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值 Uab等于總線電壓Vbus，同時(shí)保持關(guān)斷狀態(tài)的第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4兩端的電壓同為 Vbus，諧振電流小于零并逐漸增加；
[0007] 階段HI[t2，t3] :t2時(shí)刻之后和t3時(shí)刻之前，第一開關(guān)管Sl關(guān)斷，此時(shí)第四開關(guān)管S4 保持開通，第一諧振電容心開始充電，第二諧振電容(： 2開始放電，當(dāng)?shù)诙C振電容C2兩端電 壓因放電至零時(shí)，第二二極管VD2導(dǎo)通，此時(shí)第一開關(guān)管兩端的電壓為V bus，第一開關(guān)管51零 電流關(guān)斷，第二開關(guān)管S2零電壓開通；
[0008] 階段IV[t3，t4]:t4時(shí)刻，第二開關(guān)管S 2導(dǎo)通，第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4保持導(dǎo) 通狀態(tài)，保持關(guān)斷狀態(tài)的第一開關(guān)管3 1和第三開關(guān)管S3兩端的電壓都為Vbus，由于第二開關(guān) 管&和第四開關(guān)管S 4同時(shí)導(dǎo)通，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值Uab等于零，LCLC諧振網(wǎng)絡(luò)單元Y單獨(dú)向 負(fù)載供電，諧振電流快速下降；
[0009] 所述下半周期[t4，t8]包括以下四個(gè)階段：
[0010] 階段V[t4，t5] :t4時(shí)刻之前，第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4導(dǎo)通，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出電 壓值Uab為零，第一輸入電感Lbi和第二輸入電感Lb2同時(shí)充電；t4時(shí)刻，第四開關(guān)管S4關(guān)斷，第 三諧振電容C 3放電，第四諧振電容C4充電，當(dāng)?shù)谌C振電容C3兩端的電壓因放電至零時(shí)，第 三二極管VD 3導(dǎo)通，第二開關(guān)管S2兩端電壓為總線電壓即第一電解電容Cbus兩端的電壓V bus， 同時(shí)第一開關(guān)管S3零電壓導(dǎo)通；
[0011] 階段VI[ t5，U]:丨5時(shí)刻之后，第三開關(guān)管S3導(dǎo)通，第二開關(guān)管S2和第三開關(guān)管S 3保 持導(dǎo)通狀態(tài)，第一輸入電感Ui放電，第二輸入電感Lb2繼續(xù)充電，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值Uab等 于總線電壓V bus的負(fù)值，同時(shí)保持關(guān)斷狀態(tài)的第一開關(guān)管S1和第三開關(guān)管S3兩端的電壓同為 Vbus，諧振電流大于零并逐漸減??；
[0012] 階段VH[t6，t7] :t6時(shí)刻之后t7時(shí)刻之前，第三開關(guān)管S3關(guān)斷，第四開關(guān)管S4保持開 通，第三諧振電容C3開始充電，第四諧振電容C 4開始放電，當(dāng)?shù)谒闹C振電容C4兩端電壓因放 電至零時(shí)，第四二極管VD4導(dǎo)通，第三開關(guān)管兩端的電壓為總線電壓V bus，第三開關(guān)管S3進(jìn)行 零電流關(guān)斷，第四開關(guān)管&零電壓導(dǎo)通；
[0013] 階段珊[切山]山時(shí)刻，第四開關(guān)管S4導(dǎo)通，第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4都保持 導(dǎo)通狀態(tài)，保持關(guān)斷狀態(tài)的第一開關(guān)管3 1和第三開關(guān)管S3兩端的電壓都為總線電壓Vbus，由 于第二開關(guān)管S 2和第四開關(guān)管S4同時(shí)導(dǎo)通，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出電壓Uab的值等于零，所述LCLC諧 振網(wǎng)絡(luò)單元Y單獨(dú)向多端口變換器的負(fù)載供電，所述LCLC諧振網(wǎng)絡(luò)單元Y的諧振電流快速下 降。
[0014] 所述三角波頻率為CO1，對(duì)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出電壓Uab進(jìn)行傅里葉分解可得：
[0015] ，⑴
[0016] 式中a = 23iD，
，n為正整數(shù)，t為時(shí)間，D為第一開關(guān)管占空比，第一開 關(guān)管通過第一開關(guān)管占空比D來控制開關(guān)管網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值Uab的大小以及總線電壓Vbus的 大小。
[0017] 所述串聯(lián)諧振電感LdP串聯(lián)諧振電容(^組成的串聯(lián)諧振電路固有諧振頻率為
，并聯(lián)諧振電感LjP并聯(lián)諧振電容心組成的并聯(lián)諧振電路固有諧振頻率為
1負(fù)載電阻為R，參獎(jiǎng)
參數(shù)
，參數(shù)
V參I
*其 中參數(shù)A1、參數(shù)\2分別體現(xiàn)了串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路的固有諧振頻率偏離電路工作 頻率CO1的程度，參數(shù)Q1、參數(shù)出分別體現(xiàn)了串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路相較于負(fù)載電阻R 的品質(zhì)因數(shù)。
[0018] 輸出電壓總諧波畸變率THD的表達(dá)式為：
[0019] ,C2)
[0020] 式中，a = 23TD，Vbus總線電壓，t為時(shí)間，η為正整數(shù)，D為第一開關(guān)管的占空比，(^為 三角波頻率，輸出電壓諧波畸變率較小。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0022] (1)本變換器采用Pff